автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование выбора систем приводов протяженных ленточных конвейеров со сложной трассой

0050и<»»«'

На правах рукописи

ГОНЧАРОВ КИРИЛЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СИСТЕМ ПРИВОДОВ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ СО СЛОЖНОЙ ТРАССОЙ

Специальность 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

- 1 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск 2011

005004167

Работа выполнена на кафедре «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Реутов Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тихомиров Виктор Петрович

кандидат технических наук Ивченко Валерий Никитич

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» (г. Брянск)

Защита состоится «21» декабря 2011г. в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.021.04 при ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7, в учебном корпусе № 2, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан «/У» // 20 //г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических паук, /"""¿^Г

доцент Эманов С.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Системы приводов являются базовыми системами ленточных конвейеров. Разнообразие трасс конвейеров, перевозимых грузов привело к появлению широкого спектра всевозможных типов приводов и их конфигураций. Каждому из этих типов соответствует собственный метод проектирования и специфические ограничения применения.

Отсутствие единого метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров часто приводит к использованию предприятиями-изготовителями при проектировании проверенных шаблонов систем приводов без учета уникальности каждого проектного случая. Такой подход, зачастую, может характеризоваться лишними экономическими затратами.

Анализируя существующие методы проектирования ленточных конвейеров, можно с достаточной степенью уверенности сказать, что в настоящее время не существует целостного алгоритма проектирования систем приводов ленточных конвейеров, охватывающего все этапы проектирования, начиная от выбора направления проектирования системы приводов и заканчивая созданием технического проекта.

Вышеуказанные причины привели к необходимости создания метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров, оперирующего общим подходом к проектированию различных типов приводов с возможностью сравнения эффективности их применения в рамках конкретного конвейера.

Создание такого метода с максимально возможной формализацией всех проектных процедур значительно упростит работу проектных организаций, позволит находить рациональные решения в различных проектных ситуациях, а также расширит спектр направлений создания систем автоматизированного проектирования ленточных конвейеров. Таким образом, можно сделать вывод об актуальности данной работы.

Целью работы является разработка метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания.

Задачи исследований. Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающую механические характеристики приводов, продольную деформацию грузоне-сущей ленты, условия работы приводов.

2. Разработать математическую модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающую механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов.

3. Разработать методику уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров на основе созданных математических моделей совместной работы приводов ленточных конвейеров.

4. Разработать методику выбора рациональных вариантов систем приводов ленточных конвейеров для различных проектных ситуаций.

5. Разработать метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания.

Методы исследований. При выполнении теоретических исследований и реализации поставленных задач использовались методы принятия проектных решений, методы математического моделирования, методы расчета и проектирования ленточных конвейеров, методы оценки технико-экономических показателей технических объектов и др. Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, условия работы приводов.

2. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов.

3. Разработан метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель распределения тяговых усилий между барабанными приводами ленточных конвейеров при стационарных режимах работы.

2. Математическая модель распределения тяговых усилий между барабанными и ленточными приводами ленточных конвейеров при стационарных режимах работы.

3. Метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров. Практическая значимость работы. Практическую значимость работы

представляют:

1. Методика уточненного тягового расчета много приводных ленточных конвейеров.

2. Методика выбора рациональных вариантов систем приводов ленточных конвейеров для различных проектных ситуаций.

Разработанный метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров был апробирован и внедрен на ОАО «ТЯЖМАШ» г. Сызрань, а также использован в учебном процессе кафедры «ПТМ и О» БГТУ.

Достоверность научных результатов работы. Правильность разработанных математических моделей, методики уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров подтверждается сравнением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» (Брянск, 2009 г); на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, 2009 г); на научной конференции совета молодежного, научно-технического общества (Брянск, 2011 г); на научно-практической конференции «Инновационный потенциал Брянской области: достижения и перспективы» (Брянск, 2011 г); на 3-й международной научно-практической конференции «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2011 г); на международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Могилев, 2011 г).

В полном объеме диссертация доложена на расширенном заседании кафедры «ПТМ и О» ФГБОУ ВПО «БГТУ» (Брянск, 2011 г).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Отдельные результаты исследований вошли в отчет по НИОКР № 8990р/14117 «Разработка мощных ленточных конвейеров с пространственной криволинейной трассой и промежуточными ленточными приводами» в рамках программы «У.М.Н.И.К.» (Брянск, 2011-2012 гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка использованной литературы из 133 наименований и приложений. Работа изложена на 147 страницах, содержит 54 рисунка и 33 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе выполнен анализ существующих конструкций приводов ленточных конвейеров (ЛК), а также анализ современных методов их проектирования, в том числе методов принятия проектных решений, методик тягового расчета, динамического расчета, а также рассмотрены подходы к проектированию отдельных узлов и устройств приводов. Основной вклад в создание и развитие этих методов был внесли Дмитриев В.Г., Дьяков В.А., Дьячков В.К., За-пенин И.В., Реутов A.A., Спиваковский А.О., Тарасов Ю.Д., Шахмейстер Л.Г. и ДР-

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. На данный момент отсутствуют методы проектирования эффективных систем приводов (СП) ЛК для различных проектных ситуаций. В связи с этим, наибольшее распространение получили СП ЛК, содержащие барабанные приводы, как наиболее простые при проектировании.

2. Существует необходимость совершенствования процедуры тягового расчета многоприводных ЛК с учетом механических характеристик приводов и продольных деформаций конвейерных лент, т.к. существующие методы тягового расчета не позволяют определять тяговые усилия приводов многоприводных ЛК с достаточной степенью точности.

3. Существует необходимость создания методики выбора рационального варианта СП ЛК для различных проектных ситуаций, опирающейся на комплекс критериев, охватывающий возможные направления оценки эффективности СП ЛК.

Во второй главе описаны требования и допущения принятые при проектировании СП ЛК, процессы формирования и выбора направления проектирования СП. Разработан комплекс критериев (КК) оценки их эффективности. Сформулированы ограничения при проектировании. Разработана методика оценки и выбора рационального варианта СП ЛК на основе метода анализа иерархий.

Требования, принятые при проектировании СП ЛК, касаются вопросов формирования проектной документации, соответствия всех рассматриваемых вариантов СП стандартам системы стандартов безопасности труда, определения параметров надежности всех вариантов СП.

При разработке метода проектирования СП ЛК было принято три основных допущения:

1. Не рассматриваются вопросы технологии изготовления основных узлов и деталей СП.

2. Не рассматриваются системы управления приводами.

3. Не учитывается изменение характеристик узлов приводов с течением времени.

За основу процесса формирования направления проектирования СП ЛК была взята методика формирования концепции проектирования технического объекта, разработанная A.A. Реутовым.

Фильтрованное множество для СП ЛК включает 18 возможных направлений. В качестве формального способа выбора направления проектирования принято сопоставление описаний направлений с требованиями технического задания. Разделы описания направлений и технического задания соответствуют ГОСТ 2.114-95 «Единая система конструкторской документации. Технические условия».

Разработанный перечень критериев оценки эффективности СП ЛК представлен в табл. 1.

Таблица!. Критерии для оценки эффективности применения СП ЛК

Группа критериев Критерий Обозначение

1. Прочностные Коэффициент запаса прочности грузонесу-щей ленты; К11

2.Технологические Трудоемкость монтажа СП (чел-час); К21

3. Эксплуатационные а) Трудоемкость обслуживания СП и тяговой ленты за год (чел-час); б) Долговечность СП (час); в) Вероятность безотказной работы СП; г) Отклонение потребляемой мощности от установленной (%); д) Масса СП (кг); е) Площадь, занимаемая СП (м2); К31 КЗ 2 КЗЗ К34 К35 КЗб

4. Эргономические а) Уровень шума (дБ); б) Концентрация в воздухе пыли и вредных веществ (%); К41 К42

5. Экономические критерии а) Стоимость СП и конвейерной ленты (тыс. руб.); б) Стоимость резерва оборудования (тыс. руб.); в) Стоимость транспортировки и монтажа СП (тыс. руб.); К51 К52 К53

6. Социально -экологические Количество вредных выбросов в окружающую среду за год (кг или м'); К61

В предложенный перечень не включены технологические критерии изготовления систем приводов, т.к. степень технологичности изготовления характеризуется себестоимостью продукта, что отражает критерий К51.

Разработанный перечень не является единственным и допускает изменения. В различных проектных ситуациях из предложенного перечня можно формировать комплексы критериев (КК) и, посредством оценок характеристик КК, выбирать наилучший.

КК имеет следующие характеристики, посредством которых возможно управление самим КК: представительность и всесторонность оценок, адекватность, значимость, степень объективности, трудоемкость вычислений, стабильность и надежность значений.

При разработке методики выбора рационального варианта СП ЛК, в качестве метода принятия проектного решения был выбран метод анализа иерархий.

Оценку, формирующую степень значимости каждого критерия, может дать экспертный совет, координирующий процесс проектирования. Подобный способ формирования оценки часто не учитывает объективную составляющую при проектировании. При этом количественная величина оценки обоснована только посредством личных выводов экспертов, поэтому была предложена

упорядоченная система формирования степени значимости критериев, основанная на формализации условий работы ЛК. Каждый критерий описывается несколькими факторами, каждый из которых вносит вклад в формирование общей оценки его значимости.

Разработанная структура иерархии при выборе рационального варианта СП ЛК, с учетом предложенного перечня критериев (табл. 1) представлена на рис. 1.

Цель Ра+юнальный вгриант СП ПК

Группа критериев

Критерш

Прочностные критерии

г-г^—I I - ] Л I ] I

Варианты СП ЛК | В1 | | В2 | | ВЗ | | В4 | ....

Рис. 1. Структура иерархии при выборе рационального варианта СП ЛК

Третья глава посвящена разработке математических моделей совместной работы барабанных, барабанных и промежуточных ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающих механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов, а также разработке методики уточненного тягового расчета многоприводных ЛК.

При стационарном режиме работы скорость V движения грузонесущей ленты, сопротивление движению ленты, а также тяговые усилия приводов постоянны. Тяговые усилия \¥, определяются из системы уравнений, учитывающих механическую характеристику ;-го привода и растяжение конвейерной ленты

г = 1...т

(1)

Ш. =/(«,) при условии (2)

Щ < - ехр(-/гсг.)], (3)

1У: = - ехр(-/^а,)] при невыполнении условия (3). (4)

Здесь - суммарное сопротивление движению ленты на грузовой и порожняковой ветвях, т - число приводов, /(п) - функция механической характеристики привода, и, - величина частоты вращения вала двигателя г-го привода, - сила натяжения набегающей ветви ленты /'-го барабана, щ - коэффициент сцепления ленты с поверхностью 1-го барабана, а, - угол охвата лентой барабана /-го привода.

Частоты вращения приводных барабанов пш зависят от частоты вращения барабана главного барабанного привода п,„ и с учетом растяжения грузонесу-щей ленты определяются зависимостью

где ДЛ' - разность натяжений между точками набегания грузонесущей ленты на соответствующие приводные барабаны по ходу её движения; - радиус барабана главного привода; /г,- - радиус барабана ;-го барабанного привода. ЕI - жесткость грузонесущей ленты на растяжение.

Уравнения (1)-(5), описывающие распределение тяговых усилий между приводами, необходимо дополнить условиями нормальной работы ленты и приводов в диапазоне допустимых нагрузок:

(6)

Л/.^Л/Л,^, (7)

(8)

где [5], [Л]т|„ - максимальная и минимальная допускаемые величины силы натяжения грузонесущей ленты; Л', и (Л1,] - фактически реализуемая и длительно допустимая мощность ¿-го двигателя (А',= IV, !-'/'/)•

Таким образом, математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, условия работы приводов, представляет собой систему уравнений и неравенств (1)-(8).

На примере конвейера 2Л80 рассмотрено распределение тяговых усилий между двумя барабанными приводами для трех случаев: при применении асинхронных электродвигателей (ЭД), при применении асинхронных ЭД совместно с гидромуфтами, при применении гидропривода. На рис. 2 показаны зависимости тяговых усилий IV/ и IV, приводов и минимального натяжения ленты Бтт от производительности конвейера О для указанных случаев.

а) б)

Рис. 2. Зависимости IVЦ'2 и 5т„, от производительности О: а - при применении ЭД (сопротивление в цепи ротора отсутствует); б - при применении ЭД и гидромуфт

В случае использования асинхронных ЭД с бесступенчатым регулированием сопротивления в цепи ротора и регулируемого гидропривода удается достигнуть равенства тяговых усилий приводов.

Отношения тяговых усилий при максимальной нагрузке составили:

• при использовании ЭД = 1.3;

• при использовании ЭД и гидромуфт И^ / И= 1.14.

Математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов включает в себя зависимости (1)-(8).

Сумма тяговых усилий приводных барабанов равна сумме сопротивлений движению грузонесущей /-V и тяговых Ь\ лент:

(9)

Частоты вращения приводных барабанов ленточных приводов ».,„, зависят от частоты вращения барабана концевого барабанного привода пш и с учетом растяжения лент определяются зависимостью

К

■ (1+-

4У

А,В,

(10)

где Л5'г.,1/ - разность натяжений между точками С и А грузонесущей ленты (рис. 3); ДЯа2В2 - разность натяжений между точками А и В тяговой ленты (рис.3); 1{„ - радиус барабана главного привода; ЯяЫ - радиус приводного барабана г-го промежуточного ленточного привода; Ег - жесткость тяговой ленты на растяжение.

Рис. 3. Схема ЛК с концевым и промежуточным приводами: 1 - приводной барабан концевого привода; 2 - грузонесущая лента; 3 - приводной барабан промежуточного привода; 4 - тяговая лента; 5 - натяжной барабан тяговой ленты; 6 - натяжное устройство тяговой ленты; 7 - натяжной барабан грузонесущей ленты; 8 - натяжное устройство грузонесущей ленты; точки А и В - начало и конец участка контакта грузонесущей и тяговой лент; С - точка набегания грузонесущей ленты на приводной барабан

Сила тяги 1УТ, ¿-го промежуточного ленточного привода, передаваемая грузонесущей ленте тяговой

(И)

где /' 7, - сопротивление движению тяговой ленты /-го промежуточного ленточного привода; IV, - тяговое усилие приводного барабана ¡-го промежуточного ленточного привода.

Уравнения (1)-(4), (9)-(11), описывающие распределение тяговых усилий между приводами, необходимо дополнить условиями нормальной работы ленты и приводов в диапазоне допустимых нагрузок, описываемых зависимостями (6)-(8).

При этом необходимо учитывать неравенство

[Щ]>1УТ, (12)

где игт и [1Гг] - фактически реализуемая и максимально допустимая сила тяги тяговой ленты.

о

где 1Ав - длина участка контакта лент АВ.

Таким образом, математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию гру-зонесущей и тяговых лент, условия работы приводов, представляет собой систему уравнений и неравенств (1-4, 6-12).

На примере конвейера 2 Л ВО (длина 1000 м, угол наклона к горизонту 0°, производительность 420 т/ч), при замене одного из головных приводов промежуточным ленточным длиной 100 м, барабанный привод которого идентичен главному барабанному приводу (рис. 3), исследовано распределение тяговых усилий в случае применения грузонесущей и тяговой лент различной жесткости.

На рис. 4 показаны зависимости тяговых усилий приводных барабанов IV, и IV2 и тяговой ленты от величины расстояния ЬВс между точками набегания грузонесущей и тяговой лент на приводные барабаны для трех вариантов соотношения жесткостей лент при [Л',] = [ЛУ = 55 кВт, [1УТ] = 19 кН.

Из рассмотренных зависимостей следует, что с увеличением жесткости тяговой ленты разница между тяговыми усилиями Ж/ и \У2 уменьшается.

На примере опытного образца ленточного конвейера конструкции ВНИПТМАШ был проведен сравнительный анализ результатов моделирования стационарного режима работы

Рис. 4. Зависимости тяговых усилий приводных барабанов Ж1иЖ2и тяговой ленты \\'т от величины расстояния ¿вс-

_- Е1 = Е2;...........Е1=1,5Е2;

- Е, =Е2/1,5

приводов с экспериментальными данными.

Максимальное расхождение экспериментальных и вычисленных значений мощностей приводов не превысило 7%.

На основе разработанных математических моделей была создана методика уточненного тягового расчета многоприводных ЛК. Основное отличие данной методики от других - принцип нахождения тяговых усилий приводов и необходимого минимального натяжения ленты. В общем случае тяговый расчет по предложенной методике сводится к решению системы уравнений

/=1 4=1 /-1

ЯП1 ЛП1 * ЛГЦ ' л

л«)Т'

ГУ,^

(13)

(У..

сблп/

-1);

-1);

ов/};

где !¥,,„ - тяговое усилие барабанного привода, условно принятого главным; №г„(пгп) - зависимость силы тяги главного барабанного привода от частоты вращения приводного барабана; №0„к(п?т1) - зависимость силы тяги к - го промежуточного барабанного привода от частоты вращения приводного барабана;

- зависимость силы тяги / - го промежуточного ленточного привода от частоты вращения приводного барабана; 1Улп,г - суммарное сопротивление движению тягового контура } - го промежуточного ленточного привода; п,м - частота вращения вала двигателя к - го промежуточного барабанного привода; пщ

- частота вращения вала двигателя у - го промежуточного ленточного привода; к, - коэффициент запаса тягового фактора приводных барабанов; - натяжение грузонесущей ленты в точке сбегания с приводного барабана, условно принятого главным; А.%,- сопротивление движению грузонесущей ленты на / - м участке трассы конвейера; 1¥0„к - тяговое усилие промежуточного барабанного привода; Щ,„, - тяговое усилие промежуточного ленточного привода, непосредственно снижающее натяжение грузонесущей ленты на участке этого привода; Л'„а- - натяжение грузонесущей ленты в точке набегания на приводной барабан к

- го промежуточного привода; 1<щ - длина ] - го ленточного привода;

В сравнении с существующими методиками тягового расчета, в большинстве которых тяговые усилия приводов вычисляются по их предельным значениям, определяющим буксование приводов, максимальная разность значений натяжений грузонесущей ленты при фиксированных механических характеристиках приводов (критическое скольжение электродвигателей всех приводов одинаково) составляет 40.19 % от максимального натяжения ленты (на приме-

ре конвейера КЛМК производства ЗАО МК «УРАЛМАШ»), Большее значение натяжения соответствует тяговому расчету, выполненному по методике, предложенной в данной работе.

На примере конвейера ЛСТ-1600 был проведен анализ эффективности применения СП с несколькими барабанными приводами и промежуточными ленточными приводами.

С, I

Рис. 5. Графики зависимостей стоимостей ленты конвейера и СП от количества приводов для вариантов СП ЛК ЛСТ-1600: 1 - стоимость грузонесущей ленты и СП (случай I); 2 -стоимость грузонесущей ленты и СП (случай II); 3 -стоимость грузонесущей ленты и СП (случай III); 4 -стоимость СП (случай I); 5 - стоимость СП (случай II);

6 - стоимость СП (случай III)

И4

кН

725

700 675 650 625 Ш 575 55Ü 0

к

\

\

л

V У

4 п„

Рис. 6. Графики зависимостей максимальных суммарных сил тяги приводов от их количества для вариантов СП ЛК ЛСТ-1600: 1 - случай I; 2 - случай II; 3 - случай III

На рис. 5 представлены графики зависимостей стоимостей грузонесущей ленты конвейера и СП от количества установленных приводов п„р для разных вариантов СП ЛК ЛСТ-1600 (при применении промежуточных ленточных приводов (I), при применении промежуточных барабанных приводов (II), при применении головных барабанных приводов (III)).

На рис. 6 представлены графики зависимостей максимальных суммарных сил тяги приводов Wz от их количества п,,,, для тех же вариантов СП ЛК ЛСТ-1600.

Анализ показал, что применение нескольких барабанных приводов, распределенных по трассе конвейера с обеспечением перегрузки, требует меньших капитальных затрат, чем установка такого же количества барабанных приводов без перегрузки. Для конвейеров с отсутствием возможности перегрузки применение нескольких барабанных приводов эффективнее применения одного, если позволяет перейти на менее прочную и более дешевую грузонесущую ленту. При отсутствии возможности перегрузки использование нескольких промежуточных ленточных приводов требует

меньших капитальных затрат, чем использование барабанных приводов.

Четвертая глава посвящена разработке метода и методики проектирования СП ЛК.

Метод проектирования СП ЛК, как последовательность действий, направленных на создание проектной документации СП ЛК, соответствующей техническому заданию, включает следующую последовательность проектных процедур (ПП):

1) выбор типов приводов (ПП-1);

2) формирование множества вариантов схем СП (ПП-2);

3) выбор варианта СП (ПП-3);

4) формирование проектной документации (ПП-4).

Метод проектирования дает общее представление о действиях, необходимых для достижения цели проектирования.

Методикой проектирования СП ЛК будем называть совокупность описаний проектных операций по реализации проектных процедур.

ПП-1 «Выбор типов приводов» состоит из двух проектных операций:

• синтез возможных вариантов направлений проектирования приводов;

• выбор направления проектирования привода для данного ЛК.

Результатом ПП-1 является создание описания одного или нескольких направлений проектирования СП для данного ЛК.

ПП-2 «Формирование множества вариантов схем СП» включает четыре проектные операции:

• формирование базового множества вариантов схем СП ЛК;

• распределение приводов по трассе ЛК для каждого варианта схемы из базового множества;

• определение структуры приводов СП ЛК;

• формирование множества вариантов СП ЛК.

Каждый вариант схемы СП должен содержать информацию, необходимую для реализации ПП-3 и ПП-4: количество приводов; для каждого привода место установки на конвейере, мощность, перечень типоразмеров комплектующих узлов, значения критериев, значения параметров, входящих в ограничения.

В общем случае ЛК при отсутствии ограничений может иметь бесконечно большое количество вариантов схем СП. В качестве основной идеи алгоритма формирование множества вариантов СП примем утверждение, что идеальная СП имеет один привод. Увеличение числа приводов должно быть обосновано экономическими, нормативными или другими обстоятельствами.

В качестве условий, запрещающих увеличение числа приводов, примем: отсутствие необходимых типоразмеров комплектующих узлов; ограничения конструкции конвейера и ТЗ; однозначно установленные закономерности проектирования приводов ЛК; снижение мощности отдельного привода до величины меньшей минимально допустимой.

ПП-3 «Выбор варианта СП» состоит из четырех проектных операций:

• подбор критериев оценки СП;

• формирование КК оценки СП с использованием характеристик КК;

• оценка множества допустимых вариантов СП на основе ограничений;

• принятие решения об окончательном варианте схемы СП.

Оценка множества допустимых вариантов СП по критериям производится исходя из данных, полученных тяговым расчетом.

ПП-4 «Формирование проектной документации» состоит из проектных ; операций:

• разработка трехмерной параметрической модели СП с использованием баз данных;

• формирование технического проекта системы приводов ЛК.

Технический проект СП ЛК, согласно ГОСТ 2.120-73 (1995) ЕСКД, включает конструкторские документы, предусмотренные техническим заданием и протоколом рассмотрения технического предложения.

Система приводов конвейера ЛСТ-1600, проект которой разработан на основе созданного метода (один барабанный и два промежуточных ленточных привода), по сравнению с установленным базовым вариантом СП (два барабанных привода) в совокупности со стоимостью ленты дешевле по капитальным затратам на 15 % при одинаковых эксплуатационных затратах. На рис. 8 представлена трехмерная модель привода конвейера ЛСТ-1600 и его сборочный чертеж, спроектированные согласно разработанному методу.

а) б)

Рис. 7. Привод ЛК ЛСТ-1600: а - ЗЭ модель привода; б - сборочный чертеж привода

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

I

1. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, , условия работы приводов. Проведен сравнительный анализ распределения тяговых усилий между приводами при использовании электродвигателей, электродвигателей совместно с гидромуфтами, гидромоторов. В результате анализа установлено, что наиболее равномерное распределение тяговых усилий имеют

приводы с использованием гидромоторов или электродвигателей с фазным ротором и бесступенчатым регулированием сопротивления в цепи ротора.

2. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесу-щей и тяговых лент, условия работы приводов. Установлено, что при увеличении жесткости тяговой ленты, по сравнению с грузонесущей, разница между тяговыми усилиями приводов уменьшается.

3. Сравнительный анализ результатов моделирования с экспериментальными данными СП опытного образца ЛК, разработанного ВНИИПТМАШ показал максимальное расхождение экспериментальных и вычисленных значений мощностей приводов 6 % при движении конвейера при неполной загрузке (136.5 т/ч) и отсутствие расхождений при движении конвейера без груза. Среднее значение расхождения экспериментальных и вычисленных значений мощностей для всех приводов конвейера составило 2.76 %.

4. Проведенный анализ эффективности применения СП с несколькими барабанными приводами и промежуточными ленточными приводами на примере конвейера ЛСТ-1600 показал, что применение нескольких барабанных приводов, распределенных по трассе конвейера с обеспечением перегрузки, требует меньших капитальных затрат, чем установка такого же количества приводных барабанов без перегрузки. Для конвейеров с отсутствием возможности перегрузки применение нескольких барабанных приводов эффективнее применения одного, если позволяет перейти на менее прочную и более дешевую грузонесу-щую ленту. При отсутствии возможности перегрузки использование нескольких промежуточных ленточных приводов требует меньших капитальных затрат, чем использование приводных барабанов.

5. Разработана методика уточненного тягового расчета много приводных ленточных конвейеров на основе созданных математических моделей совместной работы приводов ЛК, позволяющая определять параметры механических характеристик приводов, необходимые для реализации заданных тяговых усилий, а также вычислять более точно тяговые усилия приводов (в 1.2...2.3 раза) и натяжение лент (в 1.2... 1.7 раза).

6. Разработан метод проектирования СП ЛК, использующий созданные математические модели и методику уточненного тягового расчета, позволяющий разрабатывать проекты эффективных СП, включающих барабанные и ленточные приводы. Система приводов конвейера ЛСТ-1600, проект которой разработан на основе созданного метода, по сравнению с установленным базовым вариантом СП в совокупности со стоимостью ленты дешевле по капитальным затратам на 15 % при одинаковых эксплуатационных затратах.

7. Разработана методика выбора рационального варианта СП ЛК для различных проектных ситуаций на основе метода анализа иерархий и комплекса критериев эффективности СП. Предложен подход к формированию оценок значимости критериев, основанный на формализации условий работы ЛК, позволяющий минимизировать субъективную составляющую данного процесса.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1) Реутов, A.A. Анализ совместной работы концевого и промежуточного приводов ленточного конвейера / A.A. Реутов, К.А. Гончаров // Вестник БГТУ,

2010. -№2.-С. 42-45.

2) Гончаров, К.А. Совершенствование тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров с учетом механических характеристик приводов/ К.А. Гончаров // Подъемно-транспортное дело. - 2011. - № 5.

3) Гончаров, К.А. Определение рационального варианта системы приводов ленточного конвейера ЛСТ-1600/ К.А. Гончаров // Вестник БГТУ, 2011. - №4.

Другие публикации:

4) Гончаров, К.А. Обоснование критериев эффективности и ограничений при проектировании приводов ленточных конвейеров // Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях: Материалы международной научно-практической конференции 16-18 ноября 2009 г./ под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск: БГТУ, 2009. - с. 65.

5) Гончаров, К.А. Выбор концепции проектирования привода ленточного конвейера // Материалы Всерос. Конф. с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно - металлургической отрасли» [электронный ресурс]. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009.

6) Гончаров, К.А. Обоснование принципов построения схем систем приводов ленточных конвейеров / К.А. Гончаров //Материалы научной конференции Совета МНТО: [Текст] + [Электронный ресурс] / под ред. И.А. Лагерева. -Брянск: БГТУ, 2011. - С. 17-18.

7) Гончаров, К.А. Сравнительный анализ результатов моделирования стационарного режима работы приводов ленточного конвейера с экспериментальными данными/ К.А. Гончаров // Инновационный потенциал молодежи Брянской области: достижения и перспективы (Брянск 2011): Материалы научно-практической конференции. - Брянск: НОЧУ «Центр бизнес-образования»,

2011.-С. 10-12.

8) Гончаров, К.А. Формирование оценок значимости критериев при оптимизации системы приводов ленточного конвейера/ К.А. Гончаров // Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании: Материалы III Международной научно-практической конференции: в 2 ч.: [Текст] + [Электронный ресурс] / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2011.-Ч. 1.-С22-23.-Режим доступа: http://www.elibrary.ru.

9) Реутов, A.A. Методика проектирования системы приводов ленточного конвейера / A.A. Реутов, К.А. Гончаров // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: Материалы международной научно-технической конференции 21-22 апреля 2011 г./ под ред. И. С. Сазонова. - Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2011,-4.2. -С. 25-26.

Подписано в печать 14.11.2011г. Формат 60x34 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. Изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 261. Бесплатно.

Издательство Брянского государственного технического университета 241035, г. Брянск, БГТУ, бульвар им. 50-летая Октября, 7. Телефон 58-82-49. Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ ПРИВОДОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ И РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ИХ

ПРОЕКТИРОВАНИЮ

1.1. Обзор конструкций систем приводов ленточных конвейеров

1.1.1. Классификация конструкций систем приводов ленточных 10 конвейеров

1.1.2. Обзор схем систем приводов ленточных конвейеров

1.1.3. Обзор структур приводов ленточных конвейеров

1.2. Обзор и анализ работ, посвященных проектированию 26 приводов ленточных конвейеров

1.2.1. Обзор и анализ работ, посвященных схемам систем 26 приводов ленточных конвейеров

1.2.2. Обзор и анализ работ, посвященных расчетам систем 31 приводов ленточных конвейеров

1.3. Выводы по первой главе

1.4. Постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ, КОМПЛЕКСА КРИТЕРИЕВ И ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ПРИВОДОВ

ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

2.1. Основные требования и допущения при проектировании систем 38 приводов ленточных конвейеров

2.2. Формирование и выбор направления проектирования систем 39 приводов ленточных конвейеров

2.3. Формирование комплекса критериев оценки эффективности 44 систем приводов ленточных конвейеров

2.4. Формирование ограничений при проектировании систем 49 приводов ленточных конвейеров

2.5. Анализ способов выбора рационального проектного решения

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ ПРИВОДОВ ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

3.1. Механические характеристики основных узлов систем 56 приводов ленточных конвейеров

3.2. Математическая модель распределения тяговых усилий 66 между приводными барабанами

3.3. Математическая модель совместной работы концевого 74 барабанного и промежуточного ленточного приводов ленточного конвейера

3.2. Уточненный тяговый расчет многоприводных ленточных конвейеров с учетом механических характеристик приводов

3.5. Анализ эффективности применения систем приводов с несколькими 91 приводными барабанами и промежуточными ленточными приводами

3.6. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ

ПРИВОДОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

4.1. Разработка метода и методики проектирования систем приводов ленточных конвейеров

4.1.1. Проектная процедура «Выбор типов приводов ленточного конвейера»

4.1.2. Проектная процедура «Формирование множества вариантов 99 систем приводов ленточных конвейеров»

4.1.3. Проектная процедура «Выбор варианта системы приводов»

4.1.4. Проектная процедура «Формирование проектной документации»

4.2. Пример проектирования системы приводов ленточного конвейера

4.2.1. Техническое задание на проектирование системы приводов

4.2.2. Выбор типов приводов

4.2.3. Формирование множества вариантов систем приводов

4.2.4. Выбор варианта системы приводов

4.2.5. Формирование проектной документации

4.3. Разработка концептуальной, логической схем базы данных 126 и структуры библиотеки ЗЭ моделей элементов приводов ленточных конвейеров

4.5. Выводы по четвертой главе

Системы приводов являются базовыми системами ленточных конвейеров. Разнообразие трасс конвейеров, перевозимых грузов привело к появлению широкого спектра всевозможных типов приводов и их конфигураций. Каждому из этих типов соответствует собственный метод проектирования и специфические ограничения применения.

Отсутствие единого метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров часто приводит к использованию предприятиями-изготовителями при проектировании проверенных шаблонов систем приводов без учета уникальности каждого проектного случая. Такой подход, зачастую, может характеризоваться лишними экономическими затратами.

Анализируя существующие методы проектирования ленточных конвейеров, можно с достаточной степенью уверенности сказать, что в настоящее время не существует целостного алгоритма проектирования систем приводов ленточных конвейеров, охватывающего все этапы проектирования, начиная от выбора направления проектирования системы приводов и заканчивая созданием технического проекта.

Все вышеуказанные причины привели к необходимости создания метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров, оперирующего общим одинаковым подходом к проектированию различных типов приводов с возможностью сравнения эффективности их применения в рамках конкретного конвейера.

Создание такого метода с максимально возможной формализацией всех проектных процедур значительно упростит работу проектных организаций, позволит находить оптимальные решения в различных проектных ситуациях, а также расширит спектр направлений создания систем автоматизированного проектирования, посвященных ленточным конвейерам. Таким образом, можно сделать вывод об актуальности данной работы.

Целью работы является разработка метода проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания. I

Задачи исследований. Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающую механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, условия работы приводов.

2. Разработать математическую модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающую механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов.

3. Разработать методику уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров на основе созданных математических моделей совместной работы приводов ленточных конвейеров.

4. Разработать методику выбора рациональных вариантов систем приводов ленточных конвейеров для различных проектных ситуаций.

5. Разработать метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания.

Методы исследований. При выполнении теоретических исследований и реализации поставленных задач использовались методы принятия проектных решений, методы математического моделирования, методы расчета и проектирования ленточных конвейеров, методы оценки технико-экономических показателей технических объектов и др. Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, условия работы приводов.

2. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов.

3. Разработан метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров, обеспечивающих наилучшие показатели качества для заданных требований технического задания.

Научные положения, выносимые на защиту;

1. Математические модели совместной работы барабанных, барабанных и промежуточных ленточных приводов ленточных конвейеров.

2. Метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров.

3. Методика уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров с учетом механических характеристик приводов.

Практическая значимость работы. Практическую значимость работы представляют:

1. Метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров.

2. Методика уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров.

3. Методика выбора рациональных вариантов систем приводов ленточных конвейеров для различных проектных ситуаций.

Разработанный метод проектирования систем приводов ленточных конвейеров был апробирован и внедрен на ОАО «ТЯЖМАШ» г. Сызрань, а также использован в учебном процессе кафедры «ПТМ и О» БГТУ.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» (Брянск, 2009 г); на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горнометаллургической отрасли» (Иркутск, 2009 г); на научной конференции совета молодежного, научно-технического общества (Брянск, 2011 г); на научно-практической конференции «Инновационный потенциал Брянской области: достижения и перспективы» (Брянск, 2011 г); на 3-й международной научно-практической конференции «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2011 г); на международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Могилев, 2011 г).

3.6. Выводы по третьей главе

1. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей ленты, условия работы приводов. Проведен сравнительный анализ распределения тяговых усилий между приводами при использовании электродвигателей, электродвигателей совместно с гидромуфтами, гидромоторов. В результате анализа было установлено, что наилучшими с позиции распределения тяговых усилий являются варианты с использованием гидромоторов или электродвигателей с фазным ротором и бесступенчатым регулированием сопротивления в цепи ротора.

2. Разработана математическая модель стационарного режима совместной работы барабанных и ленточных приводов ленточных конвейеров, учитывающая механические характеристики приводов, продольную деформацию грузонесущей и тяговых лент, условия работы приводов. Установлено, что при увеличении жесткости тяговой ленты, по сравнению с грузонесущей, разница между тяговыми усилиями приводов уменьшается.

3. Разработана методика уточненного тягового расчета многоприводных ленточных конвейеров на основе созданных математических моделей совместной работы приводов ЛК, позволяющая определять параметры механических характеристик приводов, необходимые для реализации заданных тяговых усилий, а также вычислять более точно тяговые усилия приводов (в 1.2.2.3 раза) и натяжение лент (в 1.2. 1.7 раза).

4. Сравнительный анализ результатов моделирования с экспериментальными данными СП опытного образца ЛК, разработанного ВНИИПТМАШ показал максимальное расхождение экспериментальных и вычисленных значений мощностей приводов 6 % при движении конвейера при неполной загрузке (136.5 т/ч) и отсутствие расхождений при движении конвейера без груза. Среднее значение расхождения экспериментальных и вычисленных значений мощностей для всех приводов конвейера составило 2.76 %.

5. Проведенный анализ эффективности применения СП с несколькими приводными барабанами и промежуточными ленточными приводами на примере конвейера ЛСТ-1600 показал, что применение нескольких барабанных приводов, распределенных по трассе конвейера с обеспечением перегрузки, требует меньших капитальных затрат, чем установка такого же количества приводных барабанов без перегрузки. Для конвейеров с отсутствием возможности перегрузки применение нескольких барабанных приводов эффективнее применения одного, если позволяет перейти на менее прочную и более дешевую грузонесущую ленту.

При отсутствии возможности перегрузки использование нескольких промежуточных ленточных приводов требует меньших капитальных затрат, чем использование приводных барабанов.

Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПРИВОДОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

4.1. Разработка метода и методики проектирования систем приводов ленточных конвейеров

Методом проектирования СП ЛК будем называть последовательность действий, направленных на достижение цели проектирования - создание проектной документации СП ЛК, соответствующей ТЗ.

Метод проектирования включает следующую последовательность действий [66]:

1) Выбор типов приводов ЛК;

2) Формирование множества вариантов СП ЛК;

3) Выбор варианта СП ЛК;

4) Формирование проектной документации.

Метод проектирования дает общее представление о действиях, необходимых для достижения цели. Каждое действие заканчивается определенным результатом, поэтому действия можно называть проектными процедурами (1111). Каждая проектная процедура состоит из проектных операций.

Методикой проектирования СП Ж будем называть совокупность описаний проектных операций по реализации проектных процедур [65].

4.1.1. Проектная процедура «Выбор типов приводов ленточных конвейеров»

Проектная процедура «Выбор типов приводов ЛК» (ПП-1) состоит из следующих проектных операций:

- синтез возможных вариантов НП приводов;

- выбор НП привода для данного ЛК.

Теоретическая основа синтеза возможных вариантов НП приводов подробно описана в [62] и параграфе 2.2 данной работы. Согласно этой основе, процесс синтеза возможных вариантов НП приводов проводится по следующему алгоритму:

1) Формирование классифицирующих (фасетных) признаков приводов ЛК и вариантов их реализации (базового множества) в рамках предложенного технического задания;

2) Создание матрицы совместимости вариантов реализации классифицирующих признаков (концепций);

3) Фильтрация базового множества по условиям несовместимости классифицирующих признаков.

Результатом данной проектной операции является фильтрованное множество НП приводов ЛК, описанных совместимыми классифицирующими признаками.

Теоретическая основа проектной операции «Выбор НП привода для данного ЛК» описана в [13, 62] и параграфе 2.2 настоящей работы. Алгоритм выбора НП привода ЛК выглядит следующим образом:

1) Последовательное сопоставление разделов описаний всех НП фильтрованного множества с соответствующими разделами технического задания;

2) Выбор одного или нескольких наилучших НП методом экспертных оценок.

Результатом данной проектной операции является получение описаний одного или нескольких (Парето-оптимальных) НП приводов для данного ЛК.

4.1.2. Проектная процедура «Формирование множества вариантов систем приводов ленточных конвейеров»

Каждый вариант СП должен содержать информацию, необходимую для реализации ПП-3 и ПП-4:

- количество приводов;

- для каждого привода место установки на конвейере, мощность, перечень типоразмеров комплектующих узлов, значения критериев, значения параметров, входящих в ограничения.

В общем случае любой конвейер при отсутствии ограничений может иметь бесконечно большое количество вариантов СП.

Схемой СП будем называть схему расположения приводов по трассе конвейера. Каждый вариант СП ЛК представляет собой схему СП с соответствующей структурой приводов.

Проектная процедура «Формирование множества вариантов СП ЛК» (ПП-2) состоит из следующих проектных операций:

- формирование базового множества вариантов схем СП ЛК;

- распределение приводов по трассе ЛК для каждого варианта схемы из базового множества;

- определение структуры приводов СП ЛК;

- формирование множества вариантов СП ЛК.

В качестве основной идеи алгоритма формирования множества вариантов СП примем утверждение, что идеальная СП имеет один привод. Увеличение числа приводов должно быть обосновано экономическими, нормативными или другими обстоятельствами. 3

В качестве условий, запрещающих увеличение числа приводов, примем: отсутствие необходимых типоразмеров комплектующих узлов; ограничения конструкции конвейера и ТЗ; однозначно установленные закономерности проектирования приводов ЛК; снижение мощности отдельного привода до величины меньшей минимально допустимой.

При проведении первых двух проектных операций будем придерживаться следующих положений [14]:

1) При построении схем СП ЛК целесообразно разместить один барабанный привод в головной части конвейера, что обеспечит надежный пуск порожней машины;

2) Выделяются два направления увеличения количества приводов: установка нескольких приводов в одном месте, близко друг к другу (увеличение суммарного тягового фактора); увеличение количества приводов с их распределением по трассе конвейера (снижение натяжения в соответствующих точках трассы);

3) Установка нескольких приводов в одном месте, близко друг к другу, целесообразна в двух случаях: при наличии реальной возможности перехода на другой типоразмер грузонесущей ленты или при невозможности реализации меньшим количеством приводов необходимой мощности;

4) Увеличение количества приводов, сосредоточенных в одном месте, прекращается, когда суммарный тяговый фактор приводов обеспечивает реализацию необходимого тягового усилия при минимальном натяжении ленты, определяемым провисанием;

5) Увеличение количества приводов с распределением по трассе конвейера проводится по двум направлениям: применение промежуточных барабанных приводов (наличие нескольких перегрузочных пунктов по длине трассы); применение промежуточных ленточных приводов (бесперегрузочное транспортирование груза);

6) Наибольшее снижение максимального натяжения грузонесущей ленты достигается при установке каждого привода в конце участка трассы конвейера, сопротивление на котором равно расчетному тяговому усилию привода;

7) Применение промежуточных ленточных приводов, взаимодействующих только с порожняковой ветвью конвейера, либо с грузовой и порожняковой ветвью одновременно должно быть обосновано, т.к. конструктивно проще и экономически эффективнее устанавливать на порожняковой ветви барабанные приводы;

8) Установка неунифицированных приводов целесообразна при модернизации существующих конвейеров с целью перехода на другой типоразмер грузонесущей ленты. В противном случае, выпускаемый типоразмерный ряд двигателей позволяет осуществить такой же переход при установке унифицированных приводов;

9) Следует учитывать необходимость установки дополнительных приводов, используемых при монтаже грузонесущей и тяговых лент.

Рассмотренные положения не распространяются на кардинально отличающиеся технические решения СП ЛК, в частности применение линейного асинхронного привода, пневмоколесного привода, приводных роликоопор, систем приводов ленточно-цепных конвейеров.

Проектная операция «Определение структуры приводов СП ЛК» выполняется по следующему алгоритму:

1) Уточнение типоразмеров элементов приводов;

2) Уточнение необходимости установки тормозных устройств;

3) Составление структурных схем.

Проектная операция «Формирование множества вариантов СП ЛК» выполняется последовательным сопоставлением структур приводов и схем расположения приводов по трассе ЛК.

4Л.З. Проектная процедура «Выбор варианта системы приводов»

Проектная процедура «Выбор варианта системы приводов» (ПП-3) состоит из пяти проектных операций:

- подбор критериев оценки СП;

- формирование комплекса критериев оценки СП с использованием характеристик комплекса критериев;

- оценка множества допустимых вариантов СП на основе ограничений;

- принятие решения об окончательном варианте СП.

Проектная операция «Подбор критериев оценки СП» осуществляется экспертной группой предприятия-разработчика СП ЛК. Перечень возможных критериев, представлен в параграфе 2.3.

Проектная операция «Формирование комплекса критериев оценки СП с использованием характеристик комплекса критериев» предусматривает следующие действия:

1) Формирование нескольких вариантов комплексов критериев (КК);

2) Формирование целевой функции для выбора наилучшего КК с использованием характеристик КК, учитывающих различные стороны и аспекты при проектировании конкретных СП ЛК;

3) Выбор наилучшего КК.

Результатом данной проектной операции является получение наилучшего в рамках конкретной проектной ситуации КК.

Результатом проектной операции «Оценка множества допустимых вариантов СП на основе ограничений» является множество допустимых вариантов СП ЛК, удовлетворяющих ограничениям.

Проектная операция «Принятие решения об окончательном варианте СП» подразумевает выбор варианта СП ЛК из множества допустимых с помощью метода анализа иерархий (параграф 2.5). Для оценки каждого варианта СП ЛК по соответствующим критериям выполняется его расчет (параграф 3.4), основанный на разработанных математических моделях (параграф 3.2, 3.3), а также проверка по динамическим нагрузкам согласно [81].

Результатом данной проектной операции является получение рационального в данной проектной ситуации варианта СП ЛК.

4.1.4. Проектная процедура «Формирование проектной документации»

Проектная процедура «Формирование проектной документации» (ПП-4) состоит из следующих проектных операций:

- разработка трехмерной параметрической модели СП ЛК;

- формирование технического проекта СП ЛК.

Результатом первой проектной операции является синтез трехмерной модели СП ЛК.

Последовательность создания трехмерной модели СП ЛК выглядит следующим образом:

1) Выбор необходимых типоразмеров элементов из библиотеки трехмерных параметрических моделей элементов приводов ЛК.

2) Формирование трехмерных моделей приводов ЛК.

Технический проект системы приводов ЛК формируется согласно ГОСТ 2.120-73 (1995) ЕСКД.

В комплект документов технического проекта включают конструкторские документы в соответствии с ГОСТ 2.102-68 предусмотренные техническим заданием и протоколом рассмотрения технического предложения. Применительно к системам приводов ЛК, технический проект будет включать следующий обязательный перечень документов: а) чертеж общего вида, выполненный по ГОСТ 2.119 - 73 (1995); б) сборочные чертежи металлоконструкции системы приводов; в) чертежи фундаментов; г) ведомость технического проекта, содержащая все включенные в комплект документов технического проекта конструкторские документы в порядке, установленном ГОСТ 2.106-68; д) пояснительная записка, выполненная по ГОСТ 2.106 - 68, содержащая разделы согласно ГОСТ 2.120-73 (1995) ЕСКД; е) спецификации, являющиеся основными конструкторскими документами для сборочных единиц, комплексов и комплектов.

Включение в состав технического проекта других документов по ГОСТ 2.102-68 остается на усмотрение заказчика и проектной организации.

4.2. Пример проектирования системы приводов ленточного конвейера

Рассмотрим процесс проектирования СП ленточного конвейера J1CT-1600 согласно описанному выше методу.

4.2.1. Техническое задание на проектирование системы приводов

Сформируем техническое задание на проектирование в виде, представленном в параграфе 2.2 (табл. 2.3):

1) Наименование объекта проектирования: система приводов ленточного конвейера.

2) Нормативные документы, используемые при проектировании: [110-131].

1. Транспортируемый материал медная руда

2. Плотность материала, т/м 1,8

3. Крупность материала, мм 300

4. Коэффициент трения ленты по приводным барабанам 0,35

5. Коэффициент сопротивления движению ленты по роликам 0,045 Масса вращающихся частей верхней роликоопоры, кг 31x3=93 Шаг верхних роликоопор, м 1,2

6. Масса вращающихся частей нижней роликоопоры, кг 41x2=82 Шаг нижних роликоопор, м 31. Диаметр роликов, мм 194

7. Требования эргономики, безопасности, производственной санитарии и экологии согласно стандартам, указанным в пункте 2.

8. Экономические требования: минимальная стоимость СП и грузонесущей ленты.

9. Схема трассы конвейера представлена на рис. 3.17. 4.2.2. Выбор типов приводов

10. Проектная операция «Синтез возможных вариантов НП приводов»

11. Проектная операция выполняется по алгоритму, предложенному в параграфе 4.1.1 текущей работы.

12. Формирование классифицирующих (фасетных) признаков приводов ЛК и вариантов их реализации (базового множества) в рамках предложенного технического задания.

13. Классифицирующие признаки приводов ЛК и варианты их реализации представлены в таблице 2.1.

14. Создание матрицы совместимости вариантов реализации классифицирующих признаков (концепций).

15. Матрица совместимости строится по рекомендациям, данным в 62. и параграфе 2.2 данной работы:0 10 0' 0-100 0-100 0-100- о о- о о - о о1. V У

16. Номера столбцов и строк матрицы А соответствует порядку обозначений значений фасетов в табл. 2.1

17. Матрица совместимости А является симметрической. Незаполняемые элементы матрицы отмечены черточками.

18. Фильтрация базового множества по условиям несовместимости классифицирующих признаков.

19. Указанная несовместимость приводит к выбраковке 6 НП. Таким образом, фильтрованное множество содержит 18 НП (табл. 2.2).

20. Проектная операция «Выбор НП привода для данного ЛК»

21. Проектная операция выполняется по алгоритму, изложенному в параграфе 4.1.1 текущей работы.

22. Последовательное сопоставление разделов описаний всех НП фильтрованного множества с соответствующими разделами технического задания;1. А =- 0- 0- 0- 0

23. Технические характеристики

24. Характеристики назначения: HITgi-gMвремя работы до 12 18 час/сут без отключений; влажность воздуха 65-90%; запыленность воздуха 100-150 мг/м3; температура окружающей среды -35°.+35°С.

25. Характеристики надежности: HIIgx -g(,,g\s-gn90% ресурс валов и передач 25000 часов; 90% ресурс подшипников - 12500 часов; НП gj g\4ресурс в режиме гидромотора не менее 7500ч;

26. Характеристики технологии изготовления:• литье, сварка, прокат, штамповка, термообработка и прочие технологические операции согласно соответствующим ГОСТ на технологические процессы (HTlgi -gi8);

27. Характеристики эргономики, безопасности, производственной санитарии и экологии:• согласно соответствующим стандартам;

28. Описание (прогноз) экономических характеристик НП на данном этапе нецелесообразно выполнять из-за недостаточного количества необходимых данных.

29. Оценка соответствия технического задания и НП приведена в таблице 4.1.