CC BY
45
------------------------------------- © А.Ю. Захаров, С.В. Пешков,
2009
А.Ю. Захаров, С.В. Пешков
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СООТНОШЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ВСТРОЕННОГО В ЛЕНТУ ЭЛЕМЕНТА И БАРАБАНА КОНВЕЙЕРА НА МАГНИТНОЙ ПОДУШКЕ
Повышение несущей способности тягового органа ленточного конвейера на магнитной подушке возможно за счет использования встроенных в конвейерную ленту магнитных элементов в виде призм. Разработана методика моделирования (в среде AnSYS) показателей напряженно-деформированного состояния призмы, встроенной в конвейерную ленту, при ее контакте с барабаном, для определения рациональных соотношений параметров призмы и барабана конвейера на магнитной подушке.
Ключевые слова: ленточный конвейер, магнитная подушка, роликоопоры, магнитные элементы встроенные в конвейерную ленту.
Т~Т енточные конвейеры являются достаточно распространенным средством транспорта и в последнее время все шире используются в различных отраслях промышленности, в том числе и в горнодобывающей. В традиционных конструкциях ленточных конвейеров лента поддерживается роликоопо-рами, что при транспортировании крупнокусковых грузов вызывает формирование существенных динамических нагрузок на ленту и ролики в момент прохождения кусков груза по роликоопорам. Данные нагрузки вызывают повышенный износ дорогостоящей ленты и роликов. В связи с этим возникает необходимость ограничения скорости движения ленты и крупности кусков. Поэтому в настоящее время разрабатываются безроликовые ленточные конвейеры. Одним из перспективных направлений в этой области является создание конвейеров с магнитным подвесом грузонесущей ленты. Проблемным вопросам при реализации магнитного подвеса является относительно высокая стоимость магнитожестких материалов, что требует минимизации их количества в конструкции конвейера. Данный вопрос можно решить заменив в конвейерной ленте маг-нитоэласт, обладающий низкими магнитными свойствами и высокой стоимостью, на цельные магнитные призмы. При этом требуемое количество магнитного материала уменьшится, пос-Таблица 1
Материал (BH)max, МГсхЭ Br, Гс Hc, Э Цена 1 кг на Российском рынке, долл. Цена 1 МГсхЭ, долл.
Гибкие магнитные материалы 1,6 1725 1325 5—10 3,1—6,2
Керамика 3 4000 2400 1-2.5 0,3—0,85
Sm-Co 20 10500 9200 250—500 12,5
Магнитопласт Nd-Fe-B 10—12 1300— 1500 2500 120—200 ,5 8, 1 ,2 4,
Спеченные Nd-Fe-B 50 14 200 12 500 70—150 1,4—3,7
кольку значение намагниченности цельных магнитов более чем в два раза выше, чем у магнитоэластов и соответственно уменьшится стоимость ленты (табл. 1).
Если такие параметры магнитных призм, встраиваемых в ленту, как ширина и толщина определятся при расчете требуемой подъемной силы, то длину призм необходимо устанавливать на основе её напряженно-деформированного состояния на барабане.
Анализ сил, действующих на встроенную в конвейерную ленту прямоугольную призму показал, что система, в которой нагруженная призма опирается на упругое цилиндрическое основание, является статически неопределимой. При использовании классических методов теории упругости задача описывается системой сложных дифференциальных уравнений, решение которой весьма проблематично. Поэтому в работе использован метод конечных элементов, который позволяет при расчете модели «Изгиб встроенного в ленту элемента на барабане» получить достаточно точную величину и форму деформаций, а так же значения действующего на пластину изгибающего момента, с учетом влияния характеристик жесткости всех элементов модели. Напряженное состояние встроенного в ленту элемента аппроксимируется сеткой квадратичных четырехугольных конечных элементов типа Plane 182, а нижней обкладки ленты и упругого основания (футеровка на барабане) восьмиузловых конечных элементов типа Plane 183.
Схема конечно-элементной модели представлена на рис. 1.
При проектировании упругого материала широко используется модель Муни-Ривлина, которая включает функцию плотности энергии деформаций и позволяет исследовать тела сложной конфигурации
№ = а10 ( |1 _ 3) + (|2 _ 3) + р(|э2_ |3 2) , (1)
где I* — редуцированные инварианты деформации в ьом направлении;
a10, a01 -материальные константы; ¡3 -коэффициент несжимаемости материала.
Используемое для описания свойств упругого основания из обкладочной резины конвейерной ленты двухпараметрическое уравнение Муни-Ривлина содержит две материальные константы (коэффициенты Муни-Ривлина), значение которых изменяется в широких пределах и является основной характеристикой модели.
Для нахождения коэффициентов Муни-Ривлина необходимо знать, как изменится деформация упругого основания при изменении нагрузки. В качестве исследуемого объекта использована об-кладочная резина конвейерной ленты 2М-1200-4-ТК-200-2-5-2, класса А (условная прочность при растяжении не менее 24,5 МПа; твердость 40-60 ед. по Шор А). Эта обкладочная резина широко используется при изготовлении конвейерных лент различного назначения. Исследования проводились на лабораторной установке БУ-39. В испытуемый образец обкладочной резины конвейерной ленты 10х10х5мм, посредством системы нагружения стенда, вдавливалась металлическая пластинка 82х64х14мм, при этом фиксировалось значение вдавливания пластинки (деформация резины) и нагрузка на инденторы стенда. Для каждого значения деформации проводилась серия из семи измерений. В результате расчета с произвольно заданными значениями коэффициентов Муни-Ривлина исследовано поле значений рассматриваемой
274
Исследуемая призма
РиММЕ182 - 2-0 4-І\Іо<іе ЭЬгистга! БоМ N.
к 5!5!В5Е5Е5ЕаХ!
У,»
I---* ХДи
Барабан
Рис. 1. Схема конечно-элементной модели
зависимости и достигнуто максимально сближение расчетной и экспериментальной зависимостей «нагрузка-деформация». Тогда частное решение для материала - обкладочная резина конвейерной ленты 2М-1200-4-ТК-200-2-5-2, примет вид:
№ = 2 • 105 (II - 3) +1,3 • 105 (Г2 - 3) + 749,84 • 106 (132 - Г~2)2. (2)
Для определения рациональных параметров встроенных в ленту конвейера на магнитной подушке элементов была проведена верификация модели взаимодействия встроенного элемента с футеровкой барабана (рис. 2), в результате чего получены зависимости напряжений во встроенном элементе конвейерной ленты от геометрических параметров призмы, натяжения и характеристик ленты, футеровки барабана и его диаметра. С помощью специально составленной программы на языке APDL, в среде пакета программ AnSYS, исходные параметры конечноэлементарных моделей изменялись в широких пределах (диаметр барабана (Дбар)=250—1000мм; толщина футеровки (Д)=4— 20мм; толщина встроенной призмы ф)= 5—15мм; длина встроенной призмы (1)= 20—120 мм).
На рис. 3 приведены некоторые из полученных зависимостей напряжений, возникающих во встроенном в ленту элементе от натяжения ленты.
Применение метода конечных элементов, позволяет не только качественно оценить интересующие зависимости, решить задачи выбора магнитного материала (физико-механические свойства)
Рис. 2. Моделирование напряженного состояния встроенного в конвейерную ленту элемента в среде программы AnSYS
Рис. 3. Зависимости напряжений, возникающих во встроенном в ленту элементе, от натяжения ленты
для изготовления встроенных в ленту магнитных призм, но и задаваясь геометрическими параметрами встроенной в ленту магнитной призмы рационально варьировать такими параметрами, как диаметр барабана, толщина и материал футеровки.
Задаваясь величиной натяжения ленты и длиной встроенного в ленту элемента можно получить зависимости действующего во встроенном элементе напряжения от толщины этого элемента (рис. 4, а), или, задаваясь величиной натяжения ленты и толщиной встроенного в ленту элемента можно получить зависимости действующего во встроенном элементе напряжения от длины этого элемента (рис. 4, б).
При анализе напряжений, действующих во встроенном в ленту элементе от его длины, получены зависимости от натяжения ленты, в которых отмечается прогрессирующее увеличение напряжений в элементе. Значение длины встроенного элемента, при заданных параметрах барабана, футеровки и встроенной призмы, целесообразно выбирать до точки перегиба этих зависимостей.
Таким образом, разработана методика моделирования (в среде AnSYS) показателей напряженно-деформированного сос-
I зоо
I 250
X
<u
§ 200
S
CQ
« 150 s я
9>
* 100 O,
I 50 0
а ■' [| |í I '
Толщина встроенного элемента, мм
* 600 к
5 500
=с <u
g 400
К Г>
“ 300
* 200 о.
| 100
о
6 J..I к ■ i luí
Длина встроенною элемента, мм
Рис. 4. Зависимости действующего во встроенном в ленту элементе напряжения от толщины (а) и от длины (б) этого элемента
тояния призмы, встроенной в конвейерную ленту при ее контакте с барабаном, для определения основных зависимостей характера и величины напряжений во встроенном элементе конвейерной ленты от геометрических параметров призмы, натяжения и характеристик ленты, футеровки барабана и его диаметра, позволяющие оценить рациональные параметры встроенного в ленту элемента. Следует
отметить, что напряжения в призме, встроенной в конвейерную ленту, при переходе через барабан при соотношении диаметра барабана к длине призмы более 20:1 незначительны и возрастают в полиномиальной зависимости второй степени при соотношении менее 10:1. [дш
Zakharov A., Peshkov S.
DETERMINING RATIONAL CORRELATION OF CHARACTERISTICS OF THE ELEMENT EMBEDDED INTO CONVEYOR BELT AND THE TAIL DRUM OF THE BELT CONVEYOR WITH MAGNETIC FIELD SUPPORT
Efficiency of tractive part of belt conveyor with magnetic field support could be increased by use of prism-shaped magnetic element embedded into conveyor belt. The authors worked out the method to simulate (by use of ANSYS) indices of stressed-deformed state of prism embedded into conveyor belt when it contacts the tail drum, to determine rational correlation of characteristics of the prism and the tail drum of conveyor with magnetic field support.
Коротко об авторах
Захаров А.Ю. — доктор технических наук (ГУ КузГТУ); Пешков С.В. — старший преподаватель (ГУ КузГТУ)
