CC BY
9
Использование цепи ВЮ-Т в скребковом конвейере -путь к повышению нагрузки на забой
ВВЕДЕНИЕ
Около десяти лет назад в компании ТИЛЕ (THIELE, Германия) спроектировали, запатентовали и начали серийное производство горной цепи нового поколения, которая получила название BIG-T (рис. 1). Эта цепь, предназначенная для использования в лавных забойных конвейерах, имеет ряд существенных конструктивных отличий, что позволяет значительно увеличить нагрузку на очистной забой за счет повышения надежности функционирования лавного конвейера.
цепь забойного конвейера, при таком контакте возникают наивысшие контактные напряжения, вызывающие максимальный износ в «пятне контакта».
Специалистами ТИЛЕ была выдвинута идея конструирования такой цепи, в которой «точечный» контакт между звеньями заменялся бы на «контакт по линии», что обеспечило бы существенное уменьшение износа в зонах «шарниров». В ходе реализации этой идеи была предложена уникальная форма горизонтального звена, отличающаяся сглаженной («оптимизированной») внутренней поверхностью дуги «шарнира», что позволило реализовать идею «линейного» контакта вертикальных звеньев с горизонтальными. Вертикальное кованое звено отличается значительно (почти на 85%) увеличенной толщиной и оптимизированной внутренней поверхностью дуги «шарнира».
Таким образом, контактные напряжения в цепи В^-Т действуют не в единственной точке, достигая наивысших значений, а равномерно распределяются по достаточно протяженной площади. Лабораторные исследования процессов, происходящих в звеньях цепи ВЮ-Т, подтвердили, что напряжения распределяются более равномерно не только в зонах контактов звеньев друг с другом, но и в целом в металле звеньев (рис. 2).
Рис. 1. Горная цепь BIG-Тсостоит из чередующихся вертикальных кованых звеньев с внутренней перемычкой и горизонтальных звеньев, имеющих переменный сложный
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЦЕПИ ВЮ-Т
Расчет и выбор профиля горизонтального и вертикального звеньев являлись специальной задачей математического моделирования и 3Р-конструирования, успешно решенной в ТИЛЕ. Решение этой задачи преследовало следующие цели:
- повышение надежности самой цепи за счет уменьшения износа звеньев в зоне их взаимного контакта;
- максимально возможное выравнивание усилий, возникающих в металле звеньев цепи в процессе эксплуатации;
- возможность замены «плоской» (или «суперплоской») цепи в имеющемся лавном конвейере с одновременным значительным повышением разрывного усилия и без ослабления скребка.
Известно, что одной из основных причин замены цепи в скребковом конвейере является ее физический износ в зонах «шарниров». Такой износ возникает как при движении звеньев по прямолинейному участку конвейера, в зонах изгиба рештачного става при его передвижке, так и при движении через приводные звездочки. Возникновение такого износа связано с взаимодействием вертикальных и горизонтальных звеньев цепи в условиях приложения к ним высоких усилий от мощных приводных блоков конвейера. Известно, что во всех существующих «традиционных» (круглозвенных, «плоских» и «суперплоских») цепях их звенья контактируют друг с другом как две цилиндрические поверхности, повернутые относительно друг друга на 90°, т.е. контакт носит «точечный» характер. В вы-соконагруженной системе, которую представляет собой
Рис. 2. В зоне взаимодействия горизонтального и вертикального звеньев BIG-Tотмечается равномерное распределение напряжений
Цепи ВЮ-Т имеют целый ряд других конструктивных отличий. Например, «традиционные» цепи имеют равномерное поперечное сечен ие, соответствующее номинальному диаметру, по всему контуру горизонтального звена. Горизонтальное же звено ВЮ-Т отличается переменными сечениями тела звена: прямой участок звена («плечо звена») плавно переходит в зону «шарниров» с диаметром, соответствующим номинальному для данного калибра цепи (рис. 3).
При этом диаметр прямого участка («плеча») значительно меньше, чем номинальный диаметр. Лабораторные исследования подтвердили, что уменьшение диаметра «плеча» звена до 30% не приводит к ухудшению таких механических показателей, как разрывное усилие, удлинение или прогиб.
Уменьшение диаметра «плеча» звена относительно номинального дает возможность использовать скребки, все
Заменяемость «традиционных» цепей цепями BIG-T
Тип цепи Калибр цепи, мм Высота вертикального звена, мм Диаметр «плеча» горизонтального звена, мм Разрывное усилие, кН
BIG-T 42х140/152 98 35 2220
«Суперплоская» 38х137 101,1 38 1610
«Плоская» 34х126 98 34 1450
BIG-T 48х144/158 109 40 2220
«Суперплоская» 42х146 110,7 42 2220
«Плоская» 38х137 110 38 1820
BIG-T 52х156/171 118 43 3400
«Суперплоская» 48х152 117 48 2960
«Плоская» 42х146 115 42 2220
наружные размеры (высота, ширина, длина, углы) которых соответствуют скребкам, предназначенным для «традиционных» цепей меньших калибров. Конструктивно скребки для ВЮ-Т отличаются только расстояниями ложа горизонтального звена цепи, что никак не ухудшает их прочностные характеристики. Так, скребки для цепи ВЮ-Т калибром 42x140/152 мм имеют точно такие же наружные геометрические размеры, как и предназначенные для «плоских» цепей калибра 34х 126 мм или для «суперплоских» цепей калибра 38х 137 мм.
Использование в цепях ВЮ-Т вертикальных кованых звеньев с уменьшенной высотой позволяет в конкретном лав-ном конвейере, имеющем конкретный профиль, использовать цепи со значительно повышенными механическими характеристиками. Например, цепи ВЮ-Т калибром 42x140/152 мм могут успешно работать в рештаках с профилями для «плоских» цепей калибра 34x126 мм или для «суперплоских» цепей калибра 38x137 мм. При этом разрывное усилие цепи ВЮ-Т составляет 2220 кН, что на 53% выше, чем у «плоской» цепи 34x126 мм (1450 кН) или почти на 38% выше, чем у «суперплоской» цепи 38x137 мм (1610 кН) (см. таблицу).
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕПЕЙ BIG-T
Цепи В^-Т впервые были продемонстрированы компанией ТИЛЕ на международной выставке ВАиМА 2010 в Мюнхене, а уже в 2011 г. начались серийное производство этой цепи и поставка ее на шахты. Результаты промышленной эксплуатации цепей ВЮ-Т подтвердили повышение показателей надежности конвейерной системы в целом и связанный с этим рост нагрузки на забой. Кроме того, подтверждено, что использование цепей ВЮ-Т способствует более полному использованию технического потенциала горной техники. Так, отмечено, что переход на применение ВЮ-Т позволяет использовать более мощные электродвигатели в приводных блоках и проектировать более длинные очистные забои.
В целях подтверждения теоретических выводов о существенном повышении надежности цепей ВЮ-Т в сравнении с «традиционными» круглозвенными или «плоскими» ТИЛЕ целенаправленно поставляет ВЮ-Т для использования в наиболее нагруженном звене конвейерной системы - на перегружателях под лавой. Подтверждено, что конструкция ВЮ-Т обеспечивает значительное снижение износа звеньев цепи в зонах «шарниров». Опыт эксплу-
Рис. 3. Горизонтальное звено цепи BIG-T имеет переменное сечение
атации на разных шахтах мира подтверждает, что объем перемещенной перегружателями горной массы с помощью BIG-T почти в три раза превышает в аналогичных условиях аналогичный показатель при использовании «традиционных» цепей. Такие выводы следуют из опыта эксплуатации цепей BIG-T на шахтах Польши и США.
Например, в Польше, на шахте «Собески» («Sobieski»), с цепями BIG-T калибра 34x121/131 мм, установленными на перегружателях PPZ 1000/2x200 («Nowomag»), отработаны запасы семи очистных забоев, при этом срок эксплуатации каждой цепи увеличивался до 18 мес. и более. Ранее в этих же условиях срок службы «традиционных» цепей составлял 6-7 мес. Выводы о существенном повышении надежности цепей BIG-T получены и при их эксплуатации на шахтах США. Так, на шахте «Mountain Laurel» (компания «Arch Coal») успешно работают цепи BIG-T калибром 42x140/152 мм, установленные на перегружателе, поставленном фирмой JOY. При использовании BIG-T срок службы цепи до замены из-за износа в 2,5-3 раза превышал аналогичный показатель при использовании «традиционных» цепей. Оценив достоинства цепей BIG-T, компания «Arch Coal» приобрела такую же цепь для шахты «Leer Mine».
Компания ТИЛЕ отслеживает показатели работы цепи BIG-T и получает при этом многочисленные положительные отзывы от заказчиков и предприятий, эксплуатирующих эти цепи.
ВЫВОДЫ
Результаты, полученные при эксплуатации цепей BIG-T на шахтах Польши и США, подтверждают следующее:
- надежность системы «лавный конвейер - перегружатель» при эксплуатации цепей BIG-T существенно повысилась за счет уменьшения износа звеньев цепи в зоне их взаимного контакта. Это обеспечивается «линейным» контактом между звеньями, что приводит к «сглаживанию» пиковых напряжений, возникающих в металле звеньев цепи в процессе эксплуатации;
- цепи BIG-T могут успешно заменять «плоские» (или «суперплоские») в имеющемся лавном конвейере с одновременным значительным повышением разрывного усилия;
- успешное использование цепей BIG-T в наиболее нагруженном звене конвейерной системы - в перегружателях - подтверждает ожидаемую ее высокую надежность.
Б. ШЕРФ, A.A. РОГОЗИН
