CC BY
71
------------------------------------ © Е.Е. Шешко, А.А. Касаткин,
2009
Е.Е. Шешко, А.А. Касаткин
ОБОСНОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЛЕНТ НА ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ КРУТОНАКЛОННОГО КОНВЕЙЕРА С ПРИЖИМНОЙ ЛЕНТОЙ
Предложен метод анализа напряженно-деформированного состояния лент крутонаклонного конвейера с прижимной лентой с учетом динамических характеристик материала лент, для обоснования поперечных деформаций лент и параметров конвейера.
Ключевые слова:
'Щущ рутонаклонный конвейер с прижимной лентой (КНК)
_ж\. может транспортировать насыпной материал при углах наклона до 90°. Несмотря на унификацию с традиционными ленточными конвейерами, процессы, определяющие устойчивость работы конвейера, отличны от традиционных ленточных конвейеров.
В МГГУ разрабатывается теория, объединяющая полный комплекс вопросов, важных при создании КНК с прижимной лентой. В многочисленных отечественных и зарубежных трудах разработаны основы создания установок такого типа. Рассмотрено напряженное состояние груза на крутонаклонном участке конвейера, обоснована величина минимально необходимого прижимного усилия на груз, исследованы вопросы совместного движения грузонесущей и прижимной лент, распределение мощности между приводами обоих контуров [1]. Вместе с тем, единой теории расчета такого вида конвейеров нет.
До настоящего момента в теоретических работах не рассмотрен вопрос обоснования величины свободных краев лент и несущей способности лент конвейера. Для устойчивой работы конвейера необходимо обеспечить равновесное состояние сыпучего материала при транспортировании, герметичное смыкание краев лент и устойчивое движение лент конвейера. Рассматривая совместные деформации лент конвейера, с учетом динамических свойств материала лент (так как синтетические прокладочные ленты, применяемые на таких конвейерах, имеют выраженные динамические свойства), можно ответить на несколько принципи-
альных вопросов: влияние величины поперечного сечения груза на деформации лент конвейера, влияние расстояния между роли-коопорами на деформации грузонесущей ленты, минимальная величина прижимного усилия и необходимое натяжения лент.
Для исследования несущей способности лент конвейера, напряженно-деформированное состояние (НДС) лент конвейера необходимо рассматривать, как отклик на совокупность статических и динамических процессов, происходящих в лентах при движении по контуру конвейера. Адекватная цифровая модель ленты предполагает известными физико-механические свойства материала лент и нагрузки, обуславливающие её НДС.
В большинстве работ принято рассчитывать конвейерную ленту как оболочку с ортотропным линейно-упругим свойством материала. Такая модель ленты дает достаточно точные результаты при расчете установившегося режима работы конвейера. Так как движение лент конвейера подразумевает наличие динамических процессов различной частоты протеекания, необходимо использовать реологическую модель материала лент [3].
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки для определения реологических констант конвейерных лент: 1 — переносной компьютер; 2 — амплитудно-цифровой преобразователь LTR 212; 3 — рама установки; 4 — тензодатчик; 5 — образец ленты; 6 — рычаг
Анализ показал, что для описания динамических свойств синтетических конвейерных лент достаточно использовать реологиче-
скую модель состоящую из 3 последовательно соединенных элементов Фохта. Так как материал ленты обладает ортотропными свойствами, то необходимо получить значения реологических констант элементов по основе и по утку [3].
Для этого на кафедрах «Г орная механика и транспорт» и «Физико-технический контроль процессов горного производства» была создана экспериментальная установка (рис.1). На конце рычага прикладывалась импульсная нагрузка, и с помощью тензодатчика снимались характеристики затухающих колебаний. Эксперименты проводились на образцах (по основе и по утку) различной ширины и с различными нагрузками. После статистической обработки полученный массив данных отфильтровывался, полученные кривые изображены на рис. 2.
В расчетах НДС лент в качестве модуля упругости ленты использовался абсолютный модуль упругости, различный по основе и по утку [4]. Значения этого модуля получены на основе экспериментальных данных [1]. Абсолютный модуль упругости можно представить как:
Еаап = >/ А1 +Л2 ®2 (1)
Рис. 2. Вид затухающих колебаний при испытаниях образца ленты: 1 — по
утку; 2 — по основе
Рис. 3. Геометрические модели участков прижимной (а) и грузонесущей (б) лент КНК: L, Lp — длины моделируемых участков; O, O1, O2 — центры окружностей, описывающих форму прижимной и грузонесущей лент загруженного КНК; R, R1, R2 — радиусы окружностей; B — ширина ленты
где Е№ — статический модуль упругости, Н/м2; ^ — вязкость,
Н • с/і 2 ; ю — частота, п1.
Математические расчеты проводились в программе Mathcad 11. Расчеты НДС конвейерных лент проводились методом конечных элементов в программном пакете Ansys 10, с использованием
макросов написанных в APDL. При проведении расчетов на поперечные деформации, использовалась нелинейная теории упругости.
Одним из этапов создания расчетных моделей является создание геометрической модели лент. Геометрическая модель прижимной ленты (рис. 3, а) создана из пересекающихся дуг 3-х окружностей, повторяющих форму шапки груза и свободных краев грузоне-сущей ленты. Авторами предложено описывать положение грузо-несущей ленты на роликоопоре двумя пересекающимися окружностями (рис. 3, б).
Расчеты НДС лент проводились для крутонаклонного конвейера с прижимной лентой, установленного под углом 43°, с шириной лент 1200 мм, производительностью 2000 т/ч при насыпной плотности ур = 1,7 т/м3.Угол установки боковых роликов — 30°, угол естественного откоса груза в движении с учетом наклона к горизонту принимали равным 20°. Высота подъема груза100 м.
Поперечные деформации прижимной и грузонесущей ленты получены при загрузке конвейера равной загрузке традиционного конвейера и при различном расстоянии между роликоопорами.
Деформированное состояние прижимной ленты представлено на рис. 4. При прижимном усилии, рассчитанном из условия устойчивости груза на крутонаклонной части, возникают значительные поперечные деформации (рис. 4.а), в метрах согласно шкале, нарушающие герметичность системы «прижимная лента
— груз — грузонесущая лента». При увеличении прижимного усилия прогибы прижимной конвейерной ленты уменьшаются. Причем только при увеличении погонного прижимного усилия до 2400 Н/м, то есть вдвое, деформации краев прижимной ленты (рис. 4, б) находятся в пределах «0,005 м.
Вместе с тем, увеличение прижимного усилия имеет максимальные границы, в частности по условию начала пластических деформаций груза. В дисциплинах, рассматривающих устойчивость сыпучих материалов, эта величина получается из экспериментов на одноосное сжатие.
Представляет интерес так же НДС грузонесущей ленты при различных расстояниях между роликоопорами, от 0,5 м до 1,5 м. Расстояние между роликоопорами сильно сказывается на деформации и напряжении грузонесущей ленты между роликоопорами. Увеличение поперечной деформации может привести к просыпанию
груза между лентами крутонаклонного конвейера. Изменение деформации рассматривалось при предварительном натяжении грузонесущей ленты 35 кН. При анализе НДС грузонесущей ленты наблюдается незначительная деформация краев ленты по оси Z. Основные деформации лента получает по оси Y. На рис. 5 представлены зависимости деформаций середины ленты и краев от расстояния между роликоопорами, направление осей координат указано на рис. 5, б. Анализ деформаций показывает, что возникновение просыпей возможно при расстоянии между роликоопо-рами более 1.2 м.
По условия устойчивого движения конвейерной ленты минимальное натяжение должно превышать 6 Н/мм ширины лены. Для используемой в расчете конвейерной ленты, напряжения по оси Х должны быть более 0.4-106 Н/м2. При увеличении прижимного давления в 2 раза края ленты попадают в зону ниже уровня критических значений напряжений (рис. 6, б). И вывести их из этой области можно только увеличением натяжения ленты или уменьшением расстояния между роликоопорами.
а)
О .031424 .062848 .094272 .125696
.015712 .047136 .07356 .109984 .141408
002793 .00472 .012232 .019745 .027257
.964Е-03 .005476 .015988 .023501 .031
Рис. 4. Деформированные состояния прижимной ленты при линейном прижимном усилии равном 1200 Н/м (а) и при линейном прижимном усилии равном 2400 Н/м (б)
Если при расстоянии между роликоопорами в 1,5 м увеличить прижимное усилие 2 раза, края грузонесущей ленты попадают в область неустойчивого движения ленты. Для обеспечения устойчивого движения грузонесущей ленты, натяжения грузонесущей ленты необходимо увеличить до 50 кН.
Наиболее эффективным способом борьбы с просыпанием материала между лентами является прогнозирование возмож-
-.017824 -.013863 -.009902 -.005941 -.00198
-.015844 -.011883 -.007922 -.003961 0
Рис. 5. Деформации середины (1) и края (2) ленты
а Эх. Н/мм~
3.5 ю6
3 ю6
2.5 ■106
2 ■106
1.5 ю6
1 ю6
5 ю5
б вх. Н/мм зю6
2.5 Ю6 2-Ю6
1
2
/ 3
/>
5 Г
0.6
0.8
1.2 1.4 1_р, М
1.5 10
110
5 10
0
1
2 Г —-
3
5 г
!
Ч
0.6 0.8
1
1.2 1.4 |_р, м
Рис. 6. Зависимость изменения напряжений при прижимном усилии 1200 Н/м (а) и 2400 Н/м (б): 1 — верхняя обкладка середины ленты; 2 — нижняя обкладка середины ленты; 3 — верхняя обкладка края ленты; 4 — нижняя обкладка края ленты; 5 — критическое значение напряжения
ности просыпей на стадии проектирования конвейера. Рациональным является выбор необходимого расстояния между роликоопо-рами без уменьшения загрузки конвейера и без увеличения предварительного натяжения грузонесущей ленты. Хотелось бы отметить,
что натяжение ленты от нижнего к верхнему переходному участку увеличивается. Следовательно, и необходимое расстояние между роликоопорами увеличивается.
Таким образом, при расчете ширины ленты и величины ее свободных краев, а также усилия прижатия прижимных элементов, необходимо проверять возможную деформацию краев лент, чтобы не допустить просыпание груза между лентами и перехода минимальных напряжений ленты в зону неустойчивого движения. На кафедре «Горная механика и транспорт» создан пакет прикладных программ, позволяющий решать эти вопросы и обоснованно выбирать необходимый тип лент, расстояние между роликоопорами и предварительное натяжение лент конвейера.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атакулов Л.Н. Определение рациональных параметров переходного участка крутонаклонного конвейера с прижимной лентой//Ж. Г орное оборудование и электромеханика №8 — М.: изд-во «Новые технологии», 2007. С.42-44.
2. Галкин В.И., Дмитриев В.Г., Дьяченко В.П. Запенин И.В., Шешко Е.Е. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий. — М.: Издательство МГГУ, 2005.
3. ГончаревичИ.Ф. Виброреология в горном деле. — М.: Наука, 1977.
4. Шахмейстер Л.Г, Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров. — М.: Машиностроение, 1978. ШИН
Sheshko E.E., Kasatkin A. A.
SUBSTANTIATION OF LATERAL DEFORMATIONS OF BELTS
OF SANDWICH-BELT HIGH ANGLE CONVEYOR AT LINEAR PART
Method for analysis of tension and deformation of sandwich-belt high angle conveyor belts is offered for substantiation lateral deformations and construction parameters, taking into account their dynamic behavior.
Key words: steeply inclined conveyor, roller support, a conveyor belt.
— Коротко об авторах -----------------------------
Шешко Е.Е. — кандидат технических наук; профессор, Касаткин А.А. — аспирант,
Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
