CC BY
79
© Е.К. Едыгенов, 2002
УДК 622.68:622.647.83
Е.К. Едыгенов УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГРУЗОНЕСУЩЕГО ПОЛОТНА КОНВЕЙЕРНОГО ПОЕЗДА
О
бъем выдаваемой на поверхность горной массы должен быть обеспечен необходимой емкостью средств подвижного состава и уменьшение полезной емкости кузовов от налипания и смерзания горной массы на их внутренней поверхности существенно снижает производительность транспортных средств. В работе [1] отмечается, что средняя потеря емкости вагонеток с глухим кузовом от загрязнения составляет на шахтах 19 %.
К числу основных факторов, определяющих характер, степень и глубину слипаемости или промерзания загруженной в кузов горной массы, относятся тип и гранулометрический состав породы, ее влажность, температура воздуха, продолжительность нахождения породы в кузове при отрицательной температуре, скорость движения подвижного состава и дальность транспортирования.
При загрузке конвейерного поезда (КП) рудой непосредственно из рудника, без предварительной ее сушки, первая порция руды входит в контакт с днищем грузонесуще-го полотна (ГП) поезда. Первоначальный слой горной массы, испытывая давление со стороны следующих порций, уплотняется, пространство между кусками породы заполняется более мелкой фракцией и это вместе с повышенным содержанием влаги в руде создает условия для смерзания и прилипания руды к днищу кузова транспортного средства.
По состоянию породы на грузонесущем полотне КП выделяются три зоны [2]:
• зона уплотненной породы на днище ГП. Здесь деформация сжатия наивысшая, что увеличивает сли-паемость и смерзаемость породы;
• зона пассивного верхнего слоя. Находится в непосредственном контакте с атмосферой и подвержена влиянию температуры окружающей среды и ветра;
• средняя зона. Расположена между двумя первыми зонами и наименее подвержена смерзанию.
Анализ и обобщение отечественной и зарубежной практики ведения работ по очистке транспортных средств от налипшей и смерзшейся горной массы показывает, что применяемые в настоящее время и предлагаемые средства борьбы с налипанием и намерзанием горной массы к стенкам и днищу вагона по характеру и принципу действия делятся на профилактические средства, предупреждающие налипание и смерзание породы, и средства, восстанавливающие сыпучесть горной массы или разрушающие смерзшуюся породу.
Рис. 1. Схема устройства для боковой разгрузки конвейерного поезда
а) вид сбоку; б) - разрез А-А
По указанным группам в Институте разработаны технические решения, представленные в таблице.
Устройства вибрационной очистки грузонесущего полотна конвейерного поезда
Производительность транспортных средств существенно зависит от времени, затрачиваемого на погрузочно-разгрузочные работы, и эти затраты можно свести к минимуму при осуществлении этих операций в процессе движения конвейерного поезда. При этом при движении поезда необходимо осуществлять и очистку его грузонесущего полотна.
Устройство для боковой разгрузки конвейерного поезда в процессе его движения разработано в Институте [3] (рис. 1).
Пункт разгрузки состоит из опорной рамы, представляющей состав из секций 1, шарнирно соединенных между собой и установленных на колесах 4. На секциях закреплены рельсовый путь 5 и откидные накладки 6, закрепленные на шарнирах и соединяющие рельсовые пути секций между собой.
Состав снабжен наклонными аппарелями 7, 8 с накладными заездными 9 и съездными 10 путями. Заездные и съездные пути с одной стороны сопрягаются встык с рельсовым путем 5 опорной рамы на крайних секциях, а с другой - опираются на подъездные пути 11, по которым дви-
СРЕДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГРУЗОНЕСУЩЕГО ПОЛОТНА КОНВЕЙЕРНОГО ПОЕЗДА (КП)
Наименование способов Разработанные устройства Отличительные признаки Преимущества
Механическое рыхление 1. Электромагнитная машина ударного действия А.С. № 1288262 Электромагниты скомпонованы симметрично вокруг продольной оси машины. Якоря охватывают каждый свой привод и жестко связаны с рабочим инструментом Варьирование числом задействованных в работу электромагнитов позволяет регулировать энергией единичного удара в зависимости от степени прилипания
2. Устройство для рыхления смерзшихся сыпучих материалов А.С. № 1313786 Виброразгрузчик снабжен пригру-зочной плитой с кожухами, в которых установлены штыри рабочего органа Движение штырей в кожухах позволяет снизить силы сопротивления внедрению рабочего органа в породу
Вибрационные устройства 1. Устройство для разгрузки конвейерного поезда А.С. № 1528931 Устройство имеет датчики с оппо-зитно расположенными относительно КП генераторами и приемниками и электромагнитные вибраторы Датчики контролируют чистоту разгрузки и включают вибратор с необходимой частотой при наличии на КП слипшейся горной массы.
Гидроочистка 1. Гидроимпульсное устройство А.С. № 717329 Устройство имеет два ствола, емкость для жидкости, предупреждающей прилипание, и воздействует многокомпонентной жидкостью на КП Для борьбы с налипанием используется комплексный метод - предупреждение налипания и гидроспособ
2.Струеформирующая насадка гидромонитора А.С. №№ 696157; 848646 Насадка выполнена с кольцевыми канавками и радиальными отверстиями, соединяющими канавку с ее наружной поверхностью Насадка и жидкость в ней вращаются, увеличивается компактность и энергоемкость струи. Воздушная смазка в канавке снижает турбулентность струи
Устройства для самоочистки 1. Устройство для транспортирования горной массы Предпатент РК № 7757 Днище и боковые стенки КП снабжены эластичными элементами, которые заполнены текучим материалом и сообщаются между собой посредством дросселя и обратного клапана Эластичный элемент с текучим материалом изменяет при боковой разгрузке профиль днища, увеличивает касательные напряжения в слипшейся породе, очищая КП
гаются поезда. На секциях 1 справа от рельсового пути установлены кронштейны 12, на которых закреплены звенья 13 спиральной направляющей 14. Кронштейны установлены в пазах, оборудованных уголками 15, и могут перемещаться в них. На кронштейнах равномерно по всей длине устройства размещены ультразвуковой генератор 16 и приемник 17. В криволинейной направляющей 14 в поверхности качения направляющего ролика вмонтированы площадки вибрации, соединенные с электромагнитным вибратором 19.
Разгрузка КП осуществляется следующим образом. Устройство для разгрузки устанавливается на подъездные пути 11, опускаются наклонные аппарели 7 и 8 с накладными за-ездными 9 и съездными путями 10. Грузовые тележки 20 поезда, двигаясь по подъездным путям 11, заезжают по накладным путям 9 наклонной аппарели 7 на рельсовый путь 5. При дальнейшем движении грузовые тележки взаимодействуют копирным роликом 21 со звеньями 13 спиральной направляющей 14. Кузова 22, поворачиваясь на оси 23, разгружаются.
Кузов 22, проходя между сбалансированными парами ультразвуковых датчиков, прозвучивается. При недостаточно чистой разгрузке сигнал от датчиков поступает на тиристорный блок управления электромагнитным вибратором
19, который через площадку вибрации и ролик-копир передает вибрацию кузову. Если разгрузка осуществлена качественно, последующие вибраторы своими парами датчиков не включаются. При дальнейшем движении кузов возвращается в исходное положение.
Использование данного устройства для разгрузки тележек на ходу значительно повышает эффективность работы конвейерных поездов за счет снижения времени на разгрузочные операции, оперативного контроля за состоянием грузонесущего полотна и его очисткой.
При сильной смерзаемости горной породы на грузоне-сущем полотне ее необходимо предварительно разупроч-нить. С этой целью разработан виброразгрузчик смерзшихся сыпучих материалов [4], высокая эффективность которого достигается путем уменьшения сопротивления внедрению штырей рабочего органа. Для этого штыри снаружи охвачены жесткими кожухами, закрепленными к нижней части пригрузочной плиты. При работе виброразгрузчика вибрации передаются на рабочий орган и кожухи воспринимают часть сил трения при внедрении штырей в сыпучий материал на себя, увеличивая тем самым силу удара штырей и снижая амплитуду колебания пригрузочной плиты.
Гидроимпульсаторы для очистки грузонесущего полотна конвейерных поездов
Для мойки шахтных вагонеток используют гидромониторы с большим расходом воды. Во время чистки вагонетка находится в перевернутом или наклонном положении. Параметры применяемых систем колеблются в довольно широких пределах, например, давление, развиваемое водяным насосом, может быть от 40 до 700 кг/см2 , расход воды - 120 л/мин и выше [1].
Основным достоинством гидроочистки является возможность полной очистки вагонеток от любых загрязнений независимо от формы и степени деформации кузова. При гидроочистке отсутствуют пыль и шум.
Снижения расхода воды можно достичь путем использования гидроимпульсных устройств и осуществлением направленного взаимодействия струи с налипшей породой.
Исследования показали [5, 6], что повышения эффективности работы гидромонитора можно достичь путем совершенствования насадок и использования пульсирующих струй. При этом в [6] экспериментально показано, что действие импульсных струй не снижается на расстоянии до 4 м, и расход энергии на разрушение уменьшается в зависимости от числа выстрелов в одну точку.
В Институте разработаны гидроимпульсные насадки, в которых повышение эффективности действия струи достигается путем придания ей компактности за счет центростремительных сил, образующихся при вращении струи вокруг своей продольной оси, и использования эффекта воздушной смазки [7, 8].
Для закручивания струи и увеличения тем самым поверхностного натяжения частиц жидкости при вылете из сопла насадка снабжена вращателем, а сопло в поперечном сечении выполнено в форме эллипса [7]. Снижение турбулентности потока в струеформирующих насадках достигается за счет выполнения на конце сопла кольцевой канавки и радиальных отверстий, соединяющих канавку с наружной поверхностью сопла [8]. При вращении насадка в радиальные отверстия поступает воздух, который, попадая в кольцевую канавку, создает воздушную подушку (смазку), сглаживая возмущения на поверхности струи при ее выходе из сопла, что позволяет получать струю с высоким поверхностным натяжением, более компактную и увеличить эффективность взаимодействия струи о преграду и дальность полета струи.
Одним из способов сохранения полезной емкости грузо-несущего полотна конвейерного поезда является предупреждение налипания, которое может быть обеспечено путем придания рабочей поверхности транспортных средств гидрофобных свойств. Адгезия горной массы к такой поверхности существенно меньше, чем к необработанной.
Анализ профилактических веществ, обладающих максимальной способностью прилипания к металлу и устойчивой гидрофобностью, показывает, что наиболее значительно снижают прочность налипания жидкие кремнийорганиче-ские соединения [1]. Они пожаробезопасны, удовлетворяют санитарным требованиям. Надежный и постоянный эффект достигается при нанесении профилактического средства на предварительно очищенную поверхность грузонесущего полотна перед каждой загрузкой в течение нескольких рейсов. При такой обработке на металлической поверхности образуется устойчивая пленка.
Эффективность применения жидких гидрофобных веществ может быть значительно повышена за счет одновременной очистки грузонесущего полотна и его профилактической обработки.
В Институте разработано гидроимпульсное устройство [9], которое может работать как с однокомпонентной, так и многокомпонентной жидкостью. Для этого в гидроимпульсном устройстве, содержащем напорный водовод, два ствола и клапан, один из стволов снабжен смесителем, состоящим из емкости с дозатором и помещенной в ней рамки, а другой - гидротурбиной, которая посредством своего вала соединена с рамкой смесителя, причем вал гидротурбины расположен внутри патрубка, соединяющего оба ствола и каждый ствол имеет запорный клапан.
Наличие смесителя в одном из стволов гидроимпульса-тора позволяет создавать непосредственно в зоне выхода из сопла гидроструи с полимерными или солевыми добавками для разрушения слипшейся породы и гидрофобными свойствами для профилактических мероприятий, что ведет к постоянству концентрации добавок в жидкости, их экономии и эффективному воздействию гидрофобной жидкости на стенки и днище грузонесущего полотна. Одновременно с этим гидроструей из второго ствола полностью очищается вся поверхность транспортной емкости.
Грузонесущее полотно с эластично-герметичными элементами
Суть метода «ложное днище» заключается в том, что на дно вагонетки свободно укладывается лист резины, края которого крепятся к ее бортам. При перевороте вагонетки на 180° ложное резиновое днище отделяется от основного и выпучивается в обратную сторону, меняя при этом свою форму. Поскольку расстояния между отдельными участками ложного днища в процессе переворота меняются, налипшая масса отделяется от ложного днища и вываливается вместе с грузом в бункер. В рассмотренном методе недостатком является то, что для эффективной работы этого метода необходим разворот вагонетки на 180°, что невозможно для транспортных систем типа «конвейерный поезд».
В Институте разработано грузонесущее полотно конвейерного поезда, которое позволяет не только осуществлять полную его разгрузку, но и транспортировать горную массу без просыпания на высоких скоростях по путям, имеющим стыки, неровности и крутые повороты (рис. 2) [10].
Для этого на днище грузонесущего полотна, выполненного в виде лотка, размещен полый эластичногерметичный элемент, заполненный текучим материалом и сообщающийся посредством герметичного канала, дросселя и обратного клапана со вторым эластичногерметичным элементом, размещенным вдоль верхней части борта лотка.
фиг. 4
Скорость перемещения груза конвейерными поездами достаточно высока и во время транспортировки горной массы при прохождении криволинейных участков, путей со стыками возникающие центростремительные и вертикальные силы могут явиться причиной выброса транспортируемого груза из лотка, что приведет к потерям и аварийной ситуации.
С целью устранения этой аварийной ситуации второй полый эластично-герметичный элемент размещен в полости, которую образуют верх борта лотка внутренней частью и подпружиненный закрылок с верхним приращением, перекрывающий зазор между бортом лотка и закрылком, закрылок нижней частью соединен шарниром с бортом.
Кроме этого, второй полый эластично-герметичный элемент может быть размещен в полости, которую образуют наружная стенка борта лотка и приращение подпружиненного закрылка, которое выполнено симметрично шарнира, которым они прикреплены к борту лотка, а
Рис. 2. Схемы грузонесущего полотна конвейерного поезда с герметично-эластичными элементами:
1 - ходовая тележка; 2 - лоток; 3 - днище; 4 - полый эластичногерметичный элемент; 5 - текучий материал; 6 - герметичный канал; 7 - дроссель; 8 - обратный клапан; 9 - второй полый эластично-герметичный элемент; 10 - борт; 11- закрылок; 12 - шарнир; 13 — приращение стенки борта; 14 - гайка; 15 - шток; 16 - пружина
зазор между бортом лотка и приращением закрылка перекрыт желобом, закрепленным на наружной стенке борта.
Это позволяет при транспортировке создать частичное перекрытие лотка полым эластично-герметичным элементом, размещенным вдоль верхней части каждого борта лотка и исключить выброс горной массы из лотка при прохождении криволинейных и других неровных участков пути.
Выполнение устройства для транспортировки горной массы с полыми эластично-герметичными элементами, размещенными на днище и обоих бортах лотка и сообщающимися между собой гидравлически, позволяет перекрыть опасную по выбросам транспортируемой массы верхнюю часть лотка, что также позволяет использовать данное устройство для транспортировки горной массы на максимальных скоростях и с меньшими радиусами кривизны транспортного пути. Обеспечивается надежность, эффективность и безопасность транспортных устройств, снижаются динамические нагрузки на лоток и ходовую часть устройства для транспортирования горной массы в режиме «погрузка».
При разгрузке лоток 2 наклоняется, поворачиваясь относительно продольной оси, горная масса пересыпается на нижний борт 10 лотка, увеличивая давление во втором полом эластично-герметичном элементе 9, и материал 5 по герметичному каналу 6 через обратный клапан 8, дроссель 7 беспрепятственно перетекает в первый полый эластично-герметичный элемент 4, увеличивая его объем, следовательно, и поверхность, контактирующую с горной массой, создавая в последней дополнительные касательные и нормальные напряжения, облегчающие отрыв горной массы от поверхности днища лотка, и уменьшая в объеме полый эластично-герметичный элемент 9, что обеспечивает полную разгрузку лотка от горной массы.
Комплекс устройств для очистки грузонесущего полотна конвейерного поезда позволяет контролировать процесс разгрузки и при необходимости осуществлять очистку полотна от налипшей горной массы, повышая эффективность использования емкости транспортного средства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шевченко В.С., Энтелис М.Д. Средства очистки подвижного состава от налипшей горной массы на отечественных и зарубежных угольных шахтах. Обзорная информация. - М.: ЦНИЭИуголь, 1987. -36 с.
2. Едыгенов Е.К., Сагимбаев Д.Т., Еды-генова З.В. Разгрузка вагонов в зимних условиях. - М. (Деп. в ВИНИТИ, 05.05.88, № 3490 - В 88).
3. А.с. № 1528931. СССР. Устройство для разгрузки конвейерного поез-
да//Буктуков Н.С, Едыгенов Е.К., Оьедин СВ. Опубл. 15.12.89.
4. А.с. № 1313786. CCCР. Виброразгрузчик смерзшихся сыпучих материа-лов/Юагимбаев Д.Т., Едыгенов Е.К., Коган И.Ш. и др. Опубл. 30.05.87.
5. Джакупбаев А.Н., Носенко ВМ., Едыгенов Е.К. К вопросу повышения эффективности работы гидромонитора //Новая технология подземной разработки полезных
ископаемых Казахстана//Сб. научн. тр. -Алма-Ата: Наука, 1967. - С. 126-131.
6. Мухин А.Ф., Джакупбаев А.Н., Носенко ВМ., Едыгенов Е.К. Разрушение гор-
ных пород импульсными струями высокого и сверхвысокого давления // Механизация подземной разработки полезных ископае-мых//Сб. научн. тр. - Алма-Ата: Наука, 1970. - С. 50-54.
7. А. с. № 696157. СССР.
Струеформирующая насадка//Едыгенов Е.К., Колесник Г.А., Пархоменко С.Г. Опу8л.А5с1 1№9848646. СССР. Струефрми-рующая насадка гидромонитора//Едыгенов Е.К., Колесник Г.А., Пархоменко С.Г. Опубл. 23.07.81.
9. А.с. № 717329. СССР. Гидроимпульсное устройство//Едыгенов Е.К., Колесник Г.А., Пархоменко С.Г. Опубл. 25.02.80.
10. Предпатент РК № 7757. Устройство для транспортирования горной массы (ва-рианты)//Едыгенов Е.К., Лихатков А. И. Опубл. 15.07.99.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------
Едыгенов Е.К. - кандидат технических наук, член-корр. Академии минеральных ресурсов Республики Казахстан, заместитель директора ИГД им. Д.А.Кунаева по науке, заведующий лабораторией разрушения и доставки горных пород.
© Н.А. Попов, Н.Н. Петров, 2002
УДК 622.44
Н.А. Попов, Н.Н. Петров
К ВОПРОСУ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАХТНОГО ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА С ПОВОРОТНЫМИ НА ХОДУ ЛОПАТКАМИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА
ри разработке новых вентиляторов на стадии проектирования может быть получен расчетом определенный участок аэродинамической характеристики в окрестности расчетного режима. Расчет выполняется при следующих основных допущениях [1]: 1) рассматриваются вентиляторы, рассчитанные на постоянную осевую скорость и циркуляцию по радиусу; 2) кинематика потока, определяющая мощностную характеристику всего вентилятора, связывается только с параметрами потока и решетки на среднем геометрическом радиусе; 3) изменение течения в лопаточном венце, обусловленное изменением производительности вентилятора (при постоянной частоте вращения), связывается с изменением только среднерасходной скорости. Происходящее при этом перераспределение скоростей по радиусу не учитывается; 4) потери давления в лопаточных венцах также характеризуются кинематикой потока и параметрами решетки на среднем радиусе, а ее коэффициент сопротивления отражает все потери в лопаточном венце.
В настоящем докладе обсуждаются вопросы расчета аэродинамических характеристик, разрабатываемых шахтных поворотно-лопастных осевых вентиляторов по расчетным геометриям сдвоенных листовых лопаток рабочих колес ряда аэродинамических схем, приведенных в [2]. Идея подхо-
да к выполнению расчета заключается в том, что для решеток со сдвоенными листовыми лопатками с определенными дополнительными допущениями используются теоретические характеристики и экспериментальные зависимости плоских решеток, представленные в [1, 3—6].
Одной из основных задач аэродинамического расчета лопаточных машин является определение мощностной характеристики ступени, представляющей собой зависимость коэффициента теоретического давления ут от безразмерной осевой скорости са или при са = const = сао от коэффициента среднерасходной скорости потока фа.
Характеристика ут(фа) является практически линейной в области рабочих режимов и для вентиляторов без входного направляющего аппарата (схема К + CA) (рис. 1) может быть рассчитана по заданной геометрии лопаточных венцов с помощью выражения [1]:
Ут = 2 КГГ [(1 — А) Г - В фа], (1)
где Кг = 1/К — коэффициент учета вязкости в решетке профилей (К = 1.05 — для листовых лопаток); r - средний радиус лопаточного венца; А и В — коэффициенты решетки; фа — коэффициент среднерасходной скорости потока.
