автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научные основы теории и расчета резинотросовой ленты конвейера с учетом его пространственной формы

г; о ин

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ-

На правах рукописи

БЕЛЬМАС Иван Васильевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА РЕЗИН0ТР0С0В0Й ЛЕНТЫ КОНВЕЙЕРА С УЧЕТОМ ЕГО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОРШ

05.05.06 - Горные машины 01.02.06 - Динамика,прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск - 1993

Работа выполнена в Днепродзержинском индустриальном и Днепр петровском горном институтах

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Н.Я.ШЛИЧЕНКО

доктор технических наук,профессор в.и.дардА

доктор технических наук, профессор З.Н.КВАША

Ведущее предприятие - НИГ1КГИ ПО "Азовмаш"

Защита состоится " % "___/ О_ 1993 года в / 3 ч£

на заседании специал^зи[/- лчого совета при Институте геотехниче кой механики АН Украины ю адресу: 320600, г. Днепропетровск, ул. Симферопольская 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " у.. оь _ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного савета канд.техн.наук

ц

И.А.ШПАКУНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ленточные конвейеры являются основой комплексов машин непрерывного и циклично-поточного действия карьеров и шахт. С увеличением производительности, глубин отработки месторождений достоинства ленточник конвейеров становятся все более очевидными, так как по простоте обслуживания и конструкции, производительности, эксплуатационным затратам относятся к наиболее эффективным средствам непрерывного транспорта. При этом с уве личением единичной мощности конвейеров значительно возрастает тре бование к прочности конвейерных лент, что обуславливает все более широкое использование реэинотросовых лент (РИ), особенно высокопрочных.

Вместе с тем показатели надежности работы мощных конвейерных установок, особенно эксплуатируемых в сложных условиях горного пр изводства, невелики. Аварийные простои из-за конвейерного транспо; достигают 50% общего времени простоя производства. Основными, причинами простоев конвейерных транспортеров являются разрушение лен и их стыковых соединений. При стоимости ленты, достигающей 70^ стоимости конвейера, аварийный выход ленты и ее стыковых соединений из строя связан с потерей грузонесущей или тяговой способности из-за разрушения не всего, а отдельного учаотка резиномвтаили-ческого сердечника РИ.

Основными причинами снижения тяговой способности PTJ1 и разру. шения ее резинометаллического сердечника являются: низкое качеств! РИ отечественного производства, нерациональный выбор геометричео' ких параметров переходных участков конвейера, обусловленный отсутствием в нормативных документах рекомендаций по выбору этих параметров с учетом механических характеристик PTJ1, отсутствие эффективных средств эксплуатационного контроля повреждений резинометал лического сердечника РИ1, отсутствие методов диагностики влияния повреждений тросов на эксплуатационные свойства ленты, используемой в качестве тягово-несущего органа конвейера.

Применяемая в странах СНГ технология изготовления РТЛ не обв( почивает параллельность и прямолинейность укладки тросов и достаточную прочность связи тросов с резиной, которая в 1,5-2 раза шш чем в зарубежных аналогах. Дефекты укладки тросов приводят к перегрузке одних (прямолинейных) за счет разгрузки других (криволинейных) тросов. Это снижает реальную агрегатную прочность ленты.Низкая прочность связи резины и тросов влияет на прочность стыковых

соединений (прочность стыковьос соединений отечественных в' о-прочных РТЛ составляет 40-60& прочности целой ленты). В Р ре: на исполняет и роль антикоррозионного покрытия тросов. Разрыв < зи тросов и резины уменьшает этот защитный эффект.

Конвейеры, используемые в горнодобывающей промышленности,! правило, имеют различные участки, на которых конвейерный став I ет сложную форму. Такими участками являются участки лоткообраэс валия, искривления конвейерного става в вертикальной, либо в гс зонтальной плоскостях, переворачивания нижней ветви конвейера.! речисленные участки будем называть переходными. На переходных участках плоская лента пространственно деформируется, при этом происходит неравномерное удлинение (нагружениа) тросов. Кроме т го, в конвейерной ленте только при ее деформировании на переход участках возникают значительные касательные напряжения в резина вой матрице. В результате в РТД, используемых на конвейерах со сложной геометрией конвейерного става, к основным напряжениям,з висящим от величины передаваемого тягового усилия, добавляются напряжения, обусловленные деформированием ленты на переходных у стках. При этом дополнительные усилия, передаваемые наиболее на груженными тросами, могут в несколько раз превосходить основные ограничивая возможность увеличения единичной мощности конвейера снижая срок службы РТД. Величины дополнительных, неучитываемых расчетах касательных напряжений в резине могут достигать 62% п дела прочности связи тросов с резиной и являться одной из основ причин отслоения резины от тросов. Необходимость учета последнк возрастает при использовании более прочных лент, так как прочно адгезии тросов и резины не возрастает пропорционально увеличена прочности лент от РТП-4000 до Ш-7000.

Отсутствие систем контроля и анализа влияния (диагностики) повреждений, методов восстановления тяговой способности (ремонт! РТЛ- снижает надежность и безопасность эксплуатации реэинотросо-вых лент и делает задачу совершенствования условий эксплуатации РТД особенно актуальной для Украины, не имеющей на своей террит( рии мощностей по их производству.

Исходя из изложенного, >яработка основ теории расчета рез] нотросовой ленты и ее стыковых соединений, учитывающей влияние пространственной формы л с годных участков конвейера и позволяющей рассчитывать рационалинмп значения геометрических параметра этих участков, разработка способов контроля и диагностики состо> ния, восстановления тяговой способности РТЛ. с поврежденными в

- Г) -

процессе эксплуатации тросами является крупной научной проблемой связанной с созданием конвейера для тяжелых горногеологических условий эксплуатации со сложной геометрией конвейерного етанза и оборудонамного высокопрочной резинотросовой лентой.

Диссертационная работа выполнена п соответствии с Постановлением № ЬЬЬ ГШГГ СССР от 30.10.6й г. и общесоюзной научно-технической программой 0.09.01 по созданию комплекса циклично-поточной технологии для Крайнего Севера, "Плана-заказа на конструирование, изготовление, испытания образцов новых изделий организациями, предприятиями Минтяжмата СССР для .угольной промышленности", подписанного в 1У89 поду.

Цель диссертационной работы заключается в разработке и обосновании методов расчета РТЛ, геометрических параметров конвейера на переходных участках с учетом механических свойств РТЛ, рекомендаций и технических решений по увеличению эксплуатационной прочности, срока службы, безопасности эксплуатации стыковых соединений, высокопрочных резинотросовых лент конвейеров для тяжелых условий .эксплуатации, со сложной геометрией конвейерного става.

Идея, диссертационной работы состоит в учете особенностей и закономерностей в распределении параметров напряженно-деформированного состояния ленты на переходных участках конвейера, связанных с приобретением ею сложной конфигурации, влияющих на ее прочностные и эксплуатационные свойства, н использовании свойств РТЛ допускать значительные относительные смещения тросов.

Мет оды и с следо вания. Б теоретических исследованиях использовались положения и методы теории упругости, электрического моделирования, математической статистики, в экспериментальных - методы тензометрии, лабораторных исследований.

Научные положения, защищаемые.в.диссертации.

I. Напряженно-деформированное состояние РТЛ на переходных участках, на участках с начальными несовершенствами укладки тросов описывается геометрически нелинейной сдвиговой моделью, включающей и прилегающие участки длиной не менее чем в двадцать пять раз превышающей ширину ленты, а на участках лоткообраэования, искривления конвейерного става - сдвиговой моделью.

'¿, Основными параметрами, характеризующими напряженное состояние РТЛ, являются экстремальные величины продольных усилий.пе-редаваемых тросами, и касателыыл напряжений в резиновой матрице, действующих по поверхности склейки тросов и резины. Усилия, передаваемые тросами, касательные напряжения в резине неравномерно распределены в ленте. Основными факторами, влияющими на распреде-

ленив усилий, передаваемых тросами, и касательных напряжений, в< никащих в резиновой матрице, являются: характер распределения 1 величины сил сопротивления конвейерного става, геометрические п< раметры переходных участков конвейера, наличие в ленте поврежде! ных и искривленных в процессе ее изготовления тросов, стыковых < единений.

3. Тросы с начальной кривизной в ленте деформируются как в< локна с пониженной продольной жесткостью. Жесткость троса на уч; стке искривления длиной менее 0,25 м пренебрежительно мала. РЕ с тросами, искривленными на длине менее 0,25 м, деформируется к< и РТЛ с тросами, повревденными на тех хсе участках. С увеличение] внешнего растягивающего усилия кривизна искривленных тросов уме) шается и неравномерность распределения усилий между тросами снижается.

4. При растяжении РТЛ с поврежденными тросами последние см< щаются относительно целых, что приводит к искривлению поперечны сечений РТ31 и образующих футеровки барабана конвейера. По искри! лениям.ее поперечных сечений или образующих упругой футеровки п; водного барабана можно судить о состоянии резиноматаллического сердечника ленты.

5. Теоретическая максимально возможная прочность стыкового соединения РХИ определяется его конструкцией, зависящей от отн01 ния шага укладки ( 1 ) и диаметра тросов ( с/ ) в лейте, и соста ляет 67-90$ агрегатной прочности РШ при Ь / равном 1,2-2,' Реальная прочность соединения зависит от длины соединения и про-ности связи тросов с резиной.

6. Разработана математическая модель РТЛ, учитывающая взаи ное влияние тросов в резиновой матрице, особенности деформирова ния ленты на переходных участках конвейера, влияние транспортир; мого материала, сил сопротивления ее движению, наличие в ленте повревденных и искривленных в процессе изготовления тросов,стык вых соединений, участков ленты, сопряженных с переходными, и от ражает основные факторы, в л:-, чие на ее напряженно-деформирован ное состояние.

7. Паометрическпс етры переходных участков конвейера, наличие в ленте повреаде! .ньч тросов и стыковых соединений оказы вает наиболее существенное влияние на прочность РТЛ, снижая ее несколько (до пяти) раз по сравнению с расчетной прочностью лен ты. Совокупность разработанных мероприятий позволяет уменьшить (до 1,35-1,5 раза) негативное влияние указанных и других фактор

на снижение прочности конвейерной ленты и повысить срок эксплуатации РТЛ не менее,чем в два раза.

Обоснованность и достоверность научных положений и розультато] Основнае научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений теории упругости.Достоверность результатов по; твервдается удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов,полученных как автором, так и другими исследователями (расхождение величин деформаций тросов не превышает 20%\ отсутствием противоречий между известными и выявленными закономер ■ ностями.

Научная новизна работы.

Г. Разработана, исследована и экспериментально прверена модель напряженно-деформированного состояния резинотросовой ленты как системы тросов, помещенных в упругую среду, пространственно деформируемых на конвейере, учитывающая влияние массы материала и ленты, сил сопротивления движению, наличие поврежденных и искривленных тросов, взаимодействие РТЛ и барабана.

2. Установлены закономерности распределения напряжений в РТЛ на переходных участках конвейера с учетом влияния сопряженных участков ленты, в том числе взаимодействующих с барабаном, сформул: рована и решена задача об устойчивости ленты на участке ее переворачивания.

3. Впервые обосновано и осуществлено аналитическое решение задачи о напряженно-деформированном состоянии РТЛ с произвольнам расположением участков повреждений тросов, как многосгязного ани -зотропного тела,выявлены основные закономерности такого состояния.

'I. Показано,что повреждение части тросов РТЛ ведет к искрив -лению ее поперечных сечений на участке длиной превосходящей ширину ленты, а при огибании приводного барабана - к искривлению образующих его упругой футеровки. Обоснована возможность исполь зования упругих свойств футеровки барабана и РТЛ при создании не разрушающих методов контроля состояния тросовой основы ленты. Ис следованы факторы,влияющие на напряжения в дополнительном элемен те РТЛ - датчике контроля состояния тросовой основы ленты, раз работами основы его расчета.

5. Построен параметрический ряд конструкций стыковых соеди нений РТЛ, обеспечивающий возможность выбора соединения максималь ной прочности РТЛ различных конструкций.

Научное значение работы состоит в разработке основ теории расчета резинотросовой ленты как системы запрессованных в рези

новую матрицу тросов, нагруженных усилиями, обусловленными массами ленты и транспортируемого материала, деформируемых на переходных участках сложной формы, при наличии в ленте поврежденных тросов и тросов с начальными несовершенствами, стыковых соединений.

Практическое значение работы заключается в разработке технических решений, методик расчета и рекомендаций, направленных на увеличение эксплуатационной тяговой способности, срока службы безопасности эксплуатации РХИ и их стыковых соединений на основе установления допустимых величин дефектов укладки тросов в ленте, обоснованного выбора геометрических параметров переходных участке ленточных конвейеров со сложной формой става, выбора из предпочтительного ряда конструкций и расчет стыковых соединений, обеспечивающих максимальную их прочность, разработки средств и методов неповреждающего постоянного эксплуатационного контроля и диагностики FD1, предотвращения аварийного разрезания и разрыва лент,рас чета РТЛ на прочность, устойчивость, долговечность с учетом ее свойств и конструкции конвейера.

Реализация результатов работы. Результаты исследований испол зованы Î10 "Азовмаш" при разработке технической документации на из готовление конвейеров с высокопрочной резинотросовой лентой PT3I--7000 для тяжелых условий эксплуатации в составе комплекса оборуд вания циклично-поточной технологии для карьеров Крайнего Севера применительно к ГОКу "Удачный" НПО "Якуталмаз"; ПО НКМЗ при разра ботке технической документации на изготовление магистральных конвейеров 101-8000 и ленточных конвейеров роторного экскаватора ЭРП--6500; НИИсМИ при разработке высокопрочной конвейерной ленты РХЕ--7000 (извещение 4.1.110-90 с:', изменении ТУ 38.4056722-88); ПО "Цурскрезинотехника" при установлении агрегатной прочности и сове шенствовании конструкции > таскаемых PXJI; предприятием СевГОК при изготовлении стыковых соеяянений высокопрочной РХП-6000 на основе импортного троса; при навео>м и эксплуатации огнестойких резинотр совых канатов на скиповых подъемах шахт и рудников; СЗТМ при прое тировании и изготовлении конвейеров комплексов оборудования цикли но-поточных технологий, в том числе для Ковдорского ГШа.

Экономический эффект от использования результатов диссертаци на ПО "Азовмаш" составил 162 тыс.рублей. Ожидаемый годовой эффект за счет увеличения срока службы PÏ3I в ценах 1990 года превышает 600 тыс.рублей. Осуществление непрерывного контроля РТЛ предотвра щает возможность возникновения аварийных ситуаций, связанных с разрывом или разрезанием резинотросовой ленты, повышает безопасно ее эксплуатации.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсущеш и одобрены на мезедународных конференциях (ПНР, 1989 г.; г.Гливиц, 1990 г.; г.Вроцлав), на Всесоюзных конференциях по проблемам прочности и долговечности стальных канатов (г. Одесса, 1981,1989 гг.), по проблемам подъемно-транспортной техники (г.Нижний Новгород, 1980 г.), по технологическим проблемам прочности несущих конструкций (г.Запорожье, 1991 г.), на республиканской конференции по технологии изготовления изделий из витого металлокорда (г.Севасто -поль, 1989 г.), научно-технических семинарах и совещаниях РПО "УКРруда" (г.Днепропетровск, 1978, 1981 гг.), техническом совете Сызранского завода тяжелого машиностроения (1991 г.), семинаре ИПШ АН Украины (1992 г.) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано тридцать пять печатных работ, получено десять авторских свидетельств »патент | . и решение о выдаче патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,шее' ти разделов, заключения, списка литературы из 140 наименований, приложений, содержит 253 страницы машинописного текста, 12 таблиц, 96 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние проблемы и задачи исследования

Силы сопротивления движению ленты, транспортируемый материал на РТЛ распределены неравномерно. Это приводит к тому, что усилия, передаваемые тросами, напряжения в резиновой матрице неравномерно распределены по сечению ленты. Кроме того, неравномерно распределяются усилия между тросами и напряжения в резине вследствие деформирования РТЛ на переходных участках, неоднородности структуры ленты, содержащей поврежденные, искривленные при изготовлении тросы и стыковые соединения. Прочность, срок службы РТЛ при цикли -ческом нагружении на конвейере, ее безопасность эксплуатации определяются величинами усилий, передаваемых наиболее нагруженными тросами, величинами максимальных касательных напряжений в резиновой матрице. Вследствие этого разработка теории расчета РХИ возможна только на основе анализа напряженно-деформированного состояния РТЛ с учетом ее структуры и конструкции конвейера, влияния массы транспортируемого материала.

РТЛ относится к реэинометаллическим изделиям и волокнистым однонаправленным композитным материалам. Исследованиям таких ма-

териалов посвящены работы ряда ученых: Бидермана В.J1., Болотина

B.В., Потураева В.Н., Дырды В.И., Лавендела Э.Э. и др. Анализу напряженно-деформированного состояния конвейерных лент и их стыковых соединений при одноосном нагружении посвящены работы Высо-чина Е.М., Евтухова D.Г., Колосова Л.В., Котова М.А., Коваля А.] Леонова Л.И., Омена К.Н. (ФРГ), Чернова Р.И., Чугреева Л.И. и д] Вопросами расчета, контроля состояния, обеспечения безопасности эксплуатации конвейерных лент и резинотросовых канатов посвящена работы Бережинского В.И., Биличенко Н.Я., гуленко Г.Н., Колосов) Л.В., Карбоньо А.(ПНР), Лоиша Л. (ВНР), Полунина В.Т., Тугацког«

C.К., Фролова В.И., Хардигоры М. (ПНР) и др. Обоснованию констр,; ции ленточных конвейеров посвящены работы Васильева М.В., Болот ковского B.C., Вольфа (ФРГ), Гуленко В.Т., ;флитриева Л. Г., Дьяч кова В.К., Кожушко Г.Г., Лайера Д. (ФРГ), Новикова Е.Е., Омена ] (ФРГ), Тарасова Ю.Д., Штокмана И.Г., Шахмейстера Л.Г. и др.

Анализ исследований, выполненных упомянутыми и другими авт< рами, показал, что в литературе не сформулирована модель прострг венного напряженно-деформированного состояния РТЛ, учитывав л следующие факторы: взаимное влияние тросов в резиновой ма-. пространственное деформирование резинотросовой ленты на m ,ийе] ном ставе, наличие в ленте тросов, имеющих начальные несовершен< и произвольно расположенные повревдения, взаимодействие ленты < футерованным барабаном, массу ленты и транспортируемого материал силы сопротивления движению ленты. В настоящее время отсутствуют исследования величин напряжений, возникающих в датчике контроля состояния РТЛ.

Результаты и рекомендации упомянутых работ не могут в полн( мере обеспечить разработку методик расчета высокопрочных РТЛ koi вейерав со сложной конфигурацией, става, учитывающей особенност! конструкции ленты, характера ее нагружения, наличие порывов тросов, несовершенств их укладки и стыковых соединений.

Исходя из вышеизложенного, задачи исследования сформулируе! в следующем виде:

1. Разработать математическую модель резинотросовой ленты, отражающую ее основные механические свойства и конструкцию, взаимное влияние тросов, наличие стыковых соединений, несовершенен укладки и повреждений тросов, особенностей нагружения и деформирования РТЛ на конвейерном ставе сложной конфигурации.

2. Исследовать влияние транспортируемого материала и конструктивных параметров переходных участков конвейера на напряженн*

состояние PTJI.

3. Исследовать влияние механической неоднородности РТЛ на ее напряженное состояние.

4. Разработать научные основы расчета РТЛ, учитывающего особенности ее эксплуатации в качестве тяговонесущего органа конвейера при наличии в ленте поврежденных тросов, тросов, имеющих начальные несовершенства их укладки при изготовлении и стыковые соединения, а также методы расчета геометрических параметров конвейера на переходных участках из условия обеспечения прочности и срока службы РТЛ, технические решения и рекомендации, обеспечивающие повышение тяговой способности, долговечности и безопасности эксплуатации РТЛ.

Математическая модель резинотросовой ленты

Условия равновесия пространственно изогнутой РТЛ описывается системой уравнений, имеющей вид

¿= I, 2.....N ;

P;-Ks(uru()+K6S(u6-u() = 0;

p;-MiVruN)+l<6S(u9-uN) = 0;

Pi - 2ui + Ke6(ue - u£) - 0;

Ejvf-[P((V;+ V* )]*-K5(V2-V,) = 0;

EÎVf-[Pl(V^V;i)]-K5(Vl.r2V-VLJ = 0; EjW;- [P<( W*)]1- KG (W2 - WJ = ; EM^P^wSW-jf-K^W^Wj-^; E3wf-[Pi(Wf + wii]I-K6(K.<-2Wi»WiM)-gi;

i = 2, 3,..., N -I,

где I - номер троса; N - количество тросов в ленте; Р^ - продольное усилие, передаваемое I -тым тросом; Ц^ , V;, » У^й -продольные ( Ц ), поперечные ( V ,\/\/ ) перемещения сечений трс са; и § - перемещение поверхности барабана в направлении троса;

Кб , К65 , К 6 - сдвиговые жесткости резиновой матрицы п и с носительном смещении тросов вдоль их осей, при перемещение асе относительно барабана, при относительном смещении тросов 1 -шре лении, перпендикулярном ленте; - жесткость резиновой матриць на сжатие; ЕЗ , Ег _ изгибная и продольная жескости тросов; Ц распределенная погонная нагрузка, действующая на 1-й трос и обусловленная массами ленты и траспоргируемого материала; » - начальные несовершенства укладки тросов в ленте.

В уравнениях (I) римскими цифрами обозначено дифференцирова по оси ОС (вдоль оси ленты).

Значения изгибной и продольной жесткостей троса, эапрессова ного в резиновую матриц/, определяли экспериментально. Продольна жесткость обрезиненного троса близка к жесткости стержня из того же материала при условии равенства площадей сечения металла в тр се и стержне. Изгибная жесткость троса диаметром о! возрастает увеличением растягивающего усилия и стремится к жесткости стержн того же диаметра, умноженной на коэффициент заполнения поперечно сечения троса металлом. Продольная и изгибная жесткости нелинейн зависят от величины внешнего растягивающего усилия при нагрузках соответственно равных Ь0-100/о или 0-25/Ь разрывного усилия ( Р^ )

Прочностные испытания обрезиненных и необреэиненных тросов показали, что агрегатная прочность обрезиненных тросов превышает аналогичный показатель для необреэиненных тросов, но не более че; на 10%. Это объясняется более равномерным нагружением обрезиненного образца в захватах испытательной машины по сравнению с обра цом необрезиненного троса.

На рис. I показана 1/4 часть резиновой межтросовой матрицы, графики распределения касательных напряжений по поверхности скле] ки резины и троса (кривая I) и перемещений границ исследуемого элемента резины (кривая 2), полученные в результате решения урав' нения Лапласа, описывающего условие равновесия элементарных объемов резины между тросами при их взаимном продольном смещении.

Сдвиговую жесткость межтросового резинового элемента ( Кц определяли как отношение усилия, приложенного по поверхностям склейки тросов и резины в образце единичной толщины, к разности величин перемещения точек поверхностей склейки двух соседних трен

М> о

Рис. I. Напряженно-деформированное состояние резинового элемента,заключенного между тросами:

1 - касательные налряжения,действующие на границе склейки троса и резины ( Т );

2 - перемещения точек, расположенных по границам элемента резины (U )

Деформации резиновой матрицы PD1 и футеровки барабана конвейв' ра при сдвиге тросов по касательной к барабану подобны вышерассмот-ренным, что позволило определить значения коэффициента К gg.

В работе выполнен анализ плоского деформированного состояния резиновой матрицы при растяжении (сжатии), изгибе в плоскости,перпендикулярной тросам ленты. Резиновую матрицу рассматривали как упругую среду, в которую помещен несжимаемый стержень круглого поперечного сечения. При анализе использовали выбранные разрешающие функции напряжений (функции Эри) в ортогональных (2 , У ) и полярных Ч* ("2 , ß ) координатах, удовлетворяющие следующим зависимостям

эЧ

dz"

+ 2

ЭЧ

¿-Я ■ О

д у* и>

V2(V2Wb о,

г аг < Э I d_a

где V ~ з—Г +

■ •+■ •

dr з d-г г djr

При этом функцию Ч'о выбирали удовлетворяющей заданному нал-ряженному состоянию однородной резиновой пластинки, а функцию*/ из условий:

при гг = с//2 цг = и^ = 0,

при ц (if) = U (%),

где d - диаметр троса; ЬЦ, U^ - проекции смещения точки на н< подвижные оси цилиндрической системы координат.

В результате решения установлено, что при сжатии (растяженга и изгибе резиновой матрицы с завулканизированными в нее тросами,! резине возникают как нормальные, так и касательные напряжения рас личных знаков. Напряжения распределены неравномерно. Наибольшая * равномерность наблюдается у поверхности тросов, где реализуются i тремальные, нормальные и касательные напряжения. Для двух экстре* мов отношения нормальных напряжений к средним при растяжении ежа тии) составляют +2 и -0,2. При изгибе образца моментом М est новой матрице возникают как сжимающие, так и растягивающие .алряи ния, действующие по. площадкам, параллельным плоскости укладки трс сов. Максимальные нормальные R^ = М /(3 6 )и касательные напряя ния Р^ = М /(20 6 ) ( I) - толщина PUI) лежат в плоскости chmv рии ленты, т.е. в той же плоскости, что действуют максимальные ка сательные напряжения при относительном сдвиге тросов (см.рис. I, кривая I). Величины экстремальных касательных напряжений в реальных РТД, возникающие вследствие придания ленте лотковой формы,зна чительно меньше соответствующих напряжений, имеющих место при пор ве тросов. Поэтому напряжения, возникающие при изгибе РТй, можно учитывать.

Отношение жесткостей на сжатие и изгиб РТ31 к соответствующим жесткостям резинового образца размерами t * -£> представлено кривы ми I и 2 на рис. 2. Здесь 't - шаг укладки тросов в РТЛ.

Исследование влияния транспортируемого материала и конструкц

переходных участков конвейера на напряженное состояние РТ.

Исследование влияния массы транспортируемого материала и лен на распределение усилий в тросах выполняли,используя систему (Г), приняв, что материал неравномерно распределен по ширине ленты,наг руженной растягивающим усилием Р^ "(0,03*0,.

В результате решения системы (I) ус. тановлено,что коэффициенты неравномерности распределения усилий между тросами ленты К _ = Р / Р„„ со.

т т«х_ ср ставляют 1,3-1,1. Здесь Ртах~

максимальное усилие, действующее на трос ленты. Ввиду незначительности влияния массы материала и ленты на распределение усилий в РТЛ, массами материала и ленты пренебрегали в по. следующих исследованиях,

В диссертации разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния РТЛ, нагруженной силами сопротивления движению переменными как по длине ленты, так и по ее ширине. В работе выполнен анализ влияния характера распределения сил сопротивления ее движению, обусловленных деформированием транспортируемого материала при его перемещении в районе роликоопор. Установлено, что неравномерное распределение сил сопротивления Т движению ленты несущественно влияет на неравномерность распределения усилий мелщу тросами в наиболее нагруженном сечении РТЛ при длине конвейера 1_ > 25 В.

Система (I) при отсутствии прогибов и начальных несовершенств укладки тросов линейна, допускает применение принципа суперпозиции, имеет вид:

ЕРи;*Кв(цгц4) = 0, ЕРи^К0(цм.гим) = О,

(1 = 2,3.....N4],

С целью получения аналитического решения этой системы, учитывая, что в РТЛ N > 50, разностное выражение перемещений рассматривали как приближенное выражение второй производной от функции перемещений по оси у , перпендикулярной направлению тросов.Систему

Г

ш

Рис.2. Относительные

жесткости Ш на сжатие(I) и изгиб(2)

<

уравнений (3,а) представили как уравнение в частных производных

гг à и J „ .2 д_и_

СГ7 г" • Л Г l -Ч 2 и, (л)

àx 5 0 у w

ввели следующее граничное у ¡тювие

при у - ± В/2 du/dy == 0, (5)

получили решение ввиде суммы

U.f cos(oimy)[Fmch(jamx) + l?msh(iimx)]^0, (б)

где Fm , i?m , F0 - постоянные интегрирования;

Am-2£m84; Л-сС* K.t'tEFr".

При исследованиях влияния искривлений конвейерного става на напряженно-деформированное состояние FBI первоначально ленту рас сматривали как изогнутую только в одной роликоопоре. Полное реше. относительно U получили как сумму решений от изгибов PT3I с шаг установки опорных роликов. Задачу об изгибе PHI лотковой формы с: ли к краевой задаче, задав в сечении изгиба перемещения тросов.й другом бесконечно удаленном конце PTJI с учетом принципа Сен-Вена! усилия в тросах, их перемещения принимали одинаковыми.

В математической форме это можно записать гак: при JC = 0 U-f(y), (7)

при х- du/dy~D, dP/dy = D.

Подставив (6) в (3,6), определили закон распределения .:лли! действующих на тросы в ленте. Максимальные усилия в тросах (рис.: существенно и нелинейно зависят от длины участка искривления,есда длина участка искривления не превышает некоторого значения L . Нелинейная зависимость усилий от длины является следствием прояв; ния краевых эффектов. Величина L зависит от конструкции РЩ,м< ханических свойств резины и тросов, направления изгиба, высоты б( та конвейера H • Так, для PTJI-7000 шириной В = 2 м L = 50 i 100 м при изгибе в вертикальной и горизонтальной плоскостях, cooi ветственно.

В работе выполнен анализ напряженно-деформированного coctoî ния FUI на участке лоткообразования. При этом учли, что участок лоткообразования сопряжен с участками, на которых не происходит изменение формы поперечного сечения ленты.

2и

Рис. 3.

В ходе решения задачи установлено неравномерное распределение усилий между тросами РТ31 и касательных напряжений в резине. Характер распределения этих величин зависит от длины участка яоч кообразования, положения барабана относительно опорных роликов, угла наклона боковых опорных роликов, ширины, типа и конструкци ленты. Коэффициент неравномерное ти распределения усилий может до стигать пятикратного значения,ка сательные напряжения - 62% предела прочности связи между тросом и резиной.

На рис. 4 представлены гра фики распределения усилий в тро сах РТЛ Р (I, 2) и карательны напряжений в резиновой матрице (3, 4), обусловленных только вл янием формы ленты на участке лоткообразования. На графиках кривые построены для половины-поперечного сечения ленты.Кривы I и 3 построены для случая уста новки приводного барабана на уровне опорных роликов. Кривые и 4 построены для случая поднятия барабана на величину 8„ =0,56 Н Из рис. 4 видно, что поднятием барабана на величину 00 можно достичь более равномерного распределения напряжений в ленте. Так,коэф фициенты неравномерности распределения усилий в тросах можно умень шить до 1,35, а касательные напряжения до 31$ предела прочности пограничного слоя склейки резины и тросов придлине лоткообразования = 1,5 В.

Зависимости экстремальных нормальных и касательных напряжений в тросах и прослоечной резине от высоты поднятия барабана 6 представлены на рис. 5. Минимальные значения напряжений имеют место при практически одинаковом значении параметра б / Н , зависящего

ЗН01./м

Зависимость экстремальных усилий в тросах Р1Э1-7000 при изгибе ленты на конвейерном ставе по радиусу Р = 1000 м в вертикальной плоскости (кривые I и 2) ив горизонтальной плоскости (3)от длины участка искривления: С _ изгиб в горизонтальной плоскости; V-/ , Г\ - вогнутый и выпуклый изгибы в вертикальной плоскости

- I Ь -

-(

25

О

-25

\

.... ^ 4

ц'

О

Рис. 4.

0,25

Графики распределения усилий Р (1,2) и касательных напряжений (3,4) на 1/2 ширины ленты:

1,3 - без поднятия барабана; 2,4 - при поднятии барабана на величину б = б. =0,56 И

0,5 Ь

<Т

от угла наклона боковых роликов на кошейерном ставе.

Напряженное состояние за! сит и от типа РТЛ, шага уклада тросов в ленте. Уменьшение ша1 укладки тросов от 1,7 о1 (в РТ1. 3150) до 1,4 в (в РХ11-7000) е дет к увеличению упомянутых вь ше напряжений соответственно н 17 и 40$ при одинаковых размерах участков лоткообразования и ширине РТЛ. Экстремальные на пряжения можно снизить,завулка низировав в РТЛ тросы с различ ной продольной жесткостью,уве личив шаг их укладки до 1,6 с( на участке действия экстремаль' ных напряжений. Так, укладка в РШ крайних тросов кабельтовой свивки (по 5% с каждого края)с жесткостью на растяжение в 1,6! раза меньшей соответствующей жесткости основных тросов привс дит к двухкратному уменьшению напряжений в наиболее нагруженных тросах.

Ленточные конвейеры,предш наченные для транспортировки налипающих материалов, могут снабжат! ся устройствами для переворачивания ленты на угол

Переворачивание, осуществляемое без применения опорно-направляющих элементов, принято называть свободным, а с применением таких элементов - направленным. На участке свободного переворачивания форма каждого троса гйриС'.хчжается к винтовой линии. Продольные усилия, действующие на тросы РТЛ на участке переворачивания и зависящие от конструкции, ^ .--нических свойств ленты, ее ширины,длины участка переворачивания 1_п , величины тягового усилия, подчинены следующему закону, полученному при решении системы (I)

г

Р= I Ап(е^х+ е соз (о(0 у)+4г +Рср * В, (8)

где

А =

У2£РВ2(-0

771 2_г /г Ц 1пП К *

2%п

А,-

Ы.

г г О^л ^б t

ЕР

6

МПа

{50

О

МПа

ь О

{ >< N \ N у

>ч

Отметим, выражение (8) удовлетворяет условию отсутствия деформаций вдол) оси X в сечении симметрш участка переворачивания (X = 0), условию выравнивания усилий и деформаций при X °о .

На рис. 6 представлены графики распределения продольных усилий в тросах РТЕ—7000, шириной В - 2 м на участке переворачивания в относительных _координа-тах 6Х = 2Х 1»п (кривые I, 2) и £у= 2у В"4 (кривые 3, 4). Наибольшая разность усилий наблюдается в сечении ( X = 0).

Экстремальные касательные напряжения в резине имеют место в сечениях X ближайшими к краям ленты тросами.

При направленном переворачивании ленте, кроме винтовой формы, в средней части участка переворачивания придают и С-образную форму, т.е. форму, подобную участку лоткообразования. Это приводит к суммированию напряжений. На участке лоткообразования и на участке переворачивания максимальные касательные напряжения реализуются в районе крайних тросов. Следовательно, при направленном переворачивании в резиновой матрице возникают касательные напряжения, превышающие соответствующие напряжения при свободном переворачивании. Однако в реальны;? конструкциях конвейеров при длине участка переворачивания 1_ п > 20 В это превышение незначительно и его можно не учитывать.

Рис. 5. Зависимость экстремальных касательных напряжений в резиновой прослойке 'С (графики 1,3) и нормальных напряжений в тросах <о (графики 2, 4) от относительной высоты поднятия барабана ¿УН

= - Ьп/2 между

_Р кН

8 0 -8

—Л / X

/ —» rV

__^

1

0

0,25 0,50 0,75 £х dt

На участке переворачив ния тросы криволинейны. Кри визна троса к , удаленного от оси ленты на расстояние обуславливает появление ежи мающих усилий, направленных середине PTJI, что может при водить к нарушению ус ihb го формообразования ( -.ере устойчивости). С целью выяв ния условий, приводящих к э му явлению, в работе рассмо рена полоса единичной ширин вырезанная из PTJI, при X = Для этой полосы усилия сжат определяются интегрирование

в/г

N = J Pkt'oly. <

у

Практика показывает; попер ные сечения ленты на участк переворачивания могут изгибаться по одной или двум полуволнам, ч отражается следующими условиями: # при у = О W = Д , W'= 0; при у =tB/2, W = О;

при у = О W = 0, W'ii 0; при у =tB/2, W = 0. ( Для рассматриваемой полосы составили уравнение изогнутой ос балки. Разбив балку на отрезки, в пределах которых сжимающие уси лия полагали постоянными, обеспечив условие совместимости деформ рования отрезков, подучили алгоритм, позволяющий рассчитывать РТ на устойчивость при ее переворачивании. Устойчивость ленты завис от ее поперечной изгибной жесткости, ширины, усилия натяжения ле ты, длины участка переворачивания и формы, приобретаемой в резул тате потери устойчивости.

В конвейерах со ставом, искривленным в горизонтальной плоскости, с целью предотвращения схода ленты, роликоопоры могут уст навливаться наклонно. При этом ленте придается форма винтовой по верхности с поворотом на угол Ц^ . Для оценки напряженного состо ния PU1 на этом участке можно, с учетом законов 1^ка, использова выражение (6). С той же целью выражение (8) можно использовать и

Рис. 6. Графики распределения продольных усилий в тросах РТЛ-7000 на участке переворачивания в относительных координатах:Е (кривая 1,2) и £у= 2у В . (кривые 3,4) при у = О (I); у = В/2 (2); X = 0 (3)

для оценки напряженного состояния РТ31 на участке придания поперечному сечению ленты криволинейной, вплоть до круговой, формы, приняв поворот сечения РТЕ равным 1/4 части центрального угла дуги окружности, аппроксимирующей поперечное сечение ленты. В этом случае разность усилий, рассчитанных с положительной и с отрицательной погрешностями, отнесенная к большему из них, не превысит (% -

В процессе эксплуатации конвейеров наблюдается смещение оси ленты относительно оси конвейерного става. Полученные в работе за-

женное состояние ленты.

При работе конвейера нагрузки, действующие на тросы РТ31, различны и изменяются циклически. Поэтому ожидаемые сроки службы каждого из тросов (число циклов их нагружения до разрушения) различны. Раньше остальных будут разрушаться тросы, амплитуда изменения нагрузок у которых будет максимальна, при этом срок их службы,ограничивающий срок службы ленты, можно рассчитать по известной зависимости

где Кт, КЛ - введенные автором коэффициенты, отражающие неравномерность распределения усилий между тросами ленты, обусловленную влиянием структуры ленты и формы переходных участков конвейера.

Сопоставление полученных результатов для переходных участков с результатами экспериментальных исследований, выполненных авто -ром, Заннеманном совместно с Оменом (ФРГ), свидетельствуют об их хорошем соответствии - усилия в наиболее нагруженных тросах на участках искривления конвейерного става и лоткообразования отличаются не более, чем на 20%. Экспериментально подтверждено влияние переходного участка на распределение усилий мелуу тросами ленты и за пределами этого участка. Форма ленты на участке лоткооб -разования согласуется с расчетной, отличие углов наклона бортов не превосходит 12$. Рассчитанное напряженно-деформированное состояние РХИ и условия потери устойчивости ленты на участке переворачивания качественно согласуются с результатами, полученными экспериментально Полуниным В.Т. и ГУленко Г.Н. для резинотканевых лент.

На основании выполненных исследований разработаны методики расчета и САПР геометрических параметров переходных участков кон-

- 4) 5Г\

висимости позволяют рассчитывать влияние этих изменений на напря-

(II)

вейера из условия обеспечения заданной долговечности РТЛ.

Исследование влияния механической неоднородности РТЛ на ее напряженное состояние

Опыт эксплуатации PDI, анализ формы тросов в образцах РТЛ изготовленных ПАО "Курскрезинотехника", свидетельствуют о налич в резинотросовой ленте тросов с начальными несовершенствами.

В работе рассмотрен трехтросовый образец, у которого Wn. :

w,3 - V„ - Vn = v03 = 0, W„ - U)0 sin (ДГ,).

Здесь X = 2 5Г /t ; £ - длина волны искривления.

Вследствие приложения к образцу растягивающего усилия Т = = Р1 + Рг + Р5 , средний трос выравнивается, а крайние - искрив, ются. Система (I) при N =3, Р4= Р3 и принятой форме началы неправильности укладки среднего троса допускает решение в форме

W, - Wj =-<*>, sin. tex); Wj, = сог sin _

если í 1,5 м. Из prei т системы (I) определяли усилия в тросах. В_ результате было ус.тиновлено.что искривленный трос по cpai нению с крайними менее нагружен, более податлив. С увеличением растягивающей нагрузки 1 нагрузки,действующие на тросы, воэра! тают, а неравномерность их распределения методу тросами уменьшав1 ся. Величина жесткости резиновой прослойки незначительно влияет на перераспределение усилий между тросами, следовательно, не вл) ет положение плоскости, в которой искривлены тросы. При величин! искривлений тросов, характеризуемых отношением <jú04 Z /150, L > 0,5 м и внешнем усилии, близком к разрывному ( P¿rt), коэффициент неравномерности KTéI,I. При внешнем усилии Т = 0,1 коэффициент неравномерности достигает 1,35.Так как с увеличение! длины коэффициенты неравномерности снижаются, то полученные выводы можно распространить и на случай для i- > 1,5 м.При умет тении величины t < 0,25 м коэффициент неравномерности приближ) ется к коэффициенту, кот9рый имел бы* место и при порыве троса,т его жесткость на участке искривления бесконечно мала.Таким обра зом, на малых длинах участков искривлений напряжения в РТЛ с ис: ривленными тросами можно определить^как для ленты с повреждении тросами.

Выполненные прямые замеры искривлений тросов в образцах РТ. длиной, равной длине пресса (10,6 м).изготовленных на ПАО " рс;

реэинотехника", показали следующее: прогнозируемая агрегатная прочность лент не ниже 90% суммарной прочности 114 тросов диаметром d. = 4,25 мм, коэффициент неравномерности нагружения тросов при рабочих нагрузках составляет 2-3.

Статистическая обработка данных экспериментальных испытаний агрегатной прочности образцов РТД показала, что при 5% доверительном интервале выборочное среднее значение отношения ее прочности к суммарной прочности тросов 6 = 1,016, а стандартное отклонение 5 = 0,057. Следовательно, экспериментальные данные подтверждают выводы о незначительном влиянии искривлений тросов на агрегатную прочность резинотросовой ленты.

Математическая модель отрезка РТЛ, нагруженного усилием Т , описывается уравнением (4) с граничными условиями (5). Наличие в ленте поврежденных случайным образом тросов сводит задачу по определению ее напряженно-деформированного состояния к задаче о многосвязанном анизотропном теле, характеризуемом следующими условиями:

(у = сц Ux+£*ux

при oc=Lä РХ.6=Р*Л U*-£ = U*,

при pc-ico dP/dx * 0; dP/dy = 0, (I3)

где 3=1, 2,..., М ; М- число поврежденных тросов; СЦ -координаты расположения повреждений в ленте; £ - малая величина.

В диссертации разработан алгоритм решения уравнения (4) с условиями (5) и (13) при произвольных значениях параметров L^ , СЦ > М , позволяющий рассчитывать напряженно-деформированное состояние PTJ1, что делает возможным применение алгоритма в системах контроля их тяговой способности.

Анализ различных схем повреждений показал, что порывы тросов приводят к перераспределению усилий иежру ниш, относительному смещению тросов (искривлению поперечных сечений РТ31) и появлению касательных напряжений в резиновой матрице. Изменение напряженно-деформированного состояния носит локальный характер, зависит от количества поврежденных тросов, взаимного положения порывов,количества тросов в ленте, механических свойств ленты. Наиболее опа-г сен порыв группы крайних тросов в одном сечении. При смещении порывов по длине ленты или обрыве несоседних тросов и тросов,удаленных от края РТЛ., напряженно-деформированное состояние менее опасно. Так, в PTJI-7000 шириной 2 м с общим числом тросов 112 по-

рыв в одном сечении группы из 17 ближайших к краю тросов выэыва< максимальные напряжения в тросе и резине такие же, как порыв в одном сечении группы из 32 тросов, если эта группа расположена симметрично середины РТЛ. При этом ее прочность-снижается в 5,6 5 за, а количество поврежденных тросов, отнесенное к количеству це лых тросов, составляет соответственно 15 и 2£$ от общего их чис; Если же поврежден каждый второй трос (50% от общего числа тросо! то прочность ленты снизится только в два раза.

Стыковые соединения в зависимости от типа стыкуемых лент I полняются различной конструкции, характеризуемой коэффициентом г рекрытия - отношением количества тросов в поперечном сечении сть кового соединения к количеству тросов в ленте. Стыковое соединен с коэффициентом перекрытия равным единице в диссертации рассматр валось как РХЛ с поврежденными тросами. Стыковые соединения с ко фициентом перекрытия не равным единице по своей структуре отлича ются от ленты, так как в стыковом соединении шаг укладки тросов меньше, а их количество больше, чем в ленте. Это не позволяет ис пользовать полученное решение задачи о порывах РТЛ при анализе т ких соединений с учетом вгляния сопряженных с ними участков лент Поэтому налряженно-дефор' занное состояние стыковых соединений исследовали с использованием метода электрического моделирования Математическое обоснованно „; порядок построения электрической мо дели описан в /26/. Для всех конструкций РТЛ шаг укладки тросов стыковом соединении принимали равным 1,2 С/ . Принятие шага мень ше 1,2 с1 нерационально из-за значительной неравномерности расп ределения касательных.напряжений в резине, приводящей к снижению прочности соединения. Укладка тросов с увеличенным шагом также п] водит к снижению прочности соединения, так как уменьшается коэфф] циент перекрытия, а следовательно, и площадь поверхности взаимодействия (склейки) тросов и резины. При исследовании установили, что для стыковых соединений с коэффициентом перекрытия меньшим I но большим единицы предпочтительна укладка тросов встык между перекрывающимися тросами (тросами, уложенными внахлест). В этом сл; напряжения в стыковом соединении распределены более равномерно и прочность соединения на 10-15;© выше. На 10-15% выше прочность со< динения при укладке крайнего троса внахлест на всю длину соедине ния, а. не встык с тросом стыкуемой ленты.

В работе получили зависимости максимальных усилий в тросах 1 касательных напряжений в резине от длины соединения. Установили,

что для каждого типа РТЛ с шагом укладки тросов не менее 1,2 о( можно выбрать единственную конструкцию соединения, обеспечивающего максимальную, теоретически возможную прочность, лежащую в пределах 67-90% прочности ленты. Большое значение относительной прочности реализуется при шаге укладки тросов не менее 2,4 с( . Вместе с тем максимальная прочность соединения, отнесенная к ширине ленты, для РТЛ о шагом 1 = 1,2 с( больше аналогичного показателя для Ш с шагом 1 = 2,4 с! в С раз ( С = 67/1,2*2,4/90 я 1,5). Следовательно, абсолютное значение предела прочности стыкового соединения РТЛ с уменьшением значения шага укладки тросов t возрастает, если 2,4 ± /О/ ^ 1,2. Агрегатная прочность соединения зависит от его длины и прочности адгезионной связи тросов и резины.

На основании выполненных исследований построен ряд предпочтительных конструкций стыковых соединений для РТЛ с различным отно -шением (таблица). В таблице приняты следующие обозначения:

Кг - коэффициент, пропорциональный максимальному усилию, передаваемому через резину между двумя тросами на единичной длине; Кт -коэффициент снижения прочности соединения относительно прочности ленты, обусловленный неравномерным нагружением тросов в соединении;

Рс - теоретически возможное максимальное значение прочности соединения в процентном выражении относительно прочности ленты; -величина, пропорциональная длине соединения. Кривые I и 2 на графиках отражают зависимости К/р = £ ) и Кт= ]"т ( £ ). Кривые 2, выполненные штриховой линией, соответствуют случаю укладки крайних тросов в соединении встык. Случаю укладки крайнего троса внахлест (показано на схемах) соответствует сплошная линия. Кривая 2, выполненная штрихпунктирной линией (при "Ъ / о1 =1,2) соответствует схеме соединения "а", сплошная - схеме "б". Приведенные в таблице зависимости через коэффициенты К т и Котражают напряженное состояние стыковых соединений, позволяют выбирать рациональную конструкцию и рассчитывать длину соединения, обеспечивая оди -наковые запасы прочности тросов и резины, прогнозировать предел прочности соединений РЛ1 различных конструкций.

В работе обоснован способ частичного восстановления прочности РТЛ с поврежденной тросовой основой /I/, включающий частичное удаление отрезков поврежденных тросов, их замену новыми. На участке ремонта тросовой основы РХЛ места разрывов тросов в соответствии со схемой ремонта располагают подобно расположению концов тросов лент в стыковом соединении прк =1,2 (см.таблицу). В

Таблица

Соединения стыковые

Схема, соединения фатики

Рс < 90 J о Кт\ l.O-0. is 0.5 0.25 û Кт 1.5 ■1.4 13. 1,2. hl

2,0 -ч Рс^<37% lows. 0.5 0,25 О 'á f. 1 j 2 3Ц 5 \&à=

1,0 ÖJ5 Öß 025 0 1,5 и uâ. 1,2 1,1 i z bh è 'ем

-T-"-1 Pe ^83% Vü—

1,6 рс 1Р 0?5 0,5 0,25 0 1,5 /,з 1,2 1,1 1 ^^^

1М \—11 , Рс ^ 73 УО 1,0 0,75. 0,5 025 О I.B 1,7 1,6 У,5 M i 2 з4 5 6ÏM ■tér

1,32 r 1 ■ ■( ь° 075 Ó,5 0,25 О 1,8 1,7 Ч 1,5 1,4 r 2 J4 56 e,M

-1 1—--г —1(—/

--/

1,1 шя brrlirra г*lJ—/ aj fl Рс<67% h о 075 0,5 Op О 1,8 7>l 1,B 1,5 1,4

0 12 34- '5 6ÍM

силу подобия схем расположения порывов тросов на участке ремонта РТЛ и в стыковом соединении прочность отремонтированной РХИ может достигать 67/0 прочности целой ленты при любом числе повременных тросов.

Сравнение теоретических и экспериментальных значений усилий в тросах РТЛ, прочности ленты с поврежденной и отремонтированной тросовой основой, со стыковым соединением показало их хорошее соответствие (погрешность не превышает 20%).

Определенные в работе закономерности распределения усилий мелдау тросами в резинотросовой ленте, обусловленные дефектами ее изготовления, наличием стыковых соединений Р131 и конструкцией переходных участков конвейера, позволяют прогнозировать срок службы ленты на действующих конвейерах, либо наоборот, задавшись сроком службы РТЛ, рассчитывать геометрические параметры конвейера на переходных участках при их проектировании.

Перечисленные факторы, влияющие на напряженное состояние РШ, разработанный в диссертации алгоритм расчета ее напряженного состояния при произвольном повреждении тросов, учет влияния переходных процессов введением известных коэффициентов динамичности,обеспечивают возможность рассчитывать предельно допустимые повреждения РТЛ из условия предотвращения обрыва ленты, чем повысить безопасность ее эксплуатации на наклонных конвейерах.

Напряженно-деформированное состояние проволочного

датчика, завулканизированного в РТЛ

Выполненные выше исследования показали, что в момент разрушения тросов, либо при изменении величины тягового усилия, действующего на ленту с поврежденными тросами, происходит их относительный сдвиг, что приводит к искривлениям поперечных сечений резинотросовой ленты. Изменение тягового усилия, передаваемого лентой, имеет место и на участке ее взаимодействия с барабаном. Контакт РТЛ с футеровкой барабана, относительный сдвиг тросов при изменении тягового усилия, передаваемого лентой, приводят н искривлениям образующих футеровки барабана. Эти искривления можно использовать при контроле состояния тросовой основы РТЛ. Наиболее эффективен контроль по состоянию электрического проводника, помещенного в футе--ровку барабана (вдоль образующей) или в ленту (перпендикулярно тросам и параллельно плоскости расположения их в РТЛ). Датчик,помещенный в ленту, будет разрушаться механическим путем в случае

продольного разрезания ленты длинномерным предметом. Такое разр< зание может служить сигналом об аварийной ситуации на конвейере.

Разработанная и защищенная авторскими свидетельствами конс1 рукцил датчика предусматривает помещение в обкладку Р'ГЛ токопро) дящих элементов в виде отдельных петель, расположенных поперек ленты и соединенных между собой токопроводящими элементами, уло-женньми вдоль ленты. Вследствие этого датчик имеет участки, на I торых он перпендикулярен и участки, на которых он параллелен трс сам ленты. Исследование напряженного состояния токопроводящего элемента на участке, где он перпендикулярен тросам, показало, чт в нем возникают напряжения, зависящие от количества поврежденные тросов, расстояния между датчиком и тросами и расстояния от мео повреждения до токопроводящего элемента. В качестве материала тс копроводлщих элементов принят медный провод. Нормальные напр(ст в медном проводе достигнут предела прочности при расстояни «к; порывами и проводником 0-5 м и при повреждении соответств о 14-18 крайних и 7-21 средних тросов. Следовательно, медньн. провс завулканизированный в РТЛ, может служить датчиком контроля сост< ния тросовой основы РТЛ, если шаг петлеобразной укладки провода превысит 10 м. Наибольшие напряжения в проводе на участке, где с параллелен тросам РТЛ, возникают при изгибе ленты на барабане. 3 ловие его долговечности обеспечивается при укладке провода в ви[ винтовой спирали, либо в виде плоской гармонической кривой, харг теризуемых амплитудой и шагом кривой, зависящими от продольной жесткости и предела усталости проводника, его расстояния от трос минимального радиуса барабана конвейера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанные основы расчета резинотросовой ленты, ее стыкс вых соединений, геометрических параметров переходных участков кс вейера, методы, средства диагностики и предотвращения аварийногс разрыва и продольного разрезания ленты в своей совокупности пре; ставляют собой решение крупной научной проблемы создания основ теории расчета высокопрочной резинотросовой ленты конвейера пре; назначенного для тяжелых условий эксплуатации в сложных горногеологических условиях, внедрение которого вносит значительный вклад в развитие научно-технического прогресса.

Основные научные выводы и практические результаты можно кр£ ко сформулировать следующим образом:

1. Жесткость РТЯ при изгибе, сжатии силами, лежащими в плоскости ленты и перпендикулярными металлотросам, равна жесткости сплошной резиновой пластины тех же размеров, что и РТЛ, если шаг укладки тросов более, чем в три раза превышает их диаметр.

2. Неравномерное распределение по ширине ленты сил сопротивления ее движению, включая и сопротивление, обусловленное деформированием материала и ленты в районе роликоопор, не оказывает су -щественного влияния на неравномерность распределения усилий между тросами в наиболее нагруженном сечении РТЛ при длине конвейера более, чем в 25 раз превышающей ширину ленты.

3. Неравномерное распределение материала по ширине ленты не вызывает существенного перераспределения усилий меэду тросами.

4. Разработанный метод позволяет рассчитывать напряженное состояние РТЛ при различных характерах и причинах неравномерного распределения сил сопротивления, конвейерного става.

5. Наибольшая неравномерность распределения усилий между тросами и касательных напряжений в резине реализуется в районе переходных участков конвейера; выбором геометрических параметров переходных участков (длин, высоты установки барабана над уровнем опорных роликов, радиусов искривления ленты) обеспечивается более равномерное нагружение ленты. Так, при установке барабана выше гори -зонтальных роликов на величину б0 , длине L1,5 В, усилие в наиболее нагруженном тросе не превзойдет среднее более, чем на 35%. Поднятие барабана на величину, большую чем 60 , обеспечивающее отрыв РТЛ от горизонтальных опорных роликов, улучшает условие загрузки материала и допустимо, так как усилие натяжения ленты а районе загрузки транспортируемого материала минимально.

6. Напряженное состояние РТЛ на участке лоткообразования не зависит от типа ленты, если относительный шаг укладки тросов

t /d 1,7. Нарушение этого условия имеет место у высокопрочных РТЛ и ведет к росту максимальных напряжений. Так, при уменьшении шага укладки от 1,7 d (в РИ1-3150) до 1,4 d (в РТЛ-7000) нормальны в тросах и касательные напряжения в резине на участках лоткообра -зования одинаковой конструкции возрастают на 15 и 40% соответственно. Помещение в ленту части тросов с жесткостью на растяжение меньшей соответствующей жесткости основных тросов, увеличение шага укладки тросов до 1,6 d на участке ленты, в котором возникают максимальные напряжения, уменьшает величины последних. Так, установка в РТЛ части тросов (по 5% от общего числа с калдаого края ленты) с продольной жесткостью меньшей соответствующей жесткости основных

тросов в 1,65 раза вдвое снижает максимальное усилие в тросах.

7. Увеличение длины L дуги искривления конвейерного ставг ведет к увеличению усилий в наиболее нагруженных тросах, если

L^.83c((Kg ) 'о^ (при искривлении в вертикальной плоскосч или L ^ 160 с! (KG) ' (при искривлении в горизонтальной плоскс ти).

6. На участках, примыкающих к криволинейным в плане участка конвейера, на участке переворачивания ленты максимальные усилия, передаваемые тросами, касательные напряжения в резине пропорцио нальны квадратам угла поворота сечения ленты и отношению ширины ленты к длине участка. Основными факторами, влияющими на устойче вость ленты, являются: изгибная жесткость, ширина, усилие натяже ния ленты и длина участка переворачивания.

9. Напряженное состояние FTJ1 на участке придания ленте криЕ линейной, вплоть до круговой, формы поперечного сечения можн" ра считать по формулам, полученным для участка переворачивал' rip няв поворот сечения равным четвертой части центрального yi дуг окружности, аппроксимирующей форму поперечного сечения ленхы.Оть сительная погрешность не превысит величины, равной (!к2~ 2)/й*2.

10. На основании выполненных исследований разработаны осное расчета РТП конвейера, методика, включающая САПР, расчета геомет ческих параметров конвейера на переходных участках по заданной л говечности и обеспечении устойчивости FDI.

11. Разработанные методы расчета напряженного состояния Р'ЛЛ приемлемы при расчетах напряжений, обусловленных смещением оси х ты относительно оси конвейерного става.

12. Дефекты укладки тросов влияют на эксплуатационную прочн и долговечность FBI. Указанные параметры существенно зависят от амплитуды искривлений и длины участка искривления тросов, величи усилия, передаваемого лентой, с увеличением которого уменьшается неравномерность распределения усилий между тросами. Предельно до пустимое искривление трос(?в PU1, при котором снижение агрегатной прочности не превысит I(У/о, составляет 1/75 длины участка искривл ния. Однако при рабочих нагрузках усилия в наиболее нагруженных тросах превысят средние на 35%. Напряженно-деформированное состо ние PTJL при искривлениях тросов на длинах, не превышающих 0,25 м незначительно отличается от состояния FIJI с повревденными тросам

13. Напряженно-деформированное состояние PTJI с поврежденным тросами зависит от количества тросов в ленте, количества и распо ложения участков повреждений тросов, продольной жесткости тросов

и сдвиговой жесткости резиновой матрицы. Наиболее опасен порыв в одном сечении группы крайних тросов. При смещении разрывов по длине ленты или обо>,ше несоседних тросов, или тросов, удаленных от краев РТЛ, напр-тженное состояние ленты менее опасно. Такое свой -ство ленты позволяет осуществлять ремонт тросовой основы РТЛ, частично (до &Т/и) восстанавливать ее прочность.

14. Диагностика остаточной прочности резинотросовой конвейерной ленты позволяет научно обоснованно устанавливать порядок эксплуатации ленты с поврежденными тросами.

15. Эксплуатационная прочность и срок службы РТЛ зависят от числа и взаимного расположения повременных тросов, параметров переходных участков, дефектов укладки тросов, величины тягового усилия, передаваемого лентой, прочности стыковых соединений.

16. Деформирование упругой футеровки барабана, искривления поперечных сечений РХЯ при повреждениях тросов можно использовать в качестве объектов наблюдения при создании неразрушающих, примени -мых во время эксплуатации способов контроля РХЛ, помещая токопро-водящий элемент в футеровку барабана, либо в обкладку РХЛ. Одним

из эффективное вариантов контроля критического состояния РТЛ является петлеобразная укладка в РГЛ медного проводника с шагом не более 10 м. Датчик такой конструкции, завулканизированный в РТЛ-7000 конвейеров ПО "Азовмаш", будет разрушаться при порывах 14-18 крайних тросов, либо при порывах 7-21 средних тросов, включать систему остановки, предотвращая аварийный обрыв ленты. Этот датчик обеспечивает также контроль и предотвращение продольных порезов ленты.

17. Максимально возможная прочность стыкового соединения РХИ предопределяется его конструкцией, зависит от шага укладки тросов в ленте и при Ь / с/ , возрастающем от 1,2 до 2,4 и более, составляет 67-90}о разрывного усилия ленты. Абсолютное значение растягивающего усилия, приводящего к разрушению стыкового соединения,возрастает с уменьшением отношения Ь / СI , если 2,4?- 1 / С)! 1,2. Рассчитываемая агрегатная прочность соединения зависит от его длины и прочности адгезионной связи тросов с резиной.

18. Прочность целой ленты, стыковых соединений, образцов РХЛ. с поврежденными тросами, распределение усилий между трос шли в образцах с повревденными тросами, усилия в наиболее нагруженных тросах на участке лоткообраэования, участках искривления конвейерного става соответствуют усилиям, замеренным экспериментально автором и другими исследователями - расхождение не превышает 20%. Форма Р'И на участке лоткообразования соответствует расчетной. Отклонение

зг -

углов наклона бортов РТЛ на участке лоткообразования от расчетнн менее 12 %.

19. Применение комплекса мероприятий, включающего научно об нованные расчеты геометрических параметров конвейера на переходи участках, расчет и совершенствование конструкции РТЛ л ее стыков соединений, ограничение дефектов укладки тросов в ленте, выбор к струкции стыкового соединения и его расчет, контроль порывов и д агностика состояния РТЛ позволяет увеличивать ее эффективную про ность, срок службы (не менее, чем в два раза), безопасность эксп луатации и получить значительный экономический эффект за счет сн жения расхода PTJl, создать конвейер для тяжелых условий эксплуат ции, оборудованный высокопрочной РТЛ.

20. Результаты исследований использованы НО "Азовмаш", НО НКМЗ при разработке технической документации (рабочих чертежей) конвейеров комплекса оборудования циклично-поточной технологии д карьеров Крайнего Севера НПО "Якуталмаз", магистральных конвейер КЛ-8000, подъемного конвейера из забоя 1Ш13-8000, конвейеров рот ного экскаватора ЭРП-6500; НИИЭМИ при разработке наиболее прочно конвейерной ленты - РТЛ-7000; Производственным арендным ofn те нием "Курскрезинотехника" при изготовлении РТЛ; предприятр ;ет при изготовлении стыковых соединений высокопробных лент; i.. л изг товлении конвейеров комплексов оборудования для циклично-иоточш, технологий ведения горных работ СЗТМ.

Экономический эффект от использования материалов работы тол ко на ПО "Азовмаш" и СевГОК превысил 200 тыс. рублей. Ожидаемый экономический эффект от увеличения срока службы РТЛ на конвейера ЦПТ ГОКа "Удачный", планировавшего к пуску в 1У93 году, превышае 500 тыс. рублей в год в ценах 1990 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. A.C. 763142 (СССР) МКИ В29Н 7/22. Способ ремонта резинот совых лент/Л.В.Колосов, В.В.Чернышев, И.В.Бельмас (СССР). - 3 с.

2. A.C. 737233 (СССР) МКИ В29Н 7/22. Способ стыковки резине тросовых лент /В.И.Онищенко, Л.В.Колосов, И.В.Бельмас, А.С.Неман лов (СССР). - 4 е.; ил.

3. A.C. 947524 (СССР) МКИ FI6G- 3/10. Узел соединения концо! резинотросовой ленты /Л.В.Колосов, И.В.Бельмас (СССР). -2с.; v.

4. A.C. 783035 (СССР) МКИ В29Н 7/22. Способ стыковки резине тросовых лент /Л.В.Колосов, И.В.Бельмас (СССР). - 3 с.; ил.

5. A.C. 765567 (СССР) МКИ FI6G 63/10. Соединение концов ре^

тросовой ленты /Л.В.Колосов, В.В.Чернышев, И.В.Бельмас, И.И.Круш (СССР). - 3 е.; ил.

6. A.C. 1532464 (СССР) МКИ B65G 43/02. Ленточный конвейер /И.В.Бельмас, Л.В.Колосов, И.Т.Сабурова (СССР). - 2 е.; ил.

7. A.C. 1588675 (СССР) МКИ B65G 43/06. Устройство контроля состояния канатов шахтной подъемной установки /И.В.Бельмас, Л.В.Колосов, И.Т.Сабурова (СССР). - 3 е.; ил.

8. A.C. 1579862 (СССР) МКИ B65G 43/02. Устройство для контроля порывов тросов в резинотросовой ленте /И.В.Бельмас, Л.В.Колосов, И.Т.Сабурова (СССР). - 2 е.; ил.

9. A.C. 1668240 (СССР) МКИ B65G 43/06. Резинотросовая лента /И.В.Бельмас, И.Т.Сабурова (СССР). - 2 е.; ил.

10. Бельмас И.В. Напряженное состояние резины в резинотросовой ленте при поперечном нагружении //Изв.вузов. ГЬрный журнал. -1990, МО, С.93-95.

11. Бельмас И.В. Контроль потери тяговой способности резинотросовой ленты конвейерного транспортера //ГЬрная электромеханика и автоматика. - 1990. - Вып. 57, С.77-79.

12. Бельмас И.В. Методика выбора рациональных параметров участка лоткообразования ленточного конвейера //Подъемно-транспортное оборудование. - 1991. - Вып. 22, С.51-54.

13. Бельмас И.В. Тяговый расчет резинотросовой конвейерной ленты //Изв.вузов. ГЬрный журнал. - 1992, М, С.67-70.

14. Бельмас И.В. Напряженное состояние резинотросовой ленты с повревденными тросами (на польском языке) //Научные труды горного института. - Политехническое издательство, Вроцлав. - 1990, №62, серия №12, С.220-224.

15. Бельмас И.В. Выбор параметров датчика контроля резинотросовой ленты //ГЪрная электромеханика и автоматика. - 1991. - Вып. 58, С.168-172.

16. Бельмас И.В. Напряженное состояние РТЛ при повреждении тросовой основы в одном сечении //Изв.вузов. Машиностроение. -1990, №1, С.85-88.

17. Бельмас И.В. Контроль прочности РТК. - Наука - производству. Сборник статей. - Киев: Вища школа. - 1991, С.342-345.

18. Бельмас И.В., Колосов Л.В. Напряженно-деформированное состояние резинотросовой ленты на участке переворачивания //Труды

I Всесоюзной конференции. Технологические проблемы прочности несущих конструкций. - Запорожский политехнический институт. - Запорожье. - 1991, т.1, ч.2, С.293-300.

19. Бельмас И.В., Колосов Л.В. Анализ схем стыковых средин ний резинотросовых лент //Изв.вузов. ГЪрный журнал. - 1990, №2, С.83-85.

20. Бельмас И.В., Колосов Л.В. Исследование механических и рактеристик металлотросов //Изв.вузов. ГЬрный журнал. - 1990, N С.81-83.

21. Бельмас И.В., Колосов Л.В., Джур В.В. Экспериментальнь исследования агрегатной прочности РТЛ //Изв.вузов. ГЬрный журне - 1991, №1, С.65-67.

22. Бельмас И.В., Колосов Л.В. О рациональных параметрах j стка лоткообразования ленточного конвейера //¡Парная электромеха ка и автоматика. - 1990. - Вып. 56, С.91-96.

23. Бельмас И.В., Колосов Л.В. Исследование прочностных х£ теристик образцов поврежденных резинотросовых лент //Изв.вузов. ГЬрный журнал. - 1990, №8, С.81-84.

24. Бельмас И.В., Колосов Л.В. Напряженно-деформированное стояние резинотросовой ленты с искривленными тросами //Изв.вузе Горный-журнал. - 1991, №7, С.65-69.

25. Бельмас И.В., Колосов Л.В., Киба В.Я. Влияние искривлю тросов резинотросовой ленты на ее прочность //ГЬрная электроме> ника и автоматика. - 1991. - Вып.59, С.89-91.

26. Бельмас И.В., Сабурова И.Т., Митрофанов А.Л. Распредез ние усилий в тросах резинотросовой ленты конвейера //Изв.вузов, ный журнал. - 1990, №12, С.62-65.

27. Колосов Л.В., Бельмас И.В. Напряженно-деформированное стояние стыковых соединений резинотросовых лент //Изв.вузов.ГЬ{ журнал. - 1990, №8, С.69-71.

28. Колосов Л.В., Бельмас И.В. Применение электрических мс лей для исследования композитных материалов //Механика композит материалов. - 1981, №1, C.I29-I33.

29. Ропай В.А., Бельмас И.В. Экспериментальное определение изгибной жесткости троса-"в зависимости от осевого натяжения /А вузов. ГЬрный журнал. - 1988, №12, С.75-76.

30. Черныш О.Н., Бельмас И.В., Сергиенко А.В., Джур В.В. ] пряженно-деформировэннос остояние резинотросовой ленты на пов< ности выпуклого шкива //Пзи.вузов. ГЬрный журнал. - 1989, №3, С.97-100.

31. Бельмас И.В. и др. Анализ напряженно-деформированного стояния и долговечности резинотросовых лент на участке лоткооб]

зования и изгиба конвейерного става. - Днепропетровский горный институт. - Дел. УкрНШНГИ 27.04.1989, Ш76-УК89.

32. Бельмас И.В., Сабурова И.Т. Зависимость напряжений в резиновой матрице от параметров резинотросовой ленты (на польском языке) //Научные труды горного института. Вроцлавское политехническое издательство. - Вроцлав, 1990, №62, серия №12¿С.225-226.

33. Патент' 1794050 (СССР) Мкл. В65643/02 Ленточный конвейер/ А.И.Вельмас,И.В.Бельмас.- 3 е.; ил.

.г"

АВТОРЕФЕРАТ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА РЕЗИНОТРОСОВОЙ ЛЕНТЫ.КОНВЕЙЕРА С УЧЕТОМ ЕГО ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОРМЫ Ответственный за выпуск : Шпакунов И.А.

Подписано к печати 14.06.93 г. Формат 60x84/16.Бумага офсетная. Офсетная печать.Усл.печ.л.2,0. Усл.кр. отг.2,0. Тираж ПО. Заказ 63.

МП Инмар.322600 г.Днепрдзержинск,ул.Днепрстроевскяя,2.