автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Исследование распределения давления сыпучего груза на тяговые органы ленточно-цепных и двухленточных конвейеров

Введение

Глава I. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1. Сравнительная характеристика конструкций крутонаклонных конвейеров

1.2. Оценка существующих методов расчета крутонаклонных конвейеров

1.3. Цель и задачи исследования

Глава 2. Исследование распределения давления сыпучего груза на тяговые органы крутонаклонных конвейеров

2.1. Уравнения плоского предельного равновесия и движения сыпучего груза

2.2. Распределение давления сыпучего груза на тяговые органы ленточно-цепного крутонаклонного конвейера

2.3. Исследование распределения усилий от сыпучего груза на перегородку и конвейерную ленту

2.4. Методика расчета наклонного ленточноцепного конвейера

2.5. Расчет ленточно-цепных конвейеров на ЭВМ

2.6. Расчет двухленточного крутонаклонного конвейера с обжатием транспортируемого груза

2.7. Расчет на ЭВМ конвейеров с обжатием транспортируемого груза

2.8. Расчет двухленточного крутонаклонного конвейера с прижимной лентоИ

2.9. Методика расчета конвейеров с прижимной лентой

2.10. Расчет конвейеров с прижимной лентой на ЭВМ.

2.XI. Расчет двухленточного крутонаклонного конвейера с подпором сыпучего груза

2.12. Программа расчета конвейера на ЭВМ

Глава 3. Экспериментальные исследования крутонаклонных конвейеров

3.1. Программа и методика исследований

3.2. Исследование двухленточного конвейера с обжатием транспортируемого груза

3.3. Исследование двухленточного конвейера с подпором сыпучего груза .1X

3.4. Исследование ленточно-цепного конвейера

Глава 4. Внедрение и экономическая эффективность .Х

Выводы .Х

Работа современных промышленных предприятий характеризуется необходимостью перемещения больших масс насыпных грузов. Это обусловливает высокую долю расходов на транспорт в себестоимости продукции и заметно влияет на уровень производительности труда. Поэтому вопросы совершенствования и создания новых машин для механизации погрузочно-разгрузонных работ приобретают в настоящее время все большее значение.

Наиболее простым, производительным и эффективным видом транспорта является конвейерный транспорт. Однако, возможность применения ленточных конвейеров во многих случаях ограничивается их малым углом наклона.

Одним из прогрессивных направлений в области совершенствования машин непрерывного транспорта и расширения области их применения является разработка и внедрение в различных отраслях промышленности новых конструкций крутонаклонных конвейеров* Создание работоспособных конструкций крутонаклонных конвейеров имеет важное значение для народного хозяйства. В настоящее время как в Советском Союзе, так и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию и совершенствованию крутонаклонных конвейеров.

Применение крутонаклонных конвейеров позволяет осуществить принципиально новые, наиболее прогрессивные транспортно-техноло-гические решения, сократить площади и объем производственных помещений» уменьшить длину транспортных галерей, сократить объемы капитального строительства и получить большой технико-экономический эффект.

Как показывают расчеты, выполненные в институте ВНИИНеруд использование крутонаклонных конвейеров позволяет сократить длину транспортирования в 2,7 раза и уменьшить площадь застройки в 2,3 раза,

В условиях подземной добычи полезных ископаемых крутонаклонные конвейеры могут заменить циклично действующую канатную откатку.

При открытой добыче полезных ископаемых крутонаклонные конвейеры с углом наклона 40-45° позволяют либо полностью избежать проходки транспортных траншей, либо значительно сократить объем вынутой вскрыши [8].

Установка крутонаклонных конвейеров на отвалообразователях, а также на роторной и отвальной стрелах экскаваторов уменьшает длину стрелы, а роторным экскаватором позволяет разрабатывать забой как верхним, так и нижним копанием.

Кроме того, вес крутонаклонного конвейера меньше веса обычного ленточного, так как он короче последнего.

При расчете крутонаклонных конвейеров для транспортирования сыпучих грузов, основное внимание уделяется вопросам устойчивого равновесия сыпучего груза на грузонесущем полотне и рассмотрению напряженно-деформированного состояния конвейерной ленты при взаимодействии ее с транспортируемым грузом»

Существующие методы расчета устойчивости сыпучего груза на , рабочем полотне ленточных крутонаклонных конвейеров носят эмпирический характер или базируются на гипотезе сыпучего тела, основанной на использовании уравнений статики недеформируемого тела, то есть сыпучее тело в расчетной схеме рассматривается как абсолютно жесткое. При этом не учитывается динамика процесса транспортирования, взаимодействие груза с лентой, желобчатость, жесткость ленты и ряд других параметров.

Следует отметить, что погрешность между теорией, основанной на гипотезе сыпучего тела и экспериментальными исследованиями [б] составляет 30$. Такое расхождение между расчетными и опытными результатами влечет необходимость введения поправочных коэффициентов в методику расчета, что резко сужает границы применимости этих методов.

Отсутствие точных математических методов расчета в известной степени сдерживает разработку, а следовательно, и внедрение крутонаклонных конвейеров в промышленность.

В настоящей работе делается попытка дать уточненный метод расчета крутонаклонных конвейеров» основанный на рассмотрении напряженно-деформированного состояния сыпучего тела* В отличие от действительных сыпучих грузов, состоящих из отдельных частиц с промежутками мевду ними, за расчетную модель принята сплошная среда. Такое допущение справедливо, если размер частиц, составляi ющих сыпучий груз, значительно меньше размера сосуда, в котором он находится. Используемая расчетная модель сыпучего груза позволяет воспользоваться понятием о напряжении как интенсивности внутренних сил и применить дифференциальные соотношения мевду напряжениями, приращениями напряжений и приращениями скоростей деформации, аналогичные уравнениям состояния теории пластичности.

Правомерность применения методов механики сплошной среды к исследованию транспортирующих машин доказана в работах [45; 4б].

Гипотеза о соответствии реальной связно-сыпучей среды жестко-пластическому телу проверялась сравнением экспериментальных исследований |~67] с некоторыми теоретическими результатами [бб]. Проведенные исследования показали, что погрешность между ними составляет 30-40#. Практикой определения физико-механических свойств сыпучих грузов установлено, что точность нахождения объемной массы [30] не выходит за пределы 0,05 т/м^, а угла внутреннего трения 1°-2°, При такой степени точности определения объемной массы и угла внутреннего трения отклонения вычисленных величин могут достигать 40%т Отсюда видно, что использование в расчетах крутонакдонных конвейеров математического аппарата теории пластичности применительно к сыпучим грузам наиболее эффективно, т.к. полученные результаты имеют один порядок с погрешностью определения физико-механических свойств.

- 140 -ВЫВОДЫ

Весьма перспективным направлением совершенствования машин непрерывного транспорта является создание новых конструкций крутонаклонных конвейеров, однако отсутствие точных математических методов расчета в известной степени сдерживает их разработку и внедрение .

2. Теоретические исследования, выполненные с использованием математического аппарата механики сплошной среды позволили создать качественно новую методику расчета устойчивости насыпного груза на рабочих органах крутонаклонных конвейеров, что обеспечило: а) нахождение необходимого обжимающего давления груза для конвейеров с повышенным давлением между транспортируемым грузом и, лентой; б) определение минимального угла и длины загрузочного участка для двухленточных конвейеров с подпором транспортируемого груза; в) расчет величины давления транспортируемого груза на ленту и перегородки для ленточно-цепного крутонаклонного конвейера; г) значительное сокращение разрыва между теоретическими и экспериментальными результатами.

3. Экспериментальные исследования соответствующих типов крутонаклонных конвейеров показали: а) правильность результатов, полученных при теоретических исследованиях; б) зависимость давления на ленты от расстояния между верхними и нижними роликоопорами, причем оптимальное давление соответствует стреле естественного прогиба лент; в) существование непропорциональной зависимости между натяжением лент и длиной крутонаклонного участка в конвейерах с подпором транспортируемого груза; г г) влияние угла наклона конвейера и угла естественного от- I коса транспортируемого насыпного груза на оптимальный шаг перегородок и на область применения ленточно-цепных конвейеров.

4. Предложена и испытана конструкция специальной регулируемой роликоопоры для двухленточных конвейеров.

5. Сконструирован уравнительный привод для синхронизации движения ленты и цепей ленточно-цепного конвейера.

6. Разработана методика инженерного расчета конвейеров в виде универсальных программ для реализации их на ЭВМ.

7. На базе выполненных исследований создан вертикальный двух-ленточный конвейер, который внедрен на металлургическом заводе им. Дзержинского. Экономический эффект от внедрения составил 127,5 тыс.руб. в год.

1. Агранович Л.я. Ленточные конвейеры для больших углов наклона. "Тр.Н-и.пр.-констр. ин-та технологии машиностр.", 1966, 12. ,

2. Алферов К.В., Зенков Р.Л. Бункерные установки. Гл.1, § 2, "Машгиз", 1955.

3. Андреев А.В., Герасимова М.Ф. Усовершенствование конвейерных лент для горной промышленности. Сб. "Транспорт шахт и карьеров", М., "Недра", 1971.

4. Барон Л.И. О точности основных технологических показателей и инженерных расчетов процесса добычи руд. "Изв. АН СССР. Отделение технологич.наук". 1951, № 9.

5. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. Гл.Л, Гостехиздат, 1952.

6. Бернштейн М.С., Иммерман А.Г. О статических свойствах несвязного сыпучего тела в предельном равновесии. Н-иссл.ин-т по строительству. "Исследования. Массивные и стержневые системы", Гос.изд. литературы по строительству и архитектуре, 1952.

7. Биличенко Н.Я., Высочин Е.М., Завгородный Е.Х. О режимах работы конвейерных прорезиненных лент. Сб. "Вопросы рудничного транспорта", 1962, вып.6.

8. Бондарев B.C., Коваленко В.И. О создании крутонаклонных конвейеров для открытых горных разработок. "Механизация открытой добычи полезн.ископ.". НИИИНФОРМТЯНМАШ, М., 1967, № 7.

9. Бондарев B.C., Крылов В.В. К вопросу о распределении вертикального и бокового давлений в двухленточном вертикальном конвейере. "Вертик. и крутонакл. конвейеры для транспор-ия грузов в пром-ти", Тезисы докл. н.-техн.конф. Л., 1971.

10. Бондарёв B.C., Крылов В.В., Коновихин В.А. Определение натяжения лент на криволинейном участке вертикального двухленточного конвейера. "Горные, строит, и дор. машины". Респуб. межвед. н.-техн.сб., 1973, вып. 16.

11. Васильков А.С. О распределении давлений при транспортировании сыпучих материалов на крутонаклонных ленточных конвейерах. Сб. "Прогрессивные констр.конвейерных машин для насыпных грузов", дат, 1967.

12. Васильков А.С., Ковалевский А.Р. К вопросу исследования и внедрения двухленточных крутонаклонных конвейеров. "Труды СЗПИК, 1972, № 18.

13. Вольмир А.С. Гибкие пластинки и оболочки. Гл.У. Гостехиздат, М., 1956.

14. Высочин Е.М., Смирнов В.К., Шпакунов И.А. Исследование сопротивления движению ленты мощных ленточных конвейеров. "Изв. Днепропетр* горн, ин-та", 1967, № 48.

15. Гениев Г.А. Вопросы динамики сыпучей среды. § 1;2. Госстрой-издат, 1958.

16. Дмитриев В.Г. Дифференциальные уравнения движения конвейерной ленты по роликоопорам. Изв.вузов. Горн.жур., 1973, № 10.

17. Долголенко А.А. Машины непрерывного транспорта. Гл.Ш,1У. "Речной транспорта", 1959.

18. Дьячков В.К., Рождественская Л.А. Транспорт насыпных грузов под крутым углом наклона. Труды ВНИИПТМАШ, 1963, вып.9.

19. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. Гл.1. "Машиностроение", 1964.

20. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. Гл.1,П. Гос-стройиздат, 1956.

21. Ковалевский А.Р., Черненко В.Д. Исследование устойчивости сыпучего груза на рабочем полотне двухленточного крутонаклонного конвейера. "Физ.-техн.пробл.разработки полезн.ископ.",1974, £ 3.

22. Ковалевский А.Р., Черненко В.Д. О распределении давления сыпучего груза на рабочие органы ленточного крутонаклонного конвейера. "Машиноведение", 1975, № 2.

23. Ковалевский А.Р,, Черненко В.Д. Расчет элементов конструкции двухленточного крутонаклонного конвейера. "Подъемно-транспортные машины". Тульский политехи, ин-т, 1977.

24. Ковалевский А.Р. Исследование взаимодействия сыпучего груза на тяговые органы крутонаклонного конвейера. "Депонированные рукописи". Библиогр. указатель ВИНИТИ, 1981, № 6, с. 117.

25. Ковалевский А.Р. и др. Привод крутонаклонного конвейера. Авт.св. СССР, кл. 8Ie,9(B 65gO, № 227897.

26. Коваленко В.И. и др. Крутонаклонный конвейер. Авт.св.СССР, кл.81е,8(В 65 15/16), № 268979.

27. Кожушко Г.Г., Яковлев П.В. К вопросу определения модуля упругости конвейерных лент при динамическом нагружении. "Тр.Уральского политехи.ин-та", 1966, сб.153.

28. Кост Г.Н., Артемова Г.Д. К вопросу повышения угла наклона ленточных конвейеров для угольных шахт. Сб."Транспорт горных предприятий", М., 1968.

29. Кукибный А.А, Ленточные конвейеры с прижимной лентой. "Мех. и авт.пр-ва", 1968, № 12.

30. Немилов Н.В. К теории сыпучих тел. "Журнал МПС", 1913, кн.9.

31. Новожилов В.В. Теория упругости. Гл. 1,П,Ш. "Судпромгиз", 1958.

32. Ольшанская М^В., Костин Ю.Ф., Белогрудов Ю.В. Машины, изготовленные Краснолучским машиностроительным заводом. "Горные машины и автоматика", 1963, № 2.

33. Панкратов С.А. Динамика машин для открытых горных и земляных работ. Гл.У1. "Машиностроение11, 1967.

34. Патент ФРГ, кл. В 65g, , В 975716.

35. Патент ФРГ, кл. 81е-8(В 65 Cj,), № II8469.

36. Пертен Ю.А. Наклонные конвейеры. "Машиностроение", М.-Л., 1966.

37. Пертен Ю.А. Крутонаклонные и вертикальные конвейеры. "Механиз. и автоматиз.пр-ва", 197I, № 7.

38. Пертен Ю.А., Гендон В.А. Определение сопротивлений движениюи тяговых усилий в ленточно-цепных крутонаклонных конвейерах. "Вертик* и крутонакл» конвейеры для транспортир.грузов в пром-ти", Тезисы докл.н.-яехн.конф. Л., 1971.

39. Плавинский В.И. Машины непрерывного транспорта. Гл.1. "Машиностроение", 1969.

40. Пухов Ю.С. и др. Крутонаклонный ленточный конвейер. Авт. св.СССР, кл.8Хе, № 307945.

41. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. Гл.Ш. "Физматгиз", 1962.

42. Рождественская Л.А. Результаты испытаний рифленых лент при транспортировании удобрений. Труды ВНИИПТМАШ, 1965, вып.9.

43. Рушанский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. "Наука", 1971.

44. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. Гл.1. Физматгиз,I960.

45. Соловьев А.А. К вопросу исследования взаимодействия погрузочного органа с сыпучей породой. "Изв. ВУЗ. Горн.ж.", 1958, № II.

46. Соловьев А.А. Применение механики сыпучих тел к определению сил сопротивления внедрению плоскости в штабель. "Науч.тр. Харьк.горн„ин-та", т.6. Изд. ХГУ, 279-297, 1958.

47. Солод Г.И. Параметры, определяющие производительность наклонных конвейеров. "Транспорт горных предприятий", М.,МГИ, 1968.

48. Сорин Ф.И. Транспортирование материала конвейером с прижимной лентой. "Вертик. и крутонакл. конвейеры для трансп-ия грузов в промыш-ти", Тезисы докл. н.-техн. конф. Л.,1971.

49. Соснов К.А., Гнедов Н.П., Бликотюк А.Д. Ленточные крутонаклонные конвейеры КВ. "Обогащение и брикетирование угля", 1962,2.

50. Спиваковекий А.О. Сб. "Конвейеры для больших углов наклона и с промежуточными приводами", М., 1962.

51. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. Гл. 12, 1У. "Машиностроение", 1968.

52. Спиваковский А.О. и др. Крутонаклонный ленточный конвейер. Авт.св. СССР, кл. В 6515/10, № 357123.

53. Спиваковский А.О. и др. Ленточный конвейер для больших углов наклона. Авт.св. СССР, кл. 81е,2 (В 65<^), № I765I4.

54. Титов А.А. и др. Крутонаклонный конвейер. Авт.св. СССР, кл. 5^(Е21), № 259022.

55. Усов К.А. Основы теории вертикальных ленточных конвейеров. "Сб.научн.тр. Всес. н.-и. и проектн.-констр. ин-та п.т.м., погр.-разгр. и складск.оборудов. и контейнеров", 1973, № 2, вып.2.

56. Федоров Е.А. Крутонаклонные конвейеры для перемещения крупнокускового материала. "Вертик. и крутонакл. конвейеры для транспорт-ия грузов в пром-ти", Тезисы докладов н.-технич. конф. Л., 1971.

57. Федоров Е.А. Анализ грузонесущей способности конвейерной ленты с высокими перегородками. "Сб.трудов ВНИИ нерудн. строит, материалов и гидромеханиз.", 1973, вып. 36.

58. Федоров Е.А., Лебедев В.П. Крутонаклонный ленточный конвейер с горизонтальным участком загрузки. "Сб.тр. ВНИИ нерудн.строит, материалов и гидромеханиз.", 1973, вып. 36.

59. Французский патент, кл. В 65д, Р Общ, № 1354982.

60. Французский патент, кл. 81е-8 (В 65gO, № II84698.

61. Черненко В.Д. Расчет устойчивости сыпучего груза на рабочем полотне крутонаклонного конвейера с прижимными лентами. "Вестник машиностроения", 1976, № 10.

62. Черненко В.Д. Теоретические исследования распределения напряжений в бункерных установках. Материалы 2-й Всесоюзн. научн. конф. "Механика сыпучих материалов", Одесса, 1971.

63. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г., Мягков С.Д. Выбор оптимального расстояния между роликоопорами ленточных конвейеров. "Изв. ВУЗ Горн.ж.", 1973, № 7.

64. Шешко Е.Е., Гущин В.М. Крутонаклонный конвейер с лентой, имеющей форму глубокого желоба. В сб. "Развитие и соверш. шахт, и карьерн. тр-та", М., "Недра", 1973.

65. Японский патент, кл. 83Д11, № II139.

66. Японский патент, кл. 83Д11, № 22658.

67. HochsteiivezEade&and met dzuck&and. (tFoz-dezn und HeKen. 1965, Г2.71. %nnezs CozneEius Otto. Fozc(ez£andez : Sta&t ТгадхоЕЕеп tin LuftfiEm. die Bezechnunq des LuftSandfozdezezs. t/Fozdezn und He&en" тг, гг, л\°-7

68. KeEEez A, BEasl W. Betzachtuncfen uSez Be-zechnuncfsgzundEocjen fut Fozdezcjuzte. „ Beztj-bauteebnik \ Heh 7,1955.75. tleztz И. SteiE-fdrdezquxte fiiz die fluf-faezxeiiuncj und Mezfahzenstechnie. „flut&e-zeit.-Tethn" 1969, 10, НЧ.

69. HutaudM. La couzzoi.se pout tzaspozteuz vtzsion cEassi^ue et fozmuEes bobwetEes.uManutention"f 1967, 17, № 140. ЭИ ШПТМ, 1961, Ibin 15.

70. MezizH. SteifrZzdeitjutie fut die flutSer-leituncjs und Vetfahiuncjs technic. u Juf&e-zeit.-Techn." 1969,10,

71. OtzacW. On some basic, aspect of the theory of non- homogeneous loose and co-hestive media, Jtch, hlech. Stos.? 11, blq6 751776 f№9)

72. PaspetL. The Sandwich convert й solution tot Stepp belt ttansporiation. „ En-cjineetxinq and Mining 1 ", 1960, №11

73. Shield R. Mexed boundary value pto£~ ltm<*> in soil mechanics, Quart, Лрр1 MathЦ 1,61-76 (№5).