автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Основы теории импульсных инерционных конвейеров

/У/

Лускань Олег Александрович >//Л у

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИМПУЛЬСНЫХ ИНЕРЦИОННЫХ КОНВЕЙЕРОВ

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 9 СЕН 2011

Новочеркасск - 2011

4853639

Работа выполнена в Балаковском институте техники, технологии и управления (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет» на кафедре «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Кобзев Анатолий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Короткий Анатолий Аркадьевич

доктор технических наук, профессор Кожушко Герман Георгиевич

доктор технических наук, профессор Джигкаев Тамерлан Сосланович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Белгородский государственный

технологический университет имени В.Г. Шухова »

Защита диссертации состоится «27» октября 2011г. в /#~^часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ауд. 107.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Отзывы на автореферат просим направлять в диссертационный совет по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

Автореферат разослан и опубликован на сайте www.npi-tu.ru «¿У» 09 20#г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Выпуск конкурентоспособных на мировом рынке национальных продуктов зависит не только от быстрого внедрения организационных и технологических новшеств, связанных с частыми изменениями номенклатуры выпускаемых изделий, но и с созданием и внедрением в производство различных транспортирующих машин, устройств и механизмов, связывающих в единую транспортную систему как основные, так и вспомогательные производственные операции. Особое место здесь занимают конвейеры различных типов, транспортирующие штучные, насыпные, жидкие и газообразные грузы.

Сегодня исследованиями по созданию конвейерных систем нового поколения и совершенствованию традиционных технологий транспортирования грузов занимаются как отечественные компании: ИНПП «Конвейер», ЗАО «Стеклопак», ООО «Фруктонад групп», «Сибирская машиностроительная компания», ООО «Поток-TM», ООО «Проект Инвест» (Россия), ООО «Полином» (Татарстан), так и зарубежные: фирма «Круиз», ООО «Завод Термо-Пак», ОАО «Конвейер» (Украина), «Blume», «WTT Fordertechnik», «Librawerk», «Lipsia Fordertechnik», «KNAPP» (Германия), «Chiorino», «Comarme Marchetti», «SIAT» (Италия), «Ekobal», «Velteko», «AppecAstro» (Чехия) и др.

Среди большого многообразия конвейеров особое место занимают конвейеры, предназначенные для транспортирования штучных грузов. Для их перемещения широко применяются ленточные, пластинчатые, роликовые, грузоведущие, тележечные, штанговые, шагающие конвейеры, так как они обеспечивают непрерывность подачи, изменение скорости транспортирования и накопление грузов, а также выполнение на них различных технологических операций. Недостатками указанных конвейеров являются сложность конструкции, значительная энергоемкость транспортных процессов и металлоемкость конструкций.

Штучные грузы транспортируются также инерционными конвейерами, на которых груз перемещается за счет бигармонического характера колебания желоба, однако этот тип конвейеров из-за больших динамических нагрузок на привод и сопротивлений от перемещаемого груза по желобу не получил широкого применения.

Кроме того, различные физико-технические свойства штучных грузов диктуют создание универсальных, легких, мобильных и быстро переналаживаемых конвейеров, которые зачастую используются для подачи и транспортировки грузов на небольшие расстояния, при этом обеспечивая дополнительные операции, например по развороту и реверсированию.

На кафедре «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» ГОУ ВПО «СГТУ» разработаны новые конструкции инерционных конвейеров, которые можно назвать импульсными конвейерами, из-за спо-

У> У

соба передачи движения грузу от грузонесущих элементов. Импульсные конвейеры могут применяться в качестве транспортных, перегрузочных, подающих, отводных средств, а также транспортных систем, используемых в гибких производственных системах (ГПС) машиностроительных производств и отличаются от известных типов конвейеров малой энергоемкостью транспортно-технологических операций и сравнительно низкой металлоемкостью конструкций из-за отсутствия в грузонесущих элементах дорогостоящих механических передач.

Диссертационная работа соответствует научному направлению кафедры «Подьёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» БИТТУ (филиал) ФГОУ ВПО «СГТУ» - 13.В.02 «Разработка научных основ оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных, дорожных и коммунальных машин» (per. №01201001326, ФГНУ «ЦИТиСОИВ»), Отдельные разделы диссертационного исследования выполнялись в рамках г/б НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие потенциала высшей школы» (мероприятие 2: «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Научно-методическое обеспечение развития инфраструктуры вузовской науки» (приказ СГТУ №88-П от 28.01.2009 г.) по теме «Развитие теории оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин».

Таким образом, главным направлением исследований по разработке конвейеров нового поколения для перемещения штучных грузов является создание принципиально нового оборудования, отвечающего требованиям малой энергоемкости, быстрой переналадки и универсальности.

Цель работы. Разработка основ теории нового типа машин непрерывного транспорта - импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих выполнение транспортно-технологических операций со штучными грузами, имеющими различные физико-технические характеристики, на основе разработанных новых технических решений и общей теории движения грузов с учетом влияния особенностей предложенных конструкций грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных конвейеров, способствующих снижению энергоемкости транспортно-технологических процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. На основе системного анализа транспортно-технологических процессов со штучными грузами, выполняемых различными видами конвейеров, обосновать предпосылки создания нового типа машин непрерывного транспорта - импульсных инерционных конвейеров, конструктивные особенности и режимные параметры работы которых способствуют снижению энергоемкости указанных процессов.

2. Разработать обобщенную теоретическую модель процесса транспортирования штучных фузов, описывающую общий принцип перемещения грузов на импульсных инерционных конвейерах и определяющую рацио-

нальные параметры качания рамы, от которых зависят скорость и энергоемкость процесса транспортирования штучных грузов.

3. Исследовать влияние конструктивных особенностей грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных инерционных конвейеров на кинематические характеристики движения штучных грузов.

4. Разработать теоретические модели процессов ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью, определяющие рациональные параметры качания рамы импульсных инерционных конвейеров в зависимости от заданных режимных параметров с оценкой энергоемкости процесса ориентирования.

5. Провести экспериментальные исследования разработанных конструкций грузонесущих элементов и выбранных рациональных режимных параметров качания рам импульсных инерционных конвейеров, устанавливающих их влияние на скорость и мощность процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов для подтверждения теоретических исследований.

6. Обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований с разработкой методик инженерного расчета импульсных конвейеров с различными типами грузонесущих элементов.

Основная научная идея заключается в более полном использовании энергии инерции грузов, получаемой от импульсного привода, требующих разработки теоретических основ для их проектирования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная теоретическая модель процесса транспортирования штучных грузов, описывающая общий принцип перемещения грузов на импульсных инерционных конвейерах и определяющая рациональные параметры привода предложенных типов импульсных инерционных конвейеров, от которых зависит скорость и энергоемкость процесса транспортирования штучных грузов.

2. Теоретические модели процесса транспортирования грузов на импульсных инерционных конвейерах с различными типами грузонесущих элементов.

3. Теоретическая модель процесса ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью на импульсном роликовом инерционном конвейере.

4. Результаты экспериментальных исследований процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов на импульсных инерционных конвейерах с различными типами грузонесущих элементов.

5. Основные теоретические зависимости инженерного расчета конструкций грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих выполнение транспортно-технологических операций со штучными грузами.

Новизна научных положений:

- предложен новый класс инерционных конвейеров - импульсные инерционные конвейеры с различными типами грузонесущих настилов, обеспечивающие транспортирование и ориентирование штучных грузов при выполнении технологических операций;

- впервые разработана общая теория импульсных инерционных конвейеров, описывающая общий принцип перемещения грузов с определением основополагающих закономерностей движения штучных грузов, а также мощности, расходуемой на транспортирование, и установления рациональных параметров привода предложенных конвейеров;

- определено влияние конструктивных и режимных параметров импульсных инерционных роликового, спутникового (тележечного) и ленточного конвейеров на процессы прямолинейного горизонтального и пологонаклонного транспортирования штучных грузов, имеющих различные физико-технические свойства;

- впервые разработаны теоретические закономерности поворота при ориентировании и передачи штучных грузов, имеющих плоскую опорную поверхность без смещения и со смещением центра тяжести груза относительно центральной оси транспортирования без применения дополнительных устройств для ориентирования и остановки основного конвейера;

- получены зависимости для определения максимальной производительности при минимальной энергоемкости процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов, а также проведен численный сравнительный анализ энергоемкости транспортирования и ориентирования штучных грузов предложенными импульсными инерционными конвейерами и известными типами конвейеров, показывающий снижение энергоемкости транс-портно-технологических процессов в среднем на 30%;

- на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по проектированию грузонесущих элементов и выбору рациональных режимных параметров привода предложенных типов импульсных инерционных конвейеров.

Практическая значимость работы. Проведенные научные исследования и полученные результаты дают возможность разработки методик проектирования предложенных типов импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих транспортирование и ориентирование штучных грузов в условиях гибких производственных систем машиностроительных производств без использования дополнительных внешних устройств, что позволило достичь снижения металлоемкости и энергоемкости транспортно-технологических процессов.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным выбором соответствующих задачам физических предпосылок; применением апробированных законов механики, математики, теории механизмов и машин, методов математического моделирования; сопоставлением результатов анали-

тического исследования с данными экспериментов и математического моделирования; сравнительным анализом полученных результатов с известными.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены:

- на ОАО «Волжский дизель им. Маминых», г. Балаково, внедрена методика инженерного расчета инерционного роликового конвейера;

- на ЗАО «Волжский литейный завод», г. Балаково, внедрена методика инженерного расчета ориентирующего импульсного роликового конвейера;

- на ОАО «Тяжмаш», г. Сызрань, внедрена методика инженерного расчета импульсного роликового конвейера;

- при обеспечении учебного процесса в рамках дисциплин «Машины непрерывного транспорта», «Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ», в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».

Апробация работы. Диссертационная работа заслушивалась и одобрена на заседании кафедры «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2010 году.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:, на научно-технических конференциях СГТУ в 2001-2011 гг., Международной научно-методической конференции «Перспективы развития подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин», посвященной 30-летию образования кафедры ПСМ БИТТиУ (Балаково, 2002); научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань, 2002); на научно-технической конференции, посвященной 100-летию профессора Г.П. Ксюнина (ЮРГТУ НПИ, Новочеркасск, 2004); заседании технического совета ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (Балаково, 2004); на IX Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Механики - XXI веку» (Братск, 2010); XVII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Украина, Севастополь, 2010); II Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2010); Международной научно-практической конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2010); в 1У-У1 Саратовских салонах изобретений, инноваций и открытий (Саратов, 2009-2011). Разработка «Двухсекционный инерционный роликовый конвейер» была отмечена дипломом I степени и Золотой медалью VI Саратовского Салона изобретений, инноваций и инвестиций (апрель 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 44 печатные работы, в том числе 2 монографии и 7 патентов на изобретение. Из указанного числа работ 11 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ для докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 183 наименований. Основной текст исследования изложен на 292 страницах и включает 128 рисунков, 27 таблиц, 3 приложения на 14 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, подтверждающая необходимость разработки и внедрения новых конструкций машин непрерывного транспорта, отличающихся от известных типов конвейеров возможностью выполнения транспортно-технологических операций при движении штучных грузов в условиях ГПС, малой энергоемкостью и металлоемкостью конструкций, сформулирована цель работы, приведена общая характеристика работы с определением ее научной новизны и практической ценности.

В первой главе представлены классификация, характеристика и физико-технические свойства штучных грузов, проведен анализ известных способов перемещения штучных грузов на различных типах конвейеров, их конструктивные особенности, а также проанализированы теоретические и экспериментальные исследования движения грузов в условиях ГПС машиностроительных производств.

Вопросам исследований процесса перемещения штучных грузов посвящены работы К.Е. Ивановского, А.О. Спиваковского, P.JI. Зенкова, В.Н. Белякова, О.Т. Темиртасова, A.B. Машковского, H.H. Лифшиц, Е.Т. Левина, В.П. Боброва, О.Б. Маликова, Ю.А. Пертена, А.К. Гулбе, А.Г. Тропма-на, Н.Е. Ромакина.

На промышленных предприятиях и складах имеют место сложные транспортно-технологические операции, и основными средствами механизации являются конвейеры различных типов.

Для перемещения штучных грузов широко применяются ленточные, пластинчатые, роликовые, грузоведущие, тележечные, штанговые, шагающие конвейеры, так как они обеспечивают непрерывность подачи, изменение скорости транспортирования и накопление грузов, а также выполнение на них различных технологических операций, зачастую связанных с перегрузкой, реверсированием, накоплением и ориентированием штучных грузов. Указанные операции могут выполняться с остановкой основного транспортного конвейера, которая резко снижает производительность, или с применением дополнительного металло- и энергоемкого оборудования, влекущие за собой повышенные капитальные и эксплуатационные затраты.

Штучные грузы можно транспортировать и инерционными конвейерами, на которых груз перемещается за счет бигармонического характера колебания желоба, однако этот тип конвейеров не получил широкого распространения, т.к. постоянное трение груза о желоб вызывает значительное сопротивление транспортированию, изнашивание желоба и значительные нагрузки на привод. Исследованиям инерционных конвейеров

посвящены работы П.С. Козьмина, Л.Б. Левенсона, Н.Г. Копылова, Е.В. Ефимовой, А.Н. Рабиновича, А.Г. Тропмана, Ю.Г. Декиной.

При выборе того или иного типа конвейера в качестве транспортного средства, подающего устройства, накопителя и т.д. отдают предпочтения, если это возможно по технологическому процессу, машинам с наименьшей удельной энергоемкостью. Проведенный анализ позволил установить виды машин непрерывного транспорта с наименьшими энергозатратами, одним из которых являются инерционные конвейеры.

Предлагаемые конструкции импульсных инерционных конвейеров обеспечивают выполнение транспортно-технологических операций за счет оснащения грузонесущими элементами в виде роликового, ленточного настилов, тележек.

Рассматриваемые импульсные инерционные конвейеры можно классифицировать по следующим признакам:

- по способу передачи движения грузу (типу привода) можно разделить на две группы: конвейеры с качающейся рамой и конвейеры с качающимся приводным элементом;

- по способу перемещения груза на конвейере: по роликовому настилу (A.c. 630146) [38, 40, 41, 42], на тележках-спутниках (A.c. 1452756) [39], на ленте [43], на пластинчатом настиле;

- по обеспечению ориентирования грузов в процессе транспортирования: для разворота штучного груза без смещения его центра тяжести относительно оси конвейера, для поворота штучного груза со смещением его центра тяжести и возможностью передачи его на другой конвейер (A.c. №818988).

Общей конструктивной особенностью импульсных конвейеров является наличие качающейся рамы и механизмов свободного хода, которыми оснащены грузонесущие элементы.

При движении рамы в направлении транспортирования сила инерции груза, лежащего на грузонесущих элементах, направлена противоположно движению и стремится переместить груз в сторону, обратную транспортированию. Так как грузонесущие элементы оснащены механизмами свободного хода, между опорной поверхностью груза и грузонесущими элементами возникает сила трения, вовлекающая груз в совместное движение с рамой.

При обратном ходе рамы сила инерции меняет свое направление на противоположное, и груз, преодолевая силу сопротивления, возникающую при его перемещении по грузонесущим элементам, движется в направлении транспортирования, т.к. механизмы свободного хода не препятствуют свободному вращению грузонесущих элементов.

Другими словами, транспортирование груза происходит при разных сопротивлениях движения груза при прямом и обратном ходе рамы, т.к. коэффициент трения на порядок выше приведенного коэффициента сопротивления движению груза.

На основе проведенного анализа состояния вопроса, а также разработанных новых конструкций машин непрерывного транспорта, требующих

для их внедрения в реальное производство теоретических и экспериментальных исследований, сформулированы задачи диссертационного исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

Вторая глава посвящена разработке общей теории движения штучных грузов на импульсных конвейерах.

Исследование процессов транспортирования штучных грузов на импульсных конвейерах, предполагает определение основных кинематических характеристик движения штучных грузов с учетом конструктивных особенностей конвейеров. Общий принцип перемещения грузов позволил разработать основополагающие закономерности движения грузов на предложенных импульсных инерционных конвейерах. Следует отметить, что приведенная общая теория движения грузов справедлива для прямолинейного перемещения груза за счет возникающих разных сопротивлений при прямом и обратном ходах качающейся рамы.

Гармонический привод, описываемый уравнениями (1), обеспечивает переменные кинематические характеристики качающейся раме за период цикла, поэтому одним из важных является условие совместного движения рамы и груза с одинаковой абсолютной скоростью (рис. 1а) с целью накопления грузом кинетической энергии для создания относительного движения фуза в период хода рамы при прямом и обратном направлениях (рис. 16 и в). Следует учитывать при этом, что совместное движение груза с рамой осуществляется за счет силы трения, возникающей между опорной поверхностью груза и грузонесущими элементами, находящимися в состоянии покоя.

хк = Asincyí ,0,. = Acocoscot ,ак =-Асо2 sincot, (1)

где хк - перемещение рамы конвейера; 1ЭК - скорость рамы конвейера; ак -ускорение рамы конвейера; А, со - соответственно амплитуда колебаний рамы конвейера и угловая скорость привода.

Tzt/77 Прягюй ход рами

777]7~ Гррюй ход рот б

Рис. 1. Схемы к определению условий транспортирования груза при прямом и обратном ходах рамы:

$гр" ~ относительная скорость груза;

/■"„ - сила инерции груза; Гтр - сила трения груза между грузом и поверхностью грузонесущих элементов; \Угр - сила сопротивления движению груза по грузонесущим элементам

Условием совместного движения груза и рамы является < . Совместное движение груза с рамой будет происходить до тех пор, пока скорость рамы не достигнет максимального значения, после чего сила инерции груза изменит свое направление, и груз, преодолевая сопротивление движению, начнет относительное перемещение по грузонесущим элементам. Одним из основополагающих условий транспортирования груза будет его движение относительно грузонесущих элементов при прямом и обратном ходах рамы конвейера, определяемое выражением: /-"„ > \Угр.

Очень важной характеристикой при перемещении груза по раме конвейера, оснащенной грузонесущими элементами, является приведенный коэффициент сопротивления движению груза - 5,,„ прямо пропорционально зависящий от силы сопротивления движению груза, которая, в свою очередь, зависит от конструкций грузонесущих элементов импульсных конвейеров.

Закономерность изменения скорости рамы конвейера и груза (рис. 2) показывает, что движение груза разделено на два участка: А-В относительного движения груза за период времени t] и В-А - участок совместного движения груза и рамы за период времени /2, гае груз пополняет кинетическую энергию, ■г!

А А ,-дг,

Рис. 2. Закономерность изменения скорости рамы конвейера и груза

Линейный характер изменения скорости на участке А-В возможен без учета сил инерции движущихся частей грузонесущих элементов. В действительности в начальный период грузонесущие элементы разгоняются, поглощая энергию, а во второй фазе (замедления) они возвращают накопленную энергию грузу, влияя на характер изменения скорости на участке А-В.

Для выявления характера изменения были составлены расчетная схема (рис. 3) и уравнения Лагранжа 2-го рода для системы конвейер-груз. Проекция обобщенных сил на горизонтальную ось имеет вид

тгэхгэ = ~ ^гр ~ ^идгэ > (2)

где тгэ - масса грузонесущих элементов; хгэ - абсолютное ускорение движения грузонесущих элементов; - сила инерции груза, Ри =тгрхгр, где тгр -масса транспортируемого груза; хгр- абсолютное ускорение груза; Р„А„ - сила инерции движущихся частей грузонесущих элементов, Ридгэ = тгэхгр.

Решение уравнения (2) позволило определить закономерности изменения абсолютных ускорения (3), скорости (4) и перемещения (5) движения груза в период цикла Т=2к/а>:

—-#5 ¿р - ——™ " ^—Асу2 соГ] - А со2 5Ш ю , (3)

тгр + т^

тгр + т гэ

Рис. 3. Расчетная схема к определению закономерности абсолютного движения груза

т?п ~ т

Ьгр =Лш-

-'''— £8,рг,--—— Асо(1 - сое юг,)+Лсоссм со/2 >

'р

X — — П< у

со?!---—---т"—А(щ -ятш/,)+ Двтазь

тгр +'»г>

2 тгр + т„

относительного движения груза по грузонесущим элементам:

-/4ю вш (о/

1-

т.

Аю(1 - сое <ог I 1 -

т!р + т„ т,

•гр

тгр+тгэ) тгр+тг]

(4)

(5)

(6) (7)

х°'п" =А(ш-з ¡пои)

1 -

т гр + гэ )

•гр

т гр + т ;

в*? V; (8)

а также получить время относительного ^ и совместного ?2 движения: , 1(

утгр+тп

Щэ

_1_ »м г

(9)

Аса

к тер+тгз;

Ааг

1 —

гр_|2 2?2 4Аа>2*8^гртгр

В гР+ ,

тгр+та

1—

Аау

]--

^ тгр+тгэ

Асо'

1—

^ тгр+тя)

По результатам проведенного численного анализа полученных выражений были построены графики изменения абсолютной скорости движения рамы и груза (рис. 4) в период цикла в зависимости от различных соотношений массы груза и грузонесущих элементов.

Об 0.45

аз а15

•а» -03

-а*

01

м он ад

-02 -0.4

41

1 авп 0.1 о.1б аз1 026 ал азе/а« а« оя

:у.

9, м'с

/1

К ^^Т^Г: : | /, С

0 0079 ¿16 \йМ 031 039 0.41 05* 0.63 0.71 0.79

'V.'! 11

. . .. .....; ;

а) Зависимость скорости груза и рамы во времени, при амплитуде колебаний рамы,

А=0,05м; угловой скорости привода, ы=12 рад/с

6) Зависимость скорости груза и рамы во времени, при амплитуде колебаний рамы,

А=0,1 м; угловой скорости привода, т=8 рад/с

в) Зависимость скорости груза и рамы во времени, при амплитуде колебаний рамы,

А=0,15м; угловой скорости привода, т=6 рад/с

Рис. 4. Зависимость скорости транспортирования от соотношении массы груза и масс движуи{ихся частей грузонесущих элементов

В результате численного анализа было установлено, что рациональные режимы движения груза, т.е. абсолютное движение груза только в сторону

транспортирования, могут быть получены при соотношении

ЩР >2

тгр+тгэ 3

тг э ^ 1

и т +т ~ з > а максимальные абсолютная и средняя скорости при фиксированных значениях амплитуды колебаний рамы и угловой скорости при-

тгр тгэ

вода при — — > 1 и - > и что и отражено на графиках рис. тгр+тгэ тгр+тгэ Р 1 Р

4, где представлено по шесть кривых изменения скоростей груза с соотношениями начиная с максимальных значений скоростей при:

Пгр ^100. 8,5 . 7, 6, 5. 2 тгэ ^2.2. 2, 2, 2, 1

тгр+тгэ 102' 10,5' 9' 8' 7' 3 И тгр+тгэ ~ 102'' 10,5? 8; Г У

Из условия отсутствия скольжения груза относительно грузонесущих элементов скорости груза и рамы равны (рис. 2), а разности ускорений максимальны, и должно соблюдаться условие < ^, т.е. ускорение груза в этой точке должно быть меньше величины на основании которого определены рациональные параметры колебаний:

/ ^

Л <

/ + 4/5гр —^ н 35^,

тгр + та

(П)

4<у2я8

гр

™гр + тг

>"гр + '"г

Важным фактором является выбор амплитуды колебаний по выражению (11) в зависимости от угловой скорости привода, физических свойств транспортируемого груза (коэффициента трения опорной поверхности груза о грузонесущие элементы), приведенного коэффициента сопротивления движению груза, составляющий не более 0,09, при постоянных соотношени-тгр тгэ

ях у» I и™ , м ■ Графики зависимости амплитуды от угловой тгр тгэ тгр + тгэ

скорости для наиболее часто перемещаемых грузов с опорной поверхностью из стали, дерева и резины по стальным грузонесущим элементам или направляющим рамы с коэффициентами трения груза соответственно/с.г=0,25; /С ()=0,5; /с.р=0,1 представлены на рис. 5. Из графиков видно, что при наименьших значениях приведенного коэффициента сопротивления движению груза и наибольших значениях коэффициента трения груза о грузонесущие элементы или направляющие рамы появляется возможность увеличения скорости транспортирования, а следовательно и производительности конвейера.

Из этих графиков видны максимальные ограничения по значениям амплитуды и угловой скорости.

Рациональные параметры и время относительного и совместного движения позволили определить среднюю (12) и максимально возможную среднюю (13) скорости транспортирования грузов.

0L3

ai9 + an ■• an -016 0.15 au 4 ail -ah ■■ an -■ ai

DJ» -

oat OJJ7 006 am

004

со. pod'c

ii Ш м в

а) при S,p=0,01

0.2 -■ 0.19 -■ 0,18 -

m

0,15 -

0.M

Ol'J

«.12 4 0.11 0.1 0.09 4 0.08 -

0.05 -

№ :: 0.02 0.01

А, м

CO, pad. c

16 20 24 28 32

б) при дгр=0,05

со, рад, с

■б 20 24 2* 32

в) при ёгр=0,09

Рис. 5. Численный анализ зависимостей параметров колебаний рамы от/и 8гр

гр 2л

А 1-

(cofj - sincor,)-

-вЬЛ

тгр + m^, 2

(12)

2даы

"гр

тгр + тгз

- + 38,

\тгр + тгз

2ж

гр

гр

тгр+тгз)

/+4/8 „+38*

утгр+тгэ

\\

2л-

1 -

Ч>

тгр

1+К

тгр+тг}

гр

тгр + тгэ

\тгр+тгз )

/ +4/8

'ЧР

гр

тгр + тгэ

- + 38

гр

гр

утгр +та)

(13)

Специфика работы импульсных конвейеров обусловливает расчет мощности привода конвейера на трех участках движения рамы конвейера и груза: при прямом ходе рамы, когда груз движется в направлении транспортирования, обратном при движении груза в направлении транспортирования и при прямом ходе рамы (груз движется совместно с рамой со скоростью рамы конвейера).

На рис. 6-8 представлены расчетные схемы для этих трех участков и составлены уравнения Лагранжа 2-го рода для системы конвейер-груз, для каждого из которых определены мощности и средняя квадратичная мощность привода:

у

Прямой ход/хт

> < 37

4 4 к у -Г

/Л Г77-

Рис. 6. Расчетная схема для определения мощности при прямом ходе рамы с относительным движением груза

■ мощность привода при прямом ходе рамы

ЛГ„ =

(г/

гр

I

+ т..

/4

К-Л

|Лси сое со/Л

зг/

зр

+ т.

зг/

+

{ЛсисоьшЖ

зг/

£

Рис. 7. Расчетная схема для определения мощности при обратном ходе рамы с относительным движением груза

■ мощность привода при обратном ходе рамы

(ЪТА 1 (ЖА

(^'"л {хА

-А

ЗГ/

\Amosmdt

(15)

Яис, 5. Расчетная схема для определения мощности при совместном движении

■ мощность привода при совместном движении груза и рамы конвейера

(m +тк)

rT

\xKdt

kr*5«

JA со cos fütdt

T-U

(16)

Средняя мощность привода конвейера определена методом эквивалентных величин, позволяющим учитывать значения мощностей на всех участках движения (14), (15) и (16), затрачиваемых при различных периодах движения рамы и груза. Среднеквадратичная мощность, соответствующая средней мощности привода конвейера определяется формулой

Nnp =

/V

(17)

В третьей главе рассматриваются исследования процесса транспортирования штучных грузов на импульсных роликовом и спутниковом (теле-жечном) конвейерах, а также определяется влияние конструктивных и режимных параметров работы конвейеров на процесс транспортирования груза на основе разработанной общей теории движения грузов на импульсных конвейерах.

При перемещении грузов на импульсном роликовом конвейере (ИРК) в случае, когда сила инерции груза значительно больше силы трения, возможно относительное движение (скольжение) груза по заторможенным роликам в сторону обратную транспортированию. Экспериментальными исследованиями было установлено, что при параметрах колебания рамы, выходящих за граничные, наблюдается явление скольжения груза по роликам, но груз продолжал двигаться в сторону транспортирования. В связи с этим были определены граничные параметры колебания рамы и разработаны рекомендации для инженерного расчета, характеризующие режимы качания рамы ИРК, при которых возможно транспортирование груза с относительным скольжением.

При скольжении груза относительно роликов (рис. 9а), сила инерции груза по значению будет больше силы трения, возникающей между опорной поверхностью груза и роликами, т.е.

Fu^Fmp- (18)

>;7\7

а) 6)

Рис. 9. Схемы к определению условий транспортирования груза с относительным скольжением при прямом ходе рамы

Значение времени относительного скольжения определяется по формуле

кГ

агсвт-

о

(19)

Полученное время гс необходимо сравнить со значением времени г2 согласно формуле (10), в течение которого происходит изменение направления

силы инерции груза в сторону транспортирования, т.е. - '2 •

На основе поставленного условия определены границы варьирования параметрами колебания рамы ИРК, при которых возможно транспортирование груза с относительным скольжением:

/ г 2

Г

1+

т,

>пгр+тр)

+2У6

пгр

'гр

>»гр+т/.

тгр+тру

+35 %

"гр

утгр+тр/

4<и2я8

"гр

•гр

тгр +тр

(20)

тгр+тр

где тр - масса вращающихся частей роликов; 8,р - приведенный коэффици ент движению груза по роликам ИРК:

тк

дгр --—--,

(21)

Тгр 8

где IV,,,,, - сопротивление от сил трения в опорах; \Утк - сопротивление от силы трения качения груза по роликам; IV,, - сопротивление, возникающее при преодолении грузом отклонений от плоскостности установки роликов; \УМСХ - сопротивление, возникающее при работе механизмов свободного хода (МСХ), которыми оснащены ролики.

Конструктивные особенности ИРК и способ перемещения штучных грузов на них обусловливают определение их минимальной массы, так как при движении груз взаимодействует с роликом посредством силы трения и должен сообщить ему кинетическую энергию на вращение. Из условия отсутствия скольжения груза относительно роликов при прямом и обратном ходах рамы:

где Ртр - сила трения, возникающая между опорной поверхностью груза и обечайкой ролика; IV,,,, - сила сопротивления движению груза по роликам без учета сопротивления преодоления грузом отклонения плоскостности установки роликов И7,,; /> - сила инерции вращающихся частей роликов при максимальном ускорении рамы конвейера.

Минимальная масса транспортируемого штучного груза определится как

' йи г.

''В

"-/,+Дсо2

' £рк.чех

С целью обеспечения динамической устойчивости штучных грузов было определено соотношение геометрических размеров, при которых будет обеспечено транспортирование штучных грузов, полагая, что при движении на любом участке конвейера груз будет опираться не менее чем на два ролика (рис. 10) и его ширина (диаметр в случае транспортирования грузов цилиндрической формы) приблизительно равна длине роликоопоры. Допускаемое соотношение длины (диаметра) и высоты груза определится по формуле

Учитывая расположение конвейера в пространстве, определен максимальный угол наклона рамы конвейера. Представленная на рис. 11 расчетная схема позволяет оценить максимально возможный угол наклона при подъеме груза в зависимости от параметров колебания рамы конвейера:

(24)

а

Рис. 10. Расчетная схема к определению динамической устойчивости груза на конвейере

(25)

8

Рис. 11. Расчетная схема к определению максимального угла наклона конвейера

Если допустить, что амплитуда колебания рамы Л=0,01 м, угловая скорость привода с*=10 рад/с, а приведенный коэффициент движения груза по

роликам 8г/)=0,05, то максимальный угол наклона р=3°; при А-0,01 м, а)=20 рад/с, 8^=0,05, максимальный угол наклона Р=22°.

Однако при отсутствии ловителей груза в конструкциях импульсных конвейеров максимальный угол наклона рамы конвейера будет ограничиваться условием отсутствия скольжения груза вниз, т.е. сила трения должна быть больше возникающей силы инерции при максимальных значениях ускорения рамы (рис. 12):

Я/-Л со'

Р = агсзт

Рис. 12. Расчетная схема к определению максимального угла наклона конвейера из условия отсутствия скольжения груза по роликам

Следует отметить, что выражения (25) и (26) справедливы для всех типов импульсных конвейеров.

Исследование процесса транспортирования грузов на импульсном спутниковом (тележечном) конвейере, а также определение влияния конструктивных и режимных параметров на процесс транспортирования груженых тележек-спутников проведено на основе общей теории движения грузов на импульсных конвейерах и импульсных роликовых конвейерах с учётом разработанных методов, описывающих перемещение тележек на горизонтально-замкнутых и вертикально-замкнутых тележечных конвейерах.

Сила сопротивления движению тележки-спутника на импульсном спутниковом конвейере является главной составляющей усилия, необходимого для ее перемещения, включает силу сопротивления в опорных катках йтою„, и силу сопротивления У/мсх, возникающих при работе механизмов свободного хода, вмонтированных в опорные катки.

Основные закономерности движения груженых тележек-спутников по направляющим качающейся рамы импульсного спутникового конвейера аналогичны рассмотренным в общей теории движения грузов на импульсных конвейерах и импульсных роликовых конвейерах.

В четвертой главе проведен анализ факторов, влияющих на производительность и энергоемкость ориентирующего импульсного роликового конвейера.

Конструкция ориентирующего импульсного роликового конвейера (рис.13) представляет собой подвижную раму 1, опирающуюся на катки 3, на

которой установлены разрезные ролики 2, оснащенные механизмами свободного хода 4. Привод 5 обеспечивает гармонические возвратно-поступательные движения рамы в плоскости ориентирования груза, описывается уравнениями (1).

Такое конструктивное решение позволяет обеспечить ориентирование штучного груза с плоской опорной поверхностью непосредственно на конвейере или ориентирующем устройстве по двум схемам: 1) при заторможенной половине роликов и 2) при расторможенных роликах.

Согласно схеме ориентирования с заторможенной половиной роликов (рис. 14), при прямом ходе рамы заторможена и вторая половина роликов посредством механизмов свободного хода. Сила трения груза о ролики, преодолевая силу инерции, движет груз вперед без относительного перемещения с абсолютной скоростью рамы. При обратном ходе сила инерции стремится сохранить движение груза в прямом направлении, но этому препятствуют сила трения между заторможенной половиной роликов, сила сопротивления качению груза и трение в цапфах незаторможенной половины роликов. Направления действия равнодействующих сил и силы инерции не совпадают, в результате чего возникает момент, который и поворачивает

роликового конвейера

По схеме при расторможенных роликах (рис. 14) последние могут вращаться только в одну сторону, но в противоположных направлениях. В этом случае при прямом ходе рамы сила инерции груза стремится вращать ролики в обратном направлении, но между заторможенной половиной роликов и грузом возникает сила трения, а незаторможенной - сила сопротивлению качению, которая значительно меньше силы трения. Направления действия равнодействующей этих сил и силы инерции не совпадают, в результате чего возникает момент, вращающий груз на роликах. При обратном ходе рамы сила инерции меняет свое направление и стремится вращать ролики в прямом направлении, но этому будут препятствовать механизмы свободного

хода уже другой половины роликов, в результате чего равнодействующая сил сопротивления движению груза по роликам и сила инерции груза будут создавать момент того же направления, что и при прямом ходе рамы. Груз в этом случае будет разворачиваться на месте.

1 »а

§

э

-Е-^ЭС

Л

Рис. 14. Схема ориентирования груза при заторможенной половине роликов

>3

I____

IV,

—

К,

Рис. 15. Схема ориентирования груза при расторможенных роликах

При совместном движении рамы ориентирующего импульсного роликового конвейера и груза сила инерции груза должна быть меньше силы трения Ртр, возникающей между роликами и опорной поверхностью груза. Таким образом, условие совместного движения, будет определяться выражением

(27)

где Дегаах - ускорение рамы конвейера;/- коэффициент трения покоя опорной поверхности груза о ролики.

Поворот груза относительно рамы ориентирующего конвейера при прямом и обратном ходах будет происходить при условии, что сила инерции Ии преодолеет силу сопротивления движению груза по роликам \\/,р, и условием ориентирования груза будет являться выражение

(28)

> ■

где угловое ускорение поворота груза относительно рамы; т,,р - масса ориентируемого штучного груза; ц - коэффициент трения скольжения груза

о поверхность роликов; ¿гр - приведенный коэффициент сопротивления движению груза по вращающимся роликам; 1гр - момент инерции груза.

Процесс поворота груза относительно рамы на роликах рассмотрен на основе составления уравнений Лагранжа 2-го рода для системы рама с роликами ориентирующего конвейера - груз.

Закономерности поворота груза по схеме при заторможенной половине роликов имеют вид

<р1р = егр = ^JÍ аsin т _ Из*.(Sepe + )

"'гр /т

огр ~ о)гр —--— А (о eos ú)t

= ÜIZZaQ _siI1 ш)+'^{8гре + nlp]JLtJl.

<Ргр

1Я

1«

Я

2(0 2 8«r

29)

(30)

(31)

где е - расстояние между условной точкой центра поворота груза и линией действия сил инерции и сил сопротивления движению груза при повороте; 1Р - шаг расстановки роликов;

при этом средняя угловая скорость поворота определяется выражением

coz = -

О)

2л-

т„

Л.

/л

2(0 2

(32)

где 11 - время поворота груза в период цикла:

= Т~ + Т7~ГI" 48е<~ 4glPM + 2(4e2g 2S2P + 8g 21рце8гр + Ag 2/p>2 + ¿со 2Ao) e

+ 2A2(0*e2-2nAú)2e2gó¿p -2nAa>2eglpfí)V2 j. (33)

Закономерности поворота груза по схеме при расторможенных роликах:

<PV = ^ =

'"гр V2

А О) sin ш -

mtp /г ,<1 ■ \ m?p8 (s. e , \

= J '-sin o>f)+-^— ^ у+Ц/р j

JL,_íl 2 tú 2

T2 A

8(0^

при этом средняя угловая скорость поворота определяется выражением

vfP =

(О

т

^^-Asincoí! —Ьгр^+\х1р

1

гр

1

гр

f 2 ^ Щ_±

2 со 2

(34)

(35)

(36)

2(0 2А0) е

+ 2А2(04е2-лА(02е2ёЗгр-2лАа)2её1г^)'2\. (38)

Графическая интерпретация полученных закономерностей представлена на рис.16.

/ршсЛ аИрашЛ хоб грияО сбрлтьй хоО пряжА ха)

Рис.16. Диаграмма изменения закономерности ускорения, скорости и угла поворота груза: а) для схемы ориентирования при заторможенной половине роликов, б) для схемы ориентирования при расторможенных роликах

Исходя из условия совместного движения груза (2), определены граничные параметры колебаний рамы ориентирующего импульсного роликового конвейера, при которых возможно ориентирование: А^2ц{т,р(ебп,+ (Ир)+ //,„) тгро)ге

Наиболее важной проблемой теоретического анализа являлось определение мощности привода ориентирующего импульсного роликового конвейера. Конструктивное исполнение конвейера и специфика его работы обусловливают расчет мощности привода для двух возможных схем ориентирования: 1) при заторможенной половине роликов, когда груз поворачивается только при обратном ходе рамы, 2) при расторможенных роликах, когда груз поворачивается на месте почти безостановочно.

Согласно расчетным схемам (рис.17) мощность привода в период прямого хода рамы для схемы ориентирования при заторможенной половине роликов определится

т/

/4 •• \ хк Л

+ >ПК ^ ,-+

N„r =

'Р

У

I Л М ССК 01 (Л

-Т /4_

(40)

Рис. 17. Расчетные схемы к определению мощности привода ориентирующего импульсного роликового конвейера при прямом и обратном ходах рамы

Мощность привода при обратном ходе рамы в период непосредственного поворота груза определится

N.

гт»

\x7dt

%_

■+ &8гр

+ тк

"с

к

'V

СОЭ

(41)

мощность привода при совместном движении рамы и груза в период обратного хода будет

/37^ V -+

Л^ох2 =

{уПгр + т, )

/1

jA{ocoswtdt

(42)

где ¡2 - время совместного движения рамы с грузом в период обратного хода рамы:

к =-^[-2geSгp-4glpJU + 2{e2g2Sl + 4g2lpмeSгp + 4g2lУ+2A

¿АО)е

-JIДюVg5гp-2;ь4co2í>g/p|J/2

2^.42

со е —

Среднеквадратичная мощность, соответствующая средней мощности привода, затрачиваемой при различных периодах движения рамы и груза на основе метода эквивалентных величин, определится

Л^пр =1

(44)

Определение мощности привода согласно схеме ориентирования груза при расторможенных роликах определится с учетом, что груз поворачивается на месте без относительного смещения центра тяжести:

N =

(т

<7»гр + гпк

|хк Л

jAo}co$c¡xdt

(45)

где г - количество грузов, находящихся одновременно на ориентирующем импульсном роликовом конвейере.

На основе полученных выражений, определяющих сопротивления движению груза, закономерности движения груза и энергоемкость процесса ориентирования, выполнен численный анализ с нахождением области рациональных значений параметров, при которых возможен поворот грузов с помощью гармонического привода ориентирующего конвейера, обладающего функциональной работоспособностью. Определено, что доминирующее влияние на процесс ориентирования оказывают материал опорной поверхности груза (коэффициент трения), приведенный коэффициент сопротивления

движению груза, соотношение

определяющее среднюю угловую ско-

рость поворота груза , параметры колебаний рамы (амплитуда А и угловая скорость <а), масса рамы ориентирующего конвейера тк.

В пятой главе представлены методика и результаты экспериментальных исследований процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов на импульсных роликовом, спутниковом (тележечном) и ориентирующем конвейерах.

Исследования процессов транспортирования и ориентирования грузов импульсными конвейерами проводятся в четыре этапа.

На первом этапе определяются приведенные коэффициенты сопротивления движения в зависимости от типа грузонесущего элемента и опорной поверхности груза.

На втором этапе исследований изучается влияние изменяющихся режимных параметров колебаний рамы конвейера и массы транспортируемого груза на эффективную функциональную работоспособность импульсных конвейеров. В зависимости от типа грузонесущего элемента данный этап проводится с различными видами опорной поверхности груза - для им-

пульсного роликового конвейера при транспортировании и ориентировании грузов, а также для импульсного спутникового конвейера, и должен обеспечить определение рациональных режимных параметров колебаний рам конвейеров при различных массах перемещаемого груза с нахождением средних скоростей транспортирования груза (тележки с грузом) и мощностей приводов.

На третьем этапе исследований изучается влияние угла наклона рамы конвейера на эффективную функциональную работоспособность импульсных конвейеров. Данный этап не проводится для ориентирующего устройства. В зависимости от типа грузонесущего элемента этап проводится с различными видами опорной поверхности груза - для ИРК при транспортировании и ориентировании грузов, а также для импульсного спутникового конвейера, и должен обеспечить определение максимальных углов наклона рам конвейеров с нахождением средних скоростей транспортирования груза (тележки с грузом).

На четвертом этапе проводятся сопоставление и анализ результатов исследований первых трех этапов и формируются выводы и рекомендации.

К числу параметров, изменяемых при экспериментах, относятся: на первом этапе - масса и вид опорной поверхности груза; на втором этапе -масса груза, амплитуда колебаний рамы конвейера и частота вращения привода; на третьем этапе - угол наклона рамы конвейера и вид опорной поверхности груза,

К числу контролируемых параметров относятся: на первом этапе -угол наклона рамы конвейера, при котором начнется движение груза или тележки с грузом; на втором и третьем этапах процесса транспортирования или ориентирования грузов импульсными конвейерами - средняя скорость транспортирования - ъср , средняя угловая скорость поворота груза - и

мощность, расходуемая на привод конвейера - /V,,,,.

Перед проведением экспериментальных исследований были разработаны принципиальные схемы экспериментальных стендов, установлены вид, геометрические размеры и массы грузов, спроектированы и изготовлены экспериментальные импульсный роликовый конвейер (рис. 18), импульсный роликовый конвейер (ориентирующее устройство) (рис. 19), импульсный спутниковый (тележечный) конвейер (рис. 20).

Первый этап экспериментальных исследований по определению приведенного коэффициента сопротивления движению груза проводится по методике однофакторного эксперимента. При проведении второго и третьего этапов экспериментальных исследований по определению величин рациональных режимных параметров импульсных конвейеров использовалась методика исследований, базирующаяся на реализации многофакторного центрального композиционного плана.

Рас. 19. Экспериментальный ориентирующий импульсный роликовый конвейер

Рис. 20. Экспериментальный импульсный спутниковый (тележечный) конвейер

После проведения экспериментальных исследований трех этапов была выполнена обработка экспериментальных данных. В результате были полу-

чены регрессионные зависимости средней скорости транспортирования и ориентирования штучных грузов с различными материалами опорной поверхности и мощности привода.

Экспериментальные исследования подтвердили функциональную работоспособность импульсных конвейеров. Сравнение результатов численного анализа и экспериментальных исследований показало расхождение не более 11-14%.

В шестой главе предложены методики инженерного расчета импульсных роликового, ориентирующего роликового, спутникового (тележечного) конвейеров и разработаны алгоритмы расчетов импульсных конвейеров.

В качестве исходных данных параметров проектируемых импульсных конвейеров предложено брать: массу транспортируемого груза, габариты груза и материал опорной поверхности, длину транспортирования и требуемую производительность конвейера или требуемую скорость поворота груза согласно технологическим требованиям.

В ходе предлагаемых методик инженерного расчета на основании полученных в диссертации результатов и справочных данных, известных из работ других авторов, последовательно задаются и определяются следующие параметры: средняя скорость транспортирования или ориентирования из условия отсутствия скольжения груза относительно роликов, шаг расстановки груза или тележек, конструктивные параметры роликового настила или тележек: ширина конвейера, длина роликов (габаритные размеры тележек), шаг расстановки на конвейере, зависящий от габаритов груза, диаметр ролика согласно воспринимаемой им нагрузке (диаметр опорных катков тележек), зависящий от соотношения ширины груза и длины ролика; параметры обгонной муфты; режимные параметры конвейера в целом: амплитуда колебаний и угловая скорость привода, обеспечивающие преодоление возникающих сопротивлений при свободном движении груза в сторону транспортирования, а также скорость перемещения; требуемую мощность привода.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Диссертационное исследование посвящено созданию принципиально нового типа инерционных конвейеров, получившего название импульсные инерционные конвейеры, применение которых обеспечивает снижение энергоемкости транспортно-технологических процессов со штучными грузами, имеющих различные физико-технические характеристики, с определением рациональных конструктивных и режимных параметров. Таким образом, в диссертации решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение по использованию энергосберегающих машин.

1. Системный анализ конвейеров, используемых для перемещения штучных грузов, позволил учесть наиболее значимые факторы, влияющие на процессы транспортирования и ориентирования штучных грузов и в конеч-

ном итоге обосновать эффективность применения импульсных инерционных конвейеров.

2. Разработана обобщенная теоретическая модель процесса транспортирования штучных грузов, описывающая общий принцип перемещения грузов импульсными конвейерами с определением закономерностей абсолютного и относительного движения груза, рациональных параметров качания рам и мощности привода без учета конструктивных особенностей грузонесущих элементов, однако в ходе численного анализа было установлено, что оптимальные режимы движения груза, т.е. абсолютное движение только в сторону транспортирования, могут быть получены при отношении

>1 и <1,

тгр+тгэ 3 тгр+тгэ 3

3. Установлено, что конструктивные особенности грузонесущих элементов влияют на определение приведенных коэффициентов сопротивления движению груза по роликам и направляющим, а режимные параметры работы импульсных конвейеров позволяют транспортировать грузы в двух режимах: без скольжения и со скольжением груза относительно грузонесущих элементов или рам конвейеров, при этом рекомендуемые значения качания рам для режима движения груза без скольжения составляют Л=0,05-М),18 м, й)= 4-^7,3 рад/с и максимальная средняя скорость транспортирования -гЬО,652-гО,823 м/с, для режима движения груза с некоторым относительным скольжением - Л=0,05-Я),18 м, «>=5,8^20,4 рад/с при средней скорости транспортирования й=0,427-г1,1 м/с-, обеспечивают горизонтальное и поло-гонаклонное транспортирование (с углом наклона конвейера до 36°).

4. Представлена качественная картина процесса ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью на основе разработанных теоретических моделей процессов движения груза, определяющих рациональные параметры колебаний рамы ориентирующего импульсного роликового конвейера в зависимости от заданных режимных параметров с определением мощности привода при повороте груза. Выполнен численный анализ полученных математических моделей с выбором рациональных конструктивных и режимных параметров качания рамы конвейера для ориентирования штучных грузов, в результате которого было установлено, что оптимальные режимы поворота груза могут быть получены при отношении

5. Проведенные экспериментальные исследования при рекомендованных режимных параметрах с оценкой достоверности разработанных теоретических исследований показали, что полученные математические модели по определению приведенного коэффициента сопротивления движению груза, средней скорости перемещения и мощностей приводов конвейеров адекватны. Энергоемкость процессов транспортирования и ориентирования

штучных грузов импульсными конвейерами составляет в среднем Л/,,)-(0,02-ь0,06) кВт-ч/т и по сравнению с известными типами конвейеров снижается в среднем на 30%. Расхождение результатов численного анализа и экспериментальных исследований составляет не более 11-14 %.

6. Разработаны инженерные методы расчета импульсного роликового конвейера для транспортирования и ориентирования грузов и импульсного тележечного конвейера с рекомендациями по выбору основных конструктивных и режимных параметров работы конвейеров, а результаты исследования переданы ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ЗАО «Волжский литейный завод», ОАО «Тяжмаш» для использования при проектировании импульсных конвейеров для перемещения штучных грузов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Научные издания из перечня ВАК РФ

1. Лускань O.A. Устройство для перемещения изделий на тележках-спутниках в гибких транспортно-технологических системах / Н.Е. Ромакин, O.A. Лускань // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула: ТулГУ, 2001. - Вып. 3. - С. 140-146.

2. Лускань O.A. Конвейер для перемещения изделий на тележках-спутниках в гибких производственных системах / Н.Е. Ромакин, O.A. Лускань // Автоматизация и Современные Технологии. - М.: Машиностроение, 2003,-№5. С. 18-20.

3. Лускань O.A. Определение скорости транспортирования штучных грузов на инерционном роликовом конвейере / O.A. Лускань // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула: ТулГУ, 2003. -Вып.4.-С. 84-89.

4. Лускань O.A. Особенности расчета мощности привода инерционного роликового конвейера для межоперационного перемещения изделий / O.A. Лускань // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. -Тула: ТулГУ, 2004. - Вып. 5. - С. 49-54.

5. Лускань O.A. Анализ приводов инерционных роликовых конвейеров для транспортирования штучных грузов / O.A. Лускань, В.И. Кутейкин // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула: ТулГУ, 2009. - Вып. 2. 4.1. - С. 39-43.

6. Лускань O.A. К вопросу определения необходимых условий для ориентирования штучных фузов на импульсном конвейере / O.A. Лускань, В.А. Чепурных // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. -Тула: ТулГУ, 2009. - Вып. 2. 4.1. - С. 49-52.

7. Лускань O.A. Параметризация ориентирования и передачи штучных фузов импульсным роликовым конвейером / O.A. Лускань // Вестник Самарского государственного университета путей сообщения,- Самара: Самарский гос.ун-т путей сообщения, 2010. - Вып. 2 (20). - С. 75-81.

8. Лускань O.A. Влияние режимных параметров качания рамы импульсного роликового конвейера на процесс транспортирования штучных грузов / O.A. Лускань II Мир транспорта и технологических машин. - Орёл: Госуниверситет-УНПК, 2011. - Вып. 1 (32). - С. 56-62.

9. Лускань O.A. Экспериментальные исследования движения грузов на импульсном тележечном конвейере / О.А.Лускань // Вестник СГТУ. - Саратов, 2011.- №1 (52). Вып. 1. - С. 75-80.

10.Лускань O.A. Обоснование выбора транспортных характеристик штучных грузов при перемещении на импульсных роликовых конвейерах / O.A. Лускань // Мир транспорта и технологических машин. - Орёл: Госуниверситет-УНПК, 2011. - Вып. 2 (33). - С.68-77.

11.Лускань O.A. Реализация исследований параметров движения грузов на импульсном тележечном конвейере в инженерном расчёте / О.А.Лускань // Вестник СГТУ. - Саратов, 2011- № 2 (56) Вып. 2. С. 107-113.

Монографии

12. Лускань O.A. Теоретические основы перемещения грузов импульсными конвейерами: монография / O.A. Лускань. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - 99 с. ISBN 978-5-7433-2345-6.

13.Лускань O.A. Инженерный расчет импульсных конвейеров: монография / O.A. Лускань. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. - 80 с. ISBN 978-5-7433-2388-3.

Работа, опубликованная в международном сборнике

14.Лускань O.A. Импульсные конвейеры для обслуживания гибких производственных систем / O.A. Лускань // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XVII Междунар. науч.-техн. конф. / ДонНТУ. Т.2. - Севастополь, 2010.-С. 119-122.

Работы, опубликованные в других изданиях

15.Лускань O.A. Определение скорости перемещения грузов на инерционном роликовом конвейере / O.A. Лускань, Н.Е. Ромакин // Перспективы развития подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин: сб. науч. статей по материалам Междунар. науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2002.-С. 87-91.

16.Лускань O.A. Грузоведущий штанговый конвейер / O.A. Лускань II Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин. Материалы науч. конф. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 199-202.

17.Лускань O.A. К вопросу определения необходимых условий для транспортирования штучных грузов на инерционном роликовом конвейере / O.A. Лускань // Проблемы прочности и надежности строительных и машиностроительных конструкций: межвуз. сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2005. -С. 307-311.

18.Лускань O.A. Современные транспортные системы с инерционным приводом / A.C. Крюков, O.A. Лускань // Проблемы прочности и надежности строительных и машиностроительных конструкций: межвуз. сб. науч. тр. -Саратов: СГТУ, 2005. - С. 313-316.

19.Лускань O.A. К вопросу инженерного расчета инерционного роликового конвейера для обслуживания гибких производственных систем / O.A. Лускань // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных, дорожных машин и технологий производства работ: межвуз. науч. сб. -Саратов: СГТУ, 2006. - С. 114-120.

20.Лускань O.A. Устройство для вертикального транспортирования штучных грузов / O.A. Лускань, Д.С. Антонов // Проблемы прочности, надёжности и эффективности: сб. науч. тр. - Бапаково, 2007. - С. 102-105.

21.Лускань O.A. Новые универсальные транспортно-передающие и ориентирующие системы / В.А. Чепурных, O.A. Лускань II Региональные аспекты управления, экономики и права Северо-Западного федерального округа России: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 2. - СПб, 2008. С. 95-97.

22.Лускань O.A. К вопросу рационального выбора параметров движения секций двухрамного инерционного роликового конвейера для транспортирования штучных грузов / В.И. Кутейкин, O.A. Лускань // Системы автоматического проектирования и автоматизации производства: сб. науч. тр. по материалам I регион, науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2009. -С. 156-159.

23.Лускань O.A. К вопросу инженерного расчёта импульсного конвейера для ориентирования штучных грузов с использованием САПР / O.A. Лускань, В.А. Чепурных // Системы автоматического проектирования и автоматизации производства: сб. науч. тр. по материалам I регион, науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2009. - С. 163-168.

24.Лускань O.A. Универсальный конвейер для горизонтального и наклонного транспортирования штучных и сыпучих грузов с возможностью ориентирования штучных грузов на требуемых участках трассы / O.A. Лускань, Н.Е. Ромакин // Четвертый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. - Саратов: СГУ, 2009. 4.2. - С. 16.

25.Лускань O.A. Универсальный транспортно-технологический импульсный конвейер / O.A. Лускань // Пятый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. - Саратов: СГТУ, 2010. 4.1. - С.158-160.

26.Лускань O.A. К вопросу о выполнении технологических операций на импульсном роликовом конвейере / O.A. Лускань Н Механики XXI веку: сб.докл.. IX Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. - С.50-55.

27.Лускань O.A. К вопросу определения сопротивлений движению штучных грузов на импульсном роликовом конвейере / O.A. Лускань // Механики XXI веку: сб.докл.. IX Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. - С.55-59.

28.Лускань O.A. Механизация и автоматизация производственных процессов на основе применения импульсных конвейеров с роликовым настилом / O.A. Лускань // Механики XXI веку: сб.докл. IX Всерос. науч.-техн. конф. с между нар. участием. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. - С.59-63.

29.Лускань O.A. Определение кинематических параметров ориентирования штучных грузов на транспортно-технологическом импульсном конвейере / O.A. Лускань // Мир транспорта и технологических машин. - Орёл, 2010. - Вып. 1(28). - С. 77-82.

30.Лускань O.A. Экспериментальные исследования процесса транспортирования штучных грузов импульсным роликовым конвейером / O.A. Лускань // Актуальные вопросы современной техники и технологии: сб. докл. II Междунар. науч. заоч. конф. - Липецк, 2010. - С. 105-108.

31.Лускань O.A. Определение кинематических параметров транспортирования штучных и сыпучих грузов на импульсном ленточном конвейере / O.A. Лускань И Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация: сб. науч. тр. II Всерос. конф. - Саратов: СГТУ, 2010.-С. 277-281.

32.Лускань O.A. Теоретическое и экспериментальное определение коэффициента сопротивлений движению штучных грузов на импульсном роликовом конвейере / O.A. Лускань // Совершенствование конструкций и методов расчёта строительных, дорожных машин, машин для природообуст-ройства и технологий производства работ: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2010.-С. 5-11.

33.Лускань O.A. Оценка адекватности теоретических математических моделей ориентирования штучных грузов на импульсном роликовом конвейере / O.A. Лускань // Мир транспорта и технологических машин. - Орёл, 2010. - Вып.4(31). - С. 56-65.

34.Лускань O.A. К вопросу о модернизации транспортно-технологических комплексов на производственных объектах / O.A. Лускань // Модернизация России: трудности и перспективы: межвуз. сб. науч. статей. Вып. 1. - Саратов - Вольск: ООО «Издательский Центр Наука», ВВИТ, 2010. -С. 171-173.

35.Лускань O.A. Экспериментальные исследования процесса ориентирования штучных грузов импульсным роликовым конвейером ! O.A. Лускань // Молодёжь, наука, инновации: тр. II Междунар. науч.-практ.. интернет-конф.— Пенза, 2010-2011. - С. 313-315.

36.Лускань O.A. Определение энергоемкости процесса ориентирования штучных грузов на импульсных конвейерах / O.A. Лускань // Молодёжь, наука, инновации: тр. И Междунар. науч.-практ.. интернет-конф. - Пенза, 2010-2011.-С. 315-317.

37.Лускань O.A. Двухсекционный инерционный роликовый конвейер !

B.И. Кутейкин, O.A. Лускань // Шестой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. - Саратов: Саратовский ГАУ, 2011. 4.1. -

C.153-154.

Патенты на изобретение

38.Пат. №2203213 RU, МКИ B65G 67/04, 61/00, 1/00. Перегружатель тарно-штучных грузов / Федоров М.В., Лускань O.A.; заявл. 14.08.2000; опубл. 27.04.2003, Бюл.№12.

39.Пат. №2223904 RU, МКИ B65G 25/02. Грузоведущий штанговый конвейер / Ромакин Н.Е., Лускань O.A.; заявл. 24.05.2002; опубл. 20.02.2004, Бюл.№5.

40.Пат. №2238900 RU, МКИ B65G 25/08. Инерционный роликовый конвейер для перемещения штучных грузов на поддонах / Ромакин Н.Е., Лускань O.A.; заявл. 08.04.2003; опубл. 27.10.2004, Бюл.№30.

41.Пат. №2271326 RU, МПК B65G 25/08. Инерционный роликовый конвейер для перемещения штучных грузов / Лускань O.A., Ромакин Н.Е.; заявл. 25.05.2004; опубл. 10.03.2006, Бюл.№7.

42. Пат. №2406674 RU, МПК B65G 25/04. Инерционный роликовый конвейер / Лускань O.A., Ромакин Н.Е., Кутейкин В.И.; заявл. 23.03.2009; опубл. 20.12.2010, Бюл.№35.

43.Пат. №2410314 RU, МПК B65G 25/08, 15/02. Ленточный конвейер с инерционным приводом / Ромакин Н.Е., Лускань O.A., Кутейкин В.И.; заявл. 23.03.2009; опубл. 27.01.2011, Бюл.№3.

44.Пат. №2410315 RU, МПК B65G 25/04. Шагающий конвейер / Лускань O.A., Чепурных В.А.; заявл. 16.07.2009; опубл. 27.01.2011, Бюл.№3.

Подписано в печать 25.07.11 Бум. офсет. Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд. л. 1,8 Бесплатно

Усл. печ.л. 1,86(2,0) Заказ 200

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и выбор направлений исследования.

1.1. Классификация, характеристика и физико-технические свойства штучных грузов.

1.2. Классификация конвейеров и их элементов, взаимодействующих со штучными грузами.

1.3. Анализ теоретических и экспериментальных исследований перемещения грузов на транспортно-технологических конвейерах

1.4. Анализ теоретических и экспериментальных исследований ориентирующих и передающих устройств.

1.4.1. Разворот груза на движущейся горизонтальной несущей плоскости.

1.4.2. Передача грузов с одной на другую несущую плоскость.

1.5. Обзор конструкций импульсных инерционных конвейеров.

1.5.1. Импульсные инерционные конвейеры с качающейся рамой.

1.5.2. Импульсные инерционные конвейеры с качающимся приводным элементом.

1.5.3. Импульсные устройства для ориентирования и передачи штучных грузов.

1.6. Выводы по главе.

1.7. Цель и задачи исследований.

Глава 2. Общая теория движения штучных грузов на импульсных инерционных конвейерах.

2.1. Обоснование исходных законов качания рамы и качающегося приводного элемента импульсных инерционных конвейеров.

2.2. Условия движения груза на конвейере.

2.3. Определение сопротивлений, возникающих при перемещении груза и рамы импульсных инерционных конвейеров

2.4. Обобщённая теоретическая модель процесса транспортирования штучных грузов.

2.5. Определение мощности процесса транспортирования грузов на импульсных инерционных конвейерах.

2.6. Численный анализ теоретической модели процесса транспортирования штучных грузов на импульсных инерционных конвейерах.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Оценка влияния конструктивных параметров различных типов импульсных инерционных конвейеров на процессы транспортирования грузов.

3.1. Особенности движения грузов на импульсных роликовых конвейерах.

3.1.1. Обоснование условий движения штучных грузов на импульсных роликовых конвейерах.

3.1.2. Определение сопротивлений, возникающих при перемещении штучных грузов.

3.1.3. Законы движения штучных грузов на импульсном роликовом конвейере без скольжения относительно роликов.

3.1.4. Законы движения штучных грузов на импульсном роликовом конвейере со скольжением относительно роликов.

3.1.5. Определение минимальной-массы штучного груза при перемещении на импульсном роликовом конвейере.

3.1 .б.Расположение грузов на конвейере.

3.2. Особенности движение грузов на импульсном спутниковом конвейере.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. Ориентирование штучных грузов.

4.1. Анализ процесса ориентирования штучных грузов на импульсном роликовом конвейере.:.

4.2. Математические модели процесса ориентирования штучных грузов.

4.2.1 Математическая модель ориентирования груза по первой схеме (при заторможенной половине роликов).

4.2.2 Математическая модель ориентирования груза по второй схеме (при расторможенных роликах).

4.3. Определение мощности привода конвейера при ориентировании штучных грузов.

4.4. Численный анализ математических моделей процесса ориентирования штучных грузов.

4.5. Выводы по главе.

Глава 5. Экспериментальные исследования процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов на импульсных инерционных конвейерах.

5.1. Программа экспериментальных исследований, параметры изменяемые и контролируемые в ходе экспериментов.

5.2. Экспериментальные стенды для исследования процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов.

5.3. Планирование экспериментальных исследований.

5.4. Результаты экспериментальных исследований процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов.

5.5. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований.

5.6. Выводы по главе.

Глава 6. Инженерный расчет импульсных инерционных конвейеров.

6.1. Методика инженерного расчета импульсного роликового конвейера.

6.2. Методика инженерного расчета импульсного роликового конвейера для ориентирования штучных грузов.

6.3. Методика инженерного расчета импульсного тележечного конвейера.

6.4. Методика инженерного расчета импульсного ленточного конвейера.

Актуальность работы. Выпуск конкурентоспособных на мировом рынке национальных продуктов зависит не только от быстрого внедрения организационных и технологических новшеств, связанных с частыми изменениями номенклатуры выпускаемых изделий, но и с созданием и внедрением в производство различных транспортирующих машин, устройств и механизмов, связывающих в единую транспортную систему как основные так и вспомогательные производственные операции. Особое место здесь занимают конвейеры различных типов, транспортирующие штучные, насыпные, жидкие и газообразные грузы.

В том или ином виде конвейерные системы существуют практически на любом серийном производстве или крупном складе. Несмотря на разнообразие типов и конструкций таких систем, все они применяются для схожих функций: проведения погрузочно-разгрузочных операций, распределения грузопотоков на складе или предприятии, перемещения грузов от одной точки технологической-линии к другой и т.д.

Одним из важных решаемых вопросов является- перемещение1 штучных грузов [1, 2, 3, 4, 5]. Все разнообразие тарно-штучных грузов не возможно перемещать одним универсальным! транспортным средством, не только из-за разных масс, габаритов, физико-химических свойств, но и формы груза, которая является одной из важных определяющих при выборе типа конвейера, назначения конвейера (загрузочный, перегрузочный, подающий и т д.), технологических условий работы (транспортировка горячих грузов, работа в агрессивных средах, на открытых площадках и пр.). Отдельное место занимают конвейеры, работающие в качестве транспортных систем в условиях гибкой производственной системы, которые подчиняются тем же принципам выбора транспортирующих машин непрерывного действия [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13].

Широкое их разнообразие диктует создание универсальных, легких, мобильных и быстро переналаживаемых конвейеров, которые зачастую используются для подачи и транспортировки грузов на небольшие расстояния, при этом обеспечивая дополнительные операции' по ориентированию, реверсированию, накоплению.

На сегодняшний день исследованиями: по созданию конвейерных систем нового поколения и совершенствованием! традиционных технологий: транспортирования грузов занимаются как отечественные компании: ИНПП «Конвейер», ЗАО «Стеклопак», ООО «Фруктонад групп»; «Сибирская машиностроительная компания», ООО «Поток-TM», ООО "Проект Инвест" (Россия), ООО «Полином» (Татарстан), так и зарубежные: фирма «Круиз», ООО «Завод Термо-Пак», ОАО «Конвейер» (Украина); «Blume», «WTT Fordertechnik», «Librawerk», «Lipsia Fordertechriik», «KNAPP» (Германия),, «Ghiorino», «Gomarme Marchetti», «SIAT»- (Италия); «Ekobal», «Velteko», «AppecAstro» (Чехия) и др;

В настоящее время на российском рынке представлено довольно большое количество решений в области транспортировки и, распределения грузопотоков. Помимо поставщиков свои продукцию* активно ¿продвигают и сами производители (это касается в основном заводов, находящихся в России и странах СНГ).

Среди большого многообразия конвейеров особое место занимают конвейеры, предназначенные; для транспортирования штучных грузов. Для их перемещения широко применяются ленточные, пластинчатые, роликовые, грузоведущие, тележечные, штанговые, шагающие конвейеры; так как они обеспечивают непрерывность подачи; изменение скорости транспортирования и накопление грузов, а также, выполнение на них различных технологических операций. Недостатками указанных, конвейеров является сложность конструкции, значительная энергоемкость транспортных процессов и металлоемкость конструкций.

Штучные грузы транспортируются также инерционными конвейерами, на которых груз перемещается за счет бигармонического характера колебания желоба, однако этот тип конвейеров из-за больших динамических нагрузок на привод и сопротивлений от перемещаемого груза по желобу не получил широкого применения.

Кроме того, различные физико-технические свойства штучных грузов диктуют создание универсальных, легких, мобильных и быстро переналаживаемых конвейеров, которые зачастую используются для подачи и транспортировки грузов на небольшие расстояния, при этом обеспечивая дополнительные операции, например по развороту и реверсированию.

На кафедре «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» ГОУ ВПО «СГТУ» разработаны новые конструкции инерционных конвейеров, которые можно назвать импульсными конвейерами, из-за способа передачи движения грузу от грузонесущих элементов. Импульсные конвейеры могут применяться в качестве транспортных, перегрузочных, подающих, отводных средств, а также транспортных систем, использующихся в гибких производственных системах (ГПС) машиностроительных производств и отличаются от известных типов конвейеров малой энергоемкостью транспортно-технологических операций и сравнительно низкой металлоемкостью конструкций из-за отсутствия в грузонесущих элементах дорогостоящих механических передач.

Диссертационная работа соответствует научному направлению кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» БИТТУ (филиал) ФГОУ ВПО «СГТУ» - 13.В.02 «Разработка научных основ оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных, дорожных и коммунальных машин», (рег.№01201001326, ФГНУ «ЦИТиСОИВ»). Отдельные разделы диссертационного исследования выполнялись в рамках г/б НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие потенциала высшей школы» (мероприятие 2: «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Научно-методическое обеспечение развития инфраструктуры ВУЗовской науки» (приказ СГТУ №88-П от 28.01.2009 г.) по теме «Развитие теории оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин».

Таким образом, главным направлением исследований по. разработке конвейеров нового поколения для перемещения штучных грузов является создание принципиально нового оборудования, отвечающего требованиям малой энергоемкости, быстрой переналадки и универсальности.

Цель работы. Разработка основ теории нового типа машин непрерывного транспорта - импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих выполнение транспортно-технологических операций со штучными грузами, имеющими- различные физико-технические характеристики, на основе разработанных новых технических решений и общей теории движения грузов с учетом влияния- особенностей' предложенных конструкций грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных конвейеров, способствующих снижению энергоемкости транспортно-технологических процессов.

Указанная цель работы определила следующие задачи исследования:

1. На основе системного анализа транспортно-технологических процессов со штучными грузами, выполняемых различными видами конвейеров обосновать предпосылки создания нового типа машин непрерывного транспорта - импульсных инерционных конвейеров, конструктивные особенности и режимные параметры работы« которых, способствуют снижению энергоемкости указанных процессов.

2. Разработать обобщенную теоретическую модель процесса транспортирования штучных грузов, описывающую . общий принцип перемещения грузов на импульсных инерционных конвейерах и определяющую рациональные параметры качания рамы, от которых зависит скорость и энергоемкость процесса транспортирования штучных грузов.

3. Исследовать влияние конструктивных особенностей грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных инерционных конвейеров на кинематические характеристики движения штучных грузов.

4. Разработать теоретические модели процессов ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью, определяющие рациональные параметры качания рамы импульсных инерционных конвейеров в зависимости от заданных режимных параметров с оценкой энергоемкости процесса ориентирования.

5. Провести экспериментальные исследования разработанных конструкций грузонесущих элементов- и выбранных рациональных режимных параметров качания рам импульсных инерционных конвейеров, устанавливающих их влияние на скорость и мощность процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов для подтверждения теоретических исследований.

6. Обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований с разработкой методик инженерного расчета импульсных конвейеров с различными типами грузонесущих элементов.

Основная научная идея работы заключается в более полном использовании энергии инерции грузов, получаемой от импульсного привода, требующих разработки- теоретических основ для их проектирования.

Объект исследования - транспортно-технологические процессы перемещения штучных грузов.

Предмет исследования - импульсные инерционные конвейеры, обеспечивающие транспортно-технологические перемещения штучных грузов.

Методологическая основа исследования - задачи диссертационного исследования решены на основе методов информационного, теоретического анализа с применением дифференциального и интегрального исчисления, многофакторного эксперимента, математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная теоретическая модель процесса транспортирования штучных грузов, описывающая общий принцип перемещения грузов на импульсных инерционных конвейерах и определяющая рациональные параметры- привода предложенных типов импульсных инерционных конвейеров, от которых зависит скорость и энергоемкость процесса транспортирования штучных грузов.

2. Теоретические модели процесса транспортирования грузов на импульсных инерционных конвейерах с различными типами грузонесущих элементов.

3. Теоретическая модель процесса ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью на импульсном» роликовом инерционном конвейере.

4. Результаты экспериментальных исследований процессов транспортирования и ориентирования^ штучных грузов на импульсных инерционных конвейерах с различными-типами грузонесущих элементов.

5. Основные теоретические зависимости инженерного расчета конструкций грузонесущих элементов и режимных параметров работы импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих выполнение транспортно-технологических операций со штучными грузами.

Новизна научных положений:

- предложен новый класс инерционных конвейеров — импульсные инерционные конвейеры с различными типами грузонесущих настилов, обеспечивающие транспортирование и ориентирование штучных грузов при выполнении технологических операций;

- впервые разработана общая теория импульсных инерционных конвейеров, описывающая общий принцип перемещения грузов с определением основополагающих закономерностей движения штучных грузов, а также мощности, расходуемой на транспортирование, и установления рациональных параметров привода предложенных конвейеров;

- определено влияние конструктивных и режимных параметров импульсных инерционных роликового, спутникового • (тележечного) и ленточного конвейеров на процессы прямолинейного горизонтального и пологонаклонного транспортирования штучных грузов, имеющих различные физико-технические свойства;

- впервые разработаны теоретические закономерности поворота при ориентировании и передачи штучных грузов, имеющих плоскую опорную поверхность без смещения и со смещением центра тяжестиг груза1 относительно центральной оси транспортирования без применения дополнительных устройств для ориентирования и остановки основного конвейера;

- получены зависимости для определения максимальной производительности при минимальной энергоемкости процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов, а также проведен численный сравнительный анализ энергоемкости транспортирования и ориентирования штучных грузов. предложенными ^ импульсными инерционными конвейерами и известными типами конвейеров, показывающий снижение энергоемкости транспортно-технологических процессов в среднем на 30%;

- на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по проектированию грузонесущих элементов и выбору рациональных режимных параметров привода предложенных типов импульсных инерционных конвейеров.

Практическая значимость работы.

Проведенные научные исследования и полученные результаты дают возможность разработки методик проектирования предложенных типов импульсных инерционных конвейеров, обеспечивающих транспортирование и ориентирование штучных грузов в условиях гибких производственных систем машиностроительных производств без использования дополнительных внешних устройств, что позволило достичь снижения металлоемкости и энергоемкости транспортно-технологических процессов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается: корректным выбором соответствующих задачам физических предпосылок; применения апробированных законов механики, математики, теории механизмов и машин, методов математического моделирования; сопоставлением результатов аналитического исследования с данными экспериментов и математического моделирования; сравнительным анализом полученных результатов с известными. Реализация результатов работы: Результаты исследований внедрены:

- на ОАО «Волжский дизель им. Маминых» г. Балаково, внедрена методика инженерного расчета инерционного роликового конвейера;

- на ЗАО «Волжский литейный завод» г. Балаково, внедрена методика инженерного расчета ориентирующего импульсного роликового конвейера;

- на ОАО «Тяжмаш» г. Сызрань, внедрена методика инженерного расчета импульсного роликового конвейера;

- при обеспечении учебного процесса в рамках дисциплин «Машины непрерывного транспорта», «Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ», в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».

Апробация работы. Диссертационная работа заслушивалась и одобрена на заседании кафедры «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2010 году.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях СГТУ в 2001-2011 гг, на международной научно-методической конференции «Перспективы развития подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин», посвященной 30-летию образования кафедры ПСМ БИТТиУ (Балаково, 2002); на научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань, 2002); на научно-технической конференции посвященной 100-летию профессора Г.П. Ксюнина (ЮРГТУ НПИ г. Новочеркасск, 2004); на заседании технического совета ОАО "Волжский дизель им. Маминых" (г. Балаково; 2004); на1Х Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Механики — XXI веку» (Братск, 2010); на XVII международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXIV • века» (Украина, Севастополь, 2010); на II международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2010); на международной научно-практической конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2010); в IV-VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и открытий (Саратов, 2009-2011). Разработка «Двухсекционный инерционный роликовый конвейер» была отмечена дипломом I степени и Золотой медалью VI Саратовского Салона изобретений, инноваций и инвестиций (апрель 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 печатных работы, в том числе 2 монографии и 7 патентов на изобретение. Из указанного числа работ 11 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки.РФ для докторских диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 183 наименований. Основной текст исследования изложен на 292 страницах и включает 128 рисунков, 27 таблиц, 3 приложений на 14 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Диссертационное исследование посвящено созданию принципиально нового типа инерционных конвейеров, получившего название импульсные инерционные конвейеры, применение которых обеспечивает снижение энергоемкости транспортно-технологических процессов со штучными грузами, имеющих различные физико-технические характеристики, с определением рациональных конструктивных и режимных параметров. Таким образом, в диссертации решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение по использованию энергосберегающих машин.

1. Системный анализ конвейеров; используемых для перемещения штучных грузов, позволил учесть наиболее значимые факторы, влияющие на процессы транспортирования и ориентирования штучных грузов и в конечном итоге обосновать эффективность применения импульсных инерционных конвейеров.

2. Разработана обобщенная теоретическая модель процесса транспортирования штучных грузов, описывающая общий принцип перемещения грузов импульсными конвейерами с определением закономерностей абсолютного и, относительного движения груза, рациональных параметров качания рам и мощности привода без учета конструктивных особенностей грузонесущих элементов, однако в ходе численного анализа было установлено, что оптимальные режимы движения груза, т.е. абсолютное движение только в сторону транспортирования, могут т^р 2 т \ быть получены при отношении---> — и-—— < —. тгр+тгэ 3 тгр +тгэ 3

3. Установлено, что конструктивные особенности грузонесущих элементов влияют на определение приведенных коэффициентов сопротивления движению груза по роликам и направляющим, а режимные параметры работы импульсных конвейеров позволяют транспортировать грузы в двух режимах: без скольжения и со скольжением груза относительно грузонесущих элементов или рам конвейеров, при этом рекомендуемые значения качания рам для режима движения груза без скольжения составляют ^=0,05-^0,18 м, ¿у=4^7,3 рад/с и максимальная средняя скорость транспортирования - <9=0,652-^0,823 м/с, для режима движения груза с некоторым относительным скольжением — ^(=0,05^-0,18 м, ю=5,8+20,4 рад/с при средней скорости транспортирования &=0;427-И,1 м/с; обеспечивают горизонтальное и пологонаклонное транспортирование (с углом наклона конвейера до 36°).

4. Представлена качественная картина процесса ориентирования штучных грузов с плоской опорной поверхностью на основе разработанных т теоретических моделей процессов движения груза, определяющих рациональные параметры колебаний рамы ориентирующего импульсного роликового конвейера в зависимости от заданных режимных параметров с определением мощности привода при повороте груза: Выполнен численный анализ полученных математических моделей с выбором рациональных конструктивных и режимных параметров качания рамы конвейера для ориентирования штучных грузов, в результате которого было установлено, что оптимальные режимы поворота груза могут быть получены при щ отношении —^->1. гр

5. Проведенные экспериментальные исследования при рекомендованных режимных параметрах с оценкой достоверности разработанных теоретических исследований показали, что полученные математические модели по определению приведенного коэффициента сопротивления движению груза, средней скорости перемещения и мощностей приводов конвейеров адекватны. Энергоемкость процессов транспортирования и ориентирования штучных грузов импульсными конвейерами составляет в среднем Nyd=(0,02-Ю,06) кВт-ч/т и по сравнению с известными типами конвейеров снижается в среднем на 30%. Расхождение результатов численного анализа и экспериментальных исследований составляет не более 11-14%.

6. Разработаны инженерные методы расчета импульсного роликового конвейера для транспортирования и ориентирования грузов и импульсного тележечного конвейера с рекомендациями по выбору основных конструктивных и режимных параметров работы конвейеров, а результаты исследования переданы ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ЗАО «Волжский литейный завод», ОАО «Тяжмаш» для использования при проектировании импульсных конвейеров для перемещения штучных грузов.

1. Ивановский К.Е. Теоретические основы перемещения штучных грузов. М.: Машиностроение, 1969. — 166 с.

2. Ивановский К.Е., Раковщик А.Н., Цоглин А.Н. Роликовые и дисковые конвейеры и устройства. М. Машиностроение, 1973 — 216 с.

3. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1968. — 504 с.

4. Ромакин Н.Е. Машины непрерывного транспорта: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н.Е.Ромакин. М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 432 с.

5. Левинсон В.Н. Транспортные устройства непрерывного действия./

6. М. Киев, Машгиз, 1960. - 364 с.

7. Кузьмина Т.С. Складское хозяйство в логистической системе.

8. Волгоград. Изд-во ВолГУ, 2000. 76 с.

9. Проектирование автоматизированных участков и цехов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ В.П. Вороненко, В.А. Егоров, М.Г. Косов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2000. -272 с.

10. Гибкие производственные комплексы/ Под ред. Белянина и В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

11. Белянин П.Л. и др. Гибкие производственные системы: Учеб. пособие для машиностроительных техникумов/ П.Н. Белянин, М.Ф. Идзон, A.C. Жогин. М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.I