автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Динамические воздействия ленточных конвейеров на несущие строительные конструкции

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

2 АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

3 ПОПЕРЕЧНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГ РУЗКИ НА СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОТ СРЕДНЕЙ ЧАСТИ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ПРИ СТАЦИОНАРНОЙ РАБОТЕ.

ЗД Основные соотношения.

3.2 Статистические характеристики поперечных динамических нагрузок от роликоопор.

3.3 Численный анализ поперечных динамических нагрузок.

3.4 Вывода по главе.

4 НАГРУЗКИ НА СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПУСКОВЫХ РЕЖИМАХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ.

4.1 Продольные колебания конвейерной ленты.

4.1.1 Постановка задачи.

4.1.2 Построение приближенного решения алгоритмом Галеркина-Петрова

4.1.3 Собственные частоты и формы продольных колебаний ленты.

4.2 Анализ нагрузок от концевых и приводных станций при пуске конвейера.

4.2.1 Пуск конвейера.

4.3 Выводы по главе.

5 НАГРУЗКИ НА СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ВНЕЗАПНОМ СТОПОРЕНИИ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ.

5.1 Продольные колебания застопоренной ленты.

5.1.1 Постановка задачи и построение решения.

5.1.2 Собственные частоты и формы продольных колебаний застопоренной ленты.

5.2 Анализ нагрузок от концевых и приводных станций при стопорении ленты конвейера.

5.3 Выводы по главе.

6 ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ТРАНСПОРТЕРНЫХ ЭСТАКАД ПРИ СЛУЧАЙНЫХ КОЛЕБАНИЯХ.

6.1 Постановка задачи.

6.2 Построение передаточной функции

6.3 Статистические характеристики параметров колебаний конструкций пролетных строений.

6.4 Прочность и выносливость несущих конструкций пролетных строений

6.5 Выводы по главе.

Один из основных видов транспорта на предприятиях горнодобывающей и металлургической промышленности представляют ленточные конвейеры.

Высокие технико-экономические показатели и возможность полной автоматизации транспортного процесса при использовании ленточных конвейеров обуславливают постоянное расширение области применения и дальнейшее развитие этого вида транспорта. Характерными особенностями современного этапа развития ленточных конвейеров являются значительное повышение производительности и расширение их возможностей за счет существенного увеличения скорости движения и ширины ленты, а также длины конвейера в одном ставе. Так, в настоящее время известны конвейеры с шириной ленты 3000 мм (в перспективе 4000 мм) производительностью до 20000 т/ч с и скоростью движения до 6-8 м/с [59, 88]. Длина конвейера в одном ставе достигает 10 км [88].

На горнообогатительных комбинатах и других промышленных предприятиях ленточные конвейеры устанавливаются, как правило, в галереях и производственных зданиях. При работе конвейеров на поддерживающие их строительные конструкции наряду со статическими нагрузками передаются нагрузки, изменяющиеся во времени и оказывающие зачастую существенное влияние на напряженно-деформированное состояние конструкций.

Совершенствование методов расчета и проектирования строительных конструкций, направленное на устранение излишних запасов прочности и разработку экономичных конструктивных решений, внедрение в практику строительства прогрессивных облегченных конструкций, а также существенное увеличение мощностей технологического оборудования, устанавливаемого в производственных зданиях и сооружениях, в значительной мере повышают требования к точности и достоверности данных о нагрузках, создаваемых оборудованием при эксплуатационных и экстренных режимах работы, и приводят к необходимости всесторонних исследований и разработки методов учета этих нагрузок при проектировании строительных конструкций. С внедрением в производство мощных ленточных конвейеров с высокими скоростями движения лент такая необходимость возникла и в отношении создаваемых ими нагрузок. Особо остро проблема определения эксплуатационных и экстренных нагрузок от ленточных конвейеров встала после ряда аварий транспортерных эстакад.

Систематические экспериментальные и расчетно-теоретические исследования работы ленточных конвейеров и поддерживающих их строительных конструкций, начатые лабораторией защиты от вибраций Уральского промстрой-ниипроекта в 1965 г. по заданию Главпромстройпроекта, позволили решить ряд проблем, связанных с проектированием транспортерных эстакад. Вместе с тем известные исследования не охватывают всего круга вопросов, возникающих при расчете и проектировании строительных конструкций, несущих ленточные конвейеры. В частности, недостаточно полно изучены нагрузки от средней части конвейеров, представляющие собой пространственно-временной случайный процесс, и нагрузки от концевых и приводных станций. Не нашли должного отражения в технической литературе и инструктивно-нормативных документах экстренные нагрузки, возникающие при заклинивании конвейерной ленты, и вопросы расчета несущих строительных конструкций транспортерных эстакад на выносливость при случайных колебаниях пролетных строений.

Решению этих важных для практики проектирования и эксплуатации строительных конструкций вопросов и посвящена настоящая работа.

В первой главе диссертации дается аналитический обзор исследований, посвященных изучению работы ленточных конвейеров и поддерживающих их строительных конструкций.

Во второй главе выполнен анализ и обобщение экспериментальных данных, полученных различными авторами, в том числе накопленных при участии автора диссертационной работы.

Третья глава посвящена описанию поперечных динамических нагрузок от средней части ленточных конвейеров на поддерживающие их строительные конструкции. При описании нагрузок учтены: случайный разброс диаметров, весовых и геометрических эксцентриситетов, а также фаз вращения отдельных роликов; изменчивость массы транспортируемого груза; случайный характер налипания транспортируемого материала на ленту и «холостые» ролики вызывающего повышенный уровень колебаний холостой ветви ленты конвейера.

В четвертой главе исследуются нагрузки на головные, приводные и хвостовые станции конвейеров при переходных режимах. Дан качественный анализ и рассмотрено влияние различных факторов на спектр и величины нагрузок. Выполнено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.

Пятая глава посвящена анализу нагрузок на строительные конструкции при внезапном стопорении ленты.

В шестой главе исследованы случайные поперечные колебания пролетных строений транспортерных эстакад. На основе корреляционно-спектральной теории случайных процессов и использования линейной гипотезы накопления усталостных повреждений разработана методика расчета на прочность и выносливость элементов (соединений) несущих конструкций пролетных строений.

В заключении обобщены результаты выполненных исследований, отмечены наиболее важные достижения, полученные в ходе работы, и сведения об апробации и внедрении отдельных результатов работы в проектные материалы и инструктивно-нормативные документы.

В приложения вынесены доказательства математических утверждений, обеспечивающих корректность использования свойств операторов и вводимых функциональных пространств, а также выражения для элементов матриц.

Работа выполнялась по плановой тематике института Уралпромстройнии-проект (ныне ОАО институт «УраяНИИАС»), в т.ч. при выполнении работ в рамках программы по решению отраслевой научно-технической проблемы 0.55.16.013 на 1981-1985 годы «Разработать на основе экспериментальных и теоретических исследований комплекс нормативно-инструктивных документов по динамическому расчету и виброзащите сооружений».

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Строительные конструкции, несущие ленточные конвейеры, испытывают разнообразные виды силовых воздействии от конвейеров. В связи с этим при проектировании строительных конструкций, на которых устанавливаются те или иные органы ленточных конвейеров, возникают задачи определения воздействий от конвейеров и учета этих воздействий при расчете конструкций.

До недавнего времени технологические нагрузки от ленточных конвейеров при проектировании строительных конструкций учитывались весьма условно, как правило, введением некоторых коэффициентов динамичности, существенно различающихся между собой для разных организаций и ведомств. Причем используемые коэффициенты не имеют ни теоретического, ни экспериментального обоснования и установлены стихийно практикой проектирования, строительства и эксплуатации строительных конструкций, несущих ленточные конвейеры. Аналогичное положение существовало в практике проектирования и в отношении нагрузок от средней части ленточных конвейеров [64].

Совершенствование конструктивных решений зданий и сооружений, использование высокопрочных сталей для несущих конструкций и прогрессивных облегченных ограждающих конструкций, внедрение в практику проектирования уточненных методов расчета с применением ЭВМ привело к устранению излишних запасов прочности и к значительному снижению массы конструкций. Вместе с тем с внедрением в производство мощных, высокоскоростных ленточных конвейеров существенно повысились технологические нагрузки от них. Рост уровня технологических нагрузок и уменьшение массы строительных конструкций явилось причиной существенного возрастания роли технологических нагрузок и в особенности динамических нагрузок в напряженно-деформированном состоянии конструкций, несущих ленточные конвейеры. При этом обнаружилось несоответствие между действительной работой несущих конструкций под воздействием технологических нагрузок от конвейеров и условными методами учета этих нагрузок при проектировании, что выразилось в участившихся случаях аварий транспортерных эстакад, а также в значительном повышении в ряде случаев уровня колебаний строительных конструкций.

Анализ научно-технической литературы и инструктивно-нормативных документов показал, что отсутствие обоснованных методов определения и учета технологических нагрузок от конвейеров при проектировании объясняется тем, что целенаправленные исследования действительной работы строительных конструкций, поддерживающих ленточные конвейеры, никем не выполнялись. В связи с этим лабораторией защиты от вибраций Уральского промстройнии-проекта были начаты систематические экспериментальные и теоретические исследования работы несущих строительных конструкций под воздействием нагрузок от ленточных конвейеров. Выполненные к настоящему времени исследования позволили решить ряд вопросов, связанных с определением нагрузок от конвейеров и расчетом несущих конструкций транспортерных эстакад. Значительный вклад в изучение технологических нагрузок от ленточных конвейеров и действительной работы транспортерных эстакад принадлежит к.т.н. Б.П. Пасынкову [64-67, 70]. Им на основе анализа большого объема экспериментальных данных и расчетно-теоретических исследований проведен детальный анализ квазистатических нагрузок от средней части, выявлены основные причины колебаний пролетных строений, разработаны способы определения и учета квазистатических нагрузок и динамического расчета пролетного строения как трехмассовой колебательной системы при воздействии детерминированной гармонической нагрузки. Вместе с тем, сложность и многогранность проблемы не позволили решить весь круг вопросов, связанных с изучением совместной работы ленточных конвейеров и поддерживающих их строительных конструкций. Ряд вопросов воздействий ленточных конвейеров и расчета несущих строительных конструкций по-прежнему остаются недостаточно изученными, в частности, слабо изучены статистические свойства поперечных динамических нагрузок от средней части ленточных конвейеров, представляющих собой пространственно-временной случайный процесс в силу случайных соотношений фаз вращений отдельных роликов, диаметров роликов и пр. Недостаточно исследованы нагрузки от концевых и приводных станций ленточных конвейеров при переходных режимах конвейеров. Практически не изучены экстренные нагрузки, возникающие при стопорении конвейерной ленты. Отсутствует ясность в вопросах расчета несущих конструкций пролетных строений транспортерных эстакад на прочность и выносливость при случайных колебаниях. Принимая во внимание, что перечисленные выше нерешенные вопросы и составляют предмет исследований, выполненных автором диссертационной работы, рассмотрим состояние изученности этих вопросов.

Впервые на необходимость динамического расчета машиностроительных конструкций ленточных конвейеров типа стрел отвалообразователей и роторных экскаваторов на поперечные динамические нагрузки от конвейеров указали С.А. Панкратов [62, 63] и Д.П. Волков [13]. Основными причинами, обуславливающими поперечные динамические нагрузки от конвейеров, С.А. Панкратов считает весовую неуравновешенность роликов и поперечные колебания ветвей ленты, вызываемые периодическим изменением натяжения ленты конвейера.

Выполненные Б.П. Пасынковым [64, 65, 70] экспериментальные исследования показали, что и для несущих конструкций транспортерных эстакад требуется учитывать поперечные динамические нагрузки от ленточных конвейеров, поскольку эти нагрузки в ряде случаев вызывают довольно существенные поперечные колебания пролетных строений. В результате анализа причин повышенных колебаний пролетных строений эстакад им установлено, что кроме весовой неуравновешенности роликов одним из основных факторов, обуславливающих поперечные динамические нагрузки от ленточных конвейеров, является геометрическая неуравновешенность роликов, приводящая к поперечным колебаниям ветвей конвейерной ленты. Причем геометрическая неуравновешенность может быть вызвана геометрическим эксцентриситетом оси вращения ролика, несовершенством формы обечайки роликов, а также налипанием транспортируемого материала на ленту и "холостые" ролики конвейера. Более подробные сведения о причинах возникновения поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров приведены в работе [64]. Там же, а также в [65] приведены экспериментальные данные по различным параметрам, определяющим поперечные динамические нагрузки от ленточных конвейеров.

При исследовании поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров различными авторами [24,26,34,69] был выявлен существенно случайный характер этих нагрузок. Установлены и некоторые факторы, обуславливающие вероятностную природу поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров. К этим факторам относятся: а) естественный разброс весовых и геометрических эксцентриситетов; б) случайное налипание материала на ленту и ролики; в) случайное распределение массы транспортируемого материала.

В работах Г.Г.Кожушко [34, 35] рассмотрены вынужденные линейные и нелинейные поперечные колебания конвейерных лент, возбуждаемых через ро-ликоопоры. Случайный характер поперечных перемещений ленты на ролико-опорах в этих работах не рассматривается.

Большое значение при исследовании поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров имеют гранулометрический состав и плотность распределения транспортируемого груза. Исследованию статистических характеристик грузопотоков при различных гранулометрических составах груза посвящены работы В.Г.Дмигриева, В.А.Дьякова [26] и Г.Л. Эрлиха [94].

Анализ работ, посвященных исследованию поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров, показывает, что к настоящему времени накоплен значительный объем экспериментальных данных, с разных сторон характеризующих эти нагрузки. Для их описания использовались различные подходы. Вместе с тем, не удалось обнаружить работ, в которых математическая модель нагрузок с единых позиций отражала бы такие факторы как весовой и геометрический эксцентриситеты роликов, несовершенство форм обечаек роликов, налипание транспортируемого материала на ленту и ролики, случайное соотношение фаз вращений роликов, случайное распределение транспортируемого материала на ленте. Такая модель может быть разработана на основе статистического анализа упомянутых факторов и представления поперечных динамических нагрузок в виде пространственно-временного случайного процесса.

Другим видом воздействий от ленточных конвейеров являются нагрузки на строительные конструкции при переходных режимах работы конвейеров. Как было отмечено выше, эти нагрузки различными проектными организациями учитываются введением некоторых коэффициентов, не имеющих ни экспериментальных, ни теоретических обоснований. Такое положение оказывается характерным не только для проектных организаций. Анализ научно-технической и инструктивно-нормативной литературы свидетельствует о том, что в настоящее время нет единого мнения по вопросу определения нагрузок от ленточных конвейеров. Так, например, О.Роттке [110] предлагает для приводных станций использовать коэффициент кд = 1,3-ь1,5, отмечая при этом, что при пуске практически наблюдается 2-^-2,5-кратный пусковой момент. И.Бар [97] рекомендует принимать коэффициент кд = 1,3. В монографии А.В. Андреева [1] коэффициент для приводных станций берется равным кд = 1,25^-2. Такое положение не является случайным и объясняется тем, что нагрузки в переходных режимах обуславливаются колебательными процессами, зависящими от конструкции конвейера, типа привода и натяжного устройства, динамических свойств колебательной системы, составленной из конвейерной ленты, приведенных к ленте масс роликов, транспортируемого материала, барабанов и привода.

Исследованию динамических процессов в ленточных конвейерах посвящено значительное число работ отечественных [2, 10, 13, 41, 42, 44, 62, 63, 71, 79, 80, 88, 91] и зарубежных ученых [97, 98, 109, 110]. Обширные экспериментальные данные приведены в монографии Н.Я.Биличенко, Е.М. Высочина, Е.Х. Зав-городного [5]. Результаты экспериментальных исследований приведены также в работах [38, 70, 88]. Расчетно-теоретическому анализу переходных процессов в ленточных конвейерах посвящены работы [10, 25, 41, 44, 49-51, 57, 59, 62, 63, 78, 79, 88, 90, 91, 97, 98, 109, 110]. При исследовании переходных процессов используются разные подходы. Впервые анализ различных методов решения уравнений движения конвейерной ленты при переходных режимах дан С.А. Панкратовым [62]. Среди используемых методов им отмечены три: метод распространяющихся волн; метод характеристик и метод разложения по собственным формам (метод Фурье). Сфера пригодности этих методов чрезвычайно ограничена. Даже для сравнительно простых схем конвейеров решение задачи о продольных колебаниях ленты при переходном режиме оказывается либо очень сложным, либо трудно осуществимым. Так, например, метод распространяющихся волн и метод характеристик оказывается применимым лишь для очень длинных конвейеров с постоянными по длине конвейера характеристиками жесткости и массы, что практически редко встречается. Классический метод Фурье встречает серьезные затруднения даже для простых схем конвейеров, поскольку приводит к необходимости решения трансцендентного характеристического уравнения.

Значительная сложность задач при исследовании переходных режимов конвейеров обусловлена сложностью колебательной системы, которую представляет конвейерная лента в совокупности с движущимися частями конвейера.

В последние годы широкое развитие получили численные методы с применением ЭВМ. В связи с этим, в настоящее время исследования нестационарных процессов в ленточных конвейерах ориентированы на применение современных ЭВМ, имеющих высокое быстродействие и большой объем оперативной памяти. При этом используется метод распространяющихся волн, а также метод сведения континуальной системы к системе с конечным числом степеней свободы, при котором контур ленты разбивается на несколько участков и на каждом участке по его концам вводятся фиктивные барабаны [25].

Несмотря на наличие большого числа работ, посвященных исследованию переходных режимов конвейеров, вряд ли можно считать, что эти процессы полностью изучены. Сложности, возникающие при исследовании переходных режимов конвейеров, обусловлены следующими факторами. Ленточный конвейер как колебательная система представляет собой совокупность континуальных и дискретных элементов, связанных между собой специфически. Своеобразны граничные условия для случая грузового натяжного устройства. Нерегулярное распределение масс, обусловленное различием в интенсивности масс «холостой» и «рабочей» ветвей ленты с грузом, а также специальным расположением сосредоточенных масс концевых, натяжных и приводных барабанов с приводом. Переменная по длине конвейера продольная жесткость ленты, зависящая от усилия натяжения. Важной особенностью задач о продольных колебаниях конвейерной ленты при переходных режимах является неположительность дифференциального оператора краевой задачи, затрудняющая использование широко распространенного вариационного метода решения. Еще одной особенностью задач о нестационарных процессах в ленточных конвейерах является техническая сложность реализации классических методов Бубнова-Га-леркина и Галеркина-Петрова [46], обусловленная трудностями в выборе координатных функций, удовлетворяющих специфическим граничным условиям.

Особый интерес в последнее время вызывают аварийные режимы работы оборудования. Это связано с тем, что при аварийных режимах на несущие конструкции могут передаваться значительные нагрузки, создавая повышенную опасность разрушения конструкций. Для ленточных конвейеров аварийными являются стопорение и обрыв конвейерной ленты. В настоящее время эти особые режимы работы конвейеров являются наименее изученными. В научно-технической литературе исследованию особых режимов конвейеров посвящено мало работ [49, 52, 54, 55]. В связи с этим проблема определения нагрузок на поддерживающие строительные конструкции при особых режимах работы конвейера далека от разрешения. Упомянутые особые режимы работы конвейеров по своему физическому содержанию относятся к неустановившимся процессам. Большинство проблем, возникающих при исследовании пускоостановочных режимов, относятся и к особым режимам работы конвейеров.

Кроме задач определения нагрузок от ленточных конвейеров на несущие конструкции при проектировании конструкций возникает проблема учета этих воздействий. В частности, задача динамического расчета несущих конструкций на случайные воздействия от средней части ленточных конвейеров представляет определенные трудности, связанные с интерпретацией динамических нагрузок и с необходимостью выполнения расчетов на прочность и выносливость. Эта задача рассматривалась в работах Б.П. Пасынкова [64,65].

В работах Б.П. Пасынкова разработана инженерная методика динамического расчета пролетных строений транспортерных эстакад на прочность при действии детерминированных гармонических нагрузок от ленточных конвейеров. При этом случайный разброс фаз вращении отдельных роликов учтен введением коэффициента синфазности, предложенным д.т.н. А.И Цейтлиным, для группы однотипных машин с асинхронными двигателями [22], а пролетное строение представлено в виде трехмассовой колебательной системы.

Исследования нагрузок от ленточных конвейеров и колебаний пролетных строений эстакад связаны с необходимостью решения уравнений в частных производных со специфическими дифференциальными операторами и граничными условиями, для которых использование классических методов решения оказываются малопригодными. В связи с этим в диссертационной работе для решения задач используются современные методы функционального анализа, вариационного исчисления, теории аппроксимации, а также численные методы конечных элементов. При этом значительное внимание уделяется корректности математических операций и вопросам сходимости приближенных решений.

Достижения в области функционального анализа, существенно расширившие возможности постановки и решения сложнейших прикладных задач, отражены в работах отечественных ученых П.П. Забрейко, JI.B. Канторовича, А.Н. Колмогорова, М.А. Красносельского, С.Г. Крейна, С.Г. Михлина, Я.Б. Рутицко-го [30, 31, 36, 40, 85, 86, 89] и зарубежных ученых Р.С. Варги [11, 114], В.Хатсона и Дж. Пима [86], С. Эдвардса [92] и других.

Развитие численных методов решения прикладных задач связано с исследованиями в теории аппроксимации и применением в практике инженерных расчетов вариационных методов Ритца, Бубнова-Галеркина и интенсивно развивающегося в последние годы метода конечных элементов. Глубокие исследования вариационных методов решения задач матфизики выполнены С.Г. Мих-линым [46, 47]. Свойствам сплайн-функций, составляющих основу метода конечных элементов, посвящены работы Ю.С. Завьялова, Б.И. Квасова, В.Л. Мирошниченко [28], С.Б.Стечкина, Ю.Н.Субботина [81], Н.П Корнейчука [39].

Обоснованию и развитию метода конечных элементов посвящены работы Р.С. Варга [11, 114], Г. Стренг, Г. Фикс [82], D.J. АПтап [94], А.К. Aziz [96], А. Вег-ger, R. Scott, G. Strang [99], J.H. Bramble, M. Zldmal [100], H. Dym, H.P. McKean [101], P.M. Prenter [107], G. Strang [112].

Решение задач расчета несущих конструкций пролетных строений транспортерных эстакад на прочность и выносливость при случайных колебаниях требует привлечения методов теорий надежности и прочности.

В нашей стране основополагающие работы в области прикладной теории надежности в строительной механике принадлежат ученым В.В. Болотину, Н.А. Николаенко [6-8, 48] и другим. Развитие прикладной теории надежности в строительной механике базируется на достижениях таких фундаментальных наук, как теория вероятности, математическая статистика, теория случайных процессов. Значительный вклад в развитие прикладной теории случайных процессов принадлежит отечественным ученым B.C. Пугачеву, А.А. Свешникову, В.И. Тихонову и др, [12, 15, 19, 20, 74, 84], а также зарубежным ученым Д.Р. Бриллин-джеру, Г. Дженкинсу, Ваттсу Д., Г. Крамеру, и др. [9,102, 103]. Немаловажную роль в развитии прикладных методов теории надежности в строительной механике сыграли такие прикладные науки, как теория прочности материалов. Большая заслуга в исследовании прочностных свойств материалов при различных видах воздействий принадлежит известным ученым В.В. Болотину, С.В. Серенсену, В.П. Когаеву, И. Л. Корчинскому, Е.С. Сорокину и других [6-8, 77].

Наиболее обоснованный метод динамического расчета несущих конструкций пролетных строений транспортерных эстакад при случайных колебаниях может быть разработан на основе представления поперечных динамических нагрузок от конвейеров в виде пространственно-временного случайного процесса, определения вероятностных характеристик динамических напряжений, определения критериев прочности и выносливости элементов (соединений) с использованием современных представлений о накоплении повреждений. Эта задача также рассмотрена в настоящей диссертационной работе.

Основные результаты работы доложены на научных конференциях, семинарах, симпозиумах, в числе которых:

- Международный симпозиум по динамике тяжелых машин горной и металлургической промышленности, Донецк, 1974;

-Координационное совещание по динамике строительных конструкций и методам борьбы с вибрациями, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, М., 1975;

- Всесоюзная конференция «Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике», Вильнюс, 1983;

- Международная научно-техническая конференция «Перспективы развития подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин», Балаково, 2002.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в настоящей диссертационной работе исследования позволили добиться следующих основных результатов:

- получены соотношения, определяющие поперечные динамические нагрузки на строительные конструкции от "рабочих" и "холостых" роликоопор при стационарной работе ленточных конвейеров, а также корреляционно-спектральные характеристики этих нагрузок;

- выполнен численный анализ собственных частот и форм продольных колебаний незакрепленной ленты, в результате которого установлены характерные особенности, присущие рассмотренным схемам конвейеров;

- разработаны алгоритмы расчета нагрузок на несущие строительные конструкции при переходных режимах работы ленточных конвейеров и выполнен численный анализ усилий в характерных сечениях конвейерной ленты;

- разработаны алгоритмы и выполнен численный анализ собственных частот и форм заклиненной ленты конвейера;

- разработаны алгоритмы расчета нагрузок на поддерживающие строительные конструкции при внезапном заклинивании конвейерной ленты и выполнен численный анализ усилий в характерных сечениях ленты конвейера, возникающих при заклинивании ленты;

- рассмотрены стационарные случайные колебания пролетных строений транспортерных эстакад под воздействием поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров;

- разработана инженерная методика расчета несущих конструкций пролетных строений на прочность и выносливость при случайных колебаниях.

По результатам работы можно сделать следующие общие выводы.

1.Поперечные динамические нагрузки, генерируемые ленточными конвейерами при стационарной работе, представляют собой пространственно-временной случайный процесс, который с достаточной для практических целей надежностью описывается корреляционно-спектральной теорией как стационарный гауссовый узкополосный процесс.

2. Нагрузки на несущие строительные конструкции при переходных режимах ленточных конвейеров существенно зависят от типа натяжного устройства, места расположения приводной станции, соотношения распределенных масс рабочей и холостой ветвей конвейерной ленты, инерционных свойств барабанов и привода, упругих и демпфирующих свойств конвейерной ленты. Основной вклад в нагрузки вносят небольшое (не более трех) количество составляющих, соответствующих колебаниям по низшим собственным формам.

3. Собственные формы продольных колебаний конвейерной ленты также существенно зависят от особенностей схемы конвейера, инерционных и упругих свойств ленты конвейера с приведенными к ней массами транспортируемого груза, вращающихся частей роликоопор, барабанов и привода.

4. Нагрузки на поддерживающие строительные конструкции при стопоре-нии конвейерной ленты существенно зависят от тех же факторов, что и нагрузки при переходных режимах, но вклад высокочастотных составляющих оказывается более значительным, в особенности для участка холостой ветви ленты от места стопорения до приводного барабана.

5. Собственные частоты продольных колебаний застопоренной ленты могут быть разбиты на две группы. В пределах одной группы собственные частоты определяются преимущественными колебаниями участка, включающего рабочую ветвь ленты и участок холостой ветви ленты от головного до приводного барабана, а во второй группе - колебаниями натяжного устройства и участка холостой ветви, расположенного между натяжным и приводным барабанами.

6. Вынужденные колебания пролетных строений транспортерных эстакад под воздействием поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров представляют собой стационарный узкополосный процесс, который с достаточной степенью достоверности может быть аппроксимирован стационарным гауссовым квазигармоническим процессом с распределением амплитуд колебаний по закону Релея.

7. Прочность несущих конструкций пролетных строений транспортерных эстакад при случайных колебаниях предлагается определять с позиций теории надежности как условие непревышения с заданной (нормируемой) вероятностью в течение срока эксплуатации суммарного (статического и динамического) напряжения в рассчитываемом элементе допустимого уровня.

8. Выносливость элементов и соединений конструкций пролётных строений эстакад при случайных колебаниях предлагается определять по методике, разработанной на основе линейной теории суммирования усталостных повреждений, и считается обеспеченной, если с нормируемой надежностью мера усталостных повреждений за срок эксплуатации не превосходит единицы.

Результаты диссертационной работы вошли в «Руководство по проектированию транспортерных галерей», в «Справочник проектировщика. Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций», в «Методические указания по расчету несущих конструкций эстакад с ленточными конвейерами», в «Пособие по проектированию конвейерных галерей (к СНиП 2.09.03-85)». Кроме того, отдельные результаты внедрены при проектировании реальных конструкций транспортерных галерей. В частности, при проектировании транспортерной галереи № 12 Криворожского ЦГОКа, при проверочном расчете транспортерных галерей АНОФ - 11 производственного объединения «Апатит» и транспортерной галереи-оболочки Рефтинской ГРЭС.

1. Андреев А.В. Исследование и расчет конвейерных лент и приводов.- М.: Углетехиздат, 1959.

2. Андреев А.В.,Евневич А.В. Исследование конвейера с повышенной скоростью движения ленты //Горные машины.- М.: Углетехиздат, 1958.-№ 4.

3. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, т.1, 2, М. Физматгиз, 1962,1966.

4. Биличенко Н.Я., Высочин Е.М., Завгородний Е.Х. Эксплуатационные режимы ленточных конвейеров.- Киев: Гостехиздат.-1964.

5. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем. М.: Наука, 1979.336с.

6. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений.- М.:Стройюдат, 1981.- 351 с.

7. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971.- 256 с.

8. Бриллинджер Д.Р. Временные ряды. Обработка данных и теория.- М.: Мир.- 536 с.

9. Ю.Будишевский В.А., Гаврюков А.В. Распространение упругих волн статических деформаций в тяговых органах конвейеров с изменяющейся длиной// Известия Вузов. Горный журнал.-М., 1993.- №7.

10. Bapra Р.С. Функциональный анализ и теория аппроксимации в численном анализе.- М.: Мир, 1974.- 126 с.

11. Вентцелъ А.Д. Курс теории случайных процессов.- М.:Наука, 1975.-320с

12. Волков Д.П., Черкасов В.А. Динамика и прочность многоковшевых экскаваторов и отвалообразователей.- М., 1969.

13. Гаврюков А.В. Натяжение тягового органа на барабане концевой станции ленточного конвейера, работающего при изменяющейся длине//Известия Вузов. Строительство. -М., 2001.- №11.- С. 110-114.

14. Гихман И.И., Скороход А.В. Введение в теорию случайных процессов-М.: Наука, 1977,-568 с.

15. Гольц И.И., Ним А.Д., Пасынков Б.П. Рекомендации по определению технологических нагрузок от ленточных конвейеров на анкерные опоры транспортерных эстакад (первая редакция)/Уралпромстройниипроект.- Свердловск,1977.-30с.

16. Грибанов Ю.И., Мальков B.JI. Выборочные оценки спектральных характеристик стационарных случайных процессов. М.: Энергия, 1978.-152с.

17. Грибанов Ю.И., Мальков В.Л. Спектральный анализ случайных процессов,- М.: Энергия, 1974.- 240 с.

18. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения.-М.:Мир, 1972,- 288 с.

19. Динамический расчет зданий и сооружений. Справочник проектировщика/Под ред.Б.Г. Коренева, И.М. Рабиновича.-М.: Стройиздат, 1984.-303с.

20. Дмитриев В.Г., Галкин В.Н. Показатели надежности ленточного конвей-ера//Известия Вузов. Горный журнал.- М., 2001.- №6.- С. 110-114.

21. Дмитриев В.Г., Селютии A.M. Влияние эксцентриситета роликов ленточного конвейера на динамические нагрузки их подшипников/Известия Вузов. Горный журнал.- М.,1991.- №8.- С.46-50.

22. Дмитриева В.В. Математическая модель магистрального конвейера как объекта управления/ Горные машины и автоматика. М., 2001.- № 7,- С.37- 40.

23. Дьяков В.А., Дмитриев В.Г. Определение эксплуатационной производительности конвейера, транспортирующего крупнокусковой груз// Шахтный и карьерный транспорт М., 1977,- С. 75 - 80.

24. Дьячков В.К. Мощные ленточные конвейеры в ГДР/Горные машины.-Углетехиздат.-М., 1958.-№4.

25. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И. Мирошниченко В.Л. Методы сплайн-функций.-М.: Наука, 1980,- 352 с.

26. Ивович В.А. Динамический расчет висячих систем,- М.: Стройиздат, 1975.- 191 с.

27. ЗО.Забрейко П.П., Кошелев. А.И., Красносельский М.А. и др. Интегральные уравнения.-М, 1968.- 448 с.(Серия:Справочная математическая библиотека)

28. Канторович Л.В., Акилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах.-М.: Физматгиз, 1959.

29. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. Пер. с англ.-М.: Наука, 1973.

30. Кожушко Г.Г. К исследованию вынужденных поперечных колебаний конвейерных лент в нелинейной постановке//Известия Уральского горного института. Горная электромеханика. Екатеринбург, 1993.- Вып. 4 - С. 66-70.

31. Кожушко Г.Г., Короткий А.И. Вынужденные поперечные колебания конвейерных лент, возбуждаемых через роликоопоры// Известия Вузов. Горный журнал.-М., 1993,-№12,-С.70-75.

32. Кожушко Г.Г.,Ямпольский Д.А. Модальный анализ поперечных колебаний конвейерных лент//Известия Вузов.Горный журнал.-М., 1994.-№7.-С.86- 89

33. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа.- М., 1972.- 496 с.

34. Кожушко Г.Г. Экспериментальное определение характеристик демпфирования при поперечных колебаниях конвейерных лент// Известия Вузов. Горный журнал. М., 1994. - №1. - С.82 - 85.

35. Конвейерный транспорт на разрезах ФРГ. Зарубежная техника.-ЦИТИ Угля, I960.

36. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближений.- М.:Наука, 1984.- 352с

37. Красносельский М.А., Вайникко Г.М., Забрейко П.П. и др. Приближенное решение операторных уравнений, М.: Наука, 1969.- 456 с.

38. Лескевич П.А. Исследование динамики ленточных конвейеров: Дис. канд.техн.наук.- Днепропетровск: АН УССР, филиал института механики, 1964.

39. Лизарев А.Д.,Пасынков Б.П.Динамические воздействия ленточного конвейера на поддерживающие конструкции/ЛИахтное строительство.-1970.- №9.

40. Липцер Р.Ш., Ширяев А.Н. Статистика случайных процессов, М.:Наука, 1972.

41. Мамаев К.Н. Волновые явления в конвейерной ленте при пуске Свердловск: АН УФАН, 1961.- (Труды горно-геологического института. Вып.57).

42. Методические указания по расчету несущих конструкций эстакад с ленточными конвейерами/Б.П. Пасынков, А.Д Ним.- Свердловск: Урал-промстройниипроект, 1971.- 132 с.

43. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970.- 512 с

44. Михлин С.Г. Численная реализация вариационных методов.- М.: Наука, 1966. 432с.

45. Николаенко Н.А. Вероятностные методы динамического расчета машиностроительных конструкций.- М.: Машиностроение, 1967.

46. Ним А.Д. Динамические нагрузки на эстакаду при внезапном заклинивании ленты: Инф.листок №691-72/Свердловский ЦНТИ.-Свердловск, 1972,- 5с

47. Ним А.Д. Динамические нагрузки от концевых станций ленточных конвейеров при переходных режимах работы// Динамика строительных конструкций.-Л, 1976.-С.8-17.

48. Ним А. Д. Исследование экстренных динамических нагрузок от ленточных конвейеров: Материалы координационного совещания по динамике строительных конструкций и методам борьбы с вибрациями / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко.- М.: Стройиздат, 1975- С.38 44.

49. Ним А.Д. Надежность главных ферм транспортерных эстакад при случайных колебаниях // Исследования в области надежности инженерных сооружений: Сборник трудов/Ленинградский промстройпроект.- Л., 1979 С.64 - 68.

50. Ним А.Д. Об экстренных нагрузках от ленточных конвейеров на конструкции зданий и эстакад // Строительные конструкции и архитектура промышленных зданий: Тезисы докладов IV конференции молодых ученых/Уралпром-стройниипроект.-Свердловск, 1973.-С.21- 22.

51. Ним А.Д. О спектре частот собственных продольных колебаний заклиненной ленты конвейера//Строительная механика и расчет сооружений. -М., 1974.- №2.-С. 74-76.

52. Ним А.Д., Кожушко Г.Г. О численной реализации в задаче оптимизации параметров мощных ленточных конвейеров/Прогрессивные конструкции, исследования и расчет конвейерных лент: Тезисы докладов научно-технической конференции. Свердловск, 1975.-С.61- 62.

53. Ним А.Д.,Пасынков Б.П. Об учете усталости при проектировании стальных конструкций транспортерных эстакад/Строительное проектирование промышленных предприятий: Реферативный сборник-М.Д977.- Вып.№ 5.-С. 16-18.

54. Новиков Е.Е., Смирнов В.К. Теория ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород.- Киев: Наукова думка, 1983.-184 с.

55. Определение продольной технологической нагрузки от ленточного конвейера на конструкции транспортерных галерей/А. Ф. Коваленко, А.Д. Лизарев, Б.П. Пасынков .- Свердловск, Уралпромстройниипроект.

56. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов М.: Мир, 1982.-428 с.

57. Панкратов С. А. Динамика машин для открытых горных и земляных работ. -М., 1967.-448 с.

58. Панкратов С.А. Определение частот колебаний конвейерных лент и напряжений при пуске и выбеге угля //Конвейерный транспорт.- 1965.

59. Пасынков Б.П. Исследование поперечных динамических нагрузок от ленточных конвейеров и их воздействий на конструкции эстакад //Строительное проектирование промышленных предприятий.- М., 1970.- № I.

60. Пасынков Б.П. Работа конструкций транспортерных эстакад под воздействием ленточных конвейеров: Дис. .канд. техн. наук.- Свердловск, 1970.

61. Пасынков Б.П. Случайные поперечные колебания пролетных строений эстакад с ленточными конвейерами: Сборник трудов 2-ой конференции молодых ученых "Архитектура и строительные конструкции промышленных зданий"/Уралпромстройниипроект, Свердловск, 1969.

62. Пасынков Б.П. Уменьшение вибрации эстакад ленточных конвейеров: Тезисы докладов Всесоюзной конференции по поточной технологии разработки скальных пород и руд открытым способом,- Свердловск, 1968.

63. Пасынков Б.П., Ним А.Д. Динамика транспортерных эстакад галерей/ Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций. Справочник проектировщика - М.: Стройиздат, 1986. - С.349 - 359.

64. Пасынков Б.П., Ним А.Д. Динамический расчет пролетных строений эстакад, несущих ленточные конвейеры//Строительное проектирование промышленных предприятий: Реферативный сб. М., 1970.- Вып. №1.- С. 33 - 37.

65. Пасынков Б.П., Эрделевскнй А.Н. Некоторые вопросы методики экспериментальных исследований динамических воздействий ленточных конвейеров на конструкции эстакад: Тезисы докладов I конференции молодых ученых/ Уралпромстройниипроект.- Свердловск, 1968.

66. Пособие для расчета несущих конструкций транспортерных эстакад с ленточными конвейерами (с уточнением отдельных технологических нагрузок) /Под ред. Н.А.Пикулева.- Свердловск, 1970.

67. Пособие по проектированию конвейерных галерей (к СНиП 2.09.03-85)/ Э.С.Александровская, Ю.С Шишкин., А.С. Файнштейн., А.Д. Ним. и др.- М.: Стройиздат, 1989. С. 16 - 18; 98-103

68. Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей- М. 1968.- 368 с.

69. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций/ Тима-шев С. А //Уральский промстройниипрект. Свердловск, 1974. - 103 с.

70. Руководство по проектированию транспортерных галерей/Липницкий М.Е. Пасынков Б.П, Ним А.Д. и др.//Ленинградский промстройпроект, Уралпромстройниипроект и др.- М.:Стройиздат,1979.-131 с.

71. Серенсен С.В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению.- М., Атомиздат, 1975.-192 с.

72. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Применение ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для перемещения скальных пород и руд на открытых разработках // Поточная технология разработки скальных пород и руд открытым способом. Свердловск, 1968.

73. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теоретические основы расчета ленточных конвейеров.- М.: Наука, 1977.- 152 с.

74. Спиваковский А.О.,Дмитриев В.Г. Теория ленточных конвейеров.- М.: Наука, 1982. -192 с.

75. Стечкин С.Б., Субботин Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике. -М.: Наука, 1978,- 248 с.

76. Стренг Г., Фикс Г. Теория метода конечных элементов.- М.: Мир, 1977. -349 с.

77. Технологические нагрузки в галереях ленточных конвейеров (шифр 21106/ НЛК-6569): нормаль / Б.П.Пасынков, А.Д. Ним, Е.Д.Вертепова//Механобр, Уралгфомстройниипроект/.-Ленинград-Свердловск, 1970.-29 с.

78. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов.- М., 1970.-392с.

79. Функциональный анализ, изд. 2, переработанное и дополненное (Серия «Справочная математическая библиотека»)/ Под общей редакцией С.Г.Клейна.-М., 1972.- 544 с.

80. Хатсон В., Ним Дж. С. Приложения функционального анализа и теории операторов.- М.: Мир, 1983,- 432 с.

81. Цейтлин А.И. Прикладные методы решения краевых задач строительной механики.- М.: Стройиздат, 1984.- 334 с.

82. Шахтный и карьерный транспорт/Под общ. ред. А.О.Спиваковского-М.: Недра, 1977,-Вып. 3,- 591 с.

83. Шилов Г.Е. Математический анализ. Второй специальный курс.- М.: Наука, 1965.- 328 с.

84. Штокман И.Г. Динамические процессы в гибких тяговых органах при неустановившемся движении//Вопросы рудничного транспорта.- М.: Углетех-издат, 1957.- Вып. 2.

85. Штокман И.Г. Основы теории ленточного конвейера с упругой лентой: Записки института горной механики/ АН УССР, 1949.- № 8.

86. Эдварде Р. Функциональный анализ (Теория и приложения). М.: Мир, 1969.

87. Эрлих Г.Л. Теоретическое исследование крупнокускового грузопотока, поступающего на конвейер // Шахтный и карьерный транспорт М., 1977.-С. 62 - 75.

88. Allman D.J. Finite Element analysis of plate buckling using a mixed vario-tional principle, Wright-Patterson Ш, 1971.

89. Application of Finite Element Methods to Stress Analisis Problems Nuclear Engineering, ISPRA, Italy, 1971.

90. Aziz A.K. The mathematical foundations of the finite element method with applications to partial differential equations academic Press, New York and London. 1972.

91. Bahr J. Ergebnisse der Untersuchungen an der Bandanlage Miicheln Trei-berger Forschungs hefte. A. 152,1960.

92. Bahr J. Neuere Erkertnisse beim Antrieb und in der Bemessung von Gummi-gurten im Tageban. Bergbautechnik, 1955.- N 2.

93. Berger A., Scott R., Strang G. Approximate boundary conditions in the finite element method, Sympos.Math.Conf., 1971-1972, v. 10, London- N. Y., 1972, 295313.

94. Bramble J.H., Zlamal M. Triangular dements in the finite element method, Math Comput., 1970,24, 809-820.

95. Dym H., McKean H.P. Fourier Series and Integrals, Academic Press, New York, 1972.

96. Cramer H. On the maximum of a noimal stationary stochastic process. Bull. Amer. Math., 1962, vol. 68, №5.

97. Cramer H., Leadbetter M.R., Stationary and related stochastic process. John Wiley, N. J., 1967.

98. Finite Element Techniques in Structural Mechanics, eds. H. Tottenham and C. Brebbia, Southampton University Press, 1970.

99. Koopmans L.H. The Spectral Analisis of Time Series, Academic Press, New York, 1974.

100. Oden J.T., Reddy J.N. An introduction to the mathematical theory of finite elements, Wiley, New York, 1976.

101. Prenter P.M. Splines and variotional methods, Wiley, New York, 1975.

102. Proceedings of the Symposium on Finite Element Techniques, ISD, Stuttgart, 1969.

103. Richolm J. Uber das dinamisches Verhalten der GurtbandfOrderer wahrend des Anlaufs. BergBautechnik. /970. №3.

104. Rottky O. Der elektrische Antried von Forder-Badern im Braunkohletageban Bergbautechnik 1958.-N 3.

105. Showalter R.E. Hilbert space methods for partial differential equations, Pitman, London, 1977.

106. Strang G. Approximation in the finite element method, Numer. Math., 1972, 81-98.

107. Symposium on Application of Finite Element Method in Stress Analysis, Swiss Society of Architects and Engineers, Zurich, 1970.

108. Varga R.S. Hermite interpolation and Ritz-type methods for two-point boundary value problems, in Numerical Solutions of Partial Differential Equations, ed J.H. Bramble Academic Press, New York, 1965.

109. Vieling A. und Oekmen H. Messmigen an Forderbanlagen Untersuchungser-gebnisse and qualitative Folgerungen. Braunkohll, 1958.

110. Weinberger H.F. Variational methods of eigenvalue approximation, SIAM, Philadelphia., 1974.

111. Zienkiewicz O.O., Holister G.S. Stress analysis, Wiley, New York, 1965.