автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование допустимых радиусов изгиба трасс ленточных трубчатых конвейеров в горизонтальной плоскости

На правах рукописи

Кулагин Дмитрий Сергеевич

О03053237

УДК 621.867.2

2 2 ФЕВ 2007

Обоснование допустимых радиусов изгиба трасс ленточных трубчатых конвейеров в горизонтальной плоскости

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003053237

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Дмитриев Валерий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Подэрни Роман Юрьевич кандидат технических наук, профессор Кузнецов Андрей Алексеевич

Ведущее предприятие - ОАО НПО «ВНИИПТМАШ»

Защита диссертации состоится «01» марта 2007 г. в М '00 час.

на заседании диссертационного совета Д 212.128.09 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6, ауд. Д - 250.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан «30 » января 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время во многих странах мира значительно ужесточены меры по охране окружающей среды. Это способствует интенсивному развитию герметически закрытых способов транспортирования и перегрузки экологически опасных грузов. Одной из удачных разработок для решения такого рода задач является конструкция ленточного трубчатого конвейера, которая была создана в семидесятых годах прошлого века и получила широкое распространение в настоящее время.

Ленточный трубчатый конвейер обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с ленточным конвейером традиционной конструкции. Он экологически более безопасен вследствие герметичности замкнутой в трубу ленты на протяжении всей трассы транспортирования груза, что препятствует пылению груза в окружающую среду без сооружения сложных укрытий, при этом обеспечивается защита транспортируемого груза от воздействия различных природных факторов, таких как осадки и ветер; исключаются просыпи транспортируемого груза, а следовательно, уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с уборкой просыпей со става на различных участках трассы; обеспечивается возможность создания пространственной трассы с вертикальными и горизонтальными изгибами и, таким образом, устраняются дополнительные перегрузочные пункты, снижающие надежность конвейерных линий; исключается контакт бортов ленты с опорной металлоконструкцией и повышается срок службы ленты; вследствие меньшего провисания ленты между роликоопорами снижаются динамические воздействия на транспортируемый груз и уменьшается его измельчение; ленточные трубчатые конвейеры позволяют реализовать кратчайшие пути транспортирования, мало зависящие от особенностей местности, а также обеспечивают возможность одновременного транспортирования грузов на верхней и нижней ветвях.

Несмотря на достаточно широкое распространение ленточных трубчатых конвейеров различных конструкций, в научно-технической литературе практически отсутствует описание теоретических и экспериментальных исследований, которые могли бы стать основой для проектирования как ленточных трубчатых конвейеров, так и их трасс, а также при оценке их технико-экономических показателей и установлении рациональных областей применения.

Таким образом, установление некоторых важнейших параметров ленточного трубчатого конвейера является актуальной научной задачей.

Целью работы является обоснование физико-механических свойств конвейерных лент и параметров конвейера, обеспечивающих герметичность замкнутого объема внутри конвейерной ленты трубообразной формы, и установление допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от свойств конвейерных лент, расчетных и конструктивных параметров конвейера.

Идея работы состоит в том, что обоснование физико-механических свойств конвейерных лент и параметров линейной части конвейера, обеспечивающих герметичность замкнутого объема внутри конвейерной ленты трубообразной формы, и установление радиусов изгиба трассы ленточного конвейера в горизонтальной плоскости выполнены с использованием разработанной для ЭВМ цифровой модели, адекватно отражающей реальные деформационные процессы, возникающие в ленте трубчатого конвейера.

Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично автором, и их новизна:

- математическая и цифровая модели линейной части ленточного трубчатого конвейера, позволяющие определить физико-механические свойства конвейерных лент, обеспечивающих герметизацию объема внутри конвейерной ленты;

- математическая и цифровая модели линейной часта ленточного трубчатого конвейера, учитывающие физико-механические свойства конвейерных лент и позволяющие определить допустимые радиусы изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера и условия безотрывного движения ленты по роликоопорам;

- метод расчета радиусов кривизны при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, учитывающий степень загрузки конвейера, натяжение ленты, ее физико-механические свойства и расстояние между поддерживающими роликоопорами. Научная новизна работы состоит в разработке математической и

цифровой моделей линейной части ленточного трубчатого конвейера, метода определения физико-механических свойств ленты ленточного трубчатого конвейера, обеспечивающих герметичность внутреннего объема, в установлении зависимости радиуса изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости от основных параметров конвейера при условии безотрывного движения ленты по роликоопорам.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.

Достоверность основных научных положений подтверждается анализом существующих экспериментальных и теоретических данных, данных моделирования на ЭВМ основных математических моделей, анализом значимости и практической интерпретацией выявленных эффектов, возникающих в конвейерной ленте ленточного трубчатого конвейера при различных конструктивных параметрах конвейера.

Теоретические исследования основаны на теории упругости, сопротивлении материалов, математическом анализе, прикладной механике, математической статистике.

Экспериментальные исследования выполнены на специально разработанном стенде, а также путем моделирования на ЭВМ методом конечных элементов (МКЭ) линейной части ленточного трубчатого конвейера при различных физико-механических свойствах ленты и конструктивных параметрах става.

Научное значение работы состоит в создании на ЭВМ на основании математической модели адекватной ей цифровой модели линейной части ленточного трубчатого конвейера, позволяющей определять физико-механические свойства конвейерных лент, обеспечивающих герметичность внутреннего объема, а также допустимые радиусы изгиба линейной части ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от его параметров.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера и физико-механических свойств лент, обеспечивающих герметичность внутреннего объема ленты.

Реализация результатов работы. Пакет цифровых моделей передан ОАО НПО «ВНИИ! 11 МАШ» и на основании выполненных исследований разработана методика по обоснованию жесткости используемых в ленточных трубчатых конвейерах лент и рациональных радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, которая принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» к использованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

Апробация работы. Работа и основные её положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка -2004,2005» в МГГУ, на научных семинарах ОАО «ВНИИПТМАШ» и ИГД им. А.А. Скочинского. Результаты

работы использованы в учебном процессе при выполнении лабораторных работ по специальностям МОП и ГМО.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано три научных статьи.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 76 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 96 наименований.

Основное содержание работы

Объектом исследования в диссертационной работе является линейная часть ленточного трубчатого конвейера (в дальнейшем ЛТК), предназначенного для экологически безопасного транспортирования различных насыпных грузов по пространственно - криволинейной трассе.

Для обоснования физико-механических свойств конвейерных лент, обеспечивающих герметичность замкнутого объема внутри конвейерной ленты трубообразной формы, и установления радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от свойств конвейерных лент, расчетных и конструктивных параметров конвейера, а также условия безотрывного движения ленты по поддерживающим ро-ликоопорам, использовалось моделирование линейного участка ленточного трубчатого конвейера на ЭВМ с помощью метода конечных элементов (МКЭ) и программного комплекса ANSYS, так как решение подобной задачи аналитическими методами не представляется возможным ввиду крайней сложности описания граничных условий на свободных, соединенных внахлестку краях незамкнутой ленты, а также из-за сложности ее взаимодействия с поддерживающей роликоопорой при изгибе на роликоопоре.

В первой главе описаны история развития данного типа конвейеров и наиболее распространенные конструкции ленточных трубчатых конвейеров, отмечены достоинства и недостатки и указаны области применения; в главе также сформулированы основные задачи исследований.

Вопросами исследования ленточных конвейеров занимались отечественные ученые: Спиваковский А.О., Аканов Х.Г., Андреев A.B., Биличенко Н.Я., Галкин В.И., Гуленко Г.Н., Дмитриев В.Г., Дунаев В.П., Дьяков В.А., Дьячков В.К., Егоров П.Н., Запенин И.В., Зенков P.JL, Кожушко Г.Г., Монастырский В.Р., Панкратов С.А., Поляков Н.С., Реутов A.A., Тарасов Ю.Д., Шахмейстер Л.Г., Шешко Е.Е., Шпакунов И.А. и др.

Теоретическими и практическими вопросами движения конвейерных лент, их напряженно-деформированного состояния, нагрузками на ленту от груза, физико-механическими свойствами конвейерных лент занимались уче-

ные: Ампилогова Н.В., Гладких М.Г., Гущин В.М., Дмитриев В.Г., Дунаев В.П., Запенин И.В., Зенков Р.Л., Кожушко Г.Г., Мягков С.Д., Панкратов С.А., Смирнов В.К, Черненко В.Д., Шешко Е.Е., Шпакунов И.А. л др.

Разработкой конструкций и эксплуатацией ленточных трубчатых конвейеров занимаются в настоящее время многие фирмы.

В главе выполнен критический обзор работ, посвященных описанию напряженно-деформированного состояния конвейерных лент. Установлено, что математической моделью, наиболее полно описывающей поведение конвейерной ленты на ставе конвейера, является ортотропная оболочка, обладающая постоянной кривизной, растянутая продольным усилием и неравномерно нагруженная по ширине ленты.

Выполненный обзор данных о работе ЛТК и конструкций ленточных трубчатых конвейеров, применяемых в горной промышленности, позволил сформулировать следующие основные задачи исследования:

- на основании принятой математической модели разработать цифровую модель линейной части ленточного трубчатого конвейера, позволяющую адекватно отражать поведение ленты ЛТК на роликоопоре линейной части конвейера;

- разработать экспериментальный стенд и выполнить натурные экспериментальные исследования для подтверждения адекватности разработанных цифровых моделей;

- сформулировать критерии для определения допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК;

- определить физико-механические свойства конвейерных лент, обеспечивающих полную герметизацию объема внутри конвейерной ленты при заданных параметрах конвейера;

- разработать метод расчета радиусов кривизны при изгибе трассы ЛТК в горизонтальной плоскости, учитывающий загрузку конвейера, натяжение ленты и ее физико-механические свойства, расстояние между поддерживающими роликоопорами;

Во второй главе описан процесс создания цифровой модели деформированного состояния конвейерной ленты на линейной части ЛТК. Численные методы расчета напряженно-деформированного состояния на основе программных комплексов для ЭВМ находят все большее распространение в научных исследованиях. Принятый в данной работе программный комплекс А^Ув, использующий метод конечных элементов, содержит перечень расчетных средств, которые учитывают разнообразные конструктивные нелинейности и допускают наличие больших (конечных) деформаций и углов по-

ворота; он имеет средства связи со всеми CAD-системами с помощью импорта файлов как их собственных форматов, так и стандартных графических форматов.

Моделирование напряженно-деформированного состояния ленты ЛТК начато с построения геометрической модели, которое можно произвести двумя способами:

- создание геометрической модели программными средствами комплекса;

- создание геометрической модели в одной из CAD-систем с последующим импортом модели в комплекс ANSYS.

Для решения поставленной в работе задачи в программном комплексе был создан ряд параметрических моделей, которые в ходе решения дают представление о поведении ленты трубчатого конвейера на участках изгиба трассы. В ходе решения, после построения моделей и задания необходимых параметров системы (при помощи специально разработанных в данной работе подпрограмм), программный комплекс с заданной точностью выдает решение задачи, результаты которого можно наблюдать визуально (например, геометрию изменения формы ленты свернутой в трубу, возникающую от воздействия на систему внешних нагрузок) или в виде диаграмм, на которых могут быть представлены деформации, напряжения в элементах системы и т.д.

Часп» построений модели ленты и роликоопоры сделаны в программном комплексе Mechanical Desktop, а часть - непосредственно в программном комплексе ANSYS (рис. 1). Особенностью общей модели «лента - ролико-опора» является построение модели ленты из отдельных поверхностей. Часть ленты, на которую приходится нагрузка от насыпного груза, была разбита на ряд продольных участков. Это необходимо для задания на ленту неравномерного по ширине ленты давления от груза (рис. 1). Чем больше таких участков, тем более плавным оказывается характер изменения нагрузок при переходе с одного участка на другой и тем точнее результаты решения. В данной работе принято 24 участка при разбиении ленты по ширине, на которые приходится нагрузка от груза. Опорные ролики выполнены в виде цилиндрических поверхностей.

Сформулированные ранее критерии для определения допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера потребовали создания и решения внутри модели специальной контактной задачи «ролик - лента».

После импорта в ANS YS reo метрической модели она дорабатывалась и оптимизировалась при помощи стандартных средств комплекса. В соответствии с постановкой задачи для решения был выделен определенный участок контакта роликов с Лентой (рис. 1).

После завершения создания и оптимизации геометр и че-

„ , гт__ _ „_____ _ ской модели, осуществлен сле-

Рис, 1. Построенная геометрическая мо- ' J

дель линейной части ЛТК дующий этап - задание типов

используемых в расчетах конечных элементов, которые использованы при создании модели (Link), Shei!63, Targe 170, Contal 74), заданы свойства используемых материалов. Следующим этапом являлось задание нагрузок на ленту от груза, натяжения ленты и пр.

На основании выполненного выше обоснования в расчетной модели лента ЛТК принята как ортотропная цилиндрическая оболочка, обладающая динамическим модулем упругости. Для задания нагрузок, действующих на ленту при определенном заполнении поперечного сечения, использовались результаты, полученные Гущиным В,Н, В расчетах использовались зависимости по определению активных Раа и пассивных Ргш нагрузок на ленту от груза (рис. 2) в виде:

g a+áa

Pacl=R-p- s • J (cos2^+cosa)-(cos2a + m-sin2a)-í*/a,

Act a

Ppas = R■ P■ fa* ¡'* (eos 2$?-+ cos a )•■ (cos2 a da,

где К - радиус изгиба ленты в поперечном сечении; ф - угол, характеризующий степень заполнения поперечного сечения лента; ее - угол наклона рассматриваемой площадки к горизонтали; т - коэффициент подвижности материала; р - насыпная плотность груза.

При помощи подпрограммы, разработанной автором в программном комплексе Ма&Ои!, формировались таблицы данных пассивных и активных давлений на ленту в зависимости от характеристик груза и параметров конвейера. Для каждою из вариантов системы «груз-конвейер» формировались

два файла данных, содержащих активные и пассивные давления, приходящиеся на конкретный участок поперечного сечения ленты, которые впоследствии импортировались в АИБУВ и переносились на модель.

а)

Р(а)

б)

Рис. 2. Расчетная модель определения нагрузок на ленту от груза (а) и эпюра поперечных давлений на ленту от груза (б)

При помощи ещё одной подпрограммы, разработанной автором в МаШСа<3'е, производился предварительный расчет ЛТК в зависимости от требуемых технических характеристик конвейера и конвейерной ленты. Определялись нагрузки, связанные с цилиндрической жесткостью ленты, расчетные натяжения в ленте, параметры изгиба конвейера в плане для создания необходимой кривизны, которые переносились в А^УБ.

Следующим этапом являлось наложение ограничений на перемещение роликоопор и задание перемещений для двух концов выделенного при моделировании участка ленты для создания необходимой кривизны, расчет параметров которой производился в одной из подпрограмм, о которой говорилось выше. Для опорных роликов приняты ограничения всех степеней свободы, для концов ленты, в зависимости от типа поставленной задачи (изгиб в горизонтальной плоскости), принудительно задавалось перемещение концов с учетом необходимого радиуса изгиба ленты.

Последним этапом создания модели являлось построение сетки конечных элементов. При решении задачи использовались элементы первого и второго порядка. Для разбиения линий использован тип элемента 1лпк1, для разбиения поверхностей, образующих ленту, использованы четырехугольные

элементы оболочек Shell63. Затем при помощи элементов Targel 70 и Conta 174 был реализован контакт между роликами и лентой. Для этого в комплексе существует специальная процедура, которая в диалоговом режиме формирует контакт, а именно на участках контакта формируются специальные элементы, описывающие контактные взаимодействия. 11а рис. 3 представлены элементы, образующие контакт между лентой ЛТК и роликоопорой, и характер взаимодействий контактных элементов, а также модель части ленты после ее разбивки.

Рис. 3. Конечные элементы, образующие контакт между лентой и роликоопорой

Г

ь

БАЗОВАЯ МОДЕЛЬ I

Масштабирование модели

Задание диаметра трубы ленты, задание расстояния между опорами

REMESH

Переразбша модели при пошщи специальной под* программы

Загрузка информаиуии о нагрузках от груза: е зависимости от ширины ленты плотности груза и угла заполнения заполнения сечения

L

За грузка подпрограммы с параметрами конвейера или корректировка: толщина и натяжение ленты, кривизна, характеристики материала, на грузки от груза, первоначального изгиба ленты

Перекос всех параметров в цифровую модель при помощи подпрограмм

F/ex Изгиб ленты

Tension Натяжение в ленте

Properi

Свойства материала ленты

Gravity

Силы тяжести

DOF

Ограничения

на модель

¡""ЗДП yCJf РЕШЕНИЯ |

V

—| ПРОСМОТР РЕЗУЛЬТАТОВ

Рис.4 Блок-схема процесса расчета

В виде блок-схемы процесс расчета и работы с моделью представлен на рис. 4.

Таким образом, была создана базовая цифровая модель линейной секции ЛТК, содержащая 15120 конечных элементов, изменяя которую и накладывая на нее соответствующие ограничения при помощи специально разработанных подпрограмм, можно перейти к любому варианту расчетной схемы для анализа поведения ленты при изгибе трассы ЛТК.

В третьей главе описаны экспериментальные исследования. Целью экспериментальных исследований являлось определение деформации в поперечном сечении конвейерной ленты, свернутой в трубообразную форму и заполненную грузом, при различных натяжениях в ленте для сравнения с результатами расчетов на ЭВМ по разработанной модели напряженно-деформированного состояния ленты ЛТК.

Рис. 5. Модель экспериментального стенда

Первоначально был разработан экспериментальный стенд, для чего на базе стенда ленточного конвейера традиционной конструкции был создан участок, моделирующий линейную секцию ЛТК (рис. 5). В центральной части конвейера был выделен участок длиной 2 м. По концам данного участка были установлены зажимы в виде хомутов, которые придали ленте на этом участке трубообразную форму. После придания ленте с грузом трубо об разной формы вручную проводилось «обкатывание» выделенного участка лента подвижной шестироликовой опорой для имитации прохождения ленты с гру-

зом через роликоопоры. В центральной части участка были установлены приборы для измерения линейных перемещений для определения деформации ленты в поперечном сечении. При различных натяжениях ленты и при всех прочих одинаковых условиях были проведены замеры перемещений точек 1 и 2 по схеме, представленной на рис. 6. Были проведены исследования при пяти различных натяжениях.

После этого на разработанной цифровой модели было выполнено моделирование деформированного состояния ленты трубо-образной формы при тех же натяжениях ленты, загруженности участка и модуле упругости, какие были использованы в экспериментальном исследовании на стенде.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами математической статистики и затем были сопоставлены с данными цифрового моделирования деформированного состояния ленты с целью подтверждения возможности использования предложенного варианта моделирования при помощи метода конечных элементов (МКЭ) с использованием программного комплекса А№У8 для определения напряженно - деформированного состояния ленты ЛТК.

Сравнение данных моделирования и данных эксперимента показало, что максимальная погрешность между экспериментальным определением перемещений и полученным значением при цифровом моделировании составила 23,6%.

Таким образом, было установлено, что принятая математическая модель конвейерной ленты в виде ортотропной цилиндрической оболочки открытого типа, представленная для анализа в виде цифровой модели, состоящей из 15120 элементов, с достаточной для технических решений точностью отражает реальную физическую модель деформирования нагруженной ленты ЛТК.

Рис. 6. Схема определения перемещений при экспериментах

В четвертой главе на основании разработанной модели произведено обоснование физико-механических характеристик конвейерных лент общего назначения, которые возможно использовать в ЛТК. Как указывалось выше, одним из критериев возможного применения ленты является сохранение герметичности внутреннего объема ленты, свернутой в трубу. Это ограничение необходимо учитывать при расчете данного типа конвейеров.

При выборе ленты для ЛТК предложена следующая последовательность расчета. Перед чем как определять физико-механические свойства ленты, которые необходимо заложить й расчетную модель, производится предварительный тяговый расчет конвейера. После определения расчетных натяжений из ряда лент выбирается конкретный типоразмер ленты. После этого определяется приведенный модуль упругости ленты по основе на основании общепринятого условия, что лента при нагрузке в 10% от разрывной прочности испытывает относительную деформацию не более 2,0...2,5%,

= 1000-0-К = ^ 07

где Ej - приведенный модуль упругости ленты по основе, Па;

св - прочность прокладки ленты, Н/ 1 мм ширины 1 пр.;

е = 2,5% - относительное удлинение леты при нагрузке 0,]ав;

Sj - толщина одной прокладки ленты, мм.

Модуль упругости по утку ленты принимался равным 30% от приведенного модуля упругости ленты ¡то основе:

Е2= 0,3Ei , МПа.

В соответствии с модулями упругости принимались коэффициенты Пуассона vi = 0,45 и v2 = 0,135 соответственно.

Рис. 7. Напряженно-деформированное состояние ленты при одном из вариантов расчета

; hEIW. ajirrii« rfHC-".

[КШ [№Bj KSYS-O s t»t-.!1SlS;

-.'.»да

.ДО4&3

Данные параметры переносились в расчетную модель. Одними из варьируемых параметров при моделировании напряженно - деформированного состояния ленты в ленточном трубчатом конвейере были модули упругости. На рис. 7 показана форма ленты, полученная при одном из вариантов расчета, из которого видно, что произошло раскрытие соединенных внахлестку бортов ленты, т.е. произошла потеря герметичности внутреннего объема. На рис. 8 показаны формы поперечного сечения ленты ЛТК, полученные в расчетах при значениях приведенного модуля упругости равного Е] и равного половине от приведенного модуля Е] при постоянном натяжении Б = 80 кН. Как видно из рис. 8,6, лента с модулем упругости 0,5Е1 теряет не только форму трубы, но и контакт с тремя верхними роликами, что недопустимо.

На рис. 9 приведены графики, характеризующие зависимость деформации формы поперечного сечения ленты ЛТК на роликоопоре центральной части конвейера при различных натяжениях ленты, взятых из диапазона натяжений, полученных при предварительном тяговом расчете. Деформация характеризовалась средним значением перемещения точек контакта ленты с верхними наклонными роликами. По оси абсцисс отложен приведенный модуль упругости по основе ленты. На графике полученный при расчете модуль Е1 принят за 10. В процессе моделирования значение модуля Е) снижалось

Рис. 8. Форма поперечного сечения ленты: а) при Е(, б) при 0,5Е1,- 1 - форма ленты до нагру-жения, 2 - форма ленты после нагружения

последовательно до ОДЕ^ Параметры конвейера использовались такие же, как и в предыдущих расчетах.

«= 40 3

И 35

I

& 30 8

I "

я

К 20

в

О

I

5=80кН |

Б-бОкН

-Л...

■-1-ТТ

Область допустисых деформаций

1 1.5 2 2 5 3 35 4 45 5 55 б 65 7 75 8 85 9 9.5 10

Е,-108Па Приведенный модуль упругости

Рис. 9. Зависимость деформации ленты на роликоопоре ленточного трубчатого конвейера в зависимости от модулей упругости ленты при различных рабочих натяжениях

Предложены два варианта оценки возможности применения конвейерных лент на ЛТК. Первый вариант заключается в возможности проверки на герметичность внутреннего объема ленты, принятой на основании тягового расчета, непосредственно на разработанной цифровой модели. Во втором варианте на разработанной цифровой модели линейной части ЛТК было выполнено моделирование деформированного состояния ленты шириной В = 800, 1000, 1200 мм при различных режимах загрузки конвейера. При этом контролировались герметичность соединения бортов ленты и форма поперечного сечения ленты. Натяжение в ленте изменялось от 0 до 8Д0П, где 8Д0П -допустимое натяжение в ленте при минимальном числе прокладок 1Ш1П для ленты заданной ширины (обычно 1гат =3 или 1т1П = 4) и минимальной разрывной прочности ор (<тр = 100, 200, 300). Полученные на основании моделирования модули упругости Е* являются минимально возможными и представлены на рис. 10, при этом максимальный допустимый модуль соответствует заполнению поперечного сечения ср = 30° и В = 1200 мм, а минимальный - ср = 60° и В = 800 мм.

Приведенные на рис. 10 кривые аппроксимированы следующим выражением:

где к - коэффициент, [Н-кН1/2/м2], равный: к = 0,6 при ширине ленты В = 1200 мм; к = 0,56 при В = 1000 мм; к = 0,52 при В = 800 мм; $доп ~~ допустимое натяжение в ленте, кН;

к! - поправочный коэффициент, зависящий от степени заполнения поперечного сечения ленты грузом, равный: кх = 1 при угле заполнения поперечного сечения ф = 30°; к! = 0,96 при угле заполнения поперечного сечения <р = 45°; к] = 0,92 при угле заполнения поперечного сечения ф = 60°.

180

эдоп

Допустимое натяжение в ленте, кН

Рис. 10. Зависимость минимально допустимого приведенного модуля упругости ленты ЛТК от допустимого натяжения в ленте ЛТК

Таким образом, было установлено, что при назначении типа конвейерной ленты ЛТК появляется особенность, состоящая в следующем. У выбран-

ной на основании тягового расчета ленты необходимо определить модуль упругости Е1 и сравнить его с модулем упругости ленты Е*, при котором обеспечивается герметичность внутреннего объема. Если модуль Е, > Е*, то герметичность не будет нарушена, если Е! < Е*, то может произойти раскрытие краев ленты, потеря трубообразной формы лентой ЛТК или отрыв ее от верхних роликов. В этом случае необходимо принимать ленту с модулем упругости не менее Е*. Это обусловлено тем, что при меньших модулях наблюдаются повышенные деформации ленты, что приводит к возрастанию сопротивления движению ленты, что нежелательно. Кроме того, при выборе модуля Е) ниже указанного диапазона, происходит отрыв ленты от одного или нескольких роликов на роликоопоре, что недопустимо, так как приведет к неустойчивому движению ленты.

В пятой главе обоснованы минимально допустимые радиусы изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера, а также построены номограммы для определения этих радиусов, которые на этапе проектирования конвейера можно использовать при построении трассы конвейера. Задачами на данном этапе исследований являлись: выявление зависимостей радиусов изгиба от отдельных конструктивных параметров конвейера, которые наиболее существенно влияют на радиусы изгиба трассы ЛТК, а именно от степени заполнения ленты грузом, натяжения ленты, модуля упругости ленты, расстояния между роликоопорами; анализ полученных зависимостей и построение по полученным зависимостям соответствующих номограмм.

При определении допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости был также сформулирован критерий, при котором работа конвейера считается недопустимой. В качестве такого критерия принята потеря контакта ленты ЛТК с одним из боковых роликов роликоопоры, т.е. отрыв ленты от ролика. При движении по криволинейной трассе лента при малых радиусах кривизны трассы и высоком натяжении может терять контакт с роликами; потеря контакта ленты с роликом нарушает устойчивое движение ленты конвейера, может привести к повороту ленты вокруг продольной оси, перемещению соединенных внахлестку бортов ленты в сторону, раскрытию соединения и появлению просыпей груза, что недопустимо.

Отметим, что разработанная модель позволяет оценить влияние различных параметров ленточного трубчатого конвейера на радиус изгиба не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Варьировались следующие конструктивные параметры конвейера: ширина ленты (В), натяжение ленты (Б), степень заполнения поперечного сечения ленты (ф), приведен-

ный модуль упругости ленты (Е), расстояние между роликоопорами (ЬР), насыпная плотность транспортируемого груза (р). Значения модулей упругости принимались не менее значений определенных ранее, исходя из условия сохранения герметичности.

Рис. 11. Графики зависимости допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости от коэффициента заполнения грузом поперечного сечения ленты для лент различной ширины

На рис. 11 представлены графики зависимости допустимого радиуса изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости в зависимости от поперечного сечения груза на ленте, т.е. производительности конвейера.

Степень заполнения поперечного сечения ленты определялась по схеме, представленной на рис. 2; по оси абсцисс отложена для сопоставления производительность ЛТК с лентой шириной 1200 мм, плотностью груза 2000 кг/м3, скоростью ленты 1 м/с.

На рис. 12 показан один из результатов моделирования, на котором видна потеря контакта ленты ЛТК с роликом при одном из недопустимых радиусов кривизны. Результат получен для ленты шириной 1200 мм из пяти прокладок прочностью 300 Н/мм ширины прокладки, натяжение 134 кН, плотность груза 2000 кг/м3, степень заполнения поперечного сечения 30° (производительность 0 = 640 т/ч).

Рис. 12. Пример потери контакта ленты с роликом при изгибе трассы конвейера с радиусом К = 100

На рас. 13 показано объемное изображение одного из вариантов расчета, при котором явно наблюдается потеря контакта ленты с двумя левыми боковыми роликами при недопустимом изгибе ленты трубообразной формы в горизонтальной плоскости.

На рис, 14 приведены полученные при моделировании графики зависимости минимально допустимого радиуса изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера от натяжения ленты 5.

Если на конвейер поступает неравномерный грузопоток и возможны случаи, когда он отсутствует, то радиус кривизны для такого участка необходимо увеличивать в соответствии с номограммами.

Полученные в работе значения радиусов изгиба сравнивались со значениями, приводимыми в технической литературе. Сходимость результатов достаточно хорошая. Гак, например, по данным компании ConveyorK.it для трубчатого конвейера производительностью 630 т/ч, диаметре ленты общего назначения, свернутой в трубу, 400 мм (лента шириной 1250 мм), минимальный радиус при изгибе в горизонтальной плоскости составил 120 м, по данным выполненной работы при той же производительности (<р = 30°), при В — 1200 мм, максимальном натяжении 5 = 80 кН, расстоянии между роликоопорами Ьр= 1 м, минимальный радиус составляет 11 = 132 м.

1т яцгтш? Тив-!. а* -.ли»

Рис. 13. Объемный пример потери контакта ленты с роликом при изгибе трассы конвейера при Я = (00 А), 1.р = 3 м, 8= 10 кН, Е1 = М09Па

1ШО 900 800

в = 1200и ям

В = = 1000 мм Ч \

00 мм \ \ /

В = 8

100 0

Рис. 14. Зависимость радиуса изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера от натяжения ленты для лент различной ширины (степень заполнения поперечного сечения ленты ф = 30°, приведенный модуль упругости ленты Е = МО9 Па, расстояние между роликоопорами ЬР = 1 м, насыпная плотность транспортируемого груза р = 2000 кг/м3)

На основании выполненных в работе расчетов построены номограммы для определения минимально допустимых радиусов кривизны при изгибе трассы ЛТК в горизонтальной плоскости. Данные номограммы построены для лент шириной 800, 1000 и 1200 мм; одна из таких номограмм приведена на рис. 15.

Пользуются номограммой (рис. 15) следующим образом: первоначально определяется степень заполнения поперечного сечения грузом ф (производительность С}) в соответствии с насыпной плотностью р, затем на основании тягового расчета определяется натяжение 8 в ленте на участке, где будет происходить поворот; следующим этапом является определение приведенного модуля упругости используемой ленты, в соответствии со сказанным выше, после этого задается расстояние между роликоопорами на участке изгиба и определяется допустимый радиус изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости; если полученный радиус не удовлетворяет требуемому значению, то возможно изменить величину и произвести перерасчет.

Рис. 15. Номограмма для определения минимально допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости для В=1200 мм

Пакет цифровых моделей передан ОАО НПО «ВНИИПТМАШ», и на основании выполненных исследований разработана методика по обоснованию жесткости используемых в ленточных трубчатых конвейерах лент и рациональных радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, которая принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» к использованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

Заключение

В результате проведенных исследований дано решение актуальных для ленточных трубчатых конвейеров задач по научному обоснованию физико -механических свойств конвейерных лент, обеспечивающих герметичность замкнутого объема в конвейерной ленте трубообразной формы, и установлению радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от свойств конвейерных лент, расчетных и конструктивных параметров конвейера.

Результаты и выводы, полученные лично автором:

1. Предложена и экспериментально подтверждена математическая модель конвейерной ленты, использованная для создания цифровой модели линейной части ленточного трубчатого конвейера; такой моделью является модель ленты в виде ортотропной оболочки с динамическими модулями упругости. Максимальная погрешность между экспериментально определенными перемещениями и полученными значениями при моделировании составила не более 23,6%.

2. С использованием метода конечных элементов разработана цифровая модель линейной части ленточного трубчатого конвейера; при построении модели использованы элементы Linkl, Shell63, Targel70, Contal74, количество элементов 15120. Модель обеспечивает задаваемую в программном комплексе точность.

3. Для разработанной в работе цифровой модели сформулированы критерии, использованные для определения свойств ленты и радиусов изгиба трассы: условие герметичности внутреннего объема ленты и условие безотрывного движения ленты по роликоопорам.

4. На основании критерия герметичности замкнутого объема установлены необходимые величины минимально допустимых модулей упругости ленты. Так, для ЛТК с лентой шириной 1200 мм при степени загрузки ф = 30° (Q = 640 т/ч) натяжении S = 80 кН модуль упругости ленты должен быть не менее Е[ = 5,4-Ю8 Па. При меньших модулях упругости наблюдаются повышенные деформации, что приводит к разгерметизации внутреннего объема ленты, потере «круглой» формы поперечного сечения и дополнительным сопротивлениям при движении ленты.

5. Введенный в работе критерий герметичности внутреннего объема накладывает определенное ограничение на жесткость ленты, который необходимо учитывать при ее выборе: жесткость ленты, принятая на основании выполненного тягового расчета должна быть не менее жесткости, определенной по критерию герметичности.

6. На основании сформулированного в работе критерия безотрывного движения ленты ЛТК по роликоопорам разработан метод расчета минимально допустимых радиусов кривизны при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, который учитывает степень загрузки конвейера, насыпную плотность груза, натяжение ленты и ее физико-механические свойства, расстояние между поддерживающими роликоопора-ми. Например, моделированием было установлено, что для ленты шириной В = 1200 мм при модуле упругости Е = 0,75Ei натяжении ленты S = 50 кН, рас-

стоянии между роликоопорами Lp = 1,0 м, степени загрузки (р = 45° и плотности груза р = 1600 кг/м3 минимальный радиус поворота ленты в горизонтальной плоскости равен R = 250 м;

7. Наряду с созданием цифровой модели линейной части ЛТК в работе разработаны специальные подпрограммы, позволяющие на базе основного варианта перейти к любому варианту схемы изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера.

8. На основании выполненных исследований построены номограммы для определения минимально допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера для конвейерных лент шириной 800, 1000 и 1200 мм.

9. Пакет цифровых моделей передан ОАО НПО «ВНИИПТМАШ», и на основании выполненных исследований разработана методика по обоснованию жесткости используемых в ленточных трубчатых конвейерах лент и рациональных радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, которая принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» к использованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Дмитриев В.Г., Кулагин Д.С. Моделирование напряженного состояния конвейерной ленты трубчатого конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2004, - №7, с. 283 - 286.

2. Кулагин Д.С. Влияние некоторых конструктивных параметров ленточного трубчатого конвейера на допустимые радиусы изгиба его трассы в горизонтальной плоскости. II Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2005, - №7, с. 272 - 274.

3. Кулагин Д.С. Влияние физико-механических свойств конвейерной ленты на герметичность линейной части ленточного трубчатого конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2005, -№8, с. 271 -273.

Подписано в печать » января 2007 г. Формат 60x90/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 32Ь

Типография Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Современные тенденции развития конвейерного транспорта.

1.2. История развития ленточных трубчатых конвейеров.

1.3. Применение ленточных трубчатых конвейеров в различных отраслях промышленности.

1.4. Обзор конструкций ленточных трубчатых конвейеров.

1.5. Обзор патентов и авторских свидетельств ленточных трубчатых конвейеров.

1.6. Обзор и анализ работ, посвященных определению нагрузок на ленту от насыпного груза.

1.7. Обзор и анализ работ, посвященных изгибу конвейерных лент.

1.8. Математическая модель конвейерной ленты трубчатого конвейера.

1.9. Постановка задач исследования.

2. СОЗДАНИЕ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ

ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Создание геометрической модели.

2.3. Задание различных параметров модели.

2.4. Наложение ограничений на модель.

2.5. Создание сетки конечных элементов.

2.6. Запуск решения и просмотр результатов.

2.7. Блок-схема процесса расчета.

2.8. Выводы по главе.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ С ГРУЗОМ, СВЕРНУТОЙ В ТРУБООБРАЗНУЮ ФОРМУ.

3.1. Цели и задачи исследования.

3.2. План и методика исследования.

3.3. Методика экспериментальных исследований.

3.4. Проведение экспериментальных исследований.

3.5. Корректировка цифровой модели и проведение моделирования с параметрами экспериментального стенда на ЭВМ.

3.6. Анализ данных экспериментальных исследований и данных математического моделирования.

3.7. Выводы по главе.

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕЙЕРНЫХ ЛЕНТ ЛЕНТОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ КОНВЕЙЕРОВ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Метод определения расчетного модуля упругости конвейерной ленты.

4.3. Определение параметров конвейерных лент, обеспечивающих герметичность замкнутого объема в конвейерной ленте.

4.4. Выводы по главе

5. УСТАНОВЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ РАДИУСОВ ИЗГИБА ТРАССЫ ЛЕНТОЧНОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕЙЕРА.

5.1. Цели и задачи исследования.

5.2. Критерий определения допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости.

5.3. Зависимость радиуса изгиба трассы от загрузки конвейера.

5.4. Зависимость радиуса изгиба трассы от натяжения ленты конвейера.

5.5. Построение номограмм.

5.6. Выводы по главе.

Актуальность работы. В настоящее время во многих странах мира значительно ужесточены меры по охране окружающей среды. Это способствует интенсивному развитию герметически закрытых способов транспортирования и перегрузки экологически опасных грузов. Одной из удачных разработок для решения такого рода задач является конструкция ленточного трубчатого конвейера, которая была создана в семидесятых годах прошлого века и получила широкое распространение в настоящее время.

Ленточный трубчатый конвейер обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с ленточным конвейером традиционной конструкции. Он экологически более безопасен вследствие герметичности замкнутой в трубу ленты на протяжении всей трассы транспортирования груза, что препятствует пылению груза в окружающую среду без сооружения сложных укрытий, при этом обеспечивается защита транспортируемого груза от воздействия различных природных факторов, таких как осадки и ветер; исключаются просыпи транспортируемого груза, а следовательно, уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с уборкой просыпей со става на различных участках трассы; обеспечивается возможность создания пространственной трассы с вертикальными и горизонтальными изгибами и, таким образом, устраняются дополнительные перегрузочные пункты, снижающие надежность конвейерных линий; исключается контакт бортов ленты с опорной металлоконструкцией и повышается срок службы ленты; вследствие меньшего провисания ленты между роликоопорами снижаются динамические воздействия на транспортируемый груз и уменьшается его измельчение; ленточные трубчатые конвейеры позволяют реализовать кратчайшие пути транспортирования, мало зависящие от особенностей местности, а также обеспечивают возможность одновременного транспортирования грузов на верхней и нижней ветвях.

Несмотря на достаточно широкое распространение ленточных трубчатых конвейеров различных конструкций, в научно-технической литературе практически отсутствует описание теоретических и экспериментальных исследований, которые могли бы стать основой для проектирования как ленточных трубчатых конвейеров, так и их трасс, а также при оценке их технико-экономических показателей и установлении рациональных областей применения.

Таким образом, установление некоторых важнейших параметров ленточного трубчатого конвейера является актуальной научной задачей.

Целью работы является обоснование физико-механических свойств конвейерных лент и параметров конвейера, обеспечивающих герметичность замкнутого объема внутри конвейерной ленты трубо-образной формы, и установление допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от свойств конвейерных лент, расчетных и конструктивных параметров конвейера.

Идея работы состоит в том, что обоснование физико-механических свойств конвейерных лент и параметров линейной части конвейера, обеспечивающих герметичность замкнутого объема внутри конвейерной ленты трубообразной формы, и установление радиусов изгиба трассы ленточного конвейера в горизонтальной плоскости выполнены с использованием разработанной для ЭВМ цифровой модели, адекватно отражающей реальные деформационные процессы, возникающие в ленте трубчатого конвейера.

Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично автором, и их новизна:

- математическая и цифровая модели линейной части ленточного трубчатого конвейера, позволяющие определить физико-механические свойства конвейерных лент, обеспечивающих герметизацию объема внутри конвейерной ленты;

- математическая и цифровая модели линейной части ленточного трубчатого конвейера, учитывающие физико-механические свойства конвейерных лент и позволяющие определить допустимые радиусы изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера и условия безотрывного движения ленты по роликоопорам;

- метод расчета радиусов кривизны при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, учитывающий степень загрузки конвейера, натяжение ленты, ее физико-механические свойства и расстояние между поддерживающими роликоопорами.

Научная новизна работы состоит в разработке математической и цифровой моделей линейной части ленточного трубчатого конвейера, метода определения физико-механических свойств ленты ленточного трубчатого конвейера, обеспечивающих герметичность внутреннего объема, в установлении зависимости радиуса изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости от основных параметров конвейера при условии безотрывного движения ленты по роликоопорам.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.

Достоверность основных научных положений подтверждается анализом существующих экспериментальных и теоретических данных, данных моделирования на ЭВМ основных математических моделей, анализом значимости и практической интерпретацией выявленных эффектов, возникающих в конвейерной ленте ленточного трубчатого конвейера при различных конструктивных параметрах конвейера.

Теоретические исследования основаны на теории упругости, сопротивлении материалов, математическом анализе, прикладной механике, математической статистике.

Экспериментальные исследования выполнены на специально разработанном стенде, а также путем моделирования на ЭВМ методом конечных элементов (МКЭ) линейной части ленточного трубчатого конвейера при различных физико-механических свойствах ленты и конструктивных параметрах става.

Научное значение работы состоит в создании на ЭВМ на основании математической модели адекватной ей цифровой модели линейной части ленточного трубчатого конвейера, позволяющей определять физико-механические свойства конвейерных лент, обеспечивающих герметичность внутреннего объема, а также допустимые радиусы изгиба линейной части ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от его параметров.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера и физико-механических свойств лент, обеспечивающих герметичность внутреннего объема ленты.

Реализация результатов работы. Пакет цифровых моделей передан ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» и на основании выполненных исследований разработана методика по обоснованию жесткости используемых в ленточных трубчатых конвейерах лент и рациональных радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, которая принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» к использованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

Апробация работы. Работа и основные её положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2004, 2005» в МГГУ, на научных семинарах ОАО «ВНИИПТМАШ» и ИГД им. А.А. Скочинского. Результаты работы использованы в учебном процессе при выполнении лабораторных работ по специальностям МОП и ГМО.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано три научных статьи.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 76 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 96 наименований.

5.6. Выводы по главе

1. Сформулирован критерий, позволяющий установить допустимые радиусы изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости: лента не должна на участках изгиба трассы терять контакт ни с одним из роликов.

2. С использованием разработанной цифровой модели, в которой реализовано специальное отрывное контактное взаимодействие ленты и ролика, выполнено моделирование деформированного состояния ленты на криволинейном участке трассы; при выполнении моделирования всегда выполняелся критерий герметичности.

3. На основании сформулированного в работе критерия безотрывного движения ленты ЛТК по роликоопорам путем моделирования определены минимально допустимые радиусы кривизны изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости и установлена их зависимость от степени загрузки конвейера, насыпной плотность груза, натяжения ленты и ее физико-механические свойств, расстояния между поддерживающими роликоопорами. Например, моделированием было установлено, что для ленты шириной В = 1200 мм при модуле упругости Е = 0,75Ei натяжении ленты S = 50 кН, расстоянии между роликоопорами Lp = 1,0 м, степени загрузки ср = 45° и плотности груза р = 1600 кг/м3 минимальный радиус поворота ленты в горизонтальной плоскости равен R = 250 м;

4. На основании выполненных исследований построены номограммы для определения минимально допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера для конвейерных лент шириной 800, 1000 и 1200 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований дано решение актуальных для ленточных трубчатых конвейеров задач по научному обоснованию физико - механических свойств конвейерных лент, обеспечивающих герметичность замкнутого объема в конвейерной ленте тру-бообразной формы, и установлению радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости в зависимости от свойств конвейерных лент, расчетных и конструктивных параметров конвейера.

Результаты и выводы, полученные лично автором:

1. Предложена и экспериментально подтверждена математическая модель конвейерной ленты, использованная для создания цифровой модели линейной части ленточного трубчатого конвейера; такой моделью является модель ленты в виде ортотропной оболочки с динамическими модулями упругости. Максимальная погрешность между экспериментально определенными перемещениями и полученными значениями при моделировании составила не более 23,6%.

2. С использованием метода конечных элементов разработана цифровая модель линейной части ленточного трубчатого конвейера; при построении модели использованы элементы Linkl, Shell63, Targe170, Conta174, количество элементов 15120. Модель обеспечивает задаваемую в программном комплексе точность.

3. Для разработанной в работе цифровой модели сформулированы критерии, использованные для определения свойств ленты и радиусов изгиба трассы: условие герметичности внутреннего объема ленты и условие безотрывного движения ленты по роликоопорам.

4. На основании критерия герметичности замкнутого объема установлены необходимые величины минимально допустимых модулей упругости ленты. Так, для ЛТК с лентой шириной 1200 мм при степени загрузки ср = 30° (Q = 640 т/ч) натяжении S = 80 кН модуль упругости ленты должен быть не менее Е^ = 5,4-108 Па. При меньших модулях упругости наблюдаются повышенные деформации, что приводит к разгерметизации внутреннего объема ленты, потере «круглой» формы поперечного сечения и дополнительным сопротивлениям при движении ленты.

5. Введенный в работе критерий герметичности внутреннего объема накладывает определенное ограничение на жесткость ленты, который необходимо учитывать при ее выборе: жесткость ленты, принятая на основании выполненного тягового расчета должна быть не менее жесткости, определенной по критерию герметичности.

6. На основании сформулированного в работе критерия безотрывного движения ленты ЛТК по роликоопорам разработан метод расчета минимально допустимых радиусов кривизны при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, который учитывает степень загрузки конвейера, насыпную плотность груза, натяжение ленты и ее физико-механические свойства, расстояние между поддерживающими роликоопорами. Например, моделированием было установлено, что для ленты шириной В = 1200 мм при модуле упругости Е = 0,75Ei натяжении ленты S = 50 кН, расстоянии между роликоопорами Lp = 1,0 м, степени загрузки ср = 45° и плотности груза р = 1600 кг/м3 минимальный радиус поворота ленты в горизонтальной плоскости равен R = 250 м;

7. Наряду с созданием цифровой модели линейной части ЛТК в работе разработаны специальные подпрограммы, позволяющие на базе основного варианта перейти к любому варианту схемы изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера.

8. На основании выполненных исследований построены номограммы для определения минимально допустимых радиусов изгиба трассы ЛТК в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивных параметров конвейера для конвейерных лент шириной 800, 1000 и 1200 мм.

9. Пакетет цифровых моделей передан ОАО НПО «ВНИИПТМАШ», и на основании выполненных исследований разработана методика по обоснованию жесткости используемых в ленточных трубчатых конвейерах лент и рациональных радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости, которая принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» к использованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителе: В 3 т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001, - 920 е., ил.

2. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов.- М.: Высшая школа, 1995. 560 с.

3. Блох Л.С. Практическая номография. М.: «Высшая школа», -1971,-328 е., ил.

4. Вольмир А.С. Гибкие пластины и оболочки. -М.: Гостехиздат, 1956. -412 с.

5. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-428 е., ил.

6. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих тонких оболочек.- М.: Главная редакция физико математической литературы изд - ва «Наука», -1976,-512 с.

7. Груйич М. Преимущества трубчатого конвейера для транспортирования угля и золы. // ГИАБ. М.: МГГУ, - 2002, - № 8, с. 241 - 243.

8. Гущин В.М. Определение параметров грузонесущего полотна крутонаклонного конвейера с лентой глубокой желобчатости. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 1.- М.: Недра, 1974, с. 164-166.

9. Гущин В.М. Сопротивление движению тягового органа конвейера с лентой глубокой желобчатости для повышения углов наклона. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 2. М.: Недра, 1975, с. 113 -116.

10. Гущин В.М. Экспериментальные исследования давлений насыпного груза на ленту глубокой желобчатости. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 2. -М: Недра, 1975, с. 116-118.

11. Гущин В.М. О природе сопротивлений от деформирования насыпных грузов при движении конвейерной ленты. // Шахтный и карьерный транспорт, вып.5.- М.: Недра, 1980, с. 9-13.

12. Давыдов С.Я., Вебер Г.Э., Мастерова Е.В. Трубчатый ленточный конвейер для пылеобразующих материалов. // «Известия вызов. Горный журнал», №2, 2006, с. 98 101.

13. Давыдов С.Я. Энергосберегающий трубчатый ленточный конвейер / С.Я. Давыдов, И.Д. Кащеев, С.В. Малагамба // Новые огнеупоры, 2004, №4, с. 33 35.

14. Дмитриев В.Г., Дунаев В.П., Перминов Г.И. Насыпные грузы на движущейся конвейерной ленте. // Шахтный и карьерный транспорт, вып.5.- М.: Недра, 1980, с. 14-17.

15. Дмитриев В.Г., Дьяченко А.В. Методы анализа объемного напряженного состояния сыпучего груза в закрытом желобе трубчатого ленточного конвейера. // ГИАБ. М.: МГГУ, - 2004, - № 12, с. 241 -243.

16. Дмитриев В.Г., Дьяченко А.В. Особенности объемного напряженного состояния сыпучего груза на желобчатой конвейерной ленте. // ГИАБ. М.: МГГУ, - 2005, - № 2, с.277 - 278.

17. Дмитриев В.Г., Кулагин Д.С. Моделирование напряженного состояния конвейерной ленты трубчатого конвейера. // ГИАБ. М.: МГГУ, -2004, - № 7 , с. 283 - 286.

18. Дьяченко А. В. Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера. // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МГГУ, 2006. - 135 с.

19. Дьяченко А.В. Экспериментальные исследования напряженного состояния сыпучего груза при повышенной степени обжатия конвейерной лентой // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. - 2005. - № 8. - с. 274-276.

20. Дьяченко А.В. Основные результаты исследования напряженнодеформированного состояния сыпучего груза при высокой степени обжатия конвейерной лентой. М.: МГГУ, 2005. - 6 с. Деп. в Горном информационно - аналитическом бюллетене 03 октября 2005 г., № 432.

21. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. Под ред. А.Н. Зеленина. М: Машиностроение, 1975. - 424с.

22. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. М: Недра, 1964. - 214с.

23. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта.- М.: Машиностроение, 1987.- 432 с.

24. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Ольферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, - 2003, -272 с.

25. Картавый А.Н. Обоснование основных параметров крутонаклонного конвейера с прижимной лентой для карьеров с большими грузопотоками. //Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: МГГУ, 2000. -211с.

26. Кожушко Г.Г. Механика деформирования и прогнозирование ресурса резинотканевых лент конвейеров горнорудных предприятий. // Автореферат дисс. на соиск уч. степ. докт. техн. наук.- Екатеринбург, 1992.-36 с.

27. Кожушко Г.Г., Рогалевич В.В. Применение метода конечных разностей к расчету форм прогиба конвейерных лент. Механизация и автоматизация открытых горных работ. Труды ИТД МЧН СССР. -М.: Недра, 1967, вып. 16, с. 37-42.

28. Конвейеры. / Под ред. Ю.А. Пертена.- Л.: Машиностроение, 1984,367 с.

29. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Мир, 1973,- 720 с.

30. Котов М.А., Григорьев Ю.И. Загоронский Г.А. Опыт эксплуатации ленточных конвейеров и конвейерных лент на угольных шахтах.

31. М.: ЦННИЭИуголь, 1970. -22с.

32. Краткий физико-технический справочник. В 3-х т.т., т. 1. / Под ред. К.П. Яковлева .- М.: Физматгиз, I960.- 446 с.

33. Краткий физико- технический справочник. В 3-х т.т., т. 2. / Под ред. К.П. Яковлева .- М.: Физматгиз, 1962.- 420 с.

34. Краткая химическая энциклопедия. В 5-ти т.т., т. 2. / Под ред. И.Л. Кнунянц.

35. Курятников А.В. Установление рациональных параметров высокопроизводительных крутонаклонных конвейеров с прижимными элементами для горной промышленности. /Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: МГИ, 1976.- 18 с.

36. Магула В.Э. Геометрические граничные условия при расчетах изгибаемых оболочек нулевой кривизны. Научные труды ДВ ВИМУ.-Владивосток, вып. 2, 1968, с. 170-181.

37. Математический энциклопедический словарь. Под ред. Ю.В. Прохорова. М.: «Советская энциклопедия», 1988. - 846с.

38. Монастырский В.Ф. Разработка методов и средств управления надежностью мощных ленточных конвейеров. / Дисс. на соиск. уч. степ. докг. техн. наук. Днепропетровск, 1990, - 543 с.

39. Монастырский В.Ф., Шевченко А.В. и др. Формирование грузопотока крупнокускового груза в загрузочном устройстве. // Механика транспортирующих машин.- Киев: Наукова думка, 1983, с.12-14.

40. Мягков С.Д. Теоретическое определение сил сопротивления движению от деформирования груза и ленты мощных ленточных конвейеров. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 3. М.: Недра, 1977, с. 33 -36.

41. Неменман Л.М. Исследование давления на ленты крутонаклонного конвейера при прерывистом грузопотоке. // Шахтный и карерный транспорт, вып. 5. М.: Недра, 1980, с. 106 - 109.

42. Новиков Е.Е., Смирнов В.К. Введение в теорию динамики горнотранспортных машин.- Киев: Наукова думка, 1978.- 173 с.

43. Определяющие законы механики грунтов. (Новое в зарубежной науке)/ Под ред. В.Н. Николаевского, вып. 2, М.: Мир, 1975. - 356 с.

44. Панкратов С.А. Динамика машин для открытых горных и земляных работ. М: Машиностроение, 1967.- 526 с.

45. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем.- М.: Наука, 1979. 384 с.

46. Пертен Ю.А. Крутонаклонные ленточные конвейеры. Л: Машиностроение, 1976.- 256 с.

47. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных конвейеров.- М.: Недра, 1986.-344 с.

48. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. - 274 с.

49. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теоретические основы расчета ленточных конвейеров.- М.: Наука, 1977.-154 с.

50. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины.- М.: Машиностроение, 1968.-487 с.

51. Тимошенко СП., Войновский Кригер С. Пластинки и оболочки.- М.: Физматгиз, 1963.-408 с.

52. Транспорт на горных предприятиях. Под ред. Б.А. Кузнецова. - М.: Недра, 1976.-552C.

53. Флорин В.А. Основы механики грунтов, т.т. 1,2.- М.: Госстройиздат, 1959-1961.

54. Фролов А.Г. Основы транспорта сыпучих материалов по трубам без несущей среды. М.: «Наука», 1966. - 118 с.

55. Христианович С.А. Плоская задача математической теории пластичности при внешних силах, заданных на замкнутом контуре/ Математический сборник, 1938, т. 1 (43), вып. 4.

56. Цытович Н.А. Механика грунтов.- М.: Госстройиздат, 1963.

57. Черненко В.Д. Изгиб ортотропной пластины в цилиндрическую оболочку. // Прикладная механика, 1985, том XI, вып. 4, с. 49-53.

58. Черненко В.Д. Разработка методов расчета крутонаклонных конвейеров. // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук.-М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1992.- 42 с.

59. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие, М.: Машиностроение - 1, - 2004, - 512 с.

60. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров." М.: Машиностроение, 1983. 256 с.

61. Шешко Е.Е., Гущин В.М. Крутонаклонный конвейер с лентой, имеющей форму глубокого желоба. // Развитие и совершенствование шахтного и карьерного транспорта. М: Недра, 1973, с. 120-125.

62. Шешко Е.Е., Курятников А.В Устойчивость слоев внутри насыпного груза на крутонаклонном конвейере с прижимной лентой. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 6. М.: Недра, 1980, с. 111 -115.

63. Шпакунов. И.А. Исследование основных составляющих коэффициента сопротивления движению на длинных горизонтальных ленточных конвейерах. // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -Днепропетровск, ИГТМ, 1968, 160 с.

64. Юрченко В.М. Исследование и создание изгибающегося ленточного конвейера с магнитными самоцентрирующими роликоопорами и магнитомягкой лентой. //Автореферат дисс. на соиск уч. степ. канд. техн. наук. Кемерово, 1979. - 22с.

65. А.с. СССР № 861192. Вертикальный ленточный конвейер / В.Т. Лагутин, Р.К. Прилепский.- Б.И. №33, 1981.

66. А.с. СССР № 988676. Грузонесущий орган подвесного ленточного конвейера/В.И. Кулай,- Б.И. №2, 1983.

67. А.с. СССР № 768701. Крутонаклонный ленточный конвейер/ В.А. Пономаренко, В.И. Папазов.- Б.И. № 37, 1980.

68. А.с. СССР № 870267. Крутонаклонный ленточный конвейер/ В.А. Пономаренко, А.И. Тимошко, СВ. Пономаренко и др.- Б.И. № 37,1981.

69. А.с. СССР № 768701. Крутонаклонный ленточный конвейер/ В.А. Пономаренко, В.И. Папазов.- Б.И. № 37, 1980.

70. А.с. СССР № 1221083. Крутонаклонный ленточный конвейер. В. С. Мочков и В. П. Горбач.- SU 1221083 А 4 В 65 G 15/08

71. А.с. СССР № 575282. Ленточно-канатный конвейер/ А.П. Овчинни-ков.-Б.И. № 37, 1977.

72. А.с. СССР № 774999. Ленточный конвейер/ В.А. Дорученко, B.C. Мочков и др.- Б.И. № 40, 1980.

73. А.с. СССР № 882843. Ленточный конвейер/ В.Т. Лагутин, Ю.М. Гон-чаренко.-Б.И. № 43,1981.

74. А.с. СССР № 196603. Ленточный конвейер для транспортирования насыпного груза под большим углом наклона/ Ю.А. Пертен,- Б.И. №11, 1967.

75. А.с. СССР № 196602. Ленточный крутонаклонный конвейер для транспортирования насыпного груза / Ю.А. Пертен.- Б.И. № 11, 1967.

76. А.с. СССР №1270065. Ленточный конвейер. Ю. Я. Грановский. SU 1270065 А 4 В 65 G 15/08.

77. Патент РФ 2102302. Ленточный конвейер и конвейерная лента для него/Леннарт Тингског (SE).- Б.И. №2, 1998.

78. Патент РФ 2028974. Ленточный подъемник для сыпучих грузов/ М.Л. Бергман, Г.В. Овчаренко, И.Б. Горелик.- Б.И. № 5, 1995.

79. Патент РФ 2118284. Ленточный транспортер с рукавной лентой/ Карл Беккер (DE).- Б.И. №2, 1998.

80. Патент РФ 2067962. Рукавная ленточная транспортерная установка/ Вильгельм Энгст (DE) и др.- Б.И. №29, 1996.

81. Патент РФ 2023641. Транспортер с трубчатой лентой. Кунио Хаси-мото. RU 2023641 С1 6 В 65 G 15/08.

82. Horak R.M. Improved Idler Panel Design for Pipe Conveyors. Bulk solids handling, 1997, 4, Vol.: 17, p. 521.

83. KOCH Pipe Conveyor. KOCH. Transporttecnik GmbH. www. kochtras. com. 2003/11, E 5, F 3, ES 3, PT 3, RU 3, CZ 2.

84. KOCH Pipe Conveyor Sistems at the Lotschberg Base Tunel. KOCH. Transporttecnik GmbH. www. kochtras. com. 2003/01, D1/E2.

85. Koch Transporttechnik GmbH. Der 100ste Pipe Conveyour steht in Crossen. Schuttgut, - 1997, 3, Vol.: 3, p. 343

86. Lodevijks G. Research and Development in Closed Belt Conveyor Systems, Bulk Solids Handling, Vol. 20, 2000, pp 465 - 470.

87. Maton A.E. Tubular Pipe Conveyor Design Using a Standard Fabric Belt. Bulk solids handling, - 2000, 1, Vol.: 20, p. 39-41.

88. Neubecker I. An Overland Pipe Conveyor with 22 Horizontal and 45 Vertical Curves Connecting Coal Mine with Rail Load Out. Bulk solids handling, -1998, 3, Vol.: 18, p. 457.

89. Singh, A.R. 3.2 km Long Pipe Conveyor with 90° Horizontal Curve at Birla Copper, India by Naveen Projects Ltd. Bulk solids handling, -1999, 4, Vol.: 19, p. 532.

90. Vaka Gregory A. Pipe Conveyors Development and Advantages. -Bulk solids handling, - 1998, 3, Vol.: 18, p. 451.

91. Wochter D. Innovative Handling of Tailings Using the Pipe Conveyor System. Bulk solids handling, - 1990, 3, Vol.: 10, p. 311.

92. Ziegler M., Busse H.-J. Untertageeinsatz eines Rohrgurtforderers auf der Grube Luizentahl. Gluckauf, 1991, № 21/22, s. 5 -11.

93. GB 2 092 977 A. A method and device for preventing a flexible tubular belt from twisting for use in a tubular belt conveyor/ Kunio Hashimoto. 1982.

94. GB 2 140 760 A. A tubular belt conveyor and a belt rolling up means of the same/ Kunio Hashimoto, Haruo Okazaki. 1984.

95. GB 2 094 741 A. Tubular belt support means for a tubular belt conveyor/ Kunio Hashimoto, Haruo Okazaki. 1981.

96. UNITED STATES PATENTS 3,338,383. PIPE CONVEYOR. Kunio Hashimoto, 1965, Ser. No. 489, 028, 7 Claims, (pp. 198-204)

97. UNITED STATES PATENTS 5,328,023. CONVEYOR BELT FOR PIPE CONVEYOR. Rainer Hinkelmann; Ulrikc Sander, Helmut Begemann, -1994, pp. 33-37.