автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров ленточно-канатного конвейера для горнодобывающих предприятий

На правах рукописи 005045645

ЧЕРВОННЫЙ Сергей Игоревич

ЛЕНТОЧНО-КАНАТНОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 №2012

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

005045645

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Тарасов Юрий Дмитриевич

Официальные оппоненты.

Николаев Александр Константинович доктор технических наук, профессор, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», профессор кафедры транспорта и хранения нефти и газа

Рыжих Алексей Борисович кандидат технических наук, ООО «Горные технологии и инновации», генеральный директор

Ведущая организация - НПК «Механобр-Техника» (ЗАО).

Защита состоится 19 июня 2012 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 18 мая 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета л^

д.т.н., профессор ГАБОВ В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ленточные конвейеры, являясь одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных видов конвейерного транспорта, нашли широкое применение на подземных и открытых горных работах. Применение ленточных конвейеров обеспечивает на горных предприятиях интенсивный путь развития, позволяя использовать поточную и циклично-поточную технологии, широко внедрять автоматизацию производственных процессов, соответствуя при этом современным экологическим требованиям. Постоянно растут объемы перевозок ленточными конвейерами в угольной промышленности, черной металлургии, промышленности нерудных строительных материалов и других отраслях.

В последние годы нашли широкое применение канатно-ленточные конвейеры, которые, по сравнению с обычными ленточными конвейерами, существенно увеличивают длину транспортирования, что обусловлено использованием стальных проволочных канатов в качестве тягового органа.

Однако, существующие конструкции канатно-ленточных конвейеров обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения и снижающих технико-экономические показатели при эксплуатации этих конвейеров. Основными недостатками являются:

- недостаточная производительность из-за ограниченной величины желобчатости грузонесущей ленты;

- значительные габаритные размеры приводных станций и необходимость использования большого числа отклоняющих шкивов при размещении привода за пределами разгрузочных устройств;

- наличие опорных шкивов увеличенного диаметра для тяговых канатов грузовой и холостой ветвей контура ухудшают условия безопасной эксплуатации транспортного средства.

Эти недостатки в значительной степени проявляются при использовании ленточно-канатных конвейеров в подземных условиях и на повышенных уклонах трассы.

Таким образом, конструктивное совершенствование канатно-ленточных конвейеров, определение области их экономически эффективного применения невозможны без совершенствования и установления рациональных параметров элементов линейной части конвейера, что является актуальной задачей для горнодобывающей промышленности и требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Цель работы. Установление закономерностей, связывающих геометрические и силовые параметры усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера, с рекомендацией рациональных значений параметров, обеспечивающих максимальную производительность конвейера при заданной ширине конвейерной ленты и максимально возможную величину тягового усилия, реализуемого стальными канатами тягового контура.

Для достижения обозначенной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследования:

1. Разработка принципиальной схемы ленточно-канатного конвейера с размещением канатного тягового контура внутри контура конвейерной ленты при совмещении в одном приводном блоке канатного и ленточного приводов.

2. Разработка математической модели нового двухконтурно-го ленточно-канатного конвейера, связывающей геометрические параметры размещения тяговых канатов и боковых опорных роликов для грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет выбрать рациональные значения этих параметров, обеспечивающих максимальную площадь поперечного сечения желоба грузонесущей ветви ленты при максимальной составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура.

3. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде, позволяющие установить численные значения параметров функциональных связей между грузонесущим органом (конвейерной лентой с боковыми опорными устройствами) и тяговым органом (двумя стальными проволочными канатами) с возможностью их использования в математической модели при выборе рациональных параметров проектируемого конвейера.

4. Разработка методики расчета двухконтурного ленточно-

канатного конвейера.

5. Формулирование задачи дальнейшего совершенствования конструкции двухконтурного ленточно-канатного конвейера.

Идея работы. Величина составляющей суммарного тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура, определяется расстоянием между канатами и величиной весовой нагрузки на канаты от конвейерной ленты с размещенным на ней транспортируемым грузом.

Методы исследований. Теоретические исследования и экспериментальные исследования на лабораторном стенде, позволяющие установить функциональные и численные значения геометрических и силовых параметров двухконтурного ленточно-канатного

конвейера.

Научная новизна работы:

1. Научно обосновано применение для рекомендуемого ленточно-канатного конвейера двухканатного тягового контура с его размещением внутри ленточного контура при совмещенном приводном блоке, состоящем из шкива и барабана.

2. Разработана математическая модель системы привода конвейерной ленты, обеспечивающая выбор рациональных параметров двухконтурного ленточно-канатного конвейера - составляющих тяговых усилий, реализуемых стальными проволочными канатами и самой конвейерной лентой при заданной производительности конвейера.

Защищаемые научные положения:

1. Математическая модель двухконтурного ленточно-канатного конвейера, описывающая функциональные связи величины составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами, от величины суммарного тягового усилия и площади поперечного сечения транспортируемого груза, с расстоянием между тяговыми канатами и углом наклона боковых роликов грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет определить величины тяговых усилий, реализуемых тяговыми канатами и самой конвейерной лентой, с обоснованным выбором прочных размеров тяговых канатов и конвейерной ленты.

2. Рациональные параметры ленточно-канатного конвейера, обеспечивающие его максимальную производительность и максимальную величину составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, при заданной ширине ленты, определяются при угле наклона боковых роликов 50°, расстоянии между канатами 215мм, участке ширины ленты, опирающейся на боковые ролики равном 50мм.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы:

1. Разработана усовершенствованная конструкция двухконтурного ленточно-канатного конвейера, исключающая недостатки существующих конструкций канатно-ленточных конвейеров, обеспечивающая возможность использования конвейера при увеличенных значениях длины транспортирования, угла наклона конвейера и производительности при той же ширине конвейерной ленты.

2. Разработана методика расчета и выбора рациональных параметров двухконтурных ленточно-канатных конвейеров предлагаемой конструкции.

Реализация результатов работы. Ленточно-канатные конвейеры предлагаемой конструкции рекомендуются для использования в качестве магистральных и подъемных конвейеров в шахтах, рудниках и карьерах горной промышленности, а также в качестве магистральных конвейеров на предприятиях любых других отраслей промышленности.

Личный вклад автора. Разработка усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера и стендов для экспериментального исследования его параметров. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд. Проведены экспериментальные исследования и установлены функциональные зависимости между основными параметрами конвейера. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров ленточно-канатного конвейера и методика расчета двухконтурного ленточно-канатного конвейера.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технической конференции горноэлектромеханического факультета СПГГУ в 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобр-науки России, 4 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 35 рисунков, 14 таблиц и список литературы из 78 наименований. Общий объем диссертации 105 страниц.

Основное содержание работы:

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 1 приведен анализ известных конструкций канатно-ленточных конвейеров, указаны их недостатки и направления со-

вершенствования их конструкции, обеспечивающие улучшение их технико-экономических показателей.

В главе 2 приведено описание конструкции и принципа действия усовершенствованного варианта разработанного двухконтур-ного ленточно-канатного конвейера.

В главе 3 приведена разработанная математическая модель двухконтурного ленточно-канатного конвейера и, определяемые на ее основе, производительность конвейера, статические сопротивления движению тягового и несущего контуров, составляющие тяговых усилий, реализуемых стальными проволочными канатами и конвейерной лентой. Описана принципиальная схема приводного блока для тягового и несущего контуров.

В главе 4 рассматривается конструкция экспериментального стенда, методика проведения экспериментальных исследований, приведены результаты исследований и, аппроксимированные на их основе, функциональные связи между основными параметрами конвейера.

В главе 5 приведена методика расчета усовершенствованной конструкции двухконтурного ленточно-канатного конвейера, позволяющая выбирать его рациональные параметры в зависимости от заданных или принятых исходных данных при проектировании конвейера, а также предложена конструкция бункера, обеспечивающая снижение динамических нагрузок на конвейерную ленту в зоне ее загрузки транспортируемым грузом.

Заключение отражает обобщенные выводы и рекомендации по результатам исследований в соответствии со сформулированной целью и решаемыми научными и практическими задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Математическая модель двухконтурного ленточно-канатного конвейера, описывающая функциональные связи величины составляющей тягового усилия, реализуемого сталь-

пыми проволочными канатами, от величины суммарного тягового усилия и площади поперечного сечения транспортируемого груза, с расстоянием между тяговыми канатами и углом наклона боковых роликов грузонесущсй ветви конвейерной ленты, что позволяет определить величины тяговых усилий, реализуемых тяговыми канатами и самой конвейерной лентой, с обоснованным выбором прочных размеров тяговых канатов и конвейерной ленты.

Разработана конструкция двухконтурного ленточно-канатного конвейера (рис.1) и методика расчета и выбора основных его параметров. Использование такого конвейера позволит, по сравнению с традиционными канатно-ленточными конвейерами, увеличить длину транспортирования, что обуславливается перераспределением тягового усилия между лентой и канатами, увеличить производительность конвейера при той же ширине ленты за счет увеличения площади поперечного сечения.

Рис. 1. Поперечное сечение двухконтурного ленточно-канатного конвейера: 1,2 — грузонесущая и холостая ветви конвейерной ленты с опорными роликами 3, 4; 5, 6 - стальные проволочные канаты тягового контура; 7-опорный ролик для тяговых канатов грузонесущей ветви; 8- рама конвейера, 9 - транспортируемый груз.

9

Соотношение тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, и суммарного тягового усилия:

Ш

хт= — , О)

где 1¥0- суммарное тяговое усилие, кН; ]¥к- тяговое усилие, реализуемое стальными проволочными канатами, кН.

При заданной производительности конвейера, которой соответствует значение суммарного тягового усилия Иго, тяговое усилие, реализуемое самой конвейерной лентой (Н):

(2)

Величина Кт функционально связана с параметрами конвейера:

, я2 , а , Кт=К--к2--к3, (3)

где а- расстояние между тяговыми канатами, м; В- ширина

конвейерной ленты, м; к{,к2,къ- коэффициенты, зависящие от угла

а наклона боковых опорных роликов конвейерной ленты и участка Ъ (м) ширины ленты, опирающейся на боковые ролики.

Значение этих коэффициентов определены по результатам экспериментальных исследований на стенде.

При этом значение коэффициента Кт, определяемое по

формуле (3), принято с запасом из условия равенства / « а>л, где / - коэффициент трения (сцепления) между тяговыми канатами и грузонесущей ветвью конвейерной ленты; сол - приведенный коэффициент сопротивления движению ленточного контура по боковым опорным роликам грузонесущей ветви и роликоопорам нерабочей ветви с учетом местных сопротивлений движению.

Тяговое усилие, которое может быть реализовано двухканат-ным тяговым контуром, равно (Н):

WK=gKTL(qj¡+q)-fc os/?, (4)

где L - длина конвейера, м; <?.„ q- линейная масса конвейерной ленты и транспортируемого груза, кг/м; /? - угол наклона конвейера.

Величина WK превышает значение WK . Поэтому при выборе размеров канатов целесообразно принимать значение WK (4), а

при выборе размеров конвейерной ленты величину WK , определяемую по формуле (2), что обеспечивает достаточный запас прочности как тяговых канатов, так и конвейерной ленты с соответствующим повышением надежности эксплуатации двухконтурного ленточного канатного конвейера.

Производительность, обеспечиваемая ленточно-канатным конвейером, определяется по известной формуле (т/ч):

Q = SóOOFv/, (5)

где F -площадь поперечного сечения транспортируемого груза на грузонесущей ветви конвейерной ленты, м2; v - скорость движения ленты совместно с канатным тяговым контуром, м/с; у -насыпная плотность транспортируемого груза, т/ м3. При этом площадь F (м2) определяется следующим образом:

F = 0,25tg0 • {а + [(Л - а) - 2А] • cos а}2 + + {а + 0,5[(Я -а)- 2А] ■ cos а} • [0,5(5 - а) - А] • sin а, (6)

где в - угол откоса транспортируемого груза на движущейся конвейерной ленте, град.; В - ширина конвейерной ленты, м; а - расстояние между двумя канатами круглого поперечного сечения, м; А -

ширина свободной от транспортируемого груза кромки конвейерной ленты, м.

Для обеспечения максимально возможной производительности конвейера при заданных параметрах В, а, А , 9 боковые ролики устанавливаются под углом наклона а, определяемым непосредственно из уравнения (6), графика функции F(a), построенного при различных значениях угла а, или из приравненной к нулю производной dF/da этой функции. Для обеспечения максимального тягового усилия, реализуемого канатным тяговым органом, сообщаемого конвейерной ленте, величину угла a наклона боковых роликов следует принимать максимально возможной при условии обеспечения заданной производительности.

Сопротивление движению грузонесущей ветви тягово-несущего контура (Н):

Wrp = gL{(kq, + £qK + q) ■ (Veos fi ± sin /?) + qpiw\, +qpKw\ ], (7)

где L — длина конвейера (м); к — отношение длин ленточного L0 и канатного L контуров при рабочих натяжениях соответственно ленты и каната (к = L(/L); qn ,qK, q — линейная масса соответственно ленты, каната (или канатов) и транспортируемого груза (кг/м); w'— приведенный коэффициент сопротивления движению грузонесущей ветви тягово-несущего контура; ¡3 - угол наклона конвейера (град.); qp„ qpK — линейная масса вращающихся частей роликоопор соответственно для ленты и каната (кг/м); w,' wK' -коэффициенты сопротивления движению соответственно ленты и каната по указанным выше роликоопорам.

Сопротивление движению нерабочей ветви тягово-несущего контура (Н):

Wx=gL{(kq,, cos/?±sin/?) +V1], (8)

где qpx - линейная масса вращающихся частей роликоопор на нерабочей ветви тягово-несущего контура (кг/м); W- коэффициент сопротивления движению тягово-несущего контура на его нерабочей ветви.

Коэффициент w' может быть определен как средневзвешенная величина коэффициентов сопротивления движению ленты и каната по роликоопорам:

W = [X Чк < +<p(q + kq,)< +(1 - Ф) ' (Я + кЯ» У' w' J * (9)

где (р — доля весовой нагрузки, приходящаяся на тяговый канат. Что касается параметра н>", то он равен коэффициенту сопротивления движению тягово-несущего контура по роликоопорам нерабочей ветви ленты. Величина показателя (р определяется в зависимости от принятой формы лотка ленты на грузонесущей ветви. При этом <р&кг.

Суммарные сопротивления движению тягово-несущего контура (Н):

YJV = qKL{ [(ikqл + £ qK ) • (w'+w'') + qW ] cos fi ± ^

±qsmP + qpiw\4+qpKw\+<lpx™"}

где К- коэффициент (K>1) учитывающий местные сопротивления движению тягово-несущего контура.

Численные значения рациональных параметров рассмотрены во втором научном положении.

2. Рациональные параметры ленточно-канатного конвейера, обеспечивающие его максимальную производительность и максимальную величину составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, при заданной ширипе ленты,

определяются при угле наклопа боковых роликов 50°, расстоянии между канатами 215мм, участке ширины ленты, опирающейся на боковые ролики равном 50мм.

В настоящее время для выбора параметров разрабатываемого ленточно-канатного конвейера отсутствуют необходимые для расчета данные. Эти данные можно получить только экспериментальным путем при исследовании тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами и самой лентой.

4

канатного конвейера: 1- отрезок конвейерной ленты; 2- проба транспортируемого груза; 3,4 - боковые опорные ролики для ленты 1; 5, 6 - отрезки тяговых канатов; 7, 8 - двуплечие рычаги с шарнирами 9, 10 и сменными грузами 11, 12; 13, 14 - опорные ролики для канатов 5, 6

В результате проведенных стендовых экспериментальных исследований (рис.2) установлены функциональные зависимости (рис.3), определяющие величину коэффициента Кт при различных значениях расстояния а между канатами, углах а наклона боковых опорных роликов для конвейерной ленты и участка Ь ширины ленты, опирающейся на боковые ролики:

где а - расстояние между тяговыми канатами, м; В - ширина конвейерной ленты, м; к,, к2, к3 - коэффициенты, величина которых зависит от угла а наклона боковых роликов для ленты и участка Ь(м) ширины ленты, опирающейся на боковые ролики:

При а = 50 градусов и Ь = 50 мм: ку = 24,365; к2 = 11,831; к3 = -2,2392.

При а = 30 градусов и Ь = 50 мм: ^ = 1,9748; к2 =0,5362; к3 -0,4378.

При а = 20 градусов и Ь = 50 мм: к, = 14,822; к2 = 6,9149; к3 -1,4377.

а/В

Рис. 3. Зависимость коэффициента Кт от отношения а/В при а -50° и

й=50мм

Функциональная зависимость аппроксимирована уравнением:

Кт = 24,365(-^)2 -11,831А + 2,2392В В

Установлены зависимости коэффициента Кт от участка Ь ширины ленты, опирающейся на боковые ролики (рис.4):

15

Ь,мм

Рис. 4. Зависимость коэффициента Кт от параметра Ь при а = 215 мм

Кроме того, установлены зависимости коэффициента сопротивления движения двухканатного тягового и несущего ленточного контуров конвейера от отношения а!В (рис.5):

^(§)2-с2(-|)-сз,

где с/, с2, с3 - коэффициенты, величины которых определяются параметрами а и Ь.

При а = 50 градусов, Ь = 50 мм: с, = -8,8768; с, = 4,0897; с, = -0,2095.

При а = 20 градусов, Ь = 50 мм: с, = -5,1781; ^ =2,2615-с, =-0,0594.

При а =30 градусов, Ь = 50 мм: с, = -6,65766; = 3,0435: с3 = 0,1546.

а/В

Рис. 5. Зависимость коэффициента сопротивления движению тягового и несущего контуров от отношения а/В при ОС =50° и й=50мм

Функциональная зависимость аппроксимирована уравнением:

ту' = -8,8768(—)2 + 4,0897(—) - 0,2095 . В В

Показатель V/' монотонно уменьшается с увеличением Ь (рис. 6).

Ь,мм

Рис.6. Зависимость коэффициента сопротивления движению тягового и несущего контуров \у от ширины ленты Ъ, опирающейся на боковые ролики

при а=215мм

Полученные зависимости позволяют осуществлять выбор рациональных параметров и тяговый расчет данной конструкции ленточно-канатного конвейера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится научно обоснованное решение актуальной научно-технической задачи существенного улучшения технико-экономических показателей двухконтур-ных ленточно-канатных конвейеров увеличенной длины и производительности за счет изменения конструкции конвейеров и рационализации выбора их основных параметров.

18

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана усовершенствованная конструкция двухкон-турного ленточно-канатного конвейера с размещением двухканатно-го тягового органа внутри контура конвейерной ленты и с совмещенным приводным блоком для тяговых канатов и конвейерной ленты.

2. Установлены закономерности, связывающие основные параметры конвейера, определяющие его производительность, и максимально возможную величину составляющей тягового усилия, реализуемого канатным тяговым органом - расстояние между тяговыми канатами, угол наклона опорных боковых роликов для грузо-несущей ветви конвейерной ленты и высоту размещения роликов над тяговыми канатами.

3. На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что максимальная площадь поперечного сечения транспортируемого груза на грузонесущей ветви конвейерной ленты, соответствующая максимуму производительности конвейера, обеспечивается при заданной ширине ленты В, при расстоянии между тяговыми канатами а = 215мм и угле наклона боковых роликов а=50 градусов, а максимум составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, обеспечивается при параметрах а = 215 мм и а = 50 градусов.

4. Приемлемые значения производительности конвейера и величины составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами, обеспечиваются при выборе средних значений указанных в п.З. параметров.

5. Для условий транспортирования конвейером крупнокусковых грузов разработана конструкция специального бункера, обеспечивающего уменьшение динамических нагрузок на грузонесущую ветвь конвейерной ленты.

6. Дополнительное увеличение тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами тягового контура может быть обеспечено при использовании приводного блока со шкивом трения в сочетании с дополнительным отклоняющим блоком, с выбором рациональных параметров привода на основе дальнейших исследований с использованием разработанного экспериментального стенда.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Червонный С.И., Тарасов Ю.Д. Усовершенствованная конструкция ленточно-канатного конвейера // Научное обозрение. М., 2012, №2. С. 31-36.

2. Червонный С.И., Тарасов Ю.Д. Выбор рациональных параметров двухконтурного ленточно-канатного конвейера // Научное обозрение. М., 2012, №2. С. 37-43.

3. Стенд для исследования параметров ленточно-канатного конвейера. Пат. РФ № 2405725 МПК В65С 15/00./ Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 10.12.2010 г.

4. Стенд для исследования параметров привода двухконтурного ленточно-канатного конвейера. Пат. РФ № 2418729 МПК В65С 15/00. / Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 20.05.2011 г.

5. Ленточно-канатный конвейер. Пат. РФ № 2424969 МПК В65в 015/08./ Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 27.07.2011 г.

6. Бункер для крупнокусковых грузов. Пат. РФ № 2411172 МПК В65Б88/26./ Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 10.02.2011 г. Бюл. №4.

РИЦ Горного университета. 16.05.2012. 3.359 Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕНТОЧНЫХ И КАНАТНО-ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ.

1.1 Общая характеристика конвейерного транспорта на горных. предприятиях.

1.2 Ленточные конвейеры.

1.3 Конвейер для крупнокусковых грузов.

1.4 Крутонаклонные конвейеры.

1.5 Канатно-ленточные конвейеры.

1.6 Особенности расчета канатно-ленточных конвейеров.

Выводы.

2 ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДВУХКОНТУРНОГО ЛЕНТОЧНО-КАНАТНОГО КОНВЕЙЕРА.

Выводы.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВУХКОНТУРНОГО ЛЕНТОЧНО-КАНАТНОГО КОНВЕЙЕРА.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХКОНТУРНОГО ЛЕНТОЧНО-КАНАТНОГО КОНВЕЙЕРА.

Выводы.

5 МЕТОДИКА ТЯГОВОГО РАСЧЕТА ДВУХКОНТУРНОГО ЛЕНТОЧНО-КАНАТНОГО КОНВЕЙЕРА.

5.1 Пример расчета ленточно-канатного конвейера.

5.1.1 Расчет ширины ленты.

5.1.2 Определение линейных масс движущихся частей конвейера.

5.1.3 Определение сопротивлений движению тягово-несущего контура.

5.1.4 Тяговый расчет конвейера.

5.2 Бункер для крупнокусковых грузов.

Выводы.

Ленточные конвейеры, являясь одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных видов конвейерного транспорта, нашли широкое применение на подземных и открытых горных работах. Применение ленточных конвейеров обеспечивает на горных предприятиях интенсивный путь развития, позволяя использовать поточную и циклично-поточную технологии, широко внедрять автоматизацию производственных процессов, соответствуя при этом современным экологическим требованиям. Постоянно растут объемы перевозок ленточными конвейерами в угольной промышленности, черной металлургии, промышленности нерудных строительных материалов и других отраслях.

В последние годы нашли широкое применение канатно-ленточные конвейеры, которые, по сравнению с обычными ленточными конвейерами, существенно увеличивают длину транспортирования, что обусловлено использованием стальных проволочных канатов в качестве тягового органа[5,9].

Однако, существующие конструкции канатно-ленточных конвейеров обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения и снижающих технико-экономические показатели при эксплуатации этих конвейеров. Основными недостатками являются:

- недостаточная производительность из-за ограниченной величины же-лобчатости грузонесущей ленты;

- значительные габаритные размеры приводных станций и необходимость использования большого числа отклоняющих шкивов при размещении привода за пределами разгрузочных устройств;

- наличие опорных шкивов увеличенного диаметра для тяговых канатов грузовой и холостой ветвей контура ухудшают условия безопасной эксплуатации транспортного средства.

Эти недостатки в значительной степени проявляются при использовании ленточно-канатных конвейеров в подземных условиях и на повышенных уклонах трассы.

Таким образом, конструктивное совершенствование канатно-ленточных конвейеров, определение области их экономически эффективного применения невозможны без совершенствования и установления рациональных параметров элементов линейной части конвейера, что является актуальной задачей для горнодобывающей промышленности и требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Цель работы. Установление закономерностей, связывающих геометрические и силовые параметры усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера, с рекомендацией рациональных значений параметров, обеспечивающих максимальную производительность конвейера при заданной ширине конвейерной ленты и максимально возможную величину тягового усилия, реализуемого стальными канатами тягового контура.

Идея работы. Величина составляющей суммарного тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура, определяется расстоянием между канатами и величиной весовой нагрузки на канаты от конвейерной ленты с размещенным на ней транспортируемым грузом.

Для достижения обозначенной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследования:

1. Разработка принципиальной схемы ленточно-канатного конвейера с размещением канатного тягового контура внутри контура конвейерной ленты при совмещении в одном приводном блоке канатного и ленточного приводов.

2. Разработка математической модели нового двухконтурного ленточно-канатного конвейера, связывающей геометрические параметры размещения тяговых канатов и боковых опорных роликов для грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет выбрать рациональные значения этих параметров, обеспечивающих максимальную площадь поперечного сечения желоба грузонесущей ветви ленты при максимальной составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура.

3. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде, позволяющие установить численные значения параметров функциональных связей между грузонесущим органом (конвейерной лентой с боковыми опорными устройствами) и тяговым органом (двумя стальными проволочными канатами) с возможностью их использования в математической модели при выборе рациональных параметров проектируемого конвейера.

4. Разработка методики расчета двухконтурного ленточно-канатного конвейера.

5. Формулирование задачи дальнейшего совершенствования конструкции двухконтурного ленточно-канатного конвейера.

Научная новизна работы:

1. Научно обосновано применение для рекомендуемого ленточно-канатного конвейера двухканатного тягового контура с его размещением внутри ленточного контура при совмещенном приводном блоке, состоящем из шкива и барабана.

2. Разработана математическая модель системы привода конвейерной ленты, обеспечивающая выбор рациональных параметров двухконтурного ленточно-канатного конвейера - составляющих тяговых усилий, реализуемых стальными проволочными канатами и самой конвейерной лентой при заданной производительности конвейера.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель двухконтурного ленточно-канатного конвейера, описывающая функциональные связи величины составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами, от величины суммарного тягового усилия и площади поперечного сечения транспортируемого груза, с расстоянием между тяговыми канатами и углом наклона боковых роликов грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет определить величины тяговых усилий, реализуемых тяговыми канатами и самой конвейерной лентой, с обоснованным выбором прочных размеров тяговых канатов и конвейерной ленты.

2. Рациональные параметры ленточно-канатного конвейера, обеспечивающие его максимальную производительность и максимальную величину составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, при заданной ширине ленты, определяются при угле наклона боковых роликов 50°, расстоянии между канатами 215мм, участке ширины ленты, опирающейся на боковые ролики равном 50мм.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы:

1. Разработана усовершенствованная конструкция двухконтурного ленточно-канатного конвейера, исключающая недостатки существующих конструкций канатно-ленточных конвейеров, обеспечивающая возможность использования конвейера при увеличенных значениях длины транспортирования, угла наклона конвейера и производительности при той же ширине конвейерной ленты.

2. Разработана методика расчета и выбора рациональных параметров двухконтурных ленточно-канатных конвейеров предлагаемой конструкции.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технической конференции горно-электромеханического факультета СПГГУ в 2012 г.

Личный вклад автора. Разработка усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера и стендов для экспериментального исследования его параметров. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд. Проведены экспериментальные исследования и установлены функциональные зависимости между основными параметрами конвейера. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров ленточно-канатного конвейера и методика расчета двухконтурного ленточно-канатного конвейера.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 4 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 35 рисунков, 14 таблиц и список литературы из 78 наименований. Общий объем диссертации 105 страниц.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана усовершенствованная конструкция двухконтурного лен-точно-канатного конвейера с размещением двухканатного тягового органа внутри контура конвейерной ленты и с совмещенным приводным блоком для тяговых канатов и конвейерной ленты.

2. Установлены закономерности, связывающие основные параметры конвейера, определяющие его производительность, и максимально возможную величину составляющей тягового усилия, реализуемого канатным тяговым органом - расстояние между тяговыми канатами, угол наклона опорных боковых роликов для грузонесущей ветви конвейерной ленты и высоту размещения роликов над тяговыми канатами.

3. На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что максимальная площадь поперечного сечения транспортируемого груза на грузонесущей ветви конвейерной ленты, соответствующая максимуму производительности конвейера, обеспечивается при заданной ширине ленты В, при расстоянии между тяговыми канатами а = 215мм и угле наклона боковых роликов ос=50 градусов, а максимум составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, обеспечивается при параметрах а = 215 мм и а = 50 градусов.

4. Приемлемые значения производительности конвейера и величины составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами, обеспечиваются при выборе средних значений указанных в п.З. параметров.

5. Для условий транспортирования конвейером крупнокусковых грузов разработана конструкция специального бункера, обеспечивающего уменьшение динамических нагрузок на грузонесушую ветвь конвейерной ленты.

6. Дополнительное увеличение тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами тягового контура может быть обеспечено при использовании приводного блока со шкивом трения в сочетании с дополнительным отклоняющим блоком, с выбором рациональных параметров привода на основе дальнейших исследований с использованием разработанного экспериментального стенда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится научно обоснованное решение актуальной научно-технической задачи существенного улучшения технико-экономических показателей двухконтурных ленточно-канатных конвейеров увеличенной длины и производительности за счет изменения конструкции конвейеров и рационализации выбора их основных параметров.

1. Аверченков В.И., Давыдов C.B., Дунаев В.П., Ивченко В.Н., Куров C.B., Ры-тов М.Ю., Сакало В.И. Конвейеры с подвесной лентой. М: Машиностроение- 1, 2004.-256 с.

2. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей (применение методов корреляционного и регрессионного анализов к обработке результатов эксперимента). М: Металлургия, 1968. — 228 с.

3. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1976. — 383 с.

4. Александров М. П. Подьемно-транспортные машины. М., «Машиностроение», 1974. —503 с.

5. Андреев А. В., Дьяков В. А., Шешко Е. Е. Транспортные машины и автоматизированные комплексы открытых разработок. М., «Недра», 1975. — 464 с.

6. Анурьев В. И. Справочник конструктора — машиностроителя, т. 1. М.: «Машиностроение», 1982. — 920 с.

7. Анурьев В. И. Справочник конструктора — машиностроителя, т. 2. М.: «Машиностроение», 1982. — 912 с.

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя, т. 3. М.: «Машиностроение», 1982. — 864 с.

9. Вайнсон A.A. Подъемно-транспортные машины. М., «Машиностроение», 1974.—591 с.

10. Васильев К.А., Николаев А.К., Сазонов К. Г. Транспортные машины и грузоподъемное оборудование обогатительных фабрик. С.-Пб.: "НАУКА", 2006 г. —359 с.

11. Васильев К.А., Николаев А.К. Транспортные машины. Учебное пособие. С.-Пб.: Санкт-Петербургский горный институт, 2003 г. — 45 с.

12. Васильев К.А., Хачатрян С.А. Эффективность применения многоприводных ленточных конвейеров в условиях угольных шахт // Горные машины и автоматика. 2002. — № 11. С. 31 - 34

13. Васильев К.А. Эксплуатационные расчёты ленточных конвейеров. Учебное пособие. С.-Пб.: Санкт-Петербургский горный институт, 2001 г. С. 20-47

14. Васильев М.В., Волотковский B.C., Кармаев Г. Д. Конвейеры большой протяженности на открытых работах. М.: Недра, 1977. — 177 с.

15. Васильев Н.В. Проектирование и расчеты транспортных устройств и складов обогатительных фабрик. М: Недра, 1965. — 277 с.

16. Власов К.П. Методы научных исследований и организации эксперимента. Учебное пособие. С-Пб: Санкт-Петербургский горный институт, 2001. — 116 с.

17. Волотковский B.C., Нохрин Е.Г., Герасимова М.Ф. Износ и долговечность конвейерных лент. М: Недра, 1976. — 175 с.

18. Галактионов Б.Г. Новое в конструировании ленточных конвейеров в горной промышленности. М: 1989. — 60 с.

19. Галкин В.И., Дмитриев В.Г., Дьяченко В.П. и др. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий / М.: Издательство Московского Государственного горного университета, 2005. — 543 с.

20. Гольцман Ф.М. Физический эксперимент и статистические выводы. Л.: ЛГУ, 1982.- 193 с.

21. Гребенешников А.Л., Паламарчук Н.В. Канатно-ленточные конвейеры компании Metso Minerals // Глюкауф,2007, №1 , с. 54-56.

22. Гребенешников А.Л., Паламарчук Н.В. Канатно-ленточные конвейеры. // Горная промышленность,2006, №4 , с. 43-48.

23. Гридчин B.C., Чубаров Л.А. Опыт эксплуатации трудногорючих конвейерных лент и метод их стыковки. // Горные машины и автоматика. 2002. № 8.-С. 31-35.

24. Гридчин B.C., Шаталов В.Ф. Повышение эффективности использования ленточных конвейеров на шахтах. // Горные машины и автоматика. — 2002. — №8.-С. 29-31.

25. Гуленко Г. Н. Совершенствование и опыт применения перспективных конструкций узлов ленточных конвейеров «Машиностроение», 1987. С 53-125.

26. Дмитриев В.Г. Дифференциальные уравнения движения конвейерной ленты по роликоопорам. — Известия вузов: Горный журнал, — 1973. № 10 — С. 72-78.

27. Дьячков В.А. Современные конструкции узлов ленточных конвейеров. М-.НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1978. — 47 с.

28. Дьяков В.А., Шахмейстер JI. Г., Дмитриев В. Г. Ленточные конвейеры в горной промышленности. М.: «Недра», 1982 г. — 349 с.

29. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М: Атомиздат, 1978. —232 с.

30. Захаров А.Ю. Конвейер нового поколения для транспортирования крупнокусковой горной массы. // Горные машины и автоматика. — 2003. № 12. -С. 3436

31. Зеленский О. В., Петров А. С. Справочник по проектированию ленточных конвейеров. М.: «Недра», 1986 г. С. 36-64.

32. Зенков Р. Л., Гнутов А. Н., Дьячков В. К. и др. Конвейеры. Справочник. Л.: «Машиностроение», 1984 г. С. 130-212.

33. Зенков Р.Л. Бункерные устройства. М., «Машиностроение», 1977. — 224 с.

34. Зенков Р. Л. Механика насыпных грузов. М., «Машиностроение», 1966. 250 с.

35. Ивченко В.Н., Куров C.B. Беспросыпные ленточные конвейеры. // Горная промышленность. 2005. № 4. - С. 27 - 29.

36. Кесслер Ф. Исследование напряжений в конвейерной ленте между натяжным барабаном и роликоопорой. // Горные машины и автоматика. 2004. — № 2. С. 27 - 29.

37. Котов М.А., Кост Г.К., Григорьев Ю.И. Зарубежные подземные ленточные конвейеры. М.: ЦНИЭИУголь, 1973 г. 253 с.

38. Кожушко Г. Г. Исследование напряженно — деформированного состояния резинотканевых конвейерных лент в линейной части конвейера. Известия вузов.: Горный журнал, — 1976. — № 2 С. 117-126.

39. Кожушко Г. Г., Рогалевич В.В. Применение метода конечных разностей к расчету форм прогиба конвейерных лент. — В кн.: Механизация и автоматизация открытых горных работ. Труды ИГД МЧМ СССР. М: Недра, вып. 16, 1967 -с. 39-44.

40. Конвейерный транспорт: ленты, ролики, эксплуатация — 4 — я Международная научно практическая конференция. // Горная промышленность. -2004. -№3.- С. 27-29.

41. Кулешов A.A., Тарасов Ю.Д., Васильев К.А., Докукин В.П., Николаев А.К. Проблемы шахтного и карьерного транспорта на современном этапе и пути их решения. // Горные машины и автоматика. — 2004. — № 2. — С. 23.

42. Максенков И.С. Технические новшества на конвейерном транспорте / И. С. Максенков, В. А. Ольхина// Изобретения и нововведения для угольной промышленности. 1995. N 4. - С.ЗЗ - 34.

43. Мягков С. Д. Деформированное состояние движущейся конвейерной ленты между роликоопорами. В кн.: Шахтный и карьерный транспорт, № 1. М.:Недра, 1974. С. 120 -123.

44. Пат. № 2405725 Российская Федерация, МПК B65G15/00, Стенд для исследования параметров ленточно-канатного конвейера / Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 10.12.2010 г.

45. Пат. № 2418729 Российская Федерация, МПК B65G15/00, Стенд для исследования параметров привода двухконтурного ленточно-канатного конвейера / Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 20.05.2011 г.

46. Пат. № 2424969 Российская Федерация, МПК B65G15/00, Ленточно-канатный конвейер Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 27.07.2011 г.

47. Пат. № 2411172 Российская Федерация, МПК B65D88/26, Бункер для крупнокусковых грузов / Ю.Д. Тарасов, С.И. Червонный. Опубл. 10.02.2011 г.

48. Пертен Ю. А. Крутонаклонные конвейеры. Учебное пособие. Москва: «Недра», 1986 . С. 44-56.

49. Пертен Ю.А. Специальные ленточные конвейеры за рубежом. М: НИИ-ИНФОРМТЯЖМАШ, 1973. 54 с.

50. Плавинский. В. И. Машины непрерывного транспорта. М., «Машиностроение», 1969. 718 с.

51. Подпорин Т.Ф. Экспериментальные исследования по определению эквивалентности коэффициента сопротивления движения ленты конвейеров в шахтных условиях // Исследования в области стационарных и транспортных машин. Кемерово. 1993. - С.48 - 55. - с.54 - 55.

52. Поляков Н.С., Штокман И.Г. Основы теории и расчеты рудничных транспортных установок. М. Государственное научно-техническое издательство по горному делу, 1962.-491 с.

53. Потапов М. Г. Карьерный транспорт. М., Недра, 1972. С. 71-95.

54. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт. М: Недра, 1991. — 364 с.

55. ПуховЮ.С. Теоритические и экспериментальные исследования ленточно-канатных конвейеров. М: Недра, 1968. — 88 с.

56. Пухов Ю.С. Транспортные машины. М.: Недра, 1987. — 126 с.

57. Спиваковский А. О., Потапов М. Г. Транспортные машины и комплексы открытых горных разработок. Учебное пособие. Москва: «Недра», 1983 г. 215с.

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

59. Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. Учебное пособие. Москва: «Машиностроение», 1982 г. — 487 с.

60. Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Специальные транспортирующие устройства в горнодобывающей промышленности. М: Недра, 1985. — 128 с.

61. Спиваковский А. О., Потапов М. Г. Транспортные машины и комплексы открытых горных разработок. М., Недра, 1974. С. 64-77.

62. Тарасов Ю.Д. Металлургические подъемно-транспортные машины. СПГТИ, 2000. — 88 с.

63. Тарасов Ю. Д. Разгрузка ленточных конвейеров. С.-Пб.: Санкт-Петербургский горный институт, 1997 . —47 с.

64. Тарасов Ю. Д., Николаев А. К. Подъёмно-транспортные машины горнометаллургических заводов. С.-Пб.: Санкт-Петербургский горный институт, 2001 г. С. 15-34.

65. Тарасов Ю. Д. Перспективы использования и особенности расчета конвейеров с подвесной лентой. // Известия вузов. Горный журнал 2002. №4 -С.87-91

66. Тарасов Ю. Д. Промежуточные приводы ленточных конвейеров. М.: Недра, 1996.-64 с.

67. Тарасов Ю.Д. Загрузка ленточных конвейеров. СПГТИ, 1996. —118 с.

68. Тарасов Ю. Д. Тормозные и улавливающие устройства ленточных конвейеров. С.-Пб.: «Политехника», 1999 г. С. 44-49.

69. Тихонов Н. В. Транспортные машины горнорудных предприятий. М.: Недра, 1985.-267 с.

70. Тихонов Н. В. Транспортные машины и комплексы горнорудных предприятий. М., Недра, 1975. — 341 с.

71. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М: Мир, 1967 -406 с.

72. Червонный С.И., Тарасов Ю.Д. Усовершенствованная конструкция ленточ-но-канатного конвейера//Научное обозрение. М., 2012, №2. С. 31-36.

73. Червонный С.И., Тарасов Ю.Д. Выбор рациональных параметров двухкон-турного ленточно-канатного конвейера // Научное обозрение. М., 2012, №2. С. 37-43.

74. Шахмейстер JI. Г., Дмитриев В. Г. Расчёт ленточных конвейеров для шахт и карьеров. М.: «МГИ», 1972. — С. 107-184.

75. Шахмейстер JI. Г., Дмитриев В. Г. Теория и расчет ленточных конвейеров. М.: Машиностроение, 1978. — 392 с.

76. Шахмейстер Л. Г., Ляшкевич П. А., Фохтин В. Г. Ловители для наклонных ленточных конвейеров. М.: ЦНИЭИУголь, 1972. — 53 с.

77. Штокман И.Г., Эппель Л.И. Прочность и долговечность тяговых органов. М; Недра, 1967. —230 с.

78. Штокман И. Г. Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов/ П. М.Кондрахин, В. Н. Маценко и др. М., Недра, 1975. С. 76-89.