CC BY
19
УДК 622.64 М.С. Ефимов
ОЦЕНКА НЕРАВНОМЕРНОСТИ НАГРУЖЕНИЯ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ ЛЕНТЫ ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА
В работе [1] получено дифференциальное уравнение, описывающее вращательное движение трубообразной ленты трубчатого конвейера трассы вокруг ее продольной оси на прямолинейных участках. Данное уравнение позволяет определить угловые перемещения ленты в зависимости от ее физико-механических свойств, конструкции конвейерного става, условий эксплуатации, вида транспортируемого груза и др. Исследование показало, что практически любой вид неравномерного натяжения ленты 5 по ширине не оказывает влияния на ее угловые отклонения на прямолинейных участках. Однако при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера (ЛТК) в горизонтальной плоскости неравномерное натяжение приводит к появлению некоторого крутящего момента Мкр и, как следствие, возникновению угловых отклонений сркр, которые в совокупности с другими возмущениями могут способствовать значительному угловому повороту ленты. В результате возможно расхождение бортов ленты, нарушение герметичности внутреннего объема, просыпи груза, пыление и др.
Существенно неравномерное натяжение ленты 5 характерно для наклонных конвейеров и конвейеров значительной длины. В этом случае по ширине ленты имеет место неодинаковое распределение натяжных уси-
лий, прежде всего, из-за разного заполнения грузом ее сечения.
С целью определения крутящего момента Мкр в работе введено понятие удельного натяжения s = S/2n, которое может быть описано функцией вида:
s (p) = s0 + s1 sin ф, (0 < ф < 2п),
где so - постоянная составляющая удельного натяжения; sj - амплитуда нелинейной составляющей удельного натяжения, зависящая от типа и ширины ленты конвейера, степени его загрузки, длины и др.; ф - угол поворота сечения трубообразной ленты.
Для того, чтобы определить величины натяжений so и sj, было выполнено моделирование грузовой ветви ленты ЛТК с применением метода конечных элементов. При этом рассмотрены три различные по ширине конвейерные ленты (800, 1000 и
1200 мм) с двумя вариантами заполнения ее сечения (30 % и 60 %). Учитывалось также влияние угла наклона конвейера при транспортировании груза. На рис. 1 представлена схема приложения нагрузок по ширине ленты с учетом веса груза, ленты, роли-коопор, отнесенных к 1 метру длины конвейера.
Удельное распределенное сопротивление движению ленты Wya, отнесенное к 1 метру длины конвейера, рассчитывалось следующим образом:
^ =( + ЯГр ) р^' +
+яУ+(яп + ягр ) p,
где ял, дгр, яр - соответственно погонный вес ленты, груза и роликоопор, Н/м; в - угол наклона конвейера при транспортировании груза; ш’ - коэффициент сопротивления движению.
Силы сопротивления движению Ш/ определялись по формуле:
где ш’ - коэффициент сопротивления движению; F¡ - нагрузка на соответствующий ролик опоры (рис. 1, а) [2].
В соответствии с силами сопротивления к ленте в месте установки каждой роликоопоры прикладывались натяжения 5/ (рис. 1, б).
В основу расчета напряженно-деформированного состояния под
Рис. 1. Силы, действующие на ролик опоры трубчатого конвейера (а) и натяжения, действующие в ленте (б)
действием натяжений 50 и 51 положена геометрическая модель, построение которой выполнено в специальном программном комплексе. При этом для наглядности трубообразная лента разворачивалась в плоскую оболочку, а затем оценивалось влияние на ее напряженно-деформированное состояние как ор-тотропной оболочки таких факторов как толщина, длина и ширина ленты, модули упругости вдоль Ех и поперек Еу ленты, производительность конвейера, угол транспортирования груза, тип насыпного груза.
При моделировании выбор типа элемента осуществлялся исходя из следующих условий: исследуемый
участок ленты (грузовая ветвь) представляет собой прямоугольную пластину определенной длины, ширины и толщины; вид элемента - эластичный (исходя из свойств материала). При решении использовались элементы прямоугольной формы, затем выполнялась разбивка геометрической модели на конечное число элементов; при этом учитывался тип элементов и вид материала.
При проведении исследований физико-механические ленты принимались следующими:
Ех = 5-108 Н/м, л = 0,45; Еу = 5-107 Н/м, л = 0,15.
На рис. 2 представлена цифровая модель для определения натяжений 50 и 51.
Рис. 2. Цифровая модель
На основе разработанной цифровой модели были выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния конвейерных лент шириной 800, 1000 и 1200 мм с Q = 30 % и 60 %-м заполнением по сечению и длиной конвейера равной 1000 метров. Результаты расчета конечных деформаций для исследуемых конвейерных лент приведены на рис. 3.
Значения напряжений, возникающих в ленте, при ее неравномерном нагружении приведены в таблице.
Таким образом, на мощных длинных трубчатых конвейерах натяжение распределяется неравномерно по
ширине ленты. Достаточно точно переменное по ширине ленты удельное натяжение можно описать зависимостью
s(<p) = s0 + s1 sin
где 50, ^ - удельные составляющие, соответствующие составляющим 50 и общего натяжения, зависящим от ряда факторов.
Данные неравномерные натяжения могут повлиять на устойчивость ленты на криволинейных участках, вызвав вращение ленты внутри роликоопор
Результаты расчета напряжений в ленте соответственно на краю и центральной ее части
Заполнение сечения ленты, % Угол наклона конвейера, град. Результирующие напряжения в ленте, МПа при ширине ленты, мм
800 1000 1200
30 0 0,74825 0,75330 0,80635 0,81330 0,87920 0,88890
5 3,30900 3,32995 3,51460 3,54485 3,72200 3,76290
10 5,54540 5,54885 5,82050 5,87050 5,25200 5,31500
60 0 1,24720 1,25455 1,34610 1,35700 1,46540 1,48065
5 5,22150 5,25250 5,62100 5,66700 6,08200 6,14550
10 8,77100 8,82300 9,47250 9,54950 10,30100 10,40800
Рис. 3. Характер изменения натяжения по ширине ленты; линии 1, 2, 3 соответственно деформации ленты при углах наклона конвейера 0°, 5° и 10°
во внешнюю сторону участка поворота. Чем больше неравномерность лен-
1. Дмитриев В. Г. Уравнение вращательного движения ленты трубчатого конвейера. Г орный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2004, № 8.
2. Гущин В. М. К распределению давлений насыпного материала на ленту глубо-
ты по ширине, тем существеннее величина ее вращения.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
кой желобчатости крутонаклонного конвейера // Сб.: Вертикальные и наклонные конвейеры для транспортирования грузов в промышленности. -Л., 1971. НИН
— Коротко об авторе -----------------------------------------------
Ефимов М.С. - аспирант, Московский государственный горный университет. Рецензент канд. техн. наук, доцент П.Я. Бибиков.
