Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера

Подуст, Сергей Сергеевич

Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера

кандидата технических наук: Подуст, Сергей Сергеевич
город: Новочеркасск
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.05.04
цена: 450 рублей

Диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению на тему «Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера»

Автореферат диссертации по теме "Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера"

На правах рукописи

Подуст Сергей Сергеевич

МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КАНАТНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

С1:;ц;1Глы:оеть: 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003493305

Новочеркасск 2010 г.

003493305

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы»

Научный руководитель: доктор технических наук заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Сорокина Елена Владимировна кандидат технических наук

Ведущая организация:

Хальфин Марат Нурмухамедович

Евстратов Владимир Александрович

Северо-Кавказский государственный технологический университет (Северо-Кавказский горнометаллургический институт), г. Владикавказ

Защита состоится «2» апреля 2010 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д.212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, ауд. 107 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ЮРГТУ(НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук / B.C. Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный период развития рыночной экономики Российской Федерации предъявляет новые требования к транспортно-складским системам и логистике предприятия. В этих условиях необходимо стремиться к снижению затрат на транспортирование груза, путем сокращения количества подъемно-транспортного оборудования, оптимального функционально-стоимостного отбора оборудования с учетом всех имеющихся альтернативных технических и организационных решений, снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности и продления жизненного цикла машин за счет оптимизации их конструкции.

Винтовые конвейеры в настоящее время широко применяются в строительстве, машиностроении, химической промышленности и сельском хозяйстве. К существенным недостаткам винтовых конвейеров относится невозможность транспортирования грузов по криволинейной траектории, большая вероятность возникновения заторов транспортируемого груза в местах установки промежуточных опорных подшипниковых узлов, загрязнение транспортируемого груза маслом из опорных промежуточных подшипников. .

Помимо винтовых конвейеров с жесткими рабочими органами распространение получили так же винтовые конвейеры, в качестве рабочего органа которых применяется цилиндрическая винтовая спираль. Винтовые конвейеры с гибким рабочим органом используются для непрерывной подачи цементного раствора при строительстве, разгрузке железнодорожных вагонов,^ гшгрузке ядохимикатов в самолеты и их сброса на полях при борьбе с вредителями сельского хозяйства, подаче кормов в животноводческих комплексах, загрузке сырья в литьевые машины, экструдеры и реакционные аппараты в химической промышленности, для транспортирования смесей в пищевой промышленности, медикаментов в фармацевтической промышленности. К основным недостаткам винтовых конвейеров с гибким рабочим органом относятся: низкая производительность (максимальный рекомендуемый внутренний диаметр желоба гибкого шнека составляет 100 мм.), низкая надежность, высокая изгибная жесткость транспортирующей спирали, приводящая к ускоренному износу желоба и увеличению потребляемой мощности.

Таким образом, задача повышения производительности и вероятности безотказной работы винтовых конвейеров, уменьшения допустимого радиуса изгиба путем совершенствования структуры гибкого рабочего органа является весьма актуальной.

Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления «Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и механических устройств и систем», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ), по госбюджетной теме кафедры ПТМиР П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности» и государственным контрактам № 6078 р/8683 в 2008 г. и № 7275 р./

10127 в 2009 г. в рамках программы фонда содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника).

Цель работы. Повышение производительности и снижение вероятности отказа винтовых конвейеров путем использования в качестве гибкого рабочего органа пряди или. каната двойной свивки и разработки метода расчета его напряженно-деформированного состояния.

Идея работы заключается в использовании в качестве гибкого рабочего органа винтового конвейера пряди или каната двойной свивки взамен однопро-волочной винтовой транспортирующей спирали.

Методы исследования. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа проведены на основании теоретических положений строительной механики каната, теоретической механики и теории машин непрерывного транспорта с применением математического моделирования, интегрального и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, скоростных режимов и потребляемой мощности винтового конвейера проведены дифференциальным методом измерений параметров с применением контрольно-измерительных приборов.

Научные положения работы, выносимые на защиту

1. Использование в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки позволяет увеличить диаметр винтового конвейера на 25-50% за счет снижения изгибной жесткости канатного рабочего органа, что обеспечивает повышение производительности в 1,5 - 2 раза.

2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, различия способов закрепления и переменности нагрузки по его длине, позволяющий получить рациональные геометрические параметры винтового конвейера.

3. В качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа принята абсолютная деформация кручения его хвостовой части, учитывающая различные схемы закрепления, конструктивные, технологические и свивочные параметры, прочностные свойства, переменность нагрузки по длине и позволяющая оценить комплексное воздействие эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.

4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера из условия отсутствия пластических деформаций.

Научная новизна работы

гана винтового конвейера и снижение вероятности отказа за счет появления нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок).

2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, который в отличие от известных учитывает линейное изменение нагрузки по длине и радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом, позволяющий определить рациональные конструктивные параметры канатного рабочего органа.

3. Использование в качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа абсолютной деформации кручения его хвостовой части, определенной с учетом различных схем закрепления, конструктивных, механических, свивочных параметров, вида транспортируемого груза, позволяет оценить удельное влияние эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.

4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера в отличие от известных учитывает механические свойства материала, конструктивные параметры, геометрические характеристики его элементов и позволяют исключить возникновение пластических деформаций, приводящих к отказу винтового конвейера.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением современных апробированных методов исследований, таких как анализ научных трудов по теме исследования, методы планирования теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с помощью современного программного обеспечения ЭВМ (MathCad, Excel, Visual Basic), использованием приборного комплекса, а так же действующей физической моделью, оснащенной контрольно-измерительными приборами, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не превышает 15%).

Значение работы

Научное значение работы состоит в том, что получен и обоснован метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом линейного изменения нагрузки по длине и радиальной податливости от взаимодействия с транспортируемым грузом, получен способ уточнения функциональных зависимостей расчетных параметров винтового конвейера нахождением экспериментальных поправочных коэффициентов для различных условий и режимов работы с учетом конструктивных особенностей его рабочего органа.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- предложенная методика позволяет выбрать рациональную конструкцию канатного рабочего органа, определить параметры его напряженно-деформированного состояния и геометрические характеристики поперечного

сечения, оценить влияние особенности формы поверхности канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера;

- алгоритм и программа расчета позволяют определить рациональные параметры канатного рабочего органа, обеспечивающие повышение производительности и вероятности безотказной работы винтового конвейера для транспортирования сыпучего груза;

- разработана и изготовлена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов, защищенная патентами РФ на изобретение.

Реализация результатов работы:

1. На ООО «ПК «НЭВЗ» прошла производственные испытания экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов.

2. На ООО «ПК «НЭВЗ» и ОАО «Замчаловское карьероуправление» внедрена методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом.

3. В учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 190205 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» специализации «Подъемно-транспортные машины» и специальности 190602 - «Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов» внедрена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом и методика его расчета.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всероссийском конкурсе научно-технического творчества ВУЗОВ «Эврика-2005», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на 8-ой Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на IV-OM Международном научно-практическом коллоквиуме «Мехатроника-2008», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2008 г.; при прохождении зарубежной стажировки в рамках программы «Леонард Эйлер» в техническом университете г. Дрездена (TU Dresden), Германия, 2006 г., при прохождении зарубежной стажировки в Рейнско-Вестфальском техническом университете г, Аахена (RWTH Aachen), Германия, 2007 г., при прохождении зарубежной практики на Henschel Antriebstechnik GmbH Kassel (Производитель технологического оборудования для машиностроения и химической промышленности), г. Кассель, Германия, 2009 г; на молодежных инновационных конкурсах с присуждением научных грантов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение и одно положительное решение на выдачу патента на изобретение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель, научная новизна, практическое значение работы, приведены сведения об апробации работы и научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературных источников по вопросам повышения эффективности, надежности, снижения энергопотребления винтовых конвейеров, определения рациональных конструктивных и режимных параметров для различных эксплуатационных условий, получения математического описания процесса транспортирования грузов, их взаимодействия с рабочими органами.

Процессы взаимодействия рабочих органов транспортирующих машин с грузом исследованы в работах Г.М. Водяника, Г.Ш. Хазановича, Ю.М. Ляшен-ко, A.C. Носенко, И.Ф. Рюмина, В.Г. Полежаева, В.Д. Ерейского, В.П. Максимова и других. В основном при рассмотрении этих процессов были получены функциональные зависимости конструктивных, режимных и технологических параметров рабочих органов от сил и моментов сопротивления, содержащие уточняющие коэффициенты, в зависимости от вида транспортируемого груза.

Исследованию процесса транспортирования груза в винтовом конвейере, получению математического описания винтового движения груза, повышению эффективности транспортирования грузов в винтовых конвейерах посвящены труды A.M. Григорьева, Д.Н. Башкатова, В.Я. Белецкого, Б.А. Катанова, М.Ф. Никифорова, В.А. Евстратова, H.H. Евстратовой, A.B. Евстратовой, Г.М. Симилейского, К.А. Адигамова, Б.В. Лихарева, П.В. Чеботарева.

Исследованием транспортирующих машин с гибким винтовым рабочим органом занимались A.M. Григорьев, П.А. Преображенский, В.П. Желтов, С.Н. Михайлов, В.В. Курманаевский, Ю.Л. Шкляр, А.Г. Новширванов. В большинстве работ этих ученых ставится задача определения требуемых конструктивных и режимных параметров винтовых конвейеров с гибким рабочим органом в зависимости от вида транспортируемого груза и эксплуатационных условий. Для винтовых конвейеров с гибким рабочим органом помимо малой производительности остро ставится проблема надежности транспортирующей спирали. В своей монографии Н. Herrmann отмечает, что существенные перегрузки транспортирующей спирали могут длиться до 15 с. после запуска шнека и могут привести к разрушению гибкого рабочего органа. В связи с этим усовершенствование конструкций винтовых конвейеров с гибким рабочим органом происходило так же за счет добавления независимых винтовых элементов к рабочему органу. Известен гибкий шнек с двумя цилиндрическими спиралями, который запатентовал А. Таирт.Различные конструктивные исполнения приво-

дов двухспиральных гибких шнеков с противоположным вращением спиралей обоснованы в диссертационной работе Курманаевского В.В. Трехспиральные гибкие шнеки, обоснования которым дал Преображенский П.А., обладают большей производительностью, но не позволяют транспортировать грузы по криволинейной траектории с большими углами перегиба. Е.А. Wahl предложил в качестве рабочего органа применить стальную ленту, деформированную по винтовой линии.

Большинство работ по винтовым конвейерам с гибким рабочим органом направлено на повышение производительности и получение требуемых конструктивных решений для конкретных эксплуатационных условий в зависимости от вида транспортируемого груза. При этом мало внимания уделяется повышению надежности винтового конвейера с гибким рабочим органом, снижению потребляемой мощности при транспортировании груза по криволинейной траектории без потери производительности. Кроме того, для спиральных винтовых конвейеров малые углы перегиба криволинейной траектории предпочтительнее по причине высокой изгибной жесткости рабочего органа, приводящей к потерям мощности на трение о внутреннюю поверхность желоба и преждевременному износу трущихся поверхностей. Таким образом, вопрос повышения эффективности винтового транспортирования груза по криволинейной траектории, надежности винтового конвейера с гибким рабочим органом, увеличения допускаемых углов перегиба, позволяющего транспортировать грузы по сложной пространственной траектории, изучен не достаточно.

Проведенный обзор литературных источников позволил установить потребность в усовершенствовании конструкции винтового конвейера с гибким рабочим органом с целью повышения его надежности, производительности, снижения энергопотребления, выбрать направления работы и сформулировать задачи исследований. Анализ научных трудов показал, что в настоящее время отсутствует математическое описание напряженно-деформированного состояния гибких рабочих органов винтовых конвейеров, представляющих собой пряди или канаты двойной свивки.

Во второй главе представлены теоретические положения диссертационной работы, получена математическая модель напряженно-деформированного состояния гибкого рабочего органа, учитывающая переменность нагрузки по длине и его радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом. При перемещении груза гибкий рабочий орган находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, вызванным воздействием внешнего крутящего и внешним растягивающим усилием (рис. 1).

Рис. 1. Расчетные схемы параметров напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа (а - в виде пряди; б - в виде каната двойной свивки)

Для расчета канатного рабочего органа применены уравнения статики профессора М.Ф. Глушко, которые были решены им с учетом постоянства воздействия внешних рабочих нагрузок по длине. Гибкий рабочий орган в виде пряди (Рис. 1, а) подвержен радиальной податливости от взаимодействия с транспортируемым грузом, поэтому уравнения статики имеют вид:

рх Ж* V1 ^ ах нк -.1

М и 8-1&- <тк л

/„ йи А . = ~гИА' 3 + <2х м и*-* тгХ* К /=1

где Рх, Мх, /„ - растягивающее усилие, крутящий момент и нормальное давле-

дольная, угловая и поперечная деформации; т - число прядей канатного рабочего органа; Ап,А,2,А22,А„,А2,,А„ - агрегатные коэффициенты жесткости каната двойной свивки, Ж - изменение радиуса свивки рабочего органа.

Для рабочего органа представляющего собой канат двойной свивки система уравнений (1) примет вид:

Из теории винтовых конвейеров известно, что крутящий момент гибкого рабочего органа изменяется пропорционально его длине от максимального значения в головной части до нулевого в хвостовой, следовательно:

где м0 - максимальное значение крутящего момента винтового конвейера, х -координата на оси рабочего органа, Ь - длина рабочего органа.

Крутящий момент передается рабочему органу с помощью муфты специальной конструкции, в которой он крепится жестко. Поэтому приводной конец рабочего органа (Рис. 2) не имеет осевых и угловых перемещений, следовательно, при х = 0 и = 0 и (¡>- 0. Для неприводного конца возможны два случая: 1 - неприводной конец канатного рабочего органа не перемещается и свободно вращается относительно продольной оси (Рис. 2, а), 2 - неприводной конец канатного рабочего органа свободно перемещается и вращается относительно продольной оси

(Рис. 2,6).

В случае закрепления неприводного конца рабочего органа от осевых перемещений при х-1 м = 0 и (р ф 0 (Рис. 2, а). Решая систему уравнений (2) с учетом (3) получим выражения для определения относительных и абсолютных линейных и угловых деформаций:

ние стержневых элементов на сердечник; —

¿и скр <Н1К с!х' ск'

- относительные про-

(2)

(3)

А Т 11

(4)

где Д = АпА22 -Ап2 - определитель системы уравнений (2).

. О

х=о, и=о. ф=о

Н и-О, ¡р*0

-ЦГ^АЛЛУЛУУWЛV^MЛ^VA^^^^WV^^VЛ^ЛЛЛAЛWVV^

„О

х=0, и=0, <р=0

х=1, игО. <р*0

Рисунок 2. Конструктивные исполнения винтового конвейера с канатным рабочим органом: а) - со свободным вращением и отсутствием осевого перемещения неприводпого конца; б) - со свободным вращением и осевым перемещением неприводного конца.

Абсолютные угловые деформации принимают максимальные значения для хвостовой части при * = £:

р (6) 2 А„

Уравнения (4) и (5) преобразованы в другой вид зависимостей от абсолютных угловых деформаций канатного рабочего органа:

с1<р ах

2 Рпш<*22

¿д

А£_

2 А„

хА.,

-А„

х2о,

...Лг Ап , хАи ¿Л 2А„ И

(7)

На основании уравнений (4) и (5) были получены выражения для определения напряжений кручения, изгиба и растяжения канатного рабочего органа, неприводной конец которого закреплен от осевых перемещений. Получены зависимости напряжений кручения канатного рабочего органа от его абсолютных угловых деформаций:

2 ¥>ШЧЛ„

¿Д

хА„

2А,-

соб а • СОБ

(8)

где о - модули упругости Н-го рода, <$ - диаметр проволоки рабочего органа, а - угол свивки проволок. Получены зависимости напряжений изгиба канатного рабочего органа от его максимальной абсолютной угловой деформации:

а„ = Е—(I + соз! а) "2

2 <р„тАп

¿Д

2лГ + Т"

-А,

51п2сГС051 Р-

-с:

(9)

Получены зависимости напряжений растяжения канатного рабочего органа от его максимальной абсолютной угловой деформации:

сг„ = Е

¿Л 2 А

RK cosflx...

х ^sin р ■ cosг а + cos' р ■ sin а • cos a j

f max м'

(10)

где г и а - соответственно радиус и угол свивки слоя проволок; р - угол свивки; К, - радиус свивки канатного рабрчего органа; Е - модуль упругости 1-го.

При закреплении неприводного конца канатного рабочего органа от осевых перемещений относительные поперечные деформации определяются из выражения:

Ж,

= 0RKclg'P-eclg2р.

В случае свободного осевого перемещения хвостовой части рабочего органа от осевых перемещений при х = L, и * 0 и р * 0 (Рис. 2, б). Тогда выражения для определения относительных и абсолютных линейных и угловых деформаций имеют вид:

du Л/„/1|2 f х ^ dip

Л"

КН'

и = х'МЛг А

х 2 L

x-M0Atl f х t

(П)

Абсолютные линейные и угловые деформации канатного рабочего органа принимают максимальные значения при л- = £:

/ . Л

(13)

2Д

2Л

(14)

Уравнения (11) и (12) преобразованы в другой вид зависимостей от абсолютных угловых деформаций канатного рабочего органа:

du _ 2у„„те/1|; (£

dx~ /Д, U

LA„ 12L 1

dtp

L U J

<р = | i—-1

L ы .

(15)

(16)

На основании уравнений (II),(12) и (15),(16) были получены выражения для определения напряжений кручения, изгиба и растяжения канатного рабочего органа, неприводной конец которого не закреплен от осевых перемещений. Получены зависимости напряжений кручения, изгиба и растяжения канатного рабочего органа от его максимальных абсолютных угловых деформаций:

г, = О— ' 2

ип и л

<т„, = £—(1 + со5:а)

2(»,

^-[^-^тга^соБ4/?--(х Липга^тгД

и, и~/

Д,

■ д

(18)

: Е-

ц, и

5т/?С052а + +—сое5 /З-втог-соза

Ртах Г>СВ

(19)

Зная из экспериментов величину удлинения неприводного конца канатного рабочего органа м можно определить значение е„:

_ ¿Я _ Мвшр + ¿соь гцНОсо^ р-еьтРсо$Р)

гпя-къы1 р

При транспортировании сыпучих |рузов по криволинейной траектории канатный рабочий орган винтового конвейера подвергается изгибу, который оказывает существенное влияние на его напряженно-деформированное состояние.

Рис. 3. Изгиб канатного рабочего органа на криволинейном участке траектории

При изгибе рабочего органа на криволинейных участках траектории в его проволоках возникающие дополнительные напряжения, которые определяются по формулам (Рис. 3), полученным профессором М.Ф. Глушко и профессором М.Н. Хальфиным:

214»

2 р~

2 Р '

где <г„ и о^ - напряжения изгиба по осям л, Л иг>(,- напряжения кручения по оси 7, р - радиус кривизны оси рабочего органа, Кв - коэффициент кривизны по нормали, Кы - коэффициент кривизны по бинормали, - коэффициент кручения.

Рис. 4. К определению изги :<ных деформаций проволок канатного рабочего органа двойной свивки

Для проволок пряди и каната двойной свивки:

К, = — (sin i// cos + cos p cos Ц/ sin <p) cos a cos —sin2 /Jcos: a cos! a sin ^cosy/) P

Кы = (-sin/7sinacos^-cosasinpsin^ + cosacos/7cos0>cos(i/)cosacos/7 ^^

„ sm2asinJ2fl, 2 „, . . „

Kv -----— (cos a + 0.5//) cos tp cos i// + (1 + //)(- sin P cos a cos ц/ +....

+ sin a sin p sin (;/ - sin a cos /J cos p) cos or cos /0 где <p - полярный угол для проволоки пряди, у/ - полярный угол для пряди каната.

Результирующее напряжение, возникающее при изгибе канатного рабочего органа, определяется по общеизвестной формуле:

(22)

Минимальный радиус изгиба канатного рабочего органа при условии обеспечения прочности определяется из выражения:

Раю ~ ' Ркго ~ Рте г. '

aT d^

где <J„/Ä - максимальный диаметр проволоки, К - коэффициент волнистости, <зу - предел прочности материала проволоки, рк - минимальный радиус изгиба проволоки транспортирующей спирали, S,c - диаметр транспортирующей спирали.

Обобщенный показатель напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа учитывает различные схемы закрепления, конструктивные, технологические и свивочные параметры, прочностные свойства и переменность нагрузки по длине:

4>т = Д<Т" v , (23)

где L - длина рабочего органа, сгп - временное сопротивление материала проволоки рабочего органа, z - коэффициент запаса прочности.

Таким образом, полученные выражения позволяют провести расчет гибкого рабочего органа винтового конвейера на прочность при различных способах закрепления его хвостовой части с учетом переменности нагрузок по длине и радиальной податливости от взаимодействия с грузом.

В третьей главе проведены исследования влияния конструктивных параметров канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние и производительность винтового конвейера. Предложен алгоритм (рис. 5) и программа расчета, позволяющие определить рациональные параметры канатного рабочего органа, обеспечивающие повышение производительности и надежности винтового конвейера для транспортирования сыпучего груза. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа проводится на ПЭВМ с применением пакета прикладных программ MathCad.

Теоретические исследования показали, что конструкция гибкого рабочего органа со свободным осевым перемещением неприводного конца предпочтительнее, так как максимальные напряжения гибкого рабочего органа при закреплении неприводного конца от осевого перемещения в 2-3 раза превышают максимальные напряжения кручения гибкого рабочего органа при свободном осевом перемещении неприводного конца.

В гибком рабочем органе крестовой свивки возникают нормальные напряжения, которые в 2 раза выше чем в гибком рабочем органе односторонней свивки, а жесткость на кручение гибкого рабочего органа односторонней свивки в 2-3 раза превышает жесткость на кручение гибкого рабочего крестовой свивки, следовательно, предпочтительной является конструкция гибкого рабочего органа односторонней свивки.

Для исследования параметров производительности транспортирующего шнека, оснащенного гибким рабочим органом, разработан алгоритм расчета. Рабочая программа реализована с применением электронных таблиц MS Office

Ехсе11 2003. В результате теоретических исследований установлено, что производительность шнека с канатным рабочим органом от 2,2 до 4,6 раз (при рассмотрении канатов по ГОСТ - 2688-80, 3071-88, 3077-80, 3079-80, 3083-80, 3089-80, 3097-80, 7666-80.) превышает производительность шнека, оснащенного транспортирующей спиралью. В результате теоретических исследований производительности установлено, что конструкция гибкого рабочего органа на основе пряди каната односторонней двойной свивки предпочтительнее, чем однопроволочная транспортирующая спираль

Рис. 5. Общий алгоритм расчета параметров напряженно-деформированного состояния гибкого канатного органа

Надежность канатного рабочего органа винтового конвейера, представляющего прядь или канат двойной свики (Рис. 6, а), значительно превышает надежность винтового транспортирующей спирали (Рис. 6, б). Это достигается снижением вероятности отказа за счет наличия в канатном рабочем органе нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок).

а б

Рис. 6. Логические структурные схемы надежности рабочих органов

Преимущество канатного рабочего органа над транспортирующей спиралью с точки зрения надежности оценивается как отношение их вероятностей отказа:

огг(о = 1-^(0 О,™« 1-Р№0(1)

В четвертой главе для подтверждения результатов теоретических исследований представлены результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния гибкого рабочего органа и процесса транспортирования сыпучего груза на экспериментальной установке винтового конвейера с гибким рабочим органом.

Лабораторная установка для проведения экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа содержит (рис. 7): канатный рабочий орган 1, помещенный в эластичный желоб 2; загрузочное устройство 3; разгрузочное устройство с дозатором 4; электропривод 5, состоящий из червячного редуктора и асинхронного электродвигателя; частотный преобразователь 6 для управления электроприводом; датчик угловых перемещений хвостовой части рабочего органа 7; датчик угловых перемещений хвостовой части рабочего органа 8; датчик линейных перемещений хвостовой части рабочего органа 9; электронную схему системы управления считыванием импульсов угловых датчиков 10; счетчик разности импульсов с угловых датчиков 11; счетчик импульсов с датчика линейных перемещений 12; опорную раму электропривода и загрузочного устройства 13; опорную раму разгрузочного устройства 14; шарнирное сочленение опорных рам 15; подвижный в продольном направлении подшипниковый узел 16 на салазках опорной рамы, который может закрепляться болтами в зависимости от условий эксперимента.

12 10 6 11 9

Рис. 7. Общий вид экспериментального стенда для исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа

Экспериментально установлено, что среди канатных рабочих органов трехпрядный наиболее предпочтительней, так как его производительность больше чем у однопрядного и двухпрядного. Гибкий рабочий орган в виде пряди каната двойной свивки предпочтительней чем транспортирующая спиральная проволока, так как его производительность больше чем у спиральных аналогичного диаметра и изгибной жесткости.

Производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, имеющим тангенциальные зазоры во внешнем слое свивки, превышающими кусковатость транспортируемого груза, в среднем на 15% больше производительности винтового конвейера с аналогичным рабочим органом без зазоров во внешнем слое свивки

При изменении крутящего момента экспериментальные абсолютные продольные и угловые деформации канатного рабочего органа изменяются по линейному закону, характерному так же для теоретических зависимостей (рис. 8).

Проведение экспериментальных исследований позволило уточнить формулу крутящего момента шнека, так как при изменении потребляемой мощности экспериментальный крутящий момент канатного рабочего органа изменяются по линейному закону, характерному так же для теоретической зависимости. Разница между экспериментальными и расчетными значениями крутящего момента не превышает 10%, таким образом, подтверждается справедливость математической модели напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа.

и, мм. 16 14

\г ю а е

2 о

а б

Рис. 8. Влияние крутящего момента на продольные и угловые деформации канатного рабочего органа: а) линия 1 и 2 - соответственно, теоретическая и экспериментальная зависимости абсолютной осевой деформации от крутящего момента; б) линия 1 и 2 - соответственно, теоретическая и экспериментальная зависимости абсолютной угловой деформации от крутящего момента

В результате экспериментальных исследований установлено:

- при изменении угла наклона желоба от 0° до 30° производительность снижается в среднем на 15%;

- потребляемая мощность винтового конвейера с транспортирующей спиралью в среднем на 15% превышает потребляемую мощность винтового конвейера с многожильным рабочим органом при одинаковом значении изгибной жесткости;

- коэффициент потерь мощности принимает значения 1,01 - 1,1 в зависимости от угла наклона желоба винтового конвейера и количества лопастей канатного рабочего органа;

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, конец которого свободно перемещается в осевом направлении, в среднем на 10% превышает производительность винтового конвейера с гибким рабочим органом, конец которого закреплен от осевых перемещений.

В результате экспериментальных исследований подтверждена адекватность математической модели напряженно-деформированного состояния гибкого рабочего органа, доказано преимущество канатного рабочего органа за счет более высокой производительности, надежности, снижения энергопотребления.

В пятой главе представлена методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом, учитывающая экспериментальные поправочные коэффициенты для канатного рабочего органа, параметры свивки, направления свивки, сочетания направлений свивки, радиальной податливости, прочностных свойств и переменность нагрузки по его длине и позволяет определить конструктивные и режимные параметры винтового конвейера с канатным рабочим

органом. Методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом внедрена в учебный процесс и в производство на ОАО «Замчаловское карьеро-управление».

Выводы по диссертационному исследованию

В диссертационной работе решена актуальная задача повышения производительности и вероятности безотказной работы винтового конвейера с гибким рабочим органом, заключающаяся в использовании канатного рабочего органа и разработке метода его расчета. Основные научные выводы и практические рекомендации, полученные по результатам исследований заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, учитывающая переменность нагрузки по длине и радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом, позволяющая определить конструктивные параметры винтового конвейера с канатным рабочим органом

2. В результате теоретических исследований установлено:

- повышение производительности винтового конвейера в 1,5 - 2 раза достигается использованием в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки, обеспечивающим увеличение диаметра конвейера на 25-50% за счет снижения изгибной жесткости канатного рабочего органа

- вероятность безотказной работы винтового конвейера возрастает за счет появления дополнительного нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок) канатного рабочего органа

- допустимый радиус изгиба канатного рабочего органа винтового конвейера в среднем в 2 раза меньше допустимого радиуса изгиба однопроволочной транспортирующей спирали

- конструкция гибкого рабочего органа со свободным осевым перемещением хвостовой части предпочтительнее, так как максимальные напряжения гибкого рабочего органа при закреплении хвостовой части от осевого перемещения в 2-3 раза превышают максимальные напряжения кручения гибкого рабочего органа при ее свободном осевом перемещении

- в канатном рабочем органе крестовой свивки возникают нормальные напряжения, которые в 2 раза выше чем в гибком рабочем органе односторонней свивки, а жесткость на кручение гибкого рабочего органа односторонней свивки в 2-3 раза превышает жесткость на кручение гибкого рабочего крестовой свивки, следовательно, предпочтительной является конструкция гибкого рабочего органа односторонней свивки

на на основе пряди каната двойной односторонней свивки по ГОСТ-7668-80 является наиболее эффективной

3. Разработана и изготовлена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом, оснащенная комплексной электронной системой исследования технических и конструктивных параметров устройства и процесса пологонаклонного транспортирования сыпучего груза, которая позволила подтвердить адекватность математической модели напряженно-деформированного состояния и преимущества канатного рабочего органа.

4. В результате экспериментальных исследований установлено:

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, неприводной конец которого свободно перемещается в осевом направлении, в среднем, на 10% превышает производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, неприводной конец которого закреплен от осевых перемещений, следовательно, конструкция винтового конвейера с канатным рабочим органом, имеющим осевые перемещения неприводного конца, предпочтительнее;

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, имеющим тангенциальные зазоры во внешнем слое свивки, превышающими номинальный размер частиц транспортируемого груза, в среднем на 15% превышает производительность винтового конвейера с аналогичным канатным рабочим органом без зазоров во внешнем слое свивки;

- по параметрам производительности среди канатных рабочих органов -канатов двойной свики предпочтительнее конструкция трехлопастного канатного рабочего органа по сравнению с двухлопастным и однолопастным

- по параметрам производительности среди спиральных рабочих органов предпочтительнее конструкция однопрядного рабочего органа по сравнению с односпиральным

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Подуст С.С. Влияние сочетания направлений свивки гибкого винта модуля мехатронного шнека на его предельную нагрузку/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст, С.К. Кондрашова, A.C. Логвинов// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.-2008 -. Спец. выпуск «Проблемы мехатроники-2008» - С.22-24.

2. Подуст С.С. Расчет основных параметров гибкого винта транспортирующего шнека/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.-2008 .-№1(143).- С. 56-58.

3. Подуст С.С. Определение экспериментальной зависимости производительности винтового конвейера с гибким винтом от скорости транспортирования гранулированного сыпучего груза/ С.С. Подуст, Р.К. Шагеев// Известия Тул-ГУ. Технические науки.-2009 г.- Вып. 2, часть 1. - С. 65 - 72.

4. Подуст С.С. Расчет гибкого винта шнека с учетом неравномерности распределения нагрузок по длине/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст, Р.К. Шагеев// Известия ТулГУ. Технические науки.-2009 г.- Вып. 2, часть 1. - С. 254 - 258.

5. Подуст С.С. Расчет гибкого винта шнека с учетом переменности крутящего момента по его длине/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст, Р.К. Шагеев// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион ,-2009.-№6(154).-С.80-83.

В других изданиях

6. Подуст С.С. Расчет гибкого винта транспортирующего шнека/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст// Научно-техническое творчество студентов вузов: материалы Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студ. вузов «Эврика-2005». -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005,- 4.2. - С. 287 - 290.

7. Подуст С.С. К расчету шнека-модуля мехатронной системы/ М.Н. Хальфин, С.С. Подуст// Новые технологии управления движением технических объектов: сб. статей по материалам 8-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 14-16 дек. 2005. - Ростов н/Д. Изд-во СКНЦ ВШ. С. 27 - 28.

8. Пат. № 2289538 1Ш МПК В650 33/26, В65й 33/16. Винтовой конвейер для транспортировки сыпучих грузов/ Хальфин М.Н., Подуст С.С. - Заявл. 05.07.2005 // Изобретения (Заявки и патенты). - Опубл 20.12.2006, Бюл № 35.

9. Пат. № 2343099 Ш МПК В650 33/26, В650 33/16, В650 33/08. Винтовой конвейер с подвижной опорой/ Хальфин М.Н., Подуст С.С. - Заявл. 12.02.2007 // Изобретения (Заявки и патенты) -Опубл 10.01.2009, Бюл № 1.

10. Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение

от 28.01.10. Винтовой конвейер с гибким винтом. Заявка № 2009112117.

Подуст Сергей Сергеевич

МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КАНАТНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

Автореферат

Подписано в печать 18.02.2010 Формат 60x84 '/16- Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 81.

Отпечатано в Издательстве ЮРГТУ (НПИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Подуст, Сергей Сергеевич

Введение

1. Обзор научных исследований в области развития, конструирования 11 и практического применения винтовых конвейеров

1.1. Винтовые конвейеры с жесткими рабочими органами

1.2. Винтовые конвейеры с гибкими рабочими органами

1.3. Винтовой конвейер с канатным рабочим органом

1.4. Особенности расчета винтового конвейера с канатным 18 рабочим органом

Выводы и постановка задач диссертационного исследования

2. Теоретические основы расчета напряженно-деформированного 23 состояния канатного рабочего органа винтового конвейера

2.1. Уравнения статики для канатного рабочего органа — пряди 23 каната двойной свивки

2.2. Определение деформаций и напряжений для спирально 26 изогнутой пряди без взаимодействия с грузом

2.3. Математическая модель напряженно-деформированного 28 состояния канатного рабочего органа с учетом податливости транспортируемого груза

2.4. Уравнения статики для канатного рабочего органа - каната 29 двойной свивки

2.5. Напряжения при изгибе гибкого рабочего органа - каната 31 одинарной и двойной свивки

2.6. Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера с 33 учетом изменения крутящего момента по его длине

2.7. Напряжения кручения и изгиба гибкого рабочего органа в 42 зависимости от его максимальных угловых перемещений

2.8. Определение минимального допустимого радиуса изгиба 45 гибкого рабочего органа шнека из условия прочности на изгиб

2.9. Расчет канатного рабочего органа винтового конвейера на 48 прочность по эквивалентному напряжению

2.10. Обобщенный показатель напряженно-деформированного 48 состояния канатного рабочего органа

Выводы по главе

Теоретические исследования напряженно-деформированного со- 50 стояния канатного рабочего органа на ПЭВМ

3.1. Алгоритм расчета параметров напряженно-деформированного 50 состояния и механических характеристик канатного рабочего органа

3.2. Исследование напряженно-деформированного состояния 54 канатного рабочего органа с учетом переменности нагрузок по его длине

3.3. Влияние угла свивки слоев стержневых элементов канатного 60 рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние

3.4. Влияние угла свивки лопастей - прядей канатного рабочего 65 органа на его напряженно-деформированное состояние

3.5. Влияние сочетаний направлений свивки стержневых 70 элементов в слоях стержневой системы канатного рабочего органа на его напряженно-деформированное состояние

3.6. Влияние конструктивного исполнения канатного рабочего 73 органа на производительность винтового конвейера

3.7. Надежность канатного рабочего органа

3.8. Исследование минимального допустимого радиуса изгиба 79 канатного рабочего органа

Выводы по главе

Экспериментальные исследования канатного рабочего органа винтового конвейера

4.1. Описание и характеристики экспериментальной установки 82 винтового конвейера с канатным рабочим органом

4.2. Определение номинального числа опытов экспериментальных 95 исследований винтового конвейера с канатным рабочим органом

4.3. Исследование потерь производительности винтового 96 конвейера при пологонаклонном транспортировании сыпучего груза канатным рабочим органом

4.4. Уточнение формулы производительности винтового 99 конвейера с канатным рабочим органом

4.5. Исследование влияния крутящего момента винтового 101 конвейера на абсолютные деформации растяжения и кручения канатного рабочего органа

4.6. Влияние способа закрепления неприводного конца канатного 103 органа на производительность винтового конвейера

4.7. Влияние формы поверхности канатного рабочего органа на 105 производительность винтового конвейера

4.8. Уточнение формулы крутящего момента винтового конвейера с канатным рабочим органом

Выводы по главе

5. Внедрение результатов исследований в учебный процесс ив 112 промышленности

5.1. Методика расчета канатного рабочего органа винтового 112 конвейера

5.2. Внедрение результатов исследования в производство и 119 учебный процесс

Выводы по главе

Введение 2010 год, диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению, Подуст, Сергей Сергеевич

Современный период развития рыночной экономики Российской Федерации предъявляет новые требования к транспортно-складским системам и логистике предприятия. В этих условиях необходимо стремиться к снижению затрат на транспортирование груза путем сокращения количества подъемно-транспортного оборудования, оптимального функционально-стоимостного отбора оборудования с учетом всех имеющихся альтернативных технических и организационных решений, снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности и продления жизненного цикла машин за счет оптимизации их конструкции.

Винтовые конвейеры в настоящее время широко применяются в строительстве, машиностроении, химической промышленности и сельском хозяйстве. К существенным недостаткам винтовых конвейеров относятся невозможность транспортирования грузов по криволинейной траектории, большая вероятность возникновения заторов транспортируемого груза в местах установки промежуточных опорных подшипниковых узлов, загрязнение транспортируемого груза маслом из опорных промежуточных подшипников.

Помимо винтовых конвейеров с жесткими рабочими органами распространение получили также винтовые конвейеры, в качестве рабочего органа которых применяется цилиндрическая винтовая спираль. Винтовые конвейеры с гибким рабочим органом используются для непрерывной подачи цементного раствора- при строительстве, разгрузке железнодорожных вагонов, погрузке ядохимикатов в самолеты и их сброса на полях при борьбе с вредителями сельского хозяйства, подаче кормов в животноводческих комплексах, загрузке сырья в литьевые машины, экструдеры и реакционные аппараты в химической промышленности, для транспортирования смесей в пищевой промышленности, медикаментов в фармацевтической промышленности. К основным недостаткам винтовых конвейеров с гибким рабочим органом относятся: низкая производительность (максимальный рекомендуемый внутренний диаметр желоба гибкого шнека составляет 100 мм), низкая надежность, высокая изгибная жесткость транспортирующей спирали, приводящая к ускоренному износу желоба и увеличению потребляемой мощности.

Цель работы. Повышение производительности и снижение вероятности отказа винтовых конвейеров путем использования в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки и разработки метода расчета его напряженно-деформированного состояния.

Идея работы заключается в использовании в качестве гибкого рабочего органа винтового конвейера пряди или каната двойной свивки взамен однопроволочной винтовой транспортирующей спирали.

Научные положения работы, выносимые на защиту

1. Использование в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки позволяет увеличить диаметр винтового конвейера на 2550% за счет снижения изгибной жесткости канатного рабочего органа, что обеспечивает повышение производительности в 1,5-2 раза.

Научная новизна работы

1. Повышение вероятности безотказной работы и производительности винтового конвейера достигается использованием в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки, обеспечивающим существенное увеличение диаметра конвейера за счет снижения изгибной жесткости рабочего органа винтового конвейера и снижение вероятности отказа за счет появления нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок).

2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, который, в отличие от известных методов, учитывает линейное изменение нагрузки по длине, радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом и позволяет определить рациональные конструктивные параметры канатного рабочего органа.

4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера, в отличие от известных, учитывает механические свойства материала, конструктивные параметры, геометрические характеристики его элементов и позволяет исключить возникновение пластических деформаций, приводящих к отказу винтового конвейера.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением современных апробированных методов исследований, таких как анализ научных трудов по теме исследования, методы планирования теоретических и экспериментальных исследований, выполненных- с помощью современного программного обеспечения ЭВМ (MathCad, Excel, Visual Basic), использованием приборного комплекса, а так же действующей физической моделью, оснащенной контрольно-измерительными приборами, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не превышает 15%).

Значение работы

Практическое значение работы заключается в следующем: предложенная методика позволяет выбрать рациональную конструкцию канатного рабочего органа, определить параметры его напряженно-деформированного состояния и геометрические характеристики поперечного сечения, оценить влияние особенности формы поверхности канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера;

Реализация результатов работы:

1. На ООО «ПК «НЭВЗ» прошла производственные испытания экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов (Приложение 3).

2. На ООО «ПК «НЭВЗ» и ОАО «Замчаловское карьероуправление» внедрена методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом (Приложение 4 ,5).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всероссийском конкурсе научно-технического творчества ВУЗов «Эврика-2005», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на 8-ой Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на IV-ом Международном научно-практическом коллоквиуме «Мехатроника-2008», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2008 г.; при прохождении зарубежной стажировки в рамках программы «Леонард Эйлер» в техническом университете г. Дрездена (TU Dresden), Германия, 2006 г., при прохождении зарубежной стажировки в Рейнско-Вестфальском техническом университете г. Аахена (RWTH Aachen), Германия, 2007 г., при прохождении зарубежной практики на Henschel Antriebstechnik . GmbH Kassel (Производитель технологического оборудования для машиностроения и химической промышленности), г. Кассель, Германия, 2009 г; на молодежных инновационных конкурсах с присуждением научных грантов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение.

Заключение диссертация на тему "Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера"

Выводы по главе 5

Предложена методика расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, различия способов закрепления и переменности нагрузки по его длине, позволяющая получить рациональные геометрические параметры винтового конвейера, которая внедрена:

- в производство на ООО «ПК «НЭВЗ» (Новочеркасский Электровозостроительный Завод);

- в производство на ОАО «Замчаловское карьероуправление»;

- в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 190205 -«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» специализации «Подъемно-транспортные машины» и специальности

190602 - «Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов» внедрена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом и методика его расчета.

Заключение

1. Разработана математическая модель напряжен но-деформированного состояния канатного рабочего органа, учитывающая переменность нагрузки по длине и радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом, позволяющая определить конструктивные параметры винтового конвейера с канатным рабочим органом.

2. В результате теоретических исследований установлено:

- допустимый радиус изгиба канатного рабочего органа винтового конвейера в среднем в 2 раза меньше допустимого радиуса изгиба однопроволочной транспортирующей спирали;

- в канатном рабочем органе крестовой свивки возникают нормальные напряжения, которые в 2 раза выше, чем в гибком рабочем органе односторонней свивки, а жесткость на кручение гибкого рабочего органа односторонней свивки в 2-3 раза превышает жесткость на кручение гибкого рабочего органа крестовой свивки, следовательно, предпочтительной является конструкция гибкого рабочего органа односторонней свивки;

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим более чем в 2 раза превышает производительность винтового конвейера, оснащенного транспортирующей спиралью, при этом конструкция канатного рабочего органа на основе пряди каната двойной односторонней свивки по ГОСТ-7668-80 является наиболее эффективной.

4. В результате экспериментальных исследований установлено:

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, неприводной конец которого свободно перемещается в осевом направлении, в среднем на 10% превышает производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, неприводной конец которого закреплен от осевых перемещений, следовательно, конструкция винтового конвейера с канатным рабочим органом, имеющим осевые перемещения неприводного конца, предпочтительнее;

- производительность винтового конвейера с канатным рабочим органом, имеющим тангенциальные зазоры во внешнем слое свивки, превышающие номинальный размер частиц транспортируемого груза, в среднем на 15% превышает производительность винтового конвейера с аналогичным канатным рабочим органом без зазоров во внешнем слое свивки;

- по параметрам производительности среди спиральных рабочих органов предпочтительнее конструкция однопрядного рабочего органа по сравнению с односпиральным.

Библиография Подуст, Сергей Сергеевич, диссертация по теме Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. — М.: Наука, 1976. -258 с.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: Учебник для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа. 1979 - С. 558 с.

3. Ахмеров, А.Ф. О напряженно-деформированном состоянии проволоки при навивки цилиндрических пружин / А.Ф. Ахмеров // Изв. ВУЗов. Авиационная техника. -М., 1970. № 4. С. 130 - 136.

4. Батанов, М.В. Пружины / М.В. Батанов, Н.В. Петров Ленинград: Машиностроение, 1968. - С 216 с.

5. Башкатов Д.Н. К расчету вертикальных шнековых установок. «Тр. Московского геологоразведочного института, т. XXXIV, М.: Госгеолтехиздат., 1959. С. 77-89.

6. Бидерман В.Л., Шитиков В.Н. Растяжение и кручениеленточных цилиндрических пружин при больших перемещениях. Изв. АН СССР, М.Т.Т., № 1,1972, С.76.

7. Белая Н.М. Основы расчета несущих канатов //Стальные канаты. -Киев: Техника, 1965. Вып. 2. - С. 139 - 144.

8. Белков, Е.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния при формообразовании винтовых цилиндрических пружин с витком круглого сечения / Е.Г. Белков // Изв. ВУЗов. Машиностроение., 1988. С. 48-56.

9. Водяник Г.М. Математическое моделирование технологических машин: Учеб. Пособие /Новочерк. Гос. Техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1994.-С. 256.

10. Веселовский, В.А. Напряженно-деформированное состояние проволок каната при его упругопластическом закручивании / В.А. Веселовский // НПИ, Деп. в Черметинформации, 20.05.87, № 3939 чм. 87,1987.1. С. 13.

11. Герман X. Шнековые машины в технологии. ФРГ, 1972. Пер. с нем. под ред. Л.М. Фридмана. Л., «Химия», 1975. С. 229 с.13Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник Л.:

12. Машиностроение, 1983. С. 464, ил. 14.Глушко М.Ф. Стальные подъемные канаты. - Киев: Техника. 1966. -С. 327.

13. Глушко М.Ф., Дроздов Н.И. К построению многослойных канатов и прядей //Стальные канаты. Киев: Техника, 1972. - Вып. 9. - С.44-49.

14. Глушко М.Ф., Шкарупин Б.Е., Штаркман Э.М., Якобсон А.И. Аналитический расчет геометрических параметров каната // Стальные канаты: Науч.тр./ Киев: Техника, 1971. Вып. 8. - С. 3-13.

15. Глушко М.Ф., Чурюкин В.А. Статистическое моделирование упруго-пластического деформирования и разрушения канатов,- Челябинск, 1985, рук. депонирована в ВИНИТИ, № 7276-85 деп., С. 20.

16. Гончаренко, Н.К. Исследование напряженно-деформированного состояния стального каната в процессе обтяжки / Н.К. Гончаренко, А.П. Ветров, Г.И. Влащенко // Подъемно-транспорт. Оборудование. -1978. Вып. 9.-С. 73-75.

17. Григорьев A.M. Введение в теорию транспортирующих шнеков, Знание, Киев 1967. - С. 27.

18. Григорьев A.M. Винтовые конвейеры. М., «Машиностроение», 1972. -С. 184 .

19. Григорьев A.M., Преображенский П.А. Теория, расчет и эксплуатация односпирального гибкого шнека. Общество «Знание», УССР, Киев, КДНТП, 1967.-С. 32 .

20. Григорьев A.M., Желтов В.П. Надежность методов расчета и конструирования вертикальных винтовых транспортеров. Киев.: Знание, 1969.-С. 232.

21. Григорьев A.M. Элементы теории винтовых конвейеров. Казань,' 1956.-С. 57.

22. Григорьев A.M., Желтов В.П. Расчет производительности крутонаклонных и вертикальных быстроходных шнеков, транспортирующих сыпучие материалы. «Известия вузов. Горный журнал», № 10, 1965. С. 32-36.

23. Егоров В.Д., Игметов Б.А. Производство канатной проволоки и стальных канатов в ЧССР: Обзор /ЦНИИИчермет. М., 1977. - С. 16.

24. Евстратов В.А. Теория шнековой подачи сыпучих, пылевидных и пластичных материалов и ее реализация при синтезе напорных шнековых модулей горных машин. Диссертация, д.т.н, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.- С. 317.

25. Евстратова H.H. Шнековый питатель для подачи пластичных и пылевидных материалов. Диссертация, к.т.н, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.- С. 163.

26. Евстратова H.H. Машины со шнековыми транспортирующими органами, методы повышения эффективности их функционирование. Новочеркасск, гос. техн. ун-г. Новочеркасск, 1998- С. 16. -Деп. в • ВИНИТИ 04.12.98 №3537-В98.

27. Евстратова H.H. Влияние направляющих на производительность шнековых машин.// Изв. Вузов Сев. Кав. Регион «Технические науки» 1999. -№1. С.79-83.

28. Золотарев И.О. Исследования по строительной механике и строительным конструкциям. Челябинск, 1985,107-III, РЖ, 16, Механика, № 8, 1986. С. 156.

29. Иванов Б.Ф., Хальфин М.Н., Ксюнин Т.П. К распределению осевой нагрузки в спиральном канате// Динамика и надежность погрузочных и грузоподъемных машин: Межвуз. Сб. Новочеркасск, 1982. - С. 111118.

30. Калиниченко П.М., Козовый СИ. Методика определения параметров вторичной деформации проволок при свивке нераскручиваюшихся спиральных канатов.- Стальные канаты, вып. 9, Техника, 1972, С.150-153.

31. Качаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность.- Справочник. М.: Машиностроение, 1985. С. 224.

32. Козлов, В.Т. К вопросу упругой отдачи стальных канатов после свивки / В.Т. Козлов // Стальные канаты. Киев : Техника, 1964. - Вып. 1. — С. 144-151.

33. Колчин A.M. Стальные канаты. М., 1950. - С. 104 . ,

34. Ксюнин, Г.П. Стойкость рудничных подъемных канатов в эксплуатации и при испытаниях их в лабораторных условиях / Г.П. Ксюнин // Стальные канаты. Киев: Техника, 1964, Вып. 1. — С. 216 — 225.

35. Курманаевский В.В., Преображенский П.А., Григорьев A.M. Спирально-винтовые транспортеры (гибкие шнеки) и смесители. Казань, 1970.-С. 107.

36. Логвинов A.C. Исследование влияния параметров скребкового конвейера погрузочных машин на динамические нагрузки. A.C. Логвинов, В.Д. Ерейский. В межвуз. Сб.: Динамика и надежность погрузочных и грузоподъемных машин 1982. С.85.

37. Малиновский В. А. Основные теории изгиба и взаимодействия с опорной поверхностью // Стальные канаты: Науч. Тр. Одесса: Астропринт, 2002. - 4.2. - С. 180.

38. Малиновский В.А., Чиж A.A., Пригода A.A. Механика прямого каната с учетом несимметричного растяжения// Стальные канаты: Науч.тр. Киев: «Лыбидь», 1991.-С. 12-26.

39. Маслов В.Б. Волнистость в крановых подъемных канатах с металлическим сердечником и мероприятия по ее устранению: Автореферат диссерт. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1984. - С. 16 .

40. Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин /

41. B.П. Остроумов. -М.: Машиностроение, 1970. С. 135.56.«Мукомольно-элеваторная промышленность», 1956, № 2, С . 16 - 21.

42. Пономарев, С.Д. Пружины, их расчет и конструирование /

43. C.Д. Пономарев. -М.: МАШГИЗ, 1954. С. 183.

44. Пономарев С.Д. Расчет и конструкция витых пружин. М.: ОНТИ, 1978.-С.350.

45. Пономарев, С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 2 / С.Д. Пономарев, B.JT. Бидерман, К.К. Лихарев, В.М. Макушин, H.H. Малинин, В.И. Феодосьев. -М.: МАШГИЗ, 1958. С. 974.

46. Попов E.H. Нелинейные задачи статики тонких стержней. М.: Гостехиздат, 1948. - С. 265.

47. Попов Е.П. Теория и расчет гибких упругих стержней. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат.лит., 1986. - С.296.

48. Попов Е.П. Методы проектирования витых пружин с криволинейной характеристикой. В сб. Динамика и прочность пружин. - М.: Изд. АН СССР, 1950, С. 129-187.

49. Преображенский П.А.Транспортирование порошкообразных и мелкозернистых материалов гибким шнеком. Кандидатская диссертация и автореферат, 1964. — С.256.

50. Подуст С.С., Хальфин М.Н. Расчет гибкого винта транспортирующего шнека/ Научно-техническое творчество студентов вузов: материалы Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студ. вузов «Эврика-2005». Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005.- 4.2. - С. 287 - 290.

51. Подуст С.С. Влияние сочетания направлений свивки гибкого винта модуля мехатронного шнека на его предельную нагрузку/

52. С.С. Подуст, С.К. Кондрашова, М.Н. Хальфин, A.C. Логвинов// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.-2008 -. Спец. выпуск «Проблемы мехатроники-2008»- С.22-24.

53. Подуст С.С., Хальфин М.Н. Расчет основных параметров гибкого винта транспортирующего шнека/ Известия высших учебныхзаведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.-2008 .-№1(143).- С. 58-60.

54. Подуст С.С. Расчет гибкого винта шнека с учетом неравномерности распределения нагрузок по длине/ С.С. Подуст, М.Н. Хальфин, Р.К. Шагеев// Известия ТулГУ. Технические науки.-2009 г.- Вып. 2, часть 1,-С. 254-258.

55. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия. 1978, - 262 с.

56. Рахштадт, А.Г. Пружинные стали и сплавы. 3-е изд. перераб. и доп. / А.Г. Рахштадт. - М.: Металургия, 1982. - С. 400.

57. Резниченко А.И., Дыба В.П., Ложаев С.М., Красюкова И.Ю. Краткий курс сопротивления материалов в примерах и задачах / Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. С. 52: ил.

58. Рекомендации по расчету винтовых и спирально-винтовых конвейеров для сыпучих материалов. Научно-исследовательский институт охраны труда ВЦСПС г. Казань, 1977. С. 56.

59. Реут Л.З. Исследование циклической прочности жил при кручении сложных конструкций. Труды ТомНИИКП, вып. 1, - М,: Энергия, 1968.-С. 317.

60. Ржаницын А.Р. Теория составных стержней строительных конструкций,-М.:Стройиздат, 1948.-С. 192

61. Сдвижков O.A. MathCAD-2000: Введение в компьютерную математику. М., 2002. - С. 204.

62. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учеб. Пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1983. - С. 487., ил.

63. Сергеев С.Т. Стальные канаты. Киев: Техника, 1974. - 326 с.

64. Филин А.П, Алгоритмы построения разрешающих уравнений механики стержневых систем. Филин А.П., Танайко О.Д., Чернева И.М Шварц М.А. Под ред. А.П.Филина.- Л.: Стройиздат, Ленингр. отделение, 1983.-С. 232.

65. Хальфин М.Н., Иванов Б.Ф., Короткий A.A. Расчет и эксплуатация крановых канатов: Учеб.пособие. Новочеркасск: Новочерк.гос.техн.ун-т. 1993 г.-С. 95.

66. Хальфин М.Н., Короткий A.A. Развитие теории стальных канатов и ее практическое подтверждение.// Безопасность труда в промышленности. 2006. -№1.- С. 18-22.

67. Хальфин М.Н., Короткий A.A., Иванов Б.Ф., Маслов В.Б. Стальные канаты подъемно-транспортных машин. Учебное пособие. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2009. С.116.

68. Хальфин М.Н., Подуст С.С., Шагеев Р.К. Расчет гибкого винта шнека с учетом переменности крутящего момента по его длине./ Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион .- 2009.-¡№6(154). С.80-83.

69. Хальфин М.Н., Романенко Ю.А., Хопрянинов Д.В. Напряженно-деформированное состояние крановых канатов при их изгибе на блоке./ Сборник статей и кратких сообщений по материалам науч. -техн. конф. студентов и аспирантов. Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С.54.

70. Хальфин М.Н., Иванов Б.Ф. Напряжения в несущих закрытых канатах подвесных канатных дорог при их эксплуатации. Стальные канаты: сб. научных трудов/ Межд. ассоциация исследователей стальных канатов. Вып.З. Одесса: Астоприм, 2003. - С.89-95.

71. Хальфин М.Н., Иванов Б.Ф. Несущие закрытые канаты в эксплуатации. Стальные канаты: сб. научных трудов/ Межд. ассоциация исследователей стальных канатов. Вып.З. Одесса: Астоприм, 2003. -С.232-234.

72. Хальфин М.Н., Иванов Б.Ф. Прочность несущего каната подвесной канатной дороги с учетом волнистости и кручения. Стальные канаты: сб. научных трудов/ Межд. ассоциация исследователей стальных канатов. Вып.4. Одесса: Астоприм, 2003. - С.52-57

73. Хальфин М.Н. Влияние кручения несущего закрытого каната на величину допустимых значений радиуса волнистости// Известия ТулГу, Сер. Подъемно транспортные машины и оборудование. Вып.5. - Тула: Изд-во ТулГу, 2005. - С.20-23.

74. Хальфин М.Н. Влияние натяжения несущего каната на его стойкость в эксплуатации. // Известия ТулГу, Сер. Подъемно транспортные машины и оборудование. Вып.5. - Тула: Изд-во ТулГу, 2005. - С.23-26

75. Хальфин, М.Н. Влияние кручения каната в процессе его технологической обработки на величину изгибающего момента в его проволоках / М.Н. Хальфин, В.А. Веселовский // НПИ, Деп. в Черметинформации, 20.08.86, № 3845 -чм, 1986. С. 12.

76. Хальфин, М.Н. Изгибные напряжения в стальных канатах./ Динамика и надежность погрузочных и грузоподъемных машин: межвуз.сб. -Новочеркасск, 1982.- С. 106- 116.

77. Хальфин М.Н. Определение напряжений, возникающих в проволоках при изгибе каната./ Подъемно-транспортное оборудование: науч. -тех.сб. Киев: Техника, 1985. - Вып. 16. - С. 111-119.

78. Шалин, В.Н. Расчет упрочнения изделий при их пластической деформации / В.Н. Шалин. JL: Машиностроение. - 1971. - С. 192.

79. Шахназарян Э.А. Растяжение и кручение витых проволочных систем ВПС- Докл. АН СССР, Т.286, № 6, 1986. C.I337-I340.

80. Эпштейн СМ. Конструкционная вязкость и устойчивость систем сопряженных стержней под действием переменных сил. Автореф дис.канд.техн.наук.-Томск: Том.политехи, ин-т, 1987.-С. 19.

81. Пат. № 2289538 RU МПК B65G 33/26, B65G 33/16. Винтовой конвейер для транспортировки сыпучих грузов/ Хальфин М.Н., Подуст С.С.-Заявл. 05.07.2005 // Изобретения (Заявки и патенты). — Опубл 20.12.2006, Бюл №35.

82. Пат. № 2343099 RU МПК B65G 33/26, B65G 33/16, B65G 33/08. Винтовой конвейер с подвижной опорой/ Хальфин М.Н., Подуст С.С. -Заявл. 12.02.2007 //Изобретения (Заявки и патенты)-Опубл 10.01.2009, Бюл № 1

83. Пат.№ 2222485 (51) Cl 7 В 65 G 33/26. Винтовой конвейер для транспортировки сыпучих грузов./ Хальфин М.Н., Мамаев Н.М., Коваленко O.A. Заявл. 10.06.2002// Изобретение (Заявки и потенты) Опубл 27.01.2004, Бюл №3

84. Пат.№ 1201168 СССР, МКИ ВЗОВ 9/14-373, 5903/25-27. Самоочищающийся ленточный шнековый пресс./ Евстратова Н.Н, Евстратов В.А.; Заявление 08.05.84// Опубл. 30.12.85,БЮЛ. №48 .

85. Пат.№ 1333595 СССР, МКИ ВЗОВ 9/14-405, 307/31-27. Шнековый пресс./ Евстратова Н.Н, Евстратов В.А. Заявление 09.04.86// Опубл. 30.08.87,БЮЛ. №32

86. Пат. № 1261594, 1300230; 1434363. Франц.

87. Пат. №1199637, 1282153; 1310620, 1580350. Франц.106. Пат. №8448, 8521. ГДР

88. Пат. №483691, 6742761. ФРГ108. Пат. №965389. ФРГ

89. Пат.№ 2,954,261 US. Conveyer system. A. Taupin.110. Пат.№ 3,381,801 US.

90. Пат. № 2,858,011 US. Material propelling arrangement. E.A. Wahl.

91. Heinrich Martin. Transport- und Lagerlogistik. Planung, Struktur, Steuerung und Kosten von Systemen der Intralogistik. 6., vollstaendig ueberarbeitete Auflage. Viewegs Fachbuecher der Technik. 1994. C.245.

92. Heid, Klays Ditel. Zur Bestimung der Kräfte in Litzen - drahten. - Draht, 1982. - C.398-401.114. «Förderschnecke», VDI-Nachr., 1962, № 18. S. 41 - 47

93. Fördern u. Heben, 1962, Bd. 12, № 1/- S. 52-54.116. «Maschinenmarkt», 1962, Bd. 72, № 60/- S. 27 30.

94. Eckstein, H.J.: Technologie der Wärmebehandlung von Stahl.Leipzig:Dt.Vlg.Grundstoffindustri 1987. S.136.

95. Zienkiewicz, O.C.: The finite element method. In: Engineering Science. London: McGraw-Hill 1994. S.236.

96. Plust H und Ahrens F. Biegsame, in einem Schiauch arbeitende Forderschnecke. 1996-S.138.

97. Geiger R.; Lange, K.: Fließpressen. In: Lange,K.(Hrsg.):Umformtechnik,Bd.2:Massivumformung. Aufl. Berlin: Springer 1988.-S.230.

98. Jan Adriaan Bartel Smit. Förderschnecke für pulverförmige Stoffe. 1995. -S. 24.

99. Подрограмма для уточнения геометрических параметров сечения винтового конвейера с канатным рабочим органом

100. Уточнение размеров канатного рабочего органа

101. Диаметр канатного рабочего органа 3 ■ (з0 + 25, + 25,) = 0.049 м.

102. Принимаем диаметр рабочего органа 50 мм., тогда диаметр лопасти-пряди

103. Шор = —--— Шор = 0.017 м. 3 1000

104. Уточнение производительности винтового конвейера с канатным рабочим органом3600. М2 . п. к,ап. кэег ■ Г* • С^р)2 „«Иор^Л ■ *' П° ^ « . ^пр2 |4 30 2. со5(фв)1. От =227 кг/ч.

105. Принимаем следующие геометрические параметры сечения винтового конвейера с канатным рабочим органом:- диаметры проволок505л := 4.5 „„ б,:= 8,:= —0 ММ. 1 2 1.150 = 4.5 ММ. 5| = 2 мм. 62 = 4 ММ.- внутренний диаметр желоба---1 — = 54 мм.0.95

106. Неприводной конец не закреплен от осевых перемещенийи2(х1 = 0.00095 м ^ = 0 х2 = 0х10° Па

107. Ф2(х) = 0.46124 „„„ Л „„„/„. ^ ,рад 92 = 0 рад/м аичг2 = 0хЮ Пасо2 = 0 Па

108. Дополнитепьные напряжения кручения и изгибапри максимальных экстремальных значениях полярных углов)т е%1геш! =-840 х 10"12 Па оизг ех1геп.1 = 103 ч 1 О6 Па

109. Условие прочности по эквивалентному напряжениюndprl := if(■ oekv 11 > öß.O, i) napr2 := if( aekv2 >a0.0,l)naprzakrep := ¡({¿napri • napr2) > 0, "prochnostobcspechena"", "razrushenie"^napr/akrep = "prochnostobespechena""

110. Предел усталости проволокис , = 490х 106 Па

111. Максимальное допустимое напряжение для материала проволоки канатного рабочего органаа 1а°:= "7"оп = 272 х 106 Паrbb

112. Э.Расчет допустимого радиуса изгиба рабочего органа

113. Минимальные радиусы изгиба с учетом способа закрепления неприводного концаpminl :=50 Е2(0 amrl) pminl = 2.23 М.50Ерго>п2 := —г- -\2(о | аизг2)pmin2= 0.921 М.

114. Расчет номинального допустимого радиуса изгиба с учетом коэффициента запасаpn:= z■ nu\(pminl .prniní)1. Pn = 4.013м.

115. Определение дополнительных напряжений изгиба и кручения

116. Напряжение изгиба при минимальных экстремальных значениях полярных углов:i0-0deg град.1. V« := 0 ■ с1е(! град.extrem2 := Е •502 рпsin(yO) ■ совСфО) + cos(P) • cos(4»0) sin(<|)0)) ■ cos(al) • соь((3). . ,2sinÍ2 ■ p)) \ ~> I

117. Напряжение кручения при закреплении неприводного конца5оxl := G • 6ПрОВ i • 1. XI =-6.833 X 107 Па.

118. Напряжение кручения при свободном осевом перемещении неприводного конца8от2 := С • 0ПрОВ2 ■ 2т2-0х10° Па.

119. Напряжение изгиба при закреплении неприводного конца80шпг1 := Е Ьпров1 ?одаг! =287.508 X lo6 1а.

120. Напряжение изгиба при свободном осевом перемещении неприводного конца5оси!г2 := Е Ьпров2- 21. С.пг2 = 0х10° Па.

121. Напряжение растяжения при закреплении неприводного концаcol := Е ■ eslсоi = -4x10 Па

122. Напряжение растяжения при свободном осевом перемещении неприводного конца1. Со2 := Е • ES2со2 = 0х10° Па

123. Определение относительных деформаций кручения проволоки при свободном осевом перемещении неприводного конца

124. W=92 Ccos(ccl))4 (cos(|^)3 + e2 cos(a»)4 ЧШ(Р2)RC0S(p2.0„ров2-0 рад/м7 3.Деформация изгиба проволоки при закреплении неприводного концапров1 о + (cos(al))I. Jm sm(2 al) (cos(Pl))4+^ ып(2 al)sm(2 püjbnpoBl = 637xlO'3 1/M

125. Определение продольных, угловых перемещений и приращения угла свивки при закреплении неприводного конца

126. М + ег1 • Ао23 Ао12-х Ао1^\1. Л 'V L ~ 2/ах 01 :=иЦх) = 0м.1. ИсозСР»35(31 := -е1 • I + Зт(|3). с08(р)

127. М + £г1 • Ло23 / Ло12" АоП1. I Ао11 +1. Д \2 • Ло22 Ь1. Ф1(х) = 0.8019 рад.ф^га<1:= Ф'<Х)1. Ф18гаё = 45.945 град.р1 := р + 5р11. И = 0.25 рад.

128. Определение относительных деформаций кручения проволоки при закреплении неприводного конца

129. Эпров1 := 01 ■ ЕсоЦа!))4 (соз(рИ)З + е! |йоь(а1))44 .чт(р1) сс№(р17.1. К JвПро.1 = -°-394 РЭД/М4.7,Определитель системы уравнений статики канатного рабочего органа1. Д:= А = 6 X 109 Н.КВ*М.КВ

130. Максимальный крутящий момент2N0 „ и.1. М :=— М = 5.2 ПМгаО

131. Определение относительных и абсолютных линейных, угловых деформаций

132. Определение относительных продольных и угловых деформаций при закреплении неприводного конца

133. М + rrl ■ Ао23 /Яо 12■ х AolX М + erl • Ао23 ( Ао12~ Aollel := •( - - - ) 61 := - 1 ---- — Aol I + i V L 2 / A V Ao22 L

134. El = -0.00147 ei = -0.54844 рад/м62.0пределение относительных продольных и угловых деформаций при свободном осевом перемещении неприводного конца

135. М + сг2 • Ао23 /Яо12 X „ \ М + ег2 ■ Ао23 /Яо11ле2 := — ■ ( - Aol2) 02:= • (1. Д V L / Д V Lе2 = 092 = 0рад/м

136. Агрегатные коэффициенты жесткости для одной лопасти в целомад := Л1+ 9 ЛИ1+9-АИ;, Ь() := А220 + 9 ■ А22, + 9 ■ А22224503590 Н ь0 = 120 Нм.кв.с0:= л120 + 9- а12, + 9 • а122 ё0 В • (10 -i- 9 ^ 1 -(- 9 12)с0 =-49530 Нм е0 = 27 Нм.кв.

137. Агрегатные коэффициенты жесткости для рабочего органа с одной лопастьюа11рг:= а^ (ссй(р))3 + 2- ^ • («тГр»3 • (соь(Р))2

138. АПрг= 22 х 106 Н а22рг= 123х 10° Нм.кв. а12рг = 46145 Нм Л2зрг=1х!06 Н

139. Агрегатные коэффициенты жесткости канатного рабочего органа

140. Ао! 1 := п- а11рг ао22:= п-А22рг Ао12 := п ■ А12рг Ао23 := п ■ А23ргао11 = 67х106 н ао22 = 3 70 Нм.кв. ао!2= 138 х 103 Нм1. Ао23 = 4 X 106 н

141. Определение агрегатных коэффициентов жесткости канатного рабочего органа

142. Агрегатные коэффициенты жесткости для центральной проволоки1. АП0:= О1. Л22п = Ех 2л 50о4э01. А12п .= Е- — а110 = 0 Н А22д 2.711 ИМ.КВ. Л120=0 Нм

143. Агрегатные коэффициенты жесткости для проволок внутреннего слояо

144. А111 := Е• (со5(а1))3 + Е.Л • (со<а1))3 + С- 1р1 ^^ ■ (со5(а1))24 г12 г12х 22 2 7

145. А22. := Е ■ • г, ■ ссм(аП • (лЩа!)) +С Др 1 (соз(а1))4

146. А12 := Е • —• Г. ■ (сов(а1)) ■ 8ш(«1)ан, =632286 н а22,= 0.981 Нм.кв. л12,=-742.6 Нм

147. Агрегатные коэффициенты жесткости для проволок внешнего слоя

148. А112 := Е ^ (со5(а2))3 + Е J2 ■ . (со*(«2))3 4 в ■ Зр2 ■ . (со8(а2))24 г22 г221к-52~ 2 2 7

149. А22-) := Е •--• г9 ■ С05(а2) ■ (виЧой)) + О ■ Зр2 ■ (соз(а2))4

150. А12, := Е —— — • г2- (ам(а2)) • ып(а2)аи2 = 2090335 н а222= 12.03 6 Нм.кв. а122 = -4760.8 Нмт

151. Радиус свивки проволок внутреннего слоя

152. Радиус свивки проволок внешнего слоя50 5г, ■= + — ' 2 2б. + з2г2:=г1 '2

153. Радиус свивки рабочего органа я = (Л , 5.2 42 1г, = 0.0032 м. г2 = 0.0063 м. я = 0 016 м.

154. Полярный и осевой моменты инерции центральной проволоки4 « 471 Оп П 001р0 := л> •=32 64

155. ЛрО = 0.000000000033564 мЛ4 го= 0.000000000016782 мл4

156. З.б.Полярный и осевой моменты инерции проволок первого слоя4 -41. П 01 71 О |•Ы := Л = 32 64р! = 0.000000000002098 мд4 л = 0.000000000001049 мЛ4

157. Полярный и осевой моменты инерции проволок второго слоя5 4 К 471 От 71 От1. Лр2 := — ¡2~ 32 64р2 = 0.000000000022925 мл4р2 = 0.000000000022925 мл4т

158. КПД привода винтового конвейера ^ := 0.8

159. Номинальная частота оборотов рабочего органа п0:= 200 об/мин.

160. Длина гибкого рабочего органа ь:= 5 м.

161. Координата точки на винте Х:=ь М

162. Временное сопротивление разрыву ов:= 1960- 10б Па. материала проволоки

163. Предел усталости материала проволоки С1°ва , = 490х 106 Па.

164. Полезная мощность винтового конвейера 357n0 = 54 Вт.

165. Угловая скорость вращения рабочего соо:= 5 — органа 30шо = 21 рад/с.

166. З.Определение геометрических характеристик сечения винтового конвейера с канатным рабочим органом

Похожие работы

Транспортное, горное и строительное машиностроение
05.05.00