Влияние формы импульса ударного устройства для сегрегации на характер поведения крупного куска в среде насыпного груза на конвейерной ленте Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

----------------------------------- © А.Ю. Захаров, Н.В. Ерофеева,

2009

А.Ю. Захаров, Н.В. Ерофеева

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА УДАРНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЕГРЕГАЦИИ НА ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ КРУПНОГО КУСКА В СРЕДЕ НАСЫПНОГО ГРУЗА НА КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЕ

Предложена математическая модель движения крупного куска лежащего на ленточном конвейере, окруженного мелкозернистым оптовым материалом, подвергнутого воздействием устройства для направленной сегрегации. Показаны результаты вычислений и исследований влияния формы импульса на эффективность сегрегации.

Ключевые слова: ленточные конвейеры, несортированные крупнокусковые грузы, ударные нагрузки.

~М} случае транспортирования несортированных крупнокусковых грузов ленточными конвейерами в общем потоке можно наблюдать фракции различной кусковатости: от 0—150 мм до 400—600 мм. При прохождении крупных кусков грузов по роликоопорам, особенно в случае, когда кусок непосредственно контактирует с лентой, возникают динамические нагрузки на ленту и ролики, вызывающие усталостный износ и соответственно сокращение срока их службы, что в свою очередь существенно снижает экономическую эффективность транспортирования ленточными конвейерами.

Уменьшение величины ударных нагрузок на линейном ставе может быть достигнуто путем замены жестких роликоопор на шарнирные или гирляндные. Применение податливых роликоопор позволяет снизить динамические нагрузки на ленту по сравнению с жесткими роликоопорами в 1,5 раза, но при этом они имеют существенный недостаток — смещение по ходу движения ленты с практически неизбежным автоколебательным движением. При встрече с крупным куском роликоопора стремится подняться вместе с лентой и куском. Все это существенно увеличивает сопротивление движению ленты (до 30 %) и ухудшает устойчивость движения ленты [1].

Другим направлением снижения данных нагрузок на ленту и ролики является создание подушки из мелких фракций транспортируемого груза между куском и лентой. Сформировать такую по-

душку можно в зоне загрузки, применяя загрузочное устройство с колосниками. Однако при применении колосников возможно забивание крупными фракциями пространства в решетке, в результате чего могут возникать просыпи. Кроме этого происходит переиз-мельчение транспортируемого груза. В некоторых случаях (при перегрузке транспортируемого груза под углом) технологически невозможно установливать загрузочный лоток с колосниками. В Кузбасском государственном техническом университете предложено обеспечить создание подушки между крупным куском и лентой из мелкокускового насыпного груза установкой под нерабочую обкладку верхней ветви ленты устройства для сегрегации.

Экспериментальные исследования сегрегации груза на ленте показали, что такой процесс существует и зависит от ряда факторов и в частности от формы ударного импульса.

Моделирование положение куска на ленте конвейера с устройством для сегрегации груза представлено на рис. 1. На крупный кусок транспортируемого груза с габаритными размерами axbxc, помещенный в среду мелкокускового груза на конвейерной ленте, воздействует боковое давление от мелкокусковой фракции груза с учетом подвижности материала т. Центр давления смещен от центра тяжести каждой грани на величину В процессе разворачивания куска относительно точки О на угол а под воздействием ударного импульса F появляются силы трения, воздействующие на все грани куска.

Рис. 1. Схема действия приложенных на кусок сил под воздействием удара по его первой половине относительно направления движения ленты

Ударное устройство расположено стационарно ближе к загрузочной части конвейера в пролете между роликоопорами. Ударный

импульс приложен к нерабочей обкладке ленты и вследствие движения ленты со скоростью V при прохождении крупного куска над ударным устройством происходит смещение точки приложения силы F на величину А. Положение куска на ленте носит случайный характер, поэтому первый ударный импульс может быть нанесен со смещением на величину 5 относительно начала куска 01 по ходу движения ленты.

Дифференциальное уравнения вращения твердого тела относительно неподвижной точки О будет иметь вид:

. 82 а 2 2 cb2

J—^ = - a sin а • Pn (sin2 а + m cos2 а)--

8t2 0 6

-| h - C^-(B - c) tgP - Bo4 Bl tgX-a sin а

•Po • m • a • b • f • (

a f ( b Y B0tgp bcosа ,

- + - -I h - 0 - a sin а-------------|x

2 I 13 I I 4

xp0(sin2 a + mcos2 a) • c• b • a • f - (1)

- ^ (X ^'a - 4 ^9^ - V) •c) • p0

x cos a • b • f + (£4c • a - 4 a2 tg(a-y) • c) •po -

2a

-(a + c) • (Л - b)2 • p0 • m • f) • (zc sin a - — cosa) + +^ • F cosa • (a - s- A)

где J — момент инерции куска; t — текущее время; h — высота слоя материала на конвейерной ленте; щ,р — угол естественного откоса в движении; р0 — насыпная плотность транспортируемого материала; В0 — расстояние, занимаемое насыпным грузом по ширине ленты; B, - ширина части конвейерной ленты, опирающейся

на центральный ролик; X — угол наклона боковых роликов; f — коэффициент трения мелкокускового насыпного груза о крупный кусок; f - коэффициент внутреннего трения; zc — положение центра тяжести вышележащего слоя насыпного груза относительно

2

поверхности ленты; — суммарная площадь вышележащего

слоя насыпного груза в поперечном сечении; к — коэффициент, учитывающий ослабление силы удара, воздействующей на кусок, за счет упруго-вязких деформаций насыпного груза.

Принимается допущение о том, что после прохождения центра тяжести куска относительно ударного устройства после завершения фазы удара по первой половине куска он остается развернутым на величину а и, при нанесении ударов по второй половине куска по ходу поступательного движения, начинает разворачиваться относительно точки О1 на угол а. При этом в дифференциальном уравнение (1) изменит свое выражение составляющая a sin а на a(sin а- sin а1), и плечо ударного импульса определится как расстояние, пройденное куском за расчетное время.

Среди наиболее важных параметров ударного устройства являются амплитуда, частота и форма ударного импульса. Форма ударного импульса непосредственно зависит от конструктивных особенностей устройства и может иметь различный вид. Для сравнения эффективности процесса сегрегации принимались четыре различные формы импульса, представленные на рис. 2. Причем импульс экс-

(- p-(f -tl)2

поненциальной формы описывался выражением F = A • e 2 , а синусоидальной —

F = A • sin(pt), (2)

где А, р, t¡ — коэффициенты, обеспечивающие заданные параметры ударного импульса.

В расчетах первый импульс, действующий на кусок для всех форм, принимался одинаковой амплитуды, и считалось, что последующие удары действуют через подсыпанный слой равный величине hé.

На рис. 2 можно заметить снижение силы ударного воздействия на величину рассеивания ударного импульса в мелкой фракции груза. Пренебрегая вязким сопротивлением, снижение силы ударного воздействия рассчитывалось по линейной зависимости:

к = j • hé,

где hë — высота подъема точки О или О куска в зависимости от

фазы перемещения (до центра тяжести и после); j — коэффициент рассеивания.

Расчеты траектории движения куска показаны по перемещению точек О или О на рис. 3.

Графики (рис. 3) построены в относительных единицах. ^ — относительная величина, равная отношению текущей высоты подъема одного края при заданном импульсе к максимальной высоте подъема при П — образном импульсе.

По результатам расчета можно заметить, что наблюдается уменьшение высоты подъема куска при импульсах отличных от П-образной формы. Так при импульсе треугольной формы высота подъема в 2—2,5 раза ниже, чем при П-образной с учетом рассеивающей способности мелкокусковой фракции груза.

Рис. 2. Сравнение форм ударных импульсов с учетом подсыпки мелкокусковой фракции под крупный кусок

0,8 0,6 0,4 0,2

0 —-----------1— --------- 1, с С

—~~4

0.00 0,02 0.04 0.06 0.08

Рис. 3. Траектория движения куска при воздействии импульсов: а — по первой по ходу движения куска половине; б — по второй по ходу движения куска половине: 1 — П-образного; 2 — экспоненциального; 3 — синусоидального; 4 — треугольного

Таким образом, на основе полученных результатов можно выполнить выбор типа виброударного устройства (вращательного или возвратно-поступательного действия), зная соответствующую импульса форму.

1. Теория ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород / Новиков Е. Е., Смирнов В. К. Киев: Наук, думка, 1983. — 184 с. шы=1

Zaharov A. U., Erofeeva N. V.

INFLUENCE OF PULSE SHAPE OF PERCUSSIVE DEVICE FOR SEGREGATION ON NATURE OF BEHAVIOUR OF THE LARGE PIECE IN THE ENVIRONMENT OF THE BULK CARGO ON THE CONVEYOR BELT

Conveyor belt and idlers lifetime could be increased by use of device for directed segregation of large pieces. The authors worked out the mathematical model of motion of large piece surrounded by fine-grained bulk material lying on conveyor belt when subjected by impact of device for directed segregation. The article shows results of calculations and analyses how type of impact momentum influence efficiency of segregation.

Коротко об авторах

Захаров А.Ю. — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Стационарные и транспортные машины», КузГТУ, действительный член горной академии наук, почетный работник министерства образования, е-таіі: [email protected]

Ерофеева Н.В. — ст. преподаватель кафедры «Стационарные и транспортные машины», КузГТУ, е-mail: [email protected]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ