автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Установление рационального типа и параметров механических очистных устройств ленточных конвейеров горных предприятий по переработке нерудного сырья

ВЕДЕНИЕ пава 1. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Анализ работы конвейерного транспорта на предприятиях промышленности нерудных строительных материалов

1.2. Особенность свойств горной массы, транспортируемой ленточными конвейерами на предприятиях по производству нерудных строительных материалов.

1.3. Анализ средств борьбы с налипанием и устройств для очистки конвейерных лент.

1.4. Анализ научно-исследовательских работ по изучению явления налипания горной массы на рабочие поверхности горнотранспортных машин

1.5. Анализ влияния условий взаимодействия загрязненной поверхности конвейерной ленты с рабочим органом очистного устройства на выбор его конструкции .!

Нерудные строительные материалы имеют большое значение в современном жилищном, гражданском и промышленном строительстве, а также в сооружении автомобильных и железных дорог. Переработка строительных горных пород для получения нерудных строительных материалов осуществляется на дробильно-сортировочных заводах (ДСЗ), число которых в Российской Федерации составляет около 3 тысяч.

Конвейерный транспорт является основным видом транспорта на ДСЗ, в среднем на предприятии эксплуатируется 25-30 конвейеров с шириной ленты от 650 до 1200 мм общей длиной около 1,2-1,5 км.

Ресурс и эксплуатационная надежность ленточных конвейеров во многом зависят от эффективной работы устройств для очистки ленты от налипающих на ее рабочую поверхность тонкодисперсных частиц транспортируемой горной массы. Низкое качество очистки ленты приводит к заштыбовке подконвейерного пространства, децентрированному движению конвейерной ленты и повышенному износу ее бортов, налипший на ролики холостой ветви конвейера груз вызывает их биение и ускоренный выход из строя подшипников, увеличивается масса роликов, растут энергетические затраты, а для уборки просыпи из-под конвейеров и очистки роликов холостой ветви используется, в основном, ручной труд рабочих. По данным института ВНИПИИстромсырье 54 % рабочих из числа обслуживающего конвейерный транспорт персонала заняты на операциях по уборке просыпи. На этой операции отмечается около 32 % всех несчастных случаев на производстве.

Особенность работы очистных устройств конвейерных лент в условиях предприятий по производству нерудных строительных материалов заключается в том, что в зоне очистки ленты наряду с адгезирующими глинистыми и пылевидными частицами находятся также и абразивные частицы - продукты переработки скальных пород и гравийно-песчанной и горной массы. Применяемые на предприятиях однорядные и многорядные скребки и щетки, как основные средства борьбы с налипанием, малоэффективны, имеют незначительный срок службы (7-10 суток), их работа сопровождается повышенным абразивным износом рабочей обкладки ленты.

Таким образом, установление рационального типа и параметров механических очистных устройств повышающих эффективность эксплуатации ленточных конвейеров горных предприятий по переработке нерудного сырья, является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей взаимодействия загрязненной частицами транспортируемой горной массы конвейерной ленты с рабочими органами механических очистных устройств, для обоснованного выбора рационального типа и разработки метода расчета их основных параметров, обеспечивающих повышение эффективности использования ленточных конвейеров в конкретных условиях эксплуатации.

Идея работы состоит в повышении качества очистки рабочей поверхности конвейерной ленты от сложных видов загрязнений, снижении износа рабочей обкладки ленты и рабочего органа очистного устройства посредством использования комбинированных устройств, состоящих из бесприводного вибрационного ролика и подвижного многоскребкового рабочего органа.

Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично автором и их новизна:

- эффективная очистка конвейерной ленты от загрязняющего слоя из адгезирующих и абразивных частиц груза, который находится в напряженном состоянии, зависящем от содержания в нем влаги, достигается применением комбинированного очистного устройства, состоящего из возбудителя вертикальных колебаний ленты и автоколебательного многоскребкового рабочего органа;

- математическая модель поперечных колебаний движущейся загрязненной конвейерной ленты, кинематически возбуждаемой бесприводным вибратором, позволяющая определить рациональное место установки вибратора и величину вибрационных ускорений ленты;

- математическая модель фрикционных автоколебаний подвижного многоскребкового рабочего органа, позволяющая установить значения амплитуд и частот, при которых обеспечивается наиболее эффективная очистка.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.

Методологическую основу работы составляет единый подход к разработке конструкции очистного устройства и метода расчета рациональных режимов его работы.

Теоретические исследования основаны на теории колебаний автоколебательных систем и систем с распределенными параметрами, математическом анализе, механике грунтов, сопротивлении материалов, прикладной механике.

Экспериментальные исследования основаны на стендовых лабораторных исследованиях и опытно-промышленных испытаниях на ленточных конвейерах в условиях промышленных предприятий по производству нерудных строительных материалов.

Достоверность основных научных положений подтверждена экспериментальными исследованиями, выполненными на основании научно спланированных экспериментов, проведенных на специально разработанном лабораторном стенде с использованием измерительной аппаратуры, а также в промышленных условиях на действующих конвейерах и статистической обработкой экспериментальных данных. и

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается также удовлетворительной корреляцией теоретических исследований и экспериментальных данных (расхождение 10%).

Научное значение работы заключается в разработке математических моделей функционирования элементов комбинированного очистного устройства, состоящего из бесприводного вибрационного ролика и подвижного многоскребкового рабочего органа, работающего в режиме фрикционных автоколебаний, в установлении зависимостей для определения основных параметров элементов комбинированного очистного устройства, что является дополнением теории механической очистки конвейерных лент.

Практическое значение работы заключается в разработке конструктивных схем и методики расчета комбинированных очистных устройств для условий ДСЗ.

Комбинированное очистное устройство удостоено серебряной медали ВДНХ СССР за 1990 г. и защищено авторским свидетельством СССР.

Реализация результатов работы:

Конструктивные схемы и методики расчета использовались при разработке и изготовлении опытно-промышленных образцов комбинированных очистных устройств, прошедших испытания на Хромцовском карьере ПО «Роснеруд» и Асбестовском карьероуправлении ПО «Росдорстройматериалы».

Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались: на научно-техническом Совете Минпромстройматериалов СССР (1990 г.), на научно-техническом Совете института ВНИПИИстромсырье (Москва 1983 г., 1986 г., 1993 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (Москва 2000 г., 2002 г.).

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.5. Выводы по главе

1. При вибрационной очистке конвейерной ленты рациональная длина пролета ленты между роликоопорой и вибророликом равна примерно ширине ленты. При этом наиболее выгодным является резонансный режим на низшей собственной частоте колебаний ленты, Увеличение длины пролета ленты, а также частоты виброролика, приводит к появлению высших гармоник колебаний ленты и снижению уровня ее виброускорений. Низкочастотные вынужденные колебания ленты при дорезонансных режимах быстро затухает по мере удаления от виброролика. Наибольшая величина виброускорения ленты достигается на расстоянии от виброролика, немного меньшем половины длины ее пролета при низкочастотном возбуждении колебаний, и может достигать (2,3.2,S)a (где ар - ускорение поверхности виброролика).

2. Характер изменения грансостава просыпи вдоль конвейера при различных давлениях ячеистого рабочего органа очистного устройства на ленту указывает на послойный процесс прилипания частиц транспортируемого материала на ленту: первоначальное налипание слоев более мелких частиц инициирует налипание более крупных.

Ячеистый рабочий орган очистного устройства удаляет фракции прилипших частиц груза крупностью более 0,63 мм; более мелкие фракции приглаживаются к ленте. При повышении влажности груза этот эффект усиливается.

Наиболее эффективным является предварительное удаление крупных (>0,63 мм) фракций груза вибрационным очистителем.

В исследованном диапазоне условий эксплуатации оптимальное давление ячеистого рабочего органа на ленту равно примерно 0,45 к Па.

3. Кривая зависимости коэффициента трения рабочего органа по очищаемой поверхности ленты от фактора износа (произведения давления на скорость скольжения) имеет седлообразный участок, что обеспечивает возможность получения автоколебательного режима очистки путем регулирования давления рабочего органа на ленту при различных скоростях ее движения, а также снижения износа ленты и рабочего органа.

4. Корреляционный анализ данных промышленных испытаний очистных устройств различных типов на предприятиях нерудной промышленности показал: для сравнительной характеристики условий эксплуатации очистных устройств можно использовать один показатель - удельное количество просыпи в подконвейерном пространстве с 1 м2 ленты в отсутствие очистных устройств; отношение удельного количества просыпи, удаляемого очиститным устройством, к количеству просыпи при отсутствии последнего зависит линейно от показателя условий эксплуатации, причем коэффициент пропорциональности характеризует разрыхляющую способность очистного устройства, а постоянная составляющая зависимости - его очищающую способность; наибольшей разрыхляющей способностью обладают металлические щетки и высокочастотный виброочиститель, а наименьшей -комбинированное очистное устройство с низкочастотным вибророликом и ячеистым рабочим органом, а также резиновый скребок; наибольшей очищающей способностью обладает комбинированное очистное устройство, а наименьшей - высокочастотный виброролик; сочетание низкой разрыхляющей способности с высокой очищающей способностью обеспечивает более высокие показатели эффективности работы комбинированного очистного устройства по сравнению с устройствами других типов. Предложенный метод сравнения различных типов очистных устройств по двум показателям позволяет значительно сократить объем экспериментальных исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований дано решение актуальной научной задачи установления рационального типа и параметров механических очистных устройств ленточных конвейеров, применение которых обеспечивает повышение технико-экономических показателей транспортирования на горных предприятиях по переработке нерудного сырья.

Выполненные исследования позволили сделать следующие основные научные и практические выводы и рекомендации:

1. В условиях предприятий по переработке нерудного сырья эксплуатация ленточных конвейеров затруднена из-за налипания на ленту загрязнений специфического состава: частиц размером примерно до 0,14 мм, инициирующих налипание более крупных частиц размером до 5-10 мм. Такого вида загрязнения обладают повышенной абразивностью и для своего устранения требуют комбинированного воздействия со стороны очистных устройств, состоящих из неприводного вибратора, выполненного в виде конвейерного ролика с переменным радиусом качения и подвижного многоскребкового рабочего органа.

2. На эффективность вибрационной очистки наибольшее влияние оказывает амплитуда виброускорений поверхности ленты и место установки вибратора, обеспечивающего возбуждение колебаний, близких по частоте к первой форме поперечных колебаний ленты. Рациональное расстояние между вибратором и ближайшей роликоопорой холостой ветви должно быть примерно равно ширине ленты. При этих условиях виброускорения поверхности ленты в средней части пролета в 2,3-2,8 раза превышают ускорения на поверхности вибратора.

3. Очистка от адгезирующих и абразивных тонко дисперсных частиц груза обеспечивается многоскребковым рабочим органом, выполненным в виде ячеистого полотна из эластичного материала, прижимаемого к загрязненной поверхности конвейерной ленты посредством рычажно-пружинной подвески.

Зависимость коэффициента трения такого рабочего органа по очищаемой поверхности конвейерной ленты имеет падающий участок в диапазоне скоростей 1,2-2,0 м/с при давлении рабочего органа на ленту 0,3-0,9 кПа, на котором возможно возникновение автоколебательного режима рабочего органа ОУ.

4. Экспериментальными исследованиями в промышленных условиях подтверждено существование автоколебательных режимов работы многоскребкового рабочего органа ОУ. При скорости движения конвейерной ленты 1,6 м/с амплитуда автоколебаний составляла в среднем 40-60 мм, частота колебаний 8-12 рад/с, причем при его эксплуатации возможно регулирование режима автоколебаний путем изменения жесткости пружин подвески.

5. Экспериментальными сравнительными испытаниями в производственных условиях установлено, что многоскребковый рабочий орган КОУ не разрыхляет загрязнения в процессе очистки, обладает наибольшей очищающейся способностью и имеет значительно больший срок службы (в 25-30 и более раз) по сравнению с традиционным скребком. Повышение срока службы достигается за счет снижения давления на конвейерную ленту 0,45 кПа, что на порядок меньше чем у традиционного скребкового ОУ.

6. Разработан метод оценки эффективности работы ОУ различного типа, учитывающий их очищающую и разрыхляющую способность. Согласно этому методу, разработанное комбинированное очистное устройство обладает наиболее высокими показателями эффективности работы в условиях предприятий по переработке нерудного сырья.

1. Айрапетян Л.Г. Управление липкостью связных пород при гидрофобизации рабочих поверхностей транспортных средств: Автореферат дисс. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1982.-13 с.

2. Айрапетян Л.Г. Борьба с налипанием горной массы на рабочие поверхности горнотранспортного оборудования. Обзор по системе Информсталь, институт «Черметинформация», вып. 17(261). М.: 1986. 34 с.

3. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. - 487 с.

4. Аканов Х.Г. Исследование физических процессов очистки конвейерных лент в условиях налипающих материалов (на примере карьеров КМА): Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М.: МГИ, 1972 - 22 с.

5. Аканов Х.Г. Теория механической очистки конвейерных лент при транспортировании влажных горных масс: Автореферат дисс. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1996 - 34 с.

6. Алексеев А.Ф. Исследование процесса подсушивания горной массы с целью предотвращения ее налипания на конвейерные ленты: Автореферат дисс. канд. техн. наук.: М., 1977 - 27 с.

7. Аппоневич Е.К. Исследование лопастных очистных устройств для конвейерных лент: Автореферат, дисс. . канд. техн. наук. М.: МГИ, 1972-21с.

8. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. Госстройиздат. 1959 153 с.

9. Бибиков П.Я. Влияние текстуры поверхности конвейерной ленты на выбор очистительного устройства. Сб. трудов. Технология производства нерудных строительных и облицовочных материалов. М.: ВНИПИИстромсырье. 1986 с. 149-155.

10. БудакБ.М., Самарский А.А., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. М.: Физматиздат. 1966 - 238 с.

11. Буянов Ю.Д., Краснопольский А.А. Разработка месторождений нерудных полезных ископаемых. М.: Недра. 1980 431 с.

12. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. -М.: Машиностроение. 1971 360 с.

13. Варсанофьев В.Ф., Кузнецов О.В. Устройства для очистки конвейерных лент, М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 6-74-4, 1974

14. Гончаров С.А. Адгезионные процессы при перемещении горной массы. -М.: МГИ, 1976 75 с.

15. Гончаров С.А. Перемещение и складирование горной массы. -М.: Недра. 1988- 199 с.

16. Горячкин В.П. Собрание сочинений в трех томах. Под редакцией проф. Н.Ф. Лучинского - М.: Колос, 1965, т. 1 - 720 е., т. 2 - 459 е., т. 3 - 386 с.

17. ГулевЛ.П., ШакировЛ.П. Гидросмыв просыпей на конвейерных подъемниках. М.: Недра. 1993 161 с.

18. Гуленко Г.Н., Фролов В.И. Устройства для очистки и переворота конвейерных лент. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. 1980 - 47 с.

19. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1973 - 228 с.

20. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. -М.: Наука. 1973 -279 с.

21. Дугарцыренов А.В. Исследование адгезионных процессов при транспортировании связных пород: Автореферат дисс. . канд. техн. наук.-М.: 1977 -23 с.

22. Думанский А.В. Лиофильность дисперсных систем. Киев.: Техника, 1960-212 с.

23. Заднепровский Р.П. Влияние давления, времени контакта и температуры на адгезию грунтов к рабочим органам. Горные строительные и дорожные машины. №19, Киев: Техника, 1975.-23-31 с.

24. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. -М.: Машиностроение. 1968 375 с.

25. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1967 - 432 с.

26. Колачев В.Я. Новая методика изучения липкости глинистых грунтов. -М.: МГУ, 1975-89 с.

27. Качурин В.К. Механика гибких нитей, М. Наука, 1971, 103 с.

28. КондраА.С. Исследование липкости грунтов и средств ее устранения. Вопросы теории проектирования и эксплуатации строительных машин. Сб. научных трудов КИСИ: Изд-во Львовского университета. Львов, 1964, с. 33-38.

29. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука 1968 - 722 с.

30. Крагельский И.В., ДобычинМ.Н., КомбаловВ.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977 - 526 с.

31. Крагельский И.В., ГитисН.В. Фрикционные автоколебания. М.: Машиностроение. 1987 - 203 с.

32. Лившиц В.И., Виштак В.И. Устройства для очистки конвейерных лент. -М.: ЦНИИЭИУГОЛЬ. 1973 73 с.

33. Моисеев Н.Н. Асимптотические методы нелинейной механики. М.: Наука. 1969 380 с.

34. Мур Д. Трение и смазка эластомеров. М.: Химия. 1977 - 264 с.

35. Ненахов Г.С., Кухтиков А.А., Мягков С.Д., Бибиков П.Я. Устройства для очистки лент конвейеров в СССР. Обзор М.: ВНИИПИ. 1985 - 60 с.

36. Николаев Е.Д. Создание эффективного очистителя конвейерных лент от налипающих пород: Автореферат дисс. канд. техн. наук -Новосибирск.: Сибирское отделение ИГД АН СССР. 1991 26 с.

37. Отчет «ВНИПИИстромсырье» по гос. бюдж. теме РЗ.08.02.08.01 -Создать приспособления, обеспечивающие снижение ручного труда при обслуживании конвейерного транспорта. М.: 1982-1986 г.г.

38. Охотин В.В. Физические и механические свойства грунтов в зависимости от их минерального состава и степени дисперсности. Изд. Гушосдор. 1937 - 120 с.

39. Пановка Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы. 1979 - 384 с.

40. ПапоянР.Л., Григорьев Ю.И., ГуленкоГ.Н. Устройства для очистки конвейерных лент. Обзор. М.: ЦНИЭНуголь. 1977 50 с.

41. Парунакян В.Э., Синявская Р.Н. Борьба с прилипанием и примерзанием горной массы к рабочим поверхностям транспортного оборудования на карьерах. -М.: Недра. 1975 142 с.

42. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных конвейеров. -М.: Недра. 1986 344 с.

43. Покровский Г.М., Федотов И.С. Центробежное моделирование в строительном деле. М.: Стройиздат. 1968 - 247 с.

44. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник в трех томах. Том 3 под общей редакцией И.А. Биртера и Я.Г. Пановка -М.: Машиностроение. 1968 567 с.

45. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Сб. Физико-химическая механика. М.: Наука. 1979 384 с.

46. Светлицкий В.А., Стасенко И.В., Сборник задач по теории колебаний. М., Высшая школа. 1979 368 с.

47. Сергеев Н.Т. Грунтоведение. М.: МГУ. 1983 - 431 с.

48. Слепой Ю.Ш., Орешкин В.Л., Гуленко Т.Н. Непрерывный транспорт в промышленности строительных материалов. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение. 1988 176 с.

49. Смирнов В.Н. Совершенствование существующих способов очистки конвейерной ленты от налипшего материала. Сб. транспорт шахт и карьеров, М.: 1971 с. 374-377.

50. Соколов В.А. К вопросу учета динамических нагрузок от подвижного состава при расчете устойчивости откосов земляного полотна, Труды НИИЖТ, №12, 1955г. с. 15-19.

51. Тарасов Ю.Д. Очистка конвейерных лент и подконвейерного пространства. -М.: Недра. 1993 192 с.

52. Тарасов Ю.Д. Очистка подконвейерного пространства на предприятиях нерудной промышленности, JI.: Стройиздат. Ленинградское отделение. 1983 - 193 с.

53. Тарасов Ю.Д. Повышение эффективности эксплуатации ленточных конвейеров на основе комплексного использования средств очистки ленты и подконвейерного пространства: Автореферат дисс. докт. техн. наук М.: МГИ. 1988 - 29 с.

54. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.: Наука . 1966 724 с.

55. Факторович A.M., Серебрянников О.Д., Тымовский Л.Г., Рысьев А.В. Исследование основных способов очистки конвейерных лент. Записки ЛГИ, т. 4, выпуск 1, 1967.

56. ХайрулинТ.Х. Исследование процесса очистки рабочего полотна конвейеров при низких эксплуатационных температурах: Автореферат дисс. . канд. техн. наук Караганда. Кар. ПТИ.1978 - 21 с.

57. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа 1973 271 с.

58. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа. 1973 448 с.

59. Шлаин И.Б. Разработка месторождений нерудного сырья. М.: Недра. 1985-344 с.

60. Dinlinger Е. Uber dem Grabewiderstand. "Fordertechik", Bd. 22, 1929. s. 386-412.

61. Kummer H.W., Meyer W.E., Paper B-ll, 11-th FISITA Congress, Munich. 1966.

62. Rathje J. Der Schnittvorgang im Sande. V.D.J. - В.: Verlag G.M.B.B. -1931. s. 213-265.

63. Проспект фирмы «Martin concrete engineering», VIBREX -FORDERBANDREINICER, Висбаден, Германия, 1987.

64. Проспект фирмы «SKEGA» Gummiscrapers, Стокгольм, Швеция. 1981.

65. Проспект фирмы «Tip-Top STAHLGRUBER» Rema Clean International, Мюнхен, Германия. 1991.

66. Проспект фирмы «Tip-Top STAHLGRUBER», Мюнхен, Германия, 1987.

67. Проспект фирмы «TRELLEBORG». Trellex Plow Belt Scrapers, Нугатан, Швеция. 1983.