автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование эксплуатационных свойств и разработка высокомодульных лент для конвейеров горной промышленности

РГБ. ОД

На правах рукописи

АМ ПИ ЛОГОВА Наталья Викторовна

УД К П22 .647.2;! •.622.272/743.3

/

ОБОСНОВАНИЕ" ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ™ СВОЙСТВ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОМОДУЛЬНЫХ ЛЕНТ ДЛЯ КОНВЕЙЕРОВ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

.................Ad тope ф е рат_____________________

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук .

Москва 1996

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научные консультанты: докт. техн. наук, проф.

ЧУГРЕЕВ Л. И.

канд. техн. наук, проф. ДЬЯКОВ В; А. Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ГОНЧАРЕВИЧ И. Ф. докт. техн. наук, проф. ТАРАСОВ Ю. Д. докт. техн. наук, проф. ТИХОНОВ Н. В.

Ведущее предприятие — АОЗТ «Курскрезннотехника».

Защита диссертации состоится « ^. » ЦЮ.НЯ . 1996 г. 11

в час. на заседании диссертационного совета Д.053.12.04 при Московском государственном горком университете по адресу: 117935, ГСП-1, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией .можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « . . . 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

проф. ШЕШКО Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Конвейерный транспорт является основным перспективным видом как внутришахтного н вну-трнкарьерпого транспорта, так и транспорта на большие расстояния для подачи полезного ископаемого до обогатительной фабрики, места погрузки или переработки. В горной промышленности эксплуатируются самые мощные, длинные н высокопроизводительные конвейерные установки, оснащенные специально изготовленным)! трудновоспламеняющимися, морозостойкими лентами в шахтном исполнении для тяжелых и очень тяжелых условий эксплуатации. В горном производстве транспортные расходы составляют более трети затрат на добычу полезного ископаемого.

Наиболее дорогим и наименее долговечным элементом ленточного конвейера является лента, стоимость которой составляет 50—70% стоимости конвейера. Разрушение лент вызывает производственные потери, (превышающие их стоимость в несколько раз, и может привести к человеческим жертвам. Поэтому эффективность конвейерного транспорта в существенной мере зависит от свойств и конструкции ленты. Лента определяет не только надежность, долговечность и эксплуатационные характеристики конвейера, но и его производительность, металлоемкость, энергоемкость, конструктивные особенности (диаметры барабанов и роликов, шаг установки роликоопор, угол пак.тона боковых роликов, ход натяжного устройства, максимальную длину транспортирования и т. д.).

Специфика условий эксплуатации конвейерных лент в горной промышленности выдвигает к ним ряд требовании, важнейшими из которых являются высокая прочность и малое удлинение при рабочей нагрузке (т. е. высокий модуль упругости при растяжении), малая масса, гибкость, негорючесть, прочность связи каркаса с обкладками, устойчивость к воздействию шахтных вод, агрессивных сред, естественному и температурному старению, медленная вытяжка при эксплуатации.

/Применяемые в настоящее время резинотканевые и рези-нотросовые ленты в полной мере не отвечают всему комплексу предъявляемых к ним требований.

Поэтому проблема обоснования эксплуатационных свойств и разработки высокомодульных лент для конвейеров горной (промышленности является актуальной.

Цель работы. Исследование напряженно-деформированного состояния конвейерных лент при эксплуатации на конвейерах торной промышленности с целью создания высокомодульных лент, наиболее полно отвечающих требованиям торного производства.

Идея работы. Каркасы лент мощных ленточных конвейеров, эксплуатирующихся в горной промышленности и наиболее полно отвечающих требованиям горного производства, могут быть созданы из материалов, обладающих максимальной удельной прочностью и максимальным удельным модулем упругости при растяжении, а также минимальными пластическими деформациями при циклическом нагружешш. Основные научные положения, выносимые на защиту: критериями, характеризующими соответствие материалов 'каркасов конвейерных лент требованиям, предъявляемым условиями горного производства, могут служить удельная прочность и удельный модуль упругости при растяжении;

прочностные характеристики конвейерных лент существенным образом зависят от режима нагружения и условий окружающей среды: предел 'прочности и модуль упругости при растяжении конвейерных лент прямо пропорциональны логарифму скорости нагружения и обратно пропорциональны температуре окружающей среды;

все многообразие режимов нагружения, которым подвергается лента, проходящая по ставу конвейера, включая статическое, динамическое нагружение и ползучесть, описывается интегральным определяющим уравнением, позволяющим рассчитать помимо упругой, также вязкую и пластическую деформации, зависящие от времени действия нагрузки, режима ее приложения и вязкоупругих свойств ленты;

величина необратимых пластических деформаций, отражающих накопление внутренних 'Повреждений, при деформировании конвейерных лент с каркасом из высокомодульных арамидных волокон существенно меньше, чем у лент с каркасом из полиамидных волокон, следствием чего является меньшее снижение прочности арамидных лент при циклическом нагружении.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована достаточным объемом экспериментальных исследований с применением апробированных методов планирования и проведения экспериментов, а также обработки результатов; использованием математического аппарата теории вязкоупругости, проверенного в области исследования композиционных материалов; удовлетворительной сходи-

мостыо (расхождение не более 10%) результатов теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния конвейерных лент. Научная новизна работы:

разработка модели напряженно-деформированного состояния ленты, движущейся по ставу конвейера, учитывающей скорость нагружения, время действия нагрузки и вязко-упругие свойства денгы;

разработка 'Критериев, позволяющих оценить степень соответствия материалов каркасов конвейерных лент требованиям, предъявляемым условиями эксплуатации на конвейерах горной промышленности;

выявление влияния пластической деформации, развивающейся при циклическом нагружении конвейерной ленты, на ее прочность ¡1 учет эюги влияния при установлении запаса прочности конвейерных лент;

установление аналитических зависимостей прочности и .модуля упругости при растяжении конвейерных лент от скорости нагружения и температуры окружающей среды;

установление характера изменения напряжения конвейерных лент по длине прямолинейных участков холостой и рабочей ветвей конвейера с учетом скорости нагружения и определение оголенных значении скорости нагружения лент конвейеров в горной 'Промышленности. Научное значение работы:

разработка метода расчета и выбора конвейерных лент, учитывающего вязкоупругие свойства лент;

установление аналитических зависимостей между напряжениями и деформациями .тент в условиях и режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным;

выявление влияния скорости, режима нагружения, температуры окружающей среды и реологических свойств ленты на ее напряженно-деформированное состояние;

разработка методов экспериментальных исследований конвейерных леи;, .позволяющих разделить упругие и пластические составляющие деформации лент, возникающие при их циклическом нагружении на ставе конвейера.

Практическое значение работы заключается в следующем: обосновании конструкции экспериментальной высокомодульной арамидноп ленты СП-50, по результатам испытаний которой разработаны рекомендация по созданию аралшдных лент для конвейеров горной промышленности;

получении конкретных сведений о поведении арамндных и полиамидных резинотканевых лент в интервале скоростей нагружения, температур и режимов нагружения, свойственных конвейерным' лентам для горной промышленности;

разработке методики расчета и выбора конвейерных лент с учетом их наследственных вязкоупругих свойств;'

о О

установлении запасов прочности высокомодульных ара-мидных конвейерных лент;

разработке «Руководства по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент», позволяющего контролировать их качество и обеспечивающего получение необходимого набора данных для расчета и выбора конвейерных лент в конкретных условиях эксплуатации;

разработке рекомендаций по методам стыковки и расчету параметров стьжа арамидных конвейерных лент. Реализация результатов исследований. Разработанные автором «Руководство по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент» и «Методика расчета параметров и выбора конвейерных лент с учетом их вязкоупругих свойств» использованы АО «РТИ-Каучук», АО «Курокрезинотехника», АО «Курская фабрика технических тканей» при испытании и создании технических тканей и конвейерных лент. По результатам 'испытаний образцов конвейерных лент 2.2 1000X4 ТЛА 4,5X3,5 и 2.2. 1000X4 ТК-200 5X2 АО «РТИ-Каучук» был опроведено совершенствование технологии 'Производства и конструкции лент, в результате чего количество выбра'КОЕашшх лент сократилось на 10%. Расчетный экономический эффект от внедрения результатов работы на АО «РТИ-Каучук» равен 341,058 млн. руб. |(в ценах 1993 г.).

Исследования напряженно-деформированного состояния ткани ТК-100, 'используемой для производства прокладок конвейерных лент, которые были проведены в соответствии с «Руководством по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент», позволили заменить ткань г. линейной /плотностью 187 текс на ткань с линейной плотностью 93,5 текс. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований, проведенных в диссертационной работе, на АО «Курская фабрика технических тканей» равен 4,636 шли. руб. (в ценах 1993 г.).

Испытания тканей ТК-200, ТЛК-200МА и ТЛА-200МА для прокладок огнестойких конвейерных лент выявили ткани с пониженным относительным удлинением при рабочей нагрузке, использование которых снизило количество лепт, не соответствующих научно-технической документации, на 10%. Величина расчетного эффекта от внедрения результатов исследований, проведенных в диссертационной работе, на АО «Курокрезинотехника» равна 1258,371 млн. рмб. (в ценах 1994 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на 1 Всесоюзном научно-техническом семинаре «Применение полимерных композиционных материалов в машиностроении» (Ворошиловград, 1987), на научно-технической конференции «Методы расчета

изделий из высокоэластичных материалов» (Рига, 1989), на научно-технической конференции «Экологические проблемы горного производства» (Москва, 1994), на семинаре «Проблемы и перспективы горной техники» (Москва, 1994).

Результаты работы докладывались в ИГД им. А. А. Око-чинского, ВНИИПТмаше, АО «Курскрезннотехника», АО «РТИ-Каучук», АО «Курская фабрика технических тканеГг>.

Основные результаты диссертации опубликованы в 19 научных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, изложенных на 284 страницах машинописного текста, включает 72 рисунка, 48 таблиц, описок литературы из 134 наименований и три приложения.

Автор выражает глубокую благодарность профессорам Л. И. Чугрееву, Н. Г. Картавому, В. А. Дьякову и доценту И. В. Запенину за помощь при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние проблемы, цель и задачи исследований

В основу решения проблемы создания нового типа конвейерных лет, наиболее полно удовлетворяющих требованиям горного производства, должен бьпь положен богатый вклад, который внесли видные отечественные ученые: И. Я. Бнлн-ченко, В. С. Волотковскпп, Е. М. Высочин, М. Ф. Герасимова, М. А. Гладких, Г. Ф. Голиков, В. П. Головань, Ю. И. Григорьев, Г. Н. Гулепко, В. Г. Дмитриев, В. А. Дьяков, В. К. Дьячков, Е. X. Завгородшш, И. В. Запенин, Р. Л. Венков, Ю. С. Зуев, С. Г. Карбасов, Г. Г. Кожушко, В. А. Ле-петов, Ф. А. Махлис, Д. Ш. Монастырский, В. И. Морев, А. Г. Нохрин, Г. И. Плешаков, Ы. С. Поляков, В. Т. Полунии, В. К. Смирнов, А. О. Спиваковскип, Ю. Д. Тарасов, X. С. Хосаев, Л. И. Чутреев, Л. Г. Шахмейстер, В. В. Шкон-да, И. Г. Штокман, В. И. Фролов, Л. И. Эштель и др.

Анализ свойств применяемых в настоящее время полиамидных и полиэфир-полнами.лых резинотканевых лепт, а также резнпотроервых лент показал, что они не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к лентам для конвейеров горной промышленности. Так, резинотканевые ленты обеспечивают прочность не более 2400—3200 Н/мм, удлинение при рабочей нагрузке 3,5—4,0% и имеют горючий каркас. Использование резинотросовых лент позволяет увеличить прочность до 6000 Н/мм и снизить удлинение 1при рабочей нагрузке до 0,25%, однако в 1,3—1,8 раза повышает

трудоемкость стыковки, увеличивает массу ленты в 1,4—2,2 раза, снижает срок службы ленты из-за коррозии тросов.

Материалы каркасов резинотканевых и резинотросовых лент достигли предельно возможных значений удельной прочности и удельного модуля упругости (отношения предела прочности и модуля упругости элемента единичной длины к его массе), и дальнейшая оптимизация характеристик конвейерных лент возможна лишь путем использования в качестве каркаса высокопрочных высокомодульных материалов.

Анализ показал, что углеродные, борные, арамидные и стекловолокна имеют показатели удельной прочности и модуля упругости, в 1,5—2 раза превосходящие показатели полиамидов, полиэфиров и металлов, используемых для изготовления конвейерных лент. Проверка степени их соответствия остальным требованиям, предъявляемым к каркасам конвейерных лент (прочность при изгибе, при скоростном на-гружении, негорючесть, хорошая адгезия с резиной), показала, что наиболее перспективным материалом является ара-мидное волокно.

Преимуществом арамида является то, что он соединяет прочность, удлинение и негорючесть металла (разрушающее напряжение до 5400 Н/мм, удлинение при рабочей нагрузке' 0,4%) с легкостью и гибкостью обычных текстильных волокон (плотность 1,44 т/м3).

Создание конвейерных лент с каркасом из арамида требует проведения экспериментальных и теоретических исследований с целью обоснования их конструкции, получения данных о напряженно-деформированном состоянии в условиях и режимах нагружения, присущих лентам в горной промышленности.

На основании анализа состояния проблемы в работе были поставлены и решены следующие задачи:

разработка критериев, характеризующих соответствие материалов каркасов лент требованиям, предъявляемым условиями горного производства;

обоснование оптимальной конструкции конвейерной ленты, обеспечивающей при эксплуатации в условиях горной •промышленности высокую прочность, малое удлинение при рабочей нагрузке, малую изгибную жесткость, высокую прочность связи обкладок с каркасом, негорючесть, стойкость к воздействию шахтных вод, агрессивных сред;

•экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния лент для конвейеров горных предприятий в условиях и режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным, выявляющие особенности поведения лент под нагрузкой и позволяющие разработать математическую модель конвейерной ленты;

обоснование и составление математической модели для анализа напряженно-деформированного состояния конвейерной ленты, проходящей но ставу конвейера, которая позволяет описывать закон и последовательность приложения нагрузок к ленте;

установление закономерностей поведения конвейерных лент при различных режимах нагружения и условиях окружающей среды с целыо установления влияния скорости нагружения и температуры па величину предела прочности и модуля упругости при растяжении конвейерной ленты;

разработка методики расчета п выбора лент для конвейеров горных предприятий с учетом реологии .тенты, а также установление научно обоснованного запаса прочности ара-мндны'х конвейерных лент;

проведение оценки уровня качества традиционных и вновь созданных арамндных конвейерных лент для определения степени их приближения к эталонному образцу;

технико-экономическое обоснование применения высокомодульных арамидных конвейерных лент, выявляющее их преимущества при эксплуатации в условиях горного производства.

Обоснование конструкции арамидной конвейерной ленты и подготовка эксперимента

Арампдпое волокно — это сшггетпческое волокно, полученное переработкой ароматических полиамидов. При формовании нитей раствор полимера в сильной кислоте экетру-дируется через фильеру и после прохождения воздушной прослойки попадает в осаднтельную ванну с холодной водой. При изменении растворителя, условии ннтеобразования и последующих термообработок могут быть получены волокна разных видов: кевлар и намеке производства фирмы Дюпон, арепка и тварон производства фирмы Акцо, феннлен, терлоп, вниивлон н СВМ российского производства и пр.

На характеристики конвейерной ленты оказывает влияние не только материал каркаса, по и структура прокладочной ткани. Поскольку наибольшая прочность и наименьшее удлинение создаются переплетением с минимальным количеством пересечен, а кругка нитей увеличивает' их прочность на 15—20%, для экспериментальной арамидной конвейерной лен гы была разработана кордная ткань СП-50 из отечественного волокна типа вниивлон с толщиной крученой нити 0,64 мм и плотностью заполнения ткани по основе 64%. Чтобы исключить перетирание основы, уток изготовлен из капроновых нитей с более низким коэффициентом трения.

Из высокомодульной ткани СП-50 на АО «РТИ-Каучук» была изготовлена экспериментальная однопрокладочная лен-

та толщиной 4 мм и шириной 800 мм. Нанесение на прокладку резинового оквиджа толщиной 0,1—0,2 ¡мм 'Позволило получить прочность связи обкладок и каркаса не менее 4 Н/мм. Экспериментально установленная .прочность ленты СП-50 — 243,1 Н/мм, относительная деформация при нагрузке, равной 10% от разрывной,— 0,65%, модуль упругости отри растяжении— 3740 Н/мм. При использовании в качестве основы жгутов, скрученных из нескольких нитей, повышении плотности заполнения и применении двух'прокладочного каркаса может быть создана лента прочностью 1500—5400 Н/мм.

Для получения истинных данных о свойствах конвейерных лент необходимо, чтобы условия проведения экспериментов, действующие нагрузки и характер нагружения соответствовали действительным эксплуатационным нагрузкам. Поэтому для испытания образцов конвейерных лент использовалось •оборудование, позволяющее моделировать реальные режимы нагружения ленты и условия окружающей среды — испытательная 'Машина «Инстрон» и климатическая камера «Атлас».

В связи со статистической .природой прочности конвейерных лент, являющейся случайной величиной и подчиняющейся нормальному закону распределения, результаты испытаний зависят от формы, размеров образцов и их количества. Испытания партии из десяти образцов позволили установить, что для достижения точности 90%, 'принятой в машиностроении и горном деле, достаточно провести три идентичных опыта. При увеличении ширины ленты ввиду масштабного эффекта наблюдается снижение прочности. Зависимость прочности от ширины ленты имеет вид

где сто — прочность одной нити, Н;

В — ширина ленты, мм;

то— масштабный коэффициент.

Для арамндной ленты СП-50 сто=210 Н, т0=0,905.

Анализ режимов нагружения ленты, проходящей по ставу конвейера, показал, что наиболее характерными являются нагружение на прямолинейных участках холостой и рабочей ветвей при установившемся эксплуатационном движении ленты, динамическое нагружение и нагружение на переходных участках ,к приводным 'барабанам.

Скорость 'Приложения нагрузки к ленте на "прямолинейном участке рабочей ветви равна

0 = 0 0-Вт°,

(1)

¿ор

(ргр + рл) ([|)Р • соэ Р + ЭЩ В) • V -Г- V у

в

Скорость приложения нагрузки к ленте на прямолиией ном участке холостой ветви равна

Ch, рл (о)х • cos Э rt sin ?)' 'v + Рр" ">хг'

° х = It ^

В

(3)

где

rrpi |'л- >

СОп

COv

5

-погонная нагрузка от массы груза, ленты и вращающихся частей ролнко-олор па рабочей и холостой ветви, Н/мм;

коэффициент сопротивления движению ленты; -ширина ленты, мм; -угол наклона конвейера, град. Поскольку арамидные лепты предназначены для эксплуатации на мощных конвейерах, для которых коэффициент сопротивления движению от натяжения практически не зависит, то все величины, входящие в формулу для определения скорости нагружения ленты сг, можно считать (Постоянными. Расчет скорости нагружения арамидных лент при навеске их на конвейеры для угольных и сланцевых шахт типажного ряда, разработанного ИГД им. А. А. Скочмнского и Дон-гиироуглемашем, показал, что она находится в пределах 0,02. .".0,85 Н/мм2■ с.

Лента, набегающая па барабан, нагружается изгнбнымн напряжениями на переходном участке, длина которого определяется по зависимости

/

VaS

VV+1

1

пер

а, -а0

X

X 111

где

а,

- 1п | a, -f к а,' + 1

SirfRjr .

^tnr * ^

(7 -

нб

?0 — arctg

А'о== б • sin фо; 1

/?б 5„б

5нб —натяжение в набегающей ветви ленты, Н;

/ — момент инерции ленты, мм4; Еиэг — модуль упругости ленты при изгибе, Н/мм; /?б — радиус барабана, мм.

/ /:„,..У

(4)

(5) («)

(7)

а

Расчеты показали, что длина переходного участка составляет 18,1—67,1 мм и скорость нагружения прокладки арамидной ленты изгибными напряжениями находится в пределах 2—10 Н/М'М2 • с.

Предшествующими исследованиями автора установлено, что скорость нагружения ленты динамическими усилиями составляет порядка 10 Н/мм2-с.

Экспериментальные исследования конвейерных лент

Экспериментальные исследования арамидной ленты СП-50 и полиамидных лент в шахтном исполнении охватывали все режимы нагружения, присущие лентам для конвейеров горной промышленности:

— испытания на одноосное растяжение со скоростями 0,1; 1,0; 10,0 Н/мм2-с;

— циклическое нагружение образцов лент до рабочей нагрузки;

— исследование влияния температуры на прочность и модуль упругости;

— исследование естественного и температурного старения;

— исследование ползучести и релаксации;

— моделирование нагружения лент на ставе конвейера.

Диаграммы деформирования арамидной 'конвейерной ленты СП-50 при одноосном растяжении линейны (рис. 1), и модуль упругости при определенной скорости нагружения во всем диапазоне деформирования остается постоянным. Резинотканевые ленты ТА и ТК с каркасом из полиамида имеют нелинейную зависимость между напряжением и относительной деформацией. Диаграмма деформирования в зоне рабочих нагрузок имеет два участка: первый до относительной деформации е= 1,25... 2,0% — вогнутый, а второй, с деформацией 1,25... 2,0% —выпуклый. Модуль

упругости этих лент является переменной величиной и при переходе ко второму участку уменьшается. Величина модуля упругости арамидной ленты СП-50 три нагрузке, равной 10% от разрывной, в 3,3—13 раз выше модуля упругости полиамидных резинотканевых лент. Угол наклона диаграммы деформирования при одноосном растяжении зависит от скорости нагружения. С увеличением скорости нагружения диаграмма поднимается вверх к осп напряжений. С увеличением окорост.и нагружения от 0,1 до 10 Н/мм2-с модуль упругости ленты СП-50 возрастает в 1,25 раза.

При увеличении скорости нагружения происходит упрочнение конвейерных лент — увеличение предела прочности. Так, с возрастанием скорости от установившейся эксплуатационной, равной 0,1 Н/мм2-с, до динамической, равной 10,0 Н/мм2-с, предел прочности ленты ТА-100 увеличивается

/ /

1// /

■N С,"

hi , ' г

i i '/ /< / // / , // / !

хч '

//

///

V//

r.u

"/¡г

sm '/ .С : ■'/ /

на 28,2%, ленты ТК-200 — на 14,3%, ленты СП-50 —на 23,6%.

Зависимость предела прочности от скорости нагружения в логарифмической системе координат представляет собой прямую линию. Аналитически зависимость предела прочности з8 от скорости нагружения а выражается следующим образом:

— для арами,дной лепты СП-50

0а —28,7 ^'(о- Ю3) + 185,7 Н/мм; (9)

— для полиамидной ленты ТА-100

<тв = 10,8 1й(а-Ю3) +56,0 Н/мм; (10)

— для полиамидной ленты ТК-200

ста = 11,1 ¡^(ст• 103)+ 133,0 Н/мм. (11)

Так <как с увеличением скорости нагружения увеличивается угол наклона диагралимы деформирования к оси деформации, то увеличивается и модуль упругости ленты Е.

Зависимость величины модуля упругости при растяжении ленты СП-50 от скорости нагружения имеет вид

¿' = 467,5 (а - 103) +2805,0 Н/мм; (12)

Если известен модуль упругости ленты СП-50 £р при скорости нагружения 01=0,1 Н/мм2-с, то модуль упругости для другой скорости нагружения а; рассчитывается по зависимости

= [0,12 1»'(ст; • 103)+0,77]Н/мм; (13)

При циклическом нагружении конвейерных лент возникают упругие, вязкие и пластические деформации. При нагружении все эти деформации складываются, а при разгрузке упругая деформация исчезает одновременно со снятием внешних сил, вязкая исчезает постепенно, а пластическая деформация является необратимой и накапливается от цикла к циклу. Особенно интенсивно процесс накопления пластических деформаций происходит за первые три-четыре цикла нагружения, а затем лепта выходит на рабочие характеристики.

Экспериментально установлено, что армидная лента СП-50 имеет остаточные пластические деформации при циклическом нагружении в 350—360 раз меньшие, чем полиамидные ленты.

Величина механических потерь при циклическом деформировании характеризуется относительным гистерезисом:

Отношением энергии рассеяния к полным затратам энергий за цикл. Относительный гистерезис ленты СП-50 равен 0,02, что в 26 раз меньше, -чем у полиамидной ленты ТА-100.

Для конвейерных лент величина деформации зависит не только от нагрузки, но и от времени ее действия. Поэтому экспериментально исследовались процессы ползучести и релаксации.

Исследования ползучести ленты СП-50, проведенные на трех уровнях нагрузки 25, 50 и 100 Н/мм, показали, что скорость ползучести равна 64X10~7% в час, против 57ХЮ_3% в час для ленты ТК-200 и 76X1в час для ленты ТА-100. Следовательно, арамидная лента вытягивается в 10000 раз медленнее, чем полиамидные « при эксплуатации не будет нуждаться в перестыковках.

Кривая релаксации арамидной ленты СП-50 описывается уравнением

a(t)=a0-R, (14)

где сто—начальное напряжение;

R — коэффициент релаксации; t — время релаксации.

Коэффициент релаксации определяется по зависимости

R=0,136-' +0,87 (15)

Эксперименты показали, что установившаяся скорость релаксации напряжений арамидной ленты СП-50 равна 37ХЮ-6% в час, а полиамидной резинотканевой ленты ТК-200— 187X10"3% в час.

Характеристики конвейерных лент зависят от температуры окружающей среды. При увеличении температуры прочность арамидной ленты СП-50 падает почти линейно, а относительное удлинение в диапазоне температур —100...+100° С меняется незначительно.

Экспериментально установленный коэффициент зависимости прочности арамидной ленты СП-50 от температуры р(авен

а„ом [197,6+ 0,48(400— 7-)] П6)

380 '

где а,юм — прочность ленты при 20° С, Н/мм;

Т — температура окружающей среды, "С.

Для полиамидных конвейерных лент температурная зависимость прочности выражена гораздо сильнее. Так, при повышении температура до +100° С прочность ленты ТК-200 падает в 1,48 раза, а ленты СП-50 —в 1,15 раза.

Длительное воздействие на резиносодержащие компоненты 'конвейерных лент температурных и атмосферных факторов приводит к ухудшению их физико-механических

свойств — старению. Например, у ленты ТК-Ю0Х5 гаосле трех лет эксплуатации в условиях обогатительной фабрики прочность снизилась в 2,1 раза, модуль упругости упал в 2,0...2,5 раза, резко возросло относительное удлинение при рабочей нагрузке. Поскольку ¿проведение испытаний на естественное старение арампднон ленты СП-50 требует длительного времени, для нее проводились ускоренные испытания на 'климатическое старение: выдержка при температуре (200± 1)° С в течение 168 часов.

Выяснено, что арампдные ленты значительно менее чувствительны к старению, чем полиамидные — их прочность и модуль упр\гости при испытаниях снизились на 8,4%.

При разработке способа стыковки арамидных конвейерных лепт исследовались различные схемы разделки концов ленты: одинарный аык «»нахлестнув с прямыми кромками, одинарный стык «внахлестку» с концами «пальцеобразной» формы, двойной стык «внахлестку» с прямыми кромками. На основании экспериментальных исследований установлено, что оптимальным стыком арамидных лент является одинарный стык «внахлестку» с прямыми кромками, соединенными способом горячей вулканизации.

Длина стыка, обеспечивающая равнопрочность с лентой, равна

/„=3,33, (17)

где В— ширина ленты, мм.

Способ холодной вулканизации обеспечивает при равных геометрических размерах прочность в 1,4 раза ниже.

Опыты доказали преимущества арамидных лен г при режимах пагружения и условиях внешней среды, присущих лен гам для конвейеров горных предприятий. По результатам экспериментов сформулированы требования к конструкции высокомодулЬ'Пых арамидных лент, включающие в себя следующие пункты:

— для предотвращения схода ленты в сторону в осиоде прокладочной ткани должна применяться двухсторонняя кратка;

— так как нанесение дополнительной резиновой прослойки увеличивает прочность связи обкладок и каркаса, но усложняет разделку кромок при стыковке, рекомендуется не прнвулканпзпровать прослойку и обкладки на концах ленты;

— для создания необходимой каркаспости ленты и повышения эффективности технологических обработок ¡прокладки плотность ткани по утку должна составлять не менее 50—75% площади заполнения ткани; прочность утка должна быть не менее 0,25 прочности основы;

так как при механической резке могут 'быть ¡перерезаны редко расположенные нити основы, то предпочтительно не изготавливать ленты с нарезным бортом;

— следует учитывать усадку арамидной ткани порядка 11% при пропитке ее адгезионным составом.

Разработка методики расчета и выбора арамидных конвейерных лент

В результате экспериментальных исследований установлено, что поведение конвейерной ленты определяется не только величиной внешней нагрузки, но и скоростью, временем действия, режимом нагружения, а также предшествующими нагружениями (предысторией нагружения) и свойствами самой лентьи

Это говорит о том, что лента является вязкоупругим телом и уравнение, описывающее ее напряженно-деформированное состояние, должно включать параметр «время», характеристики режима нагружения (в первую очередь скорость нагружения), а также величины, учитывающие вязкоупругие свойства ленты.

В соответствии с этим исследуемая арамидная лента представлена вязкоупругой моделью, обладающей наследственными .свойствами, поведение которой описывается линейным определяющим уравнением:

_ _1_

Е~ Е

'(0 + ¡K(t-x)-o(x).dx

(18)

Это уравнение предполагает, что полная деформация тела складывается из двух слагаемых. Первое представляет собой мгновенную упругую деформацию, зависящую только от действующего в данный момент времени напряжения и исчезающую одновременно с прекращением его действия. Второе слагаемое принято называть внутренним трением или наследуемой деформацией. Оно характеризует вязкие деформации тела, исчезающие с течением времени, и необратимые пластические деформации. Наследуемая деформация пропорциональна величине предшествующего напряжения а(т), времени его действия dx и некоторой функции K(t—т), называемой ядром наследственности и характеризующей вязкоупругие свойства лент.

На основании шредварительных исследований в качестве ядра наследственности выбрано двухпараметрическое ядро Абеля, упрощающее расчеты и сокращающее количество экспериментов для определения параметров.

= (19)

{t- т)«

Где к и а — параметры, подлежащие определению.

Эти параметры могут быть определены двумя 'способами: по кривым ползучести или по диаграммам нагружения с постоянной скоростью.

При обработке экспериментов на ползучесть [<т(т) =сопз1] интегральное уравнение преобразовывается в простое алгебраическое соотношение

1 + -Л. (20)

1 — а )

Для определения параметров определяющего уравнения ■необходимо иметь диаграммы ползучести при трех уровнях нагрузки (рис. 2). например. сГ1 = 25 Н/мм, аг==50 Н/мм, аз=Ю0 Н/мм. Для одной и той же деформации 0,9 3% и 83= 1,375%) двух 'различных кривых ползучести составляются определяющие уравнения.

Параметры ядра наследственности к и и находятся при решении системы уравнений:

1 +

■V-

1 4-

1 +

. 1 2

. / 1-»

(21)

1

и

Здесь Л и /2' — время достижения деформации р2 но первой и второй кривым ползучести; /г и /з — время достижения деформации бз то второй и третьей кривым ползучести.

Во втором случае для определении параметров определяющего уравнения достаточно иметь две диаграммы деформирования, полученные с различными скоростями нагружения, например 01=0,1 Н/мм2-с и сх2 = Ю Н/мм2-с. Проинтегрировав определяющее уравнение, получим простые алгебраические зависимости

Е 1

ка1

(1 —а) (2 —а)

_кч2

(1_а)(2-а)

/ г-а 1 1

/ 2-я

(22) (23)

1

£

1

Здесь /) и ¿2 — время достижения деформации в со скоростями 01 и 02 соответственно; Ст] и 02 — напряжение, соответствующее деформации е при скорости 01 и 02. Отсюда параметр к равен

к-

,)(1 — (2 — а)

VI

«г*«1-"

(24)

Весь диапазон изменения относительной деформации разбивается на интервалы ей ег, • • • е; ив соответсвующих точках определяются напряжение 0/ и время //. Изменяя значения параметра 0<а<С1, добиваются того, чтобы значения параметра к во всех точках е1 совпали.

Расчеты показали, что параметры ядра .наследственности, определенные из серии опытов на ползучесть и растяжение при постоянной скорости нагружения, идентичны (¿=0,013, а=0,65), то есть определяющее уравнение с одними и теми же параметрами пригодно для описания поведения конвейерных лент ео всем диапазоне скоростей и режимов нагружения, характерных для эксплуатации лент на конвейере: от скоростного нагружения до длительной ползучести.

Таким образом, определяющее уравнение напряженно-деформированного состояния арамидной конвейерной ленты СП-50 имеет вид:

0,013

в(0 +

0,65

г(т) (¿т

(25)

Оценить величину наследуемой деформации по отношению к упругой для различных типов лент можно, проведя расчет напряженно-деформированного состояния ленты, проходящей по прямолинейному участку трассы длиной 1000 м со скоростью 2 м/с. Приняв в уравнении (22) упругую деформацию за 100%^ можно определить процентное -отношение наследуемой деформации по отношению к мгновенной (табл. 1).

Таблица 1

Соотношение упругой и наследуемой деформации, развивающейся при нагружении конвейерных лент

Тип леиты Значения параметров ядра наследственности Деформация

к а Упругая Наследуемая

СП-50 0,013 0,65 ЮО 17,5

ТА-100 0,05 0,83 100 72,3

ТК-200 0,04 0,93 100 82,5

ЕР-250 0,024 0,85 100 35,8

Очевидно, что арамидные конвейерные ленты обладают менее выраженными вязкопластическими свойствами по сравнению с толпами,дными.

Согласно современным гипотезам возникновение остаточных пластических деформаций объясняется накоплением внутренних повреждений материала при нагруженип, разрывом волокон и ¡перераспределением напряжений между нитями основы.

Докт. техн. наук Ю. В. Суворовой показано, что разделение величины внутреннего трения на вязкую и пластическую составляющие возможно путем разделения только параметра /г, оставляя параметр а неизменным, т. е.

к=т+1, (26)

где т— параметр накопления внутренних повреждений;

I—параметр вязкого течения материала.

Для определения параметра т решается система уравнений, связывающих прочность бездефектной ленты ао.:} с прочностью ленты 01* и 02» при различных скоростях нагру-жения а! и 02-'

2-е

О0. — О,. О]

I ¿ — 7

Он» = а_>* Оч*

т

(1 -а)(2-«)

т

(27)

Отсюда

т

(!_«) (2-а) (о1.-о1.)(1 - а) (2-а)

0{,

'а-1 1—ч '1-1 ~ [ --^7"' * ~ 1

Результаты расчета параметра внутренней поврежденное™ т, характеризующего пластическую деформацию и вязкого течения I, характеризующего вязкую деформацию, приведены в табл. 2.

Для того, чтобы учесть влияние реологических свойств ленты на ее прочность, параллельно с теговым расчетом нужно проводить расчет величины внутреннего трения на харак-

Таблнца 2

Вязкопластическне параметры конвейерных лент

Тип ленты Скорость на гружения, Н/мм2-с Прочность ленты, Н/мм Параметры

0-1 Од з,* V т 1

СП-50 ТК-200 0,1 0,1 10,0 10,0 243,1 155,5 .400,5 177,5 0,010 0,038 0,003 0,002

2

17

тбрных участках трассы конвейера. Характерным участком является тот, на котором меняется закон нагружения ленты o(t) или параметры закона нагружения [скорость прямолинейные участки холостой и рабочей ветвей, зона загрузки, разгрузки, очистки, отклоняющих и обводных роликов и барабанов.

Определяющие уравнения, описывающие напряженно-деформированное состояние ленты на характерных участках, получены путем (подстановки закона нагружения на участке в уравнение (18) и его интегрирования. Определяющие уравнения имеют вид: — для прямолинейных участков холостой ветви

ДSxi't\ i • k

1

ЕВ

(1 -«) (2-а)

— для прямолинейных участков рабочей ветви

_ 1

ЕВ

as i

(28)

(29)

(1 _а)(2-а).

где А5Х/ и — приращение натяжения ца холостом и рабочем участках; ¿XI и —время .прохождения холостого и рабочего участков; В—ширина ленты;

Е — модуль упругости при растяжении;

— для участка загрузки

= <30)

где — сила сопротивления движению ленты на участке загрузки;

¿з —время прохождения загрузочного пункта;

— для участка разгрузки

е< = 4б ( + ^ ^ ) • (31>

ЕВ \ (1 — а) }

где №рг,31. —сила сопротивления движению ленты на участке 'разгрузки; ¿разг —время прохождения разгрузочного пункта;

— для участка очистки

где — сила сопротивления очистного устройства; /оч — время прохождения очистного устройства;

для обводного или отклоняющего барабана « . ^ к

ЕВ +

а)

11-" ' о ар ,

где — натяжение лепты в точке набегания на барабан; /бар —.время прохождения обводного или отклоняющего барабана; % — коэффициент сопротивления; — для батареи роликов

ЕВ

к

(1-а)

(.?4)

где —натяжение ленгы а тсг.ас пабсгпттчя на ролико-

вую батарею; ¿роло —время прохождения роликовой батареи;

К — коэффициент сопротивления.

Просуммировав раздельно внешние сопротивления движению ленты и внутреннее трение, получим определяющее уравнение напряженно-деформированного состояния ленты за один цикл нагружения:

1

р

ВЕ

* ■ »я, ^¿Я/И

(/■ -г-

дя

(1

<-г

V

-.Л— , бар "Г"

0 ...

+ ■

1

(35)

г -I

Здесь с — количество характерных участков, на которые разбита трасса конвейера;

а — количество прямолинейных участков холостой ветви:

в — количество прямолинейных участков рабочей ветви;

Г—период нагружения.

В уравнении (35) выражение в квадратных скобках представляет собой внутреннее трение.

Для расчета конвейерных лент с учетом наследственных вязкоупругих свойств разработана компьютерная программа, позволяющая проводить тяговые расчеты конвейеров и определять внутреннее трение в характерных точках трассь^.

2*

19

к

Исходными данными для расчета являются: производительность и длина конвейера, ширина и скорость движения ленты, погонные нагрузки от массы груза, ленты, вращающихся частей роликоопор на холостой и рабочей ветвях, расстояние между роликоопорами, угол установки конвейера, коэффициент сопротивления движению ленты, параметры ядра наследственности, 'коэффициент релаксации напряжений, параметры внутренней поврежденное™ лент.

Результаты расчета шахтного ленточного конвейера 1ЛУ 100М, оснащенного полиамидной резинотканевой лентой ТК-200 и экспериментальной арамидной лентой СП-50, приведены з табл. 3.

Таблица 3

Результаты расчета конвейера 1ЛУ 100М

Тип ленты Максимальное натяжение, кН Внутреннее трепне, кН Деформация, '%

общее доля в,нут-ренних повреждений упругая наследственная пластическая

ТК-200 СП-50 75,98 73,33 34,16 9,55 32,45 8,08 2,60 0,98 1,20 0,128 1,14 0, ' 08

Величина внутреннего трения, вызванного внутренними повреждениями ленты при деформировании, равна:

— для ленты ТК-200 — 32,45 «Н, или 42,7% по отношению к максимальному натяжению ленты;

— для ленты СП-50 — 8,08 кН, или 11,02% по отношению к максимальному натяжению ленты.

В качестве критерия прочности конвейерной ленты как вязкоупругого тела выбран критерий, согласно которому разрывная прочность ленты должна быть снижена пропорционально величине накопленных повреждений за цикл деформирования, то есть

("шах + °попр) л ^ "рвзр! (36)

где с7тах —максимальное напряжение ленты от действия внешних сил;

Оио:ф —напряжение, учитывающее накопление внутренних повреждений ленты при деформировании; п' — составляющая запаса прочности ленты, не учитывающая внутренние повреждения ленты;

Оразр —разрывное напряжение ленты.

В соответствии с вышеприведенными расчетами критерий прочности принимает вид:

— для полиамидных резинотканевых лент

(вП1ах -| 0,427 =т;1,) л' < =разр (37)

или

1,1-27 зша;; < араэр; (38)

— для арампдных лент

(51вьч -г !П02 1-!Ы,) /.*' ^ врз,р

или

1.1102 а.,,,. П.' < аргр (40)

Величина 1,-127 а' есть пи чю иное, г. г- ч нормапгапып .)а-пас прочности полиамидных резинотканевых конвейерных лет; по отношению к нему запас ирочноеш арампдных конвейерных лент 1,1102«' сос!авляег 77,8%. С учетом того, что доля наследуемого напряжения может колебаться в некоторых пределах, среднюю величину запаса ¡прочности арампдных конвейерных лент можно принять равной 80% от запаса прочности полиамидных лент.

Такое снижение запаса прочности допустимо при выполнении условия

_ т2 (0,45ТУ -ч 0,8,7:, (ОНбП1-' _ р 0 е*

(1 — а2) (2~— я.0 " :) ' )' 2 - ' ' ! г '

где Т—период нагружения;

//'¡1 п Шг — параметры ьиугренней пов^схчлсшюс гн ара-мпдисн и полиамидной леимо;

(■о и (!2 — параметры ядра наследственности арамидной п долиа.мидпол ленты; [( — оо-ффициент сцепления ленты с барабаном; б — угол обхвата барабана лентой.

Это условие выполняется при ц = 0,25, 6=180° для <5778 с; при <1 = 0,25, ¿ = 240" для Г<!2511 с. Поскольку параметры конвейеров горной промышленности таковы, что период нагружения Т меньше рассчитанных значений, то снижение запаса прочности при применении арампдных лент вполне допустимо.

Рекомендуемте'.' опипмально допустимые запасы прочное гп арампдных конвейерных лент приведено:! п габл. 4.

Снижение запасов прочности арампдных конвейерных лент не приведет к снижению их долговечности, так как опыт эксплуатации свидетельствует, что срок службы лепт определяется условиями эксплуатации, уровнем обслуживания и качеством изготовления лент.

Анализ факторов, неучтенных в тягозом расчете (дополнительное нагружение изгибными напряжениями на барабане, динамические нагрузки, неравномерность нагружения про-

кладок, ослабление на стыке, снижение прочности из-за несовершенств технологии изготовления лент, наличие гофров и искривления прокладок, старение, температурное воздействие) на прочность лент, показал, что для арамидных лент коэффициенты концентрации напряжений от указанных нагрузок равны или меньше коэффициентов концентрации напряжений для полиамидных резинотканевых лент. Следовательно, рассмотренные составляющие не требуют увеличения запаса прочности арамидных конвейерных лент.

Таблица 4

Запасы прочности арамидных конвейерных лент

Вид ленты Угол установки конвейера, град. Запас прочности при номинальной прочности прокладки, Н/мм

>400 1 Я00 200 1 100 55

Общего назначения, трудновоспламеняю-щаяся, морозостойкая От 0 до 10 От 10 до 18 6,40 7,12 6,04 7,52 6,40 7,28 6,84 7,28 6,32 7,36

Сравнение результатов прочностных расчетов лент для конвейера 1ЛУ 100М с нормативным и уточненным запасом прочности приведено в табл. 5.

Таблица 5

Результаты расчета конвейера 1ЛУ 100М при использовании полиамидной ленты ТК-200 и арамидной ленты СП-50 с уточненным запасом прочности

Показатели При нормативном запасе прочности При уточненном запасе1 прочности

1. Тшп ленты ТК-200 СП-50 СП-50

2. Максимальное натяжение

ленты, кН 75,98 73, Зв /3,33

3. Запас прочности: 8,0 8,0

нормативный —

уточненный — — 6,4

фактический 10,53 9,95 6,63

4. Расчетное разрывное уси-

лие, кН 607,86 586,61 469,29

5. Количество прокладок, шт.: 3,01

расчетное 2,41 1,93

принятое 4 3 2

Очевидно, что снижение массы арамидной ленты СП-50 по сравнению с полиамидной лентой ТК-200 приводит к уменьшению 'числа тяговых прокладок каркаса с 4 до 3, а понижение нормативного запаса прочности на 20% вызывает снижение числа прокладок до двух.

Обоснование эффективности использования араыидных конвейерных лент

Для определения наиболее эффективного типа конвейерных лент для горной промышленности проведена оценка уровня качества полиамидной резинотканевой, резинотросо-вой и арамидной конвейерных лент равной прочности но следующим единичным показателям: масса ленты, удлинение при рабочей нагрузке, изгибная жесткость, трудоемкость стыковки, износ обкладки, скорость ползучести, поперечная жесткость, прочность связи обкладок и каркаса.

Оценка уровня качества проводилась в соответствии с безэкспертной методикой агрегатирования единичных показателей качества в комплексный показатель, разработанной докт., техн. наук Г. И. Солодом и докт. техн. наук Я. М. Рад-кевичем.

Установлено, что комплексный показатель качества, характеризующий степень приближения .тенты к эталонному образцу, равен 0,578 для резинотканевой, 0,(584 для резнно-тросовой и 0,851 для арамидной конвейерной ленты. Это свидетельствует о преимуществе арамидных лент по сравнению с традиционными.

При навеске арамидных лен г на действующие конвейеры масса ленты снижается в среднем на 20% при замене резинотканевых и па 50% при замене резинотросовых лент. Расчет коэффициента сопротивления движению ленты (зависящего от сил сопротивления движению, вызванных сопротивлением роликов вращению, деформированием ленты и груза, вдавливанием роликов в нижнюю обкладку ленты) по методике, разработанной докт. техн. паут: Р. Г. Дмитриевым, показал, что при использовании арамидных лент величина его незначительно снижается (на 0,2—4,2%). Поэтому использование арамидных лент не приведет к увеличению общего сопротивления движению ленты.

Использование арамидных конвейерных лент снижает погонную нагрузку и уменьшает максимальное натяжение ленты. Так, расчеты показывают, что при замене резинотросовой ленты на арамидную на конвейере К.ЛМ-4500 длиной 3733 м, эксплуатирующемся в составе конвейерного комплекса для подачи бурого угля от борта разреза Березовский до ГРЭС-1 в Красноярском крае, максимальное натяжение ленты снижается на 25,6%, а запас прочности уменьшается с 9,65 до 6,4,

что дает возможность (применить вместо резинотросовой ленты прочностью 5000 Н/мм арамидную ленту прочностью 2500 Н/мм.

Снижение сопротивления движению арамидной ленты вызывает понижение окружного усилия на приводном барабане, а следовательно, и '.мощности привода. Так, для конвейера КЛМ-4500 расчетная потребляемая мощность снижается с 4592 кВт до 3266 кВт, а установочная мощность одного двигателя становится равной 1000 кВт вместо 1600 кВт. Удельная энергоемкость процесса транспортирования у конвейера, оснащенного арамидной лентой, в 1,42 раза меньше, чем у конвейера с резинотросовой лентой.

Малая масса и большая гибкость арамидных лент по сравнению с резинотросовымп позволяет снизить диаметры приводных барабанов в среднем на 20%, а диаметры отклоняющих барабанов на 16,7—40%.

Легкость и меньшая толщина арамидных лент по сравнению с резинотросовыми позволяют увеличить длину ленты в рулоне и тем самым снизить количество стыков. Так, для конвейера КЛМ-4500 с лентой длиной 8400, м количество стыков снижается с 28 до 15, а трудоемкость стыковки уменьшается в 5,6 раза.,

Для получения достоверных данных для расчета, выбора и правильной эксплуатации лент было разработано «Руководство по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент». Руководство оговаривает порядок подготовки образцов к испытанию, проведения экспериментальных исследовании и обработки результатов измерений. По данным испытаний устанавливаются зависимости прочности ленты от скорости нагружения, определяются модуль упругости и относительное удлинение при рабочей нагрузке, а также параметры, характеризующие вязкоупругие свойства лент.

На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований разработана «Методика расчета параметров и выбора конвейерных лент с учетом их вязкоуп-ругих свойств», описывающая порядок определения параметров ядра наследственности, внутреннего трения лент и установления запаса прочности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено решение крупной научной проблемы обоснования эксплуатационных свойств и разработки высокомодульных лент для конвейеров горной промышленности, характеризующихся малой массой и удлинением, высокой прочностью, гибкостью, а также рядом необходимых в условиях горного производства качеств (него-

рючесть, простота монтажа, навески и стыковки, стойкость к воздействию шахтных вод, агрессивных сред, температуры и старения).

^Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ условий эксплуатации и .характеристик конвейерные лент показал, что применяемые резннотросовые и ре-зшюгкапевь:е лепты с сердечником из полиамидных и полиэфирных тканей не отвечают некоторым требованиям, предъявляемым горной промышленностью. Критериями, характеризующими еоопнчстзие материалов каркасе» конвейерных лент требованиям, предъявляемым условиями горного пронз-нодства. могут служить удельная прочность и удельный модуль упругости при растяжении, которые обесиьчлзаит высокую прочность, легкость и малую вытяжку лент при эксплуатации.

2. Оценка возможности использования высокопрочных высокомодульных материалов для изготовления каркасов конвейерных лент показала, что наиболее подходящим является арамидное волокно, соединяющее прочность, негорючесть и малое удлинение металла (разрушающее напряжение 2750 1!/мм?, удлинение пои разрыве 4%) г гибкостью и легкостью синтетических голикон (плотность 1.Í4 т/мг).

8. Каркасом •конвеГч'рлых лент для горней" прэмч'идлеи-ности может служить кордная ¡кань, г,с попои кот-рон служат ниш пли жгуты из аралп:диого волокна, еру :еииые для повышения прочное!!! па 20% дс :;ели».!!1!!-! ь'П —IЮ круток па метр. Увеличение адгезии арамкдпого сердечника с резаной достигается за счет 'пропитки его адгезноппым составом па основе еннтетического каучука и резорцпноформальдегид-ной смолы, а также применением дополнительного резинового сквиджа толщиной 0,1—0,2 мм, к которому привулканизн-руются резиновые обкладки. В соответствии с этими рекомендациями создала экспериментальная лепта СП-,50 с каркасом из отечественного арамидного волокна вниивлон, имеющая ширину 800 М'М, толщину 4 мм, 'Прочность 243 Н/мм.

4. Возможность и целесообразность использования ара-мидных .тент для конвейеров горной промышленности обоснована зкеперпмеи тальнымн исследованиями образцов лент в режимах и условиях нагружения, соответствующих иагру-женпю в эксплуатации. Согласно расчетам скорость пагруже-ния арампднеч"! ленты, навешенной на конвейеры для угольных и сланцевых шахт, при установившемся эксплуатационном движении на прямолинейном участке постоянна и находится в пределах 0,02—0,85 Н/мм2-с. Скорость нагружения прокладки арамидной ленты изпгбнымн н динамическими напряжениями находится в пределах 2—10 Н/мм2-с. Исследо-

ванне образцов арамидной ленты СП-50 показало, что они в отличие от лент с каркасом из полиэфира и ¡полиамида имеют линейную диаграмму деформирования во всем диапазоне нагружения. Величина модуля упругости арамидной ленты при рабочей нагрузке в 3,3—13 раз выше, а удлинение при рабочей нагрузке в 5,4—7,5 раз ниже, чем у полиамидных резинотканевых конвейерных лент типа ТА и ТК. Скорость ползучести яри рабочей нагрузке у ленты СП-50 в 8,4-103—1,1 • 104 раз меньше, чем у лент ТА-100 и ТК-200, что приводит к сокращению хода натяжного устройства конвейера и уменьшению количества перестыковок ленты при эксплуатации. Величина механических потерь при циклическом деформировании ленты СП-50 в 26 раз меньше, чем у ленты ТА-100.

5. Прочностные характеристики конвейерных лент существенным образом зависят от режима нагружения и условий окружающей среды: предел прочности и модуль упругости резинотканевых полиамидных и арамидных лент ¡прямо пропорциональны логарифму скорости нагружения и обратно ¡пропорциональны температуре окружающей среды. При возрастании скорости нагружения от 0,1 до 10 Н/мм2-с предел прочности арамидной ленты СП-50 увеличивается на 23,6%; лепты ТА-100 на 28,2%; ленты ТК-200 на 14,3%. При повышении температуры до +100° С прочность ленты ТК-100 падает в 1,48 раза, а ленты СП-50 в 1,15 раза.

6. Напряженно-деформированное состояние конвейерной ленты описывается интегральным определяющим уравнением, представляющим собой сумму двух слагаемых, первое из которых характеризует мгновенную упругую деформацию ленты, вызываемую внешними нагрузками на ленту, а второе — наследуемую деформацию, величина которой зависит от времени действия нагрузки, скорости и режима ее приложения, а также некоторой функции, называемой ядром наследственности и характеризующей влияние наследственных вязкоуп-•ругих свойств ленты на накопление внутренних повреждений и вязкое течение ленты. Интегральное определяющее уравнение с одним набором параметров ядра наследственности описывает и прогнозирует напряженно-деформированное состояние конвейерной ленты при установившемся движении на ставе конвейера, динамическом нагружении и ползучести.

7. Разработана методика прочностного расчета и выбора конвейерных лент, состоящая из двух частей: стадии тягового расчета, в результате которого определяются напряжения, деформации и внутреннее трение ленты, а также стадии установления экспериментально и теоретически обоснованного запаса прочности. Для инженерных расчетов конвейерных лент разработана программа для ПЭВМ, расчет по которой показал, что доля внутреннего трения от повреждений ленты

при деформировании составляет 42,7% от максимального натяжения полиамидной ленты ТК-200 и 11,02% от максимального натяжения арамндной ленты СП-50.

8. Величина необратимых ¡пластических деформаций, отражающих накопление внутренних повреждений, при деформировании конвейерных лент с каркасом из высокомодульных арамидных волокон существенно меньше, чем у лент с каркасом из «лолиа-мидных волокон. В соответствии с критерием прочности, учитывающим снижение прочности 'Конвейерных лент из-за накопления внутренних повреждений, запас прочности арамидных лепт может бь!>ь снижен на 20% ш> сравнению с нормативным запасом прочности полиамидных резинотканевых лент до величины 0,3-—7,5, в результате чего снижается расчетное разрывное усилие ленты и уменьшается число тканевых прокладок каркаса. Учет вязкоупругих эффектов при прочностном расчете арамидной ленты СП-50, навешенной на конвейер 1ЛУ 100М длиной 1000 м, позволил снизить число прокладок с трех до двух.

9. Использование арамидных конвейерных лент, обладающих меньшей массой и большей .гибкостью в сравнении с резинотросовыми, позволяет снизить общее сопротивление тчжению ленты, разрывную -прочность ленты, мощность привода и количество сты.к а лаве конвейера. Расчет, проведенный на примере кенвэнера К«'ьМ-45и0, эксплуатирующегося в составе конвейерного комплекс» для подачи бурого угля от борта разг,еза Ьерезовслии до ГРЭС-1 и Красноярском крае, показал, что использование арамидных лен г снижает удельную энергоемкость процесса транспортирования в 1,42 раза, количество сгыкоз— в 1,9 раза, разрывную прочность лепты — в два раза.

¡0. Расчетный экономически!"; эффект от реализации результатов исследований, а также «Руководства по проведению испытании технических тканей и конвейерных лент» п «Методики расчета параметров и выбора конвейерных лепт с учетом их вязкоупрупгх свойств» составляет 34,058 млн. руб. для АО «РТИ-Каучук» (в ценах 1993 года); 4,636 млн. руб. (в ценах 1993 г.) для АО «Курская фабрика технических тканей» и 1258,371 млн. руб. (п цепах 1994 г.) для АО «Курскрезпнотехннка->.

Основные материалы диссертации опубликованы и следующих работах:

1. Чугреев Л. И., Ампилогова Н. В. Определение упруговязких свойств конвейерных лент//Известия ВУЗов. Горный журнал, 1984, № 2, с. 56—59.

2. Чугреев Л. И., Ампилогова Н. В. Распределение продольной деформации конвейерной ленты при установившемся режиме эксплуатации/Шахтный и карьерный транспорт. — М.: Недра, 1986, вып. 10, с. 111—115. .

3. Ампилогова Н. В. Исследование поведения конвейерных лент и и прогнозирование их долговечности//Применение конструкционных полимерных материалов в машиностроении. Тезисы докл. 1 Всесоюзной научн,-техн. конф. — Ворошиловград, 1986, с. 188.

4. Чугреев Л. И., Ампилогова Н. В. Определение оптимальных параметров переходных участков от роликоопор к барабанам ленточных коивейеров/УИсследованпе и расчет машин непрерывного транспорта. — М.: ВНИИПТмаш, 1987, с. 68—73.

5. Ампилогова Н. В. Требования к методам расчета и испытания конвейерных лент//Научные и экспериментальные исследования в области конвейеростроения и роботостроения.—М.: ВНИИПТмаш, 1987, с. 68—73.

6. Ампилогоза Н, В. Использование интегральных определяющих уравнений для описания процессов деформирования конвейерных лент// Исследование машин непрерывного транспорта. — М.: ВНИИПТмаш, 1988, с. 25—28.

7. Ампилогова Н. В. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния конвейерных лент//Исследования в области конвейеростроения. — М.: ВНИИПТмаш, 1989, с. 52—57.

8. Ампилогова Н. В., Соколовский С. В., Чугреев Л. И. Напряженно-деформированное состояние резинотканевых конвейерных лент//Тезисы докл. научи.-техн. конф. «Методы расчета изделий из высокоэластичных материалов». — Рига, 1989, с. 10.

9. Ампилогова Н. В. Способы описания напряженно-деформированного состояния конвейерных лент. — М., 1993, 4 с. — Деп. в МГГУ 21.12.93, № 27/9-109.

10. Ампилогова Н. В. Запасы прочности лент конвейеров горных предприятий. — М„ 1993, 4 с. — Деп. в МГГУ 21.12.93, № 27/9-110.

11. Ампилогова Н. В. Перспективные типы каркасов конвейерных лент. — М„ 1993, 3 с. — Деп. в МГГУ 21.12.93, № 2/79-111.

12. Ампилогова Н. В. Сравнительный анализ лент конвейеров горных предприятий. — М., 1993, 4 с. — Деп. в МГГУ 21.12.93, № 27/9-112.

13. Ампилогова Н. В. Перспективы использования высокопрочных высокомодульных лент при создании экологически безопасных конвей-еров//Неделя горняка: Тез. докл.—М.: МГГУ, 1994, с. 152.

14. Ампилогова Н. В, Сопротивление движению арамидных лент. — М., 1994, 6 с.— Деп. в МГГУ 6.04.94, № 27/9-112.

15. Ампилогова Н. В. Экспериментальные исследования арамидных конвейерных лент. — М., 1994, 5 с. — Деп. в МГГУ 6.04.94, № 27/9-123.

16. Ампилогова Н. В. Оценка уровня качества конвейерных лент.— М., 1994, 7 с.— Деп. в МГГУ 6.04.94, № 27/9-124.

17. Ампилогова Н. В. Основные требования, предъявляемые к лентам для конвейеров горных предприятий.—М., 1994, 4 с.— Деп. в МГГУ 6.04.94, № 27/9-125.

18. Ампилогова Н. В., Баташова Л. С., Игнатова Н. А. Перспективы создания высокопрочных высокомодульных лент для конвейеров горной промышленности//Горный журнал, 1994, № 7, с. 57.

19. Ампилогова Н. В. Разделение упругой, вязкой и пластической составляющих деформации резинотканевых конвейерных лент. — М., 1995, 7 с.— Деп. в МГГУ 31.03.95, № 27/9-182.