автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Рационализация геометрических параметров линейных роликоопор ленточных конвейеров общего назначения на стадии их конструирования

ГОСУДАРСТВЕННИК РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-НССЛЕДОВАТЕЛЪСКШ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО МАШШОСТРОЕНИЯ

ВШПГГЫАЫ

0 п На правах рукописи

\ •'■ '

ХАРЧЕНКО Валерий Иванович

УЛК 621.867.2

РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ ГЕОШТИЧЕОШХ ПАРД5ЖТРОВ ЛИНЕЙНЫХ РОЛИКООПОР ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ НА СТАДИИ ИХ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Специальность 05.05. 05. - "Подъемно-транспортные машины"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мэсквз 1994

РЗбОТЭ ЕЫПОЛНЙКа В ГоСУДЗрСТЕеНРСМ РССС"2СКСУ р^ут^А.гг,-!/^ о» тельском к проектно-конструкторском институте подъеыно-гранспорт кого машиностроения.

Научный руководитель докт.техн.наук, ст.научк.сотрудник

в. и. остагшкко!

Научный консультант канд. техн. наук, доцент Ь.Г.Дмитриев Официальные оппоненты докт.техн.наук, проф. Б.Ф. Монастырский

канд.техн.наук, каучн.сотрудник Я.Н.Егоров

Ведущее предприятие - Государственны:! проектный и кснстрз'кторс-кий институт "Ссюзпрсммехзнизецяя"

Защита состоится ¿^У-си 1994 г. в // час

на заседании специализированного СоЕета K-134.Q3.G1 Государственного Российского научно-исследовательского и проектно-конст-рукторского института подъемно-транспортного машиностроения по адресу: 113127, Москва, Осипенко, Тб, ВКШШТМаа.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке института. Авторе$ерат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного СоЕета, канд. техн. наук

Е.ЯЛЮПОВА

Обдая характеристика работы

В технологических схемах, предприятий промышленности, сельского хозяйства и транспорта важное место занимают специальные вида транспорта, одним из которых является ленточные конвейеры общего назначения (КОЯ). они получили широкое распространение при транспортирования массовых грузов благодаря высокой производительности, достаточно оольеоя дальности транспортирования, возможности полкой автоматизация, компактности, невысокой металлое?лкости и надежности в эксплуатации. Выпуском этих. конЕегеров на территории СНГ занимаются й специализированных ма-пяностроительных заводов. В перспективе до 1995 года ожидается еыпуск около 24 тыс. итук. Подготовкой каталогов КОН, определяющих их новый технический уровень и эффективность применения, занимается ГПКИ "СовзпрсммехаЕкзациям. одним из резервоз поЕнаения эффективности этих конвейеров является рационализация геометрических параметров линейних роликоопор, связанная с различной компоновкой центрального ролика в роликоопоре, изменением угла установки Соковых роликов и изменением соотнопения длин боковых и центрального роликов. При -рациональных геометрических параметрах линейных роликоопор удается собственно снизить энергоемкость ' процесса транспортирования сыпучих грузов. Однако, из тененее тех или иных параметров роликоопор неоднозначно злняэт на отдельные эксплуатацяонк» показатели конвейера. Су-вдбтвупцяе рекомендация по шс выбору яеляится как правило одно-. сторонними,.а в совокупности приводят к противоречивым результатам, Поэтому весьма актуальной является проблема разработгд иетодаки определения рациональных параметров линейных роликоопор КОЯ на основе единого комплексного экономического критерия -

приведенных затрат ка транспортирование I т груза на расстояние I км и на ее основе составление практических рекомендаций по выбору рациональных геометрических параметров роликоопор.

Цель работы. Повышение экономической эффективности транспортирования мелкокусковых сыпучих грузов ленточными конвейерами общего назначения путем рационализации геометрических параметров линейных роликоопор на стадии их конструирования.

Методика исследовании. Теоретическое исследование деформированного состояния транспортируемого груза и конвейегзнон ленты выполнено на основе аналитических методоЕ нелинейной теории пластин и оболочек, механики сыпучих грузоЕ, сопротивления материзлоЕ, технической механики. Экспериментальные исследования роликоопор на стенде проводились с использованием методов тензометрии и осциллогрэфирования. Методы теории подобия и моделирования при ■ разработке экспериментально-теоретической модели использовали для взаимосвязи геометрических параметров.' линейных роликоопор с эксплуатационными показателями КОН. Метод экономико-математического моделирования на ЭВМ использоеэн для оценки эффективности принятых геометрических параметров линейных роликоопор КОН.

Научные положения:

напрякенное состояние конвейерной ленты и. транспортируемого груза определяется двумя составляющими деформаций: оощими деформациями желоба ленты и локальными деформациями, возникагеими из-за геометрического несоответствия смежных поперечных сечения желоба при движении по роликоопорзм;

смещение центрального ролика по нормали к плоскости ро-ликоопоры значительно снижаем уровень напряжений в ленте и транспортируемом грузе, а следовательно, и сопротивление движению ленты, и повышает экономичность ленточных конвейеров;

сопротивление движению конвейерной ленты и нагрузки на подшипники роликов могут оыть определены как функции соотношения базовых характеристик конвейера: суммарной нагрузки на один пролет ленты между родикоопорзмн, натяхення ленты, цилиндрической жесткости ленты, относительной величины скорости движения ленты, - а также отношения длин центрального и бокового роликов.

Рацг'с^а т1кзация геометрических параметров линейных роликоопор еозможнз нз основе единого комплексного зконсмич^ско-го критерия — приведенных ззтрзт ча транспортирование I т гоузз нз расстояние I км.

Достоверность научных положений, еыводое и рекомендаций обоснована удовлетворительными оценками статистической значимости и воспроизводимости результатов экспериментальных исследований по критерия?! Стьадента и Кохрена при уровне значимости 5 %, а также адекватности представления результатов эксперимента многсфакторной регрессионной экспериментально-теоретической моделью по критерию Счшера при том хе уровне значимости.

Научная новизна работы заключается в том, что Еперрче: теоретически установлены закономерности деформирования конвейерной ленты и транспортируемого груза при движении по рслико-опорзм со смененным центральном роликои;

разработана .обобщающая экспериментально-теоретическая модель взаимосвязи геометрических параметров линейных роликоопор с эксплуатационными показателями КОН с использованием теории подобия;

экспериментально установлены зависимости коэффициента сопротивления движения ленты, нагрузок на подшипники роликов и напрятанного состояния груза от конструктивных и режимных параметров ленточного конвейера при использовании роликоопор со смецен-

. 3

ным центральным роликом и транспортировании мелкокусковых сыпучих грузов;

разработана методика определения рациональных геометрических параметров линейных роликоопор КОН.'

Практическая ценность. На основании результатов комплексных | исследовании для практического использования предложены:

дополнения и уточнения к теории тягового расчета ленточных • конвейеров на основании теоретически установленных и экспериментально проверенных закономерностей деформирования конвейерной ленты и транспортируемого груза при движении по роликоопорам со смещенным центральным роликом;

экспериментально-теоретическая модель взаимосвязи геометрических параметров линейных роликоопор с эксплуатационными показателями КиН;

методика определения рациональных геометрических параметров линейных роликоопор со сметенным центральным „роликом КОН . -.по 1фитерив минимума удельных приведенных затрат на единицу транспортной работа на стадии их конструирования;

пакет прикладных программ расчета;эксплуатационных показателей КОН при различных геометрических параметрах ■ линейных роликоопор; .

рекомендации по выбору рациональных геометрических параметров линейных роликоопор КОН с резинотканевой лентой, жестким натяжным устройством и мощность» привода до'200 кВт;

специальные ролики и методика для исследования нагрузок на . подшипники конвейерных роликов.

Кроме того получены реальные значения коэффициента сопротивления движении лента в зависимости от ряда основных параметров КОН.

Методика определения рациональных геометрических параметров

роликоопср КОЯ и программы расчета приняты для использования при модернизации системы автоматизированного проектирования стзцио-нарных ленточных, конвейеров в Государственном Российском научно-исследовательском и проектно-кснструкторсксм институте подъемно-T'r-iotïQTrQp'rjiQriA машиностроения ¿¡НИ-^ГГгМап! •

wQvriiiti^iiQTTT^* ттгч ^ыоооу ^^ци^чачьннх nsri^'бтр'ОЗ линейных ■п/'мттги'л/лттпр TTr-rma^u о государственном пооектном н кснст— рyvp^t-irtv^ T»jiQ'mT»Tiy'T'û "с^1озпрс,.г.'аха1г'1защ'я" (г.Москва) и пт}оект— но-пронзЕОдстЕ^нн^м предприятии "Мехпрсмтранс" (г.Николаев) и использованы при создании конвейеров ноеого поколения.

Аппробация работы

основныа положения диссертационно1* ^зботы и тг^зу^ьтаты исследовании доложены на научно— технической ^он^эрекции "Соне шенствовзние технологии и средств механизации га^

портных, погрузочно—разгрузочных работ" (Могилев, i^b^); на зональной конференции "Совершенствование экономики, организации v управления вспомогательным производство*!1 п (ilûiî23, ча

союзном научно-техническом симпозиуме с участием специалистов стран-членов ОЭЗ по "Нормировании прочности и ресурса высоконагрухеняых маиин" (Владимир, 1986); на секции НТС ВНйШТМаа "Магины непрерывного транспорта" (Москва, 1983,1934, I9SS, 1992,1993); на научно-техническом совете ГПКИ "Союзпрсм-мэхакизация" (Николаев, 1984, 19=35, Харьков, 1984); на научно-техническом совете СКТБ "ПолиграЗмаэ" (Николаев, 1991, 1992), ППП "Мехпромтранс" (г.Николаев, 1993).

Публикации

По теме диссертации опубликовано ь статей

объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глас, заключения к приложении. Работа изложена на ¿48 стоант?,1а7 машинописного текста, содержит 69 рисунков, 9 таблиц, список использованной литературы из наименования и 4ь страниц приложений.

Содержание работы

Большой вклад в решение проблем конвейерного транспорта Енесли соЕетсткие ученые: А.о.Спиваковский, Н.о.поляков,

A.В.Андреев,' Я.п.Виличенко, 'М.В.БасильеЕ, Р.Д'.йенков, ь.А.Кузнецов, С.А.Панкратов, Л.Г.Шахмейстер и др.

Проблемы обоснования коне тру кткеных параметров ленточных конвейеров, энергоемкости транспортирования кэгли отражение в работах В.«.Гущина, и.г.Дмпрнева, а,¡¡.Дунаева, й. а.дьякова,

B.Г.Дьячкова, И.В.Запенинз, М.А.Котоез, С.д.Мягкоза, м.г.иотапо-ва, Г.В.Приседского, В.К.СмкрноЕа, И.А.'дтзкунова, ¡О.А.Яхонтоза к других советстких ученых, а также зарубежных исследователей:

А.РсегИпг, Н.ЬасЬшап. УГ.НаИ:1вг, и.ВаИгэиз И Др. •

Большая работа по совершенствованию конструкции роликоопор ленточных конвейеров выполнена в институтах: ВНИИИТМаш, ГПКИ Союзпроммеханкзация, УкрНШпроект, ИГТМ АН УССР, МГИ, МГТУ и?,!. Н.Э.Баумана, Днепропетровском политехническом и др., а также на машиностроительных заводах: Александровском, Краснолучском, Сыз-ранском, Николаевском, Узлоеском, Мариупольском и др.

однако, как показал оезор к критических анализ исследований различных авторов, в теоретических и экспериментальных работах имеется ряд пробелов, не позволяющих выполнить комплексную оцен-

т/тг "^я^'я ттог>о*1|с,'х,'пое р^лпссспор нз показатели работы ленточного

vauxic.t»ar\a wa T,CCmSTCTIHO кзуч9но елиянив зтих параметров нз п^гтладоиуло состояние тт) экспортируемо го груза и леhtu, н2 -Qnr»iiot5trojnmtrjn с!*лы сопротивления движению ленты от дефсрмпоова~ кия груза, нз грузки на подшипниковые узлы роликов • устойчивость формы ж-лоба лекты« Особенно мало сведеттии о елиянии нз эксплу -¿m г,тгт?г\ггиус1 тг0ча3а7ели КОК в^л?чины смешения центрального ролгка по норм зли к плоскости рол "ПС о о пс ры • Требуют дополнительного ис~

*та"ТА-оогл»е^ Qiypoт?а fgyyirr»a ^рЗКТО^Ы И (JOpM3 ЗЗВИСИМОСТЗ Г* f 3 ТЗЮКе

vopovrp^p взаимосвязи гесметр:гееких параметров роликоопор с ЗКСПЛуЗТЗЦУОННЫМИ ПОКЗЗЗТеЛЯМИ КОЙ.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо разработать методику определения рзционзчьчых геометрических П3мамат** dob л'Ч^т'ных оо -тико опер нз основе ко мпл ^ к с чс и оценки эксплуатационных показателей: сопротивления дви?ронну* ленты! лтдпош* сохранения ее кзскасности f прочности т* ттолговетгиог"тг »»с.чти подшипников роликов» площади поперечного сечения груза нз ллчте и др. .и нз ее основе практические рекомепдзции по выбору рациональных геометрических параметров роликоопор КОН.

Исходя из этого е работе поставлены следующие конкретные задачи*

нз основе теоретического исследования деформированного состояния транспортируемого груза и конвейерной ленты выяснить возможность и целесообразность значительного смешения центрального ролткз по норма л! к плоскости релпеоопоры;

исследовать деформированное состояние транспортируемого груза и конвейерной ленты в зависимости от геометрических параметров роликоопор с одре делением коэффициента сопротивления дви-гекикх ленты и нагрузок на подшипники роликое ;

разрзеотзть экспериментально-теоретическую модель взаимосвязи эксплуатационных показателей кой и геометрических пара/ 7

метров роликоопор;

разработать методику определения рациональных геометрических параметров линейных рслккоопов Кии на основе расчета и комплексной оценки их эксплуатационных показателей единого комплексного экономичекого критерия - приведенных затрат на транспортирование I т груза на расстояний I км;

рззрзоотать практические рекомендации по выоору рациональных геометрических параметров линейных роликоопор КОН.

При теоретическом исследовании процесса деформирования конвейерной ленты и транспортируемого груза в качестве исходных приняты дифференциальные уравнения движения конвейерной ленты, впервые полученные проф. С.А.Панкратовым на основе нелинейной теории оболочек. Рассмотрен наиболее общий случай, когда ¡алеется смещение оси центрального ролика тре^соликовой рогит1'"г'Огг'"гаг ^ горизонтальной плоскости относительно ее попевечной оси. лента при анализе предстэвлена как находящаяся под давлением груза цилиндрическая ооолочка, опирахщаяся на жесткие роликоопоры. Вследствие геометрического несоответствия фермы прогиба таких оболочек и формы роликоопоры происходит стягивание оболочки на роликоопоре по периметру, при котором возможно образование локальных волнообразных морщин или складок, й результате теоретических исследований показано, что возможны, два вида потери устойчивости формы желоба ленты:, потеря устойчивости сортов 2близи •роликоопор, проявлявшаяся в характерной форме . изгиба ^кромок ленты, и вылолаживание. ее боковых частей в середине пролета между роликоопорами.

Анализ .критерия устойчивости формы желоба ленты показал, что устойчивость поЕЫиается при уменьшении.'длины центрального ролика и увеличении смешения его оси в горизонтальной плоскости. При этом значительно снижается и уровень напряжений в поперечном сечении срединной поверхности ..'ленты., влияние угла установки со-

сеых. роликов на устойчивость желоба ленты не задом значении смещения центрального ролика лоскости роликоопоры тлеется диапазон, измене! оковах роликов, в котором устойчивость желобг :очти не изменяется.

гапряжений с использованием метода овалоЕ напряжений. За основу триняты результаты экспериментальных измерения вертикальной и ",оГ1Ттзонтзпьной состзвляЕЕшх напряжения в грузе на ленте, выпол— т звтооом е экспериментальной части диссертации, а также результаты теоретического исследования автора деформированного состояния конвейерной ленты. Установлено, что смещение оси центрального ролика значительно снижает напряжения в транспортируемом грузе "за счет разделения во времени-, процессов деформирования на оокоеых. и центральном роликах. При этом существенную роль играют как макродеформации желоба ленты, так и ее . локальные деформации вблизи роликов. поскольку пластически деформируемый груз является системой с - "памятью*, то порядок следования во времени его деформированных состояний существенно влияет на конечное напряженное состояние, этим объясняется тот факт, что смещение оси центрального ролика по ходу движения ленты существеннее снижает наряжения з грузе, чем смещение этого ролика против хода ленты.

На основе теоретических и экспериментальных исследований деформированного состояния конвейерной ленты и транспортируемого груза разработана обобщавшая экспериментально-теоретическая модель взаимосвязи геометрических параметров роликоопоры с основными эксплуатационными показателями КОН. Коэффициент сопротивления движении от деформирования"' груза и ленты, а

отношение нагрузок на подшипники центрального и ооковш эликов представлены в виде эмпирических функций от соответст-Еукшх критериев подооия - безразмерных комплексов," составленных из параметров роликоопор и конвейера в целом, при этом использовался метод получения критериев подооия непосредственно из дифференциальных уравнений движения лен?1:, . как оболочки.. для теоретического представления сопротивления .движению ленты использован энергетический подход, согласно которой' сила сопротивления движению ленты от деформирования груза . и ленты определяется как

1 <**„ О А

где ап - работа сил реакции со стороны груза при его пластическом деформировании; и - скорость движения ленты; t- время; х - продольная координата. _

В хзчестЕе основных критериев подооия, определяюекх коэффициент. сопротивления движению от. деформированного груза и ленты «в ^ , а также отношение нагрузок на смежные подшипники сокового и центрального роликов, получены следуйте соотношения:

3 1 ^ , : " " : \

Пх - —' Ц* -—гг > щ - Р 'Д.« —'л - — (2)

Чо*|> вЧ> V В

где б - натяжение ленты; - суммарная погонная нагрузка от веса груза и ленты; г', - шаг роликоопор; р - угол наклона боковых роликов; ъг - длина центрального ролика; в - ширина ленты; н - величина смещения оси центрального ролшеэ; в -ускорен* свободного падения.

Критерии подооия, отражайте цилиндрическую жесткость лен' ты в продольном и поперечном направлениях к модули.ее упругости при экспериментальном определении эмпирических коэффициентов .

модели были исклвчены, т.к. эти параметры ленты не изменялись н ходе эксперимента. Дополнительно снл включен размерный параметр, отражавший скорость деформирования груза и ленты »——

использование указанной экспериментально-теоретической модели позволяет ссеспечить рациональное планирование эксперимента и сократить объем необходимых экспериментов за счет варьирования значений не всех входящих в нее параметров, з только части из них, з также ,обосновать форму еводз параметров конвейера е искомые зависимости. Кроме того, возможен выбор изменяемых параметров таким образом, чтобы облегчить практическую реализацию экспериментов.

Экспериментальные исследования эксплуатационных показателей роликоспор проводились на специально разработанном автором полноразмерном стенде ленточного конвейера, Еключаккем неподвижную ленту шириной 1иоо г/м и движущуюся под ней телехку с установленными трехрсликовыми роликоопорами (рис.1), а этих ро-ликоопорах с изменяемой геометрией предусмотрены: углы установки боковых роликов, равные 20°, 20°, 45* , длина центрального ролика принималась равной 160, 870 и 370 мм, смег~ния оси -центрального ролика менялись от 0 до 300 км как по ходу, так и против хода ленты. Шаг роликоопор в основной серии опытов составлял 1,12 м, но для проверки адекватности принятой эксперимен-тельно-теоретической модели варьировался в дополнительных опытах, также как я погонный вес груза. Базовое значение погонного веса груза составляло 1,6 кН/м при ширине ленты I м. Натяжение ленты принималось равным 10, 45 и во кн, а скорость ее движения

1,0; 3,15; 5,0 и/с. На стенде была установлена 4-х прокладочная резинотканевая лента типа ТК-200 толщиной 11,1 мм.

■ Измерение усилий на подлинники роликов производилось тен- • зометрическим методом с запись») нз осциллограммы, для чего были

, И

Сгеед для исследования взаимодействия роликов о конвейерной лентой

Ри п 1

изготовлены специальные ролики с тензометрическями подшипниковыми узлами.

Для подтверждения выдвинутых в теоретической части диссертации гипотез производилось также измерение вертикальных и горизонтальных продольных и поперечных составляющее нормальных напряжений в грузе мембранными датчиками давления, устзчовэнными в нескольких течках тела груза по вертикали л горизонтати.

■ Предварительные эксперименту показали, что ^^лнчт^а ^'одаряемых в^ли^п'н е зависимости от зча^е*™7? ¡^зчфо'оов П , и2 , П^, и - , Ц; мезкет сыть учтено оа^дел^но» 1;сэ^с/у сначала пр'1*''-~ д:.ЛСо ло/;т1нй х а^сх^р^^нт по пта^у З3, а т¿1»»

дополнительные эксперименты по иссл^дов^т^ю "л^ягт'я

■"1

и Д; Это обусловлено " п тем, что ззеисюлости измеряемых гараметрсЕ от П^ носят слс^л^ии не^п^бгнк^ х^р-'-т^р к могут быть аппроксимирована параболой не тоетье?. сте-

г>"гс.г-г.-.г;,^ о грф КЭК ОСТЗ-Л^ЧЫ^ ЗЯ^'С^'ОСТП *"''. ^

уравнениями второй степени.

I

статистически значимой зависимости ш от п е у^М'-т;;-;'--^' диапазоне не выявлено, а для отнесения усилия, депстнукцегс :■.?. боковой ролик ^ ^ ^ ^ усилию д-йстнующ^му на центральна:! -мц , она оказалась значимой.

' В результате экспериментальных исследовании • получены еле дута?» регрессионные зависимости коэффициента сопротивления движению ленты от деформации на роликоопорах ее и груза, а также отношение нагрузок на ролики при использовании в качестве груза песка

«/ = 10',(98,2 + 0.17П/+ 4,бЛ2+ 1,ЗП,+ 0,0181^- 0,2П(П.,+ + 0,^^-1^0211,11/- 2бП%~ 125П? + ШТП^- 152П^+

1701/ К (з)

таВЕ- 13

-6 - 1б3{-216 + 12Пг+ 40П,- 0,77П]- И0СП,+ [1 +

+ 0,04(1^- 0,9?] (200 + П20П*т 3400П|+ 2300^)}, (

где я - радиус роликоЕ, м; Е„ - модуль упругости нижней обкладки ленты, кла.

а уравнениях ■ 13) и (4)- оставлены только ■ статистически .значимые члены при уровне значимости 0,иа. Адекватность предс-

■ тавления результатов эксперимента приведенными уравнениями, регрессии проверялась по критерию Фишера при заданном уровне значимости.

Анализ результатов экспериментальных', исследования показывает, что зависимости 13; и 14; от IIч имеют один мкня-мум и один максимум в интервале между двумя роликоопорами. 8йини-мум коэффициента сопротивления движению соответствует значению П4 = 0,533, т.е. примерно середине расстояния между роликоопо-рами, а максимум - и'ч --и.ибв, т.е. при небольшом смешении оси цс.^^р^л^^огс ролика против хода ленты, ¿то же - соответствует смещению оси ролика на величину Пч = й,у£4 по ходу ленты.

Минимальное . и максимальное - значения отношения'. соответствуют значениям.. Гц = 0,777 и Пц = 0,209. Наиоолее. благоприятными для расоты.. ленты и роликов являются большие значения отношения , поскольку при этом оолее равномерно

■ распределена нагрузка на подшипники центрального и соковых роликов и минимальны поперечные силы сжатия в срединной поверхности ленты, т.э. форма ее желоба более устойчива. Некоторое смешение максимума сз;л поперечного сжатия о? нулевого значения" Пц , как показано е теоретическом разделе диссертации, вызеэны изгионог жесткостью желосчатоя ленты в птюлъчо?' ропйетщ

.> стзновл* но, что увеличен:« длши центрального ""олика улучает

ПОКЗЗЗТеЛЬ 13), НО УХУДП!.26Т ПОКЗЗЗТеЛЬ '4), 3 ТЗКЖе ГТЗИВС*'"

уменьшению плодади поперечного сечения груза на ленте. Увеличение угла наклона боковых теликов ухудшает ^^^зззт^п- - !.?-> увеличивает площадь поперечного сечения груза на ленте.

Как показали' предварительные экспериментальные замеры, пт?:: увеличении натяжения ленты коэффициент сопротивлению движению уменьизется по гиперболической зависимости, однако в диапазоне исследованных значений натяжения эта зависимость близка к линейно убывающей:.

' .3

V) » « - к - > (£>)

где ш к кд -коэффициенты, не зависящие о? нзтяхения ленты.

Измерения вертикальной и горизонтальной составляющих нормальных напряжений в различных точках поперечного сечения груза показали хорошую согласованность их изменений с, изменениями коэффициента сопротивления деижению ленты. - Измерения также подтвердили принятую при теоретическом, исследовании гипотезу со особенностях формирования напряженного состояния груза при смещении оси центрального ролика.

Таким образом, в зависимости с? принятых значений геометрических параметров роликоопор значения эксплуатационных показателей, например и! значительно отличаются. Поэтому для оптимизации их параметров' была разработана , экономико-матемз-тгчесхая модель, предусматривающая минимизацию комплексного показателя эффективности - . удельных приведенных затрат кз транспортирование I т груза ее расстояние I км при различных . значения* всех алшшгих факторов.

ц = "оТ* (с* * Е"К) ' (6)

где с. - эксплуатационные издержки за час. работы конвейера; К - капитальные затрате на оборудование конвейера ; Е« -

нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; О -часовая производительность конвейера;" Ц - длина конвейера.

Модель базируется на выполнения специализированных тягоеых ■расчетах с вычисляемым коэффициентом сопротивления движению ленты и последумкам вычислением массы и стоимости элементов Кип по аппроксимирующим зависимостям. Уравнения специализированного тягового расчета, базирующиеся на работах Дмитриева ь.Г. (?ЛГИ^ были уточнены автором с учетом результатов выполненных экспериментальных исследований.

Минимизации подвергалась переменная часть Ц , зависящая от изменения стоимости привода конвейера, ленты, расходов на. электроэнергию и скорости движения ленты, обеспечивающей заданную производительность конвейера ' 0 при изменении геометрических параметров роликоспор. Необходимость обеспечения надежности и долговечности подшипников роликов и устойчивости формы желоба лента учитывалась в виде ограничения

А

нд * У®1п ' (7)

где У„.„ - обычное фактическое отношение нагрузок на смежные подшипники бокового и центрального роликов.

Увеличение этого отношения повышает надежность роликоопор и устойчивость формы ленты. ь экспериментах этот показатель не превышал значения 1,1.

Было установлено, что целевые функции оптимизации параметров роликоопор у конвейеров различной конструкции не только значительно отличаются друг от друга, но и могут потсесовать оэз-личных математических моделей. Составлена и исследована целевая функция оптимизации геометрических параметров наиболее распространенной группы КОН с резинотканевой лентой и жестким натяжным устройством. С учетом используемых соотношений ванного тягового расчета она имеет следующий вид:

ПТ7 йПГ'С, ттт* с тят»/-* _

К.ЛТГ и

1000 Ч

., Г *

* % * * "п1'04 С08Р'ЧЛ + ЧР1 *

»г + - +

ч

в!пР(дг - 0,04ял>]

1Ор2,05 В 0,35 1Т - 1,04кте )[ар(0,02 - 0,0001 1) ♦ 4,33]

ТО

и»гсоар( >♦»„ 1 «04 соя0( )+а1п{3( я?-0,04<зл)+-

К

и.35г 1 -[1^.г(23б,9Я^.,.В- 6,1 »> <134'5 °р.н.в + 5'33>]

- (50 В - 65 В ♦ 50) -

О

(31Т - 1

-в

05 Г.,-10

' {«¿оо«р1Ч|. + * Чр> ♦ + 4^(1.04 + т " ЬО^тс1 *

у 2 0,15кнс0,013

+ ^ ♦ шиф^-*^^. - Т -1.04.]}, * в1Т.1>04кге, '

ц

{«¿со8р«чг + чл + Чр> + «¿ооа^ч,, ♦ >4 1,04 + Т - 1.04кте> ■

V 0,15кнс18Т

—♦ в1пр[Чг ♦ Чд(1,04ктс- Т -1,04)]} -

О 1-.

0,15кпрЛ/0.93 - ,

— |»гсовР(чг + +Чр> ♦ шп1,04 созр1чд ♦ чр1 +

ю6а -п2

N

2 0.15кпр39,94 V

Т пр Г ' „

51пР(я_ - 0,04ч > ♦ -—- \Ь> соф

г г л J 1000 ОН I- г

+ Чр) * Шп1,04 С08р1чя ♦ qf) + —£-- в1пР1чг - 0,04дл.^

1000 О Г] N

V

»»г

тг

0.15к„ 49

0 4 <8

сЛА?"иг,г* ^Л* Э^ОТТ цЗуНЧ'ДШ! ПО^'ЗЗЫВЗеТ« ЧТО ИСПОЛЬЗОР.З— ЗНЗЛИТ«1ЧеСКЙУ МвТОДОЕ 0ПТ*!?£133ЦК11 ЯВЛЯ6ТСЯ £8СЪМВ трудоемким

и целесосорззко применять численные методы оптимизации с применением ЭВМ, е частности, динамическое программирование. Просчеты показали, что имеется область глобального минимума целевсЯ функции, которая представляет соЗоя группу локальных минимумов, координаты которых чувствительны к аппроксимирующим зависимостям. -¿ТО свидетельствует О КеВОЗМО'КОСТИ .ЗВТОМаТИЗЗЦИИ ПО ИСК 3 оптимума. При р а пион а ли з а цин параметров рсликоопор принят .метод п^гпагов^го расчета целевой Функции тн"1«* раз тпчкых сочетаниях гесмет тэнческих параметров с пАсдеду?чцим э вти с ти ч ^ с к им огтоеде ле -варианта с учетом т^1 т или иных конструктивны4

'»»Л.^ТС ПТ. 11<ЛГ1Л1

птл* ит»;}а ип гг*

оУ/он^сико—математическая модель лег* л а в основу разработанной методики по определению рациональных геометрических пасам®т^ов

+

ч

•зависимость приведенных затрат от параметров конвейера, груза и роликоопор

\

ч ч

ЦЮ .

руб/Т-КУ

н-о 32

И-0.3

30 28

26 24

н>о Н=0,3

Щ0* руб/т«а

29

о 27 25

19

ч=о

И-рр 17 15

13

н«о н-чз

\

\ \

ч

н=о н=оэ

О 0,1 0,2 0,3 9 0 0,1 0,2 0,3 0 0 0,1 0,2 0,3 0 0 0,1 0,2 0,3 0 а) б) в) г)

а - от длины конвейера—=70м,---Ц,=220м; б - от плотности груза -7г=1350кг/мэ,

--7г=2000кг/м3; в - от лотковссти роликоопор -р'=40°,--^'=20°; г - от угла

установки конвейера ——р=4,0°,--р=0°.

1—4

«2

Ряс. 2

роликоопор КОН. ¿ил также разработан пакет прикладных программ расчета геометрических параметров роликоопор КоК с целевой функцией но выражению (в;. Был выполнен значительный объем оптимизирующих расчетов этих конвейеров, отдельные результаты которых представлены на рис.2. Анализ полученных результатов позволил составить практические рекомендация по Еыбору геометрических параметров роликоопор. Рекомендуется принимать для данного типа конвейеров отношение длины центрального ролика к ширине ленты'в пределах в = 0,25...0,а, угол наклона боковых, роликов в пределах 35°...42°, а центральный ролик выносить Еперед по ходу движения ленты е пределах Н = и,1...0,ь м. Кроме того -установлено, что рационализация геометрических параметров роликоопор позволяет снизить энергоемкость процесса транспортирования на б + у %,• а величину уде.тьных приведенных-, затрат на транспортирование груза на 12 + 15 % по сравнению с роликоопсра-ми, оснащенными роликами равной длины и без смещения центрального ролика по ходу движения ленты. ' '

йАКЛЮЧЕЭДЕ -

t-t ТГТ»Г»р

;'.ссертации дано новое решение актуальной научной задачи установления закономерностей изменения эксплуатационных показателей конвейеров при изменении геометрических параметров роликоопор, что позволяет поеысить экономичность транспортирования мелкокусковых сжупгх грузов ленточными конвейерами.

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы *

I. для оценки влияния геометрических параметров роликоопор на эксплуатационные показатели конвейера необходимо ' использовать комплексный многофакторный подход,' учитывающий физические :сы, протекающие при движении по ним ленты и транспортируе-

rm/^rta пг

мого груза.

2. Теоретические исследования позволяли установить, что напряженное состояние конвейерной ленты и транспортируемого груза определяется- двумя составляющими деформаций: общими деформациями желоба ленты и локальными деформациями, возникающими из-за геометрического несоответствия смежных поперечных сечений желоба при движении по роликоопорам. Эффективным способом снижения уровня напряжений в ленте и транспортируемом -грузе, а также сопротивления движению ленты является смешение оси центрального ролика вдоль конвейера до середины пролета между роликоопорама, а также увеличение длины центрального ролика.

. 3. Возможны' деа -вида потерн устойчивости формы желоба конвейерной ленты: потеря устойчивости сортов вблизи ролккоспоры и Еыполаживание в их средней части пролета между ро.икоопо-рами. Они могут быть устранена смешением оси центрального ролика вплоть до середины пролета, а также уменьшением его длины. Каждому значению величины смешения оси центрального ролика соответствует даапззон рациональных углов наклона боковых роликов, -" обеспечивающих ' 'минимум поперечных напряжений в срединной поверхности конвейерной ленты и наибольшую устойчивость формы ее желоба. Например, при' смешении'ролика до 0,4 1р' значения этих углов изменяется в диапазоне от ьо" до ¿и".

\ 4. С привлечением теории-подобия была разработана экспериментально-теоретическая модель взаимосвязи геометрических параметров роликоопоры с эксплуатационными показателями конвейера. Это позволило рационально спланировать экспериментальные исследования' и получить методическую основу для интерпретации результатов этих исследований.

б.Мзогофакторные экспериментальные исследования 'прозедлл::'::-яа специально разработанном полнсрззмерном стенде. сумма?*.

погрешность измерений не превысила 6,2%. Они позволили получить с помощью специально разрзботанных датчиков и измерительных устройств качественные и количественные зависимости коэффициента сопротивления движению ленты, напряженно-деформированного состояния грузз и нагрузок на смежные подшипники центрального и боковых роликов от геометрических параметров роликоопор и режима работы конвейера. Особенно необходимо отметить оригинальную конструкцию ролика для измерения нагрузок на подшипники, ьылн подтверждены результаты теоретических исследований нзпряженно-'деформированного состояния груза. ,Еыла установлена существенная зависимость этих факторов от геометрических параметров роликоопор, параметров и режима работы конвейера, а частности, величина коэффициента сопротивления движению ленты особенно на коротких конвейерах достигает 0,09, что в несколько раз превышает рекомендуемые значения в стандартных методиках тягового расчета.

6. Разработана методика определения рациональных геометрических параметров линейных роликоопор конвейеров общего назначения. Она базируется на использовании комплексного критерия — приведенных затрат, ъ ней изложен механизм Формирования целевой функции в зависимости от различных конструктивных особенностей конвейера. ооглэсно методике, производится пошаговое вычисление целевой ©541105111, а Еыбср рационзлького варианта производится вручную. Автоматизация выбора рационального варианта невозможна, т.к. область глобального минпм ума представляет собой группу локальных минимумов, координаты которых чувствительны к аппрокетлируемым зависимостям стоимостей э.-ег.'.ен'с12 конЕ°йзрз. ■

7. целевая функция опт;гмиззцйй геометрических параметров рслиг:оопор имеет весьма сложный вид. -иоэтому целесообразно применять тп5сленные методы оптимизации с применением в ^^с'71-

кости, динамическое прогрздаяфонание. На языке'Fortran рззрзоо-тан пакет прикладных прогрзмм по расчету гео.четрнческ1!х параметров роликоопор конвейеров с резинсткзневой лентой, жестки?.! натяжным устройство?.! и с приводам MCIIvIACr711-ю "О ЯОи

3. разработаны практические реко?.!вндапии для нагоолее распространенной группы конвейеров, тра^спорти^уг^1™ vQ г сыпучий груз. Конвейера работают экоко?личко, если длн!нэ центрального ролика находится в диапазоне рабочей сирины ленты, цэнтрзльный ролик смещен вперед по ходу движения ленты в диапазоне 0,1...0,3 м, угол наклона боковых роликов изменяется в диапазоне 35°... 42°. Конкретные значения геометрических параметров роликоопор для заданных условий эксплуатации могут быть получены при использовании разработанных методики и пакета прикладных прогрз?.!?л. При реализации пре^'.ож^нных р^кс'мен^зцип можно добиться снижения энергоемкости процесса транспортирования на 6 + Э а стоимости транспортирования ■ сыпут1их грузов на 12 + 15 $ по сравнению со стандартными роликсспсрамн, оснащенными ролика?ли равной длины ^ез с?лещения оси центрального ролика Еперед по ходу движения ленты.^ /' i, ! ч

Основные положения диссертации опубликовзны в следуыцих

1. Остапенко Б.И., Харченко Б.И. Новое в.конструировании оборудования ленточных конвейеров. Тезисы докладов научно-технической конференция "Совершенствование технологии и средств «ехзкиззции подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских раоот", Могилев, 1963, ДКТКАМ-, с.35-3?.

2. Харченко 8.И., Атаманюк в.Г., Рассказова.Т.В. К опре-»таттлгт;) t>3aii?.rtioro расположения роликов в плане роликоопог'Ы

тлроликов конвейеров оошего назначения, тези?!! токлздов Всесоюзного научно—технического

специалистов стран - членов СЭВ "Нормирование прочности и ресурса высоконагруженных 'машин", П., 1986, Институт машиноведения аН СССР, с.197-199.

3. Харченко Б.И., Расскззовз Т.В., Атаманкк в.Г. Измерительный ролик. Машиностроитель, № 6, 1988, с.16.

4. Харченко В.И., Кожемякин H.A., Рассказова Т.В. Исследовательский стенд. Машиностроитель, я" 9, 1988,' с.36-37.

5. Дмитриев В.Г., Харченко В.И. Экспериментальные исследования коэффициента сопротивления - движения ленты по роли-коопорам с разнесенными роликами. Шахтный и карьерный'транспорт, вып.II, Ы., Недра, 1990, 309 е., с. 46-50. ■

6. Харченко Б.И.' Оптимизация на ЭВМ геометрических параметров роликоопор линейных секций ленточного конвейера, > 1991. Рукопись представлена . ВНйШГШаа. Деп. в ■ ЦНШгМ'ГЯЖМАШ, м° II (241), 1991, с.93.