WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ПРИВОДОВ С ПРИЖИМНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

ТРУФАНОВА Инна Сергеевна

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ПРИВОДОВ С ПРИЖИМНЫМИ

ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание учной степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ю.Д. Тарасов Санкт-Петербург –

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Состояние изученности вопроса, анализ опыта эксплуатации конвейеров с промежуточным приводом

1.1 Конвейеры с промежуточным барабанным приводом

1.2 Конвейеры с фрикционным приводом

1.2.1 Конвейерный поезд

1.2.2 Фрикционный привод

1.2.3 Привод с автомобильными шинами

1.3 Опыт применения конвейеров с линейными приводами

1.3.1 Конвейеры с промежуточным ленточным приводом

1.3.2 Линейный асинхронный привод

1.3.3 Магнитофрикционый привод

1.3.4 Вакуум-приводы

1.4 Выводы по главе 1

2 Исследование взаимодействия промежуточного привода с конвейерной лентой

2.1 Передача силы тяги линейным приводом

2.2 Передача силы тяги барабанным приводом

2.3 Передача силы тяги вакуум-приводом и магнитофрикционным приводом

2.4 Передача силы тяги фрикционным приводом

2.5 Анализ рассмотренных промежуточных приводов

2.6 Разработанный промежуточный привод с дополнительным прижатием

2.7 Разработанный промежуточный привод с обхватом

2.8 Разработанный промежуточный привод с перегородками

2.9 Разработка математической модели передачи тягового усилия промежуточным линейным приводом

2.10 Выводы по главе 2

3 Установление зависимостей между параметрами прижимных элементов и величиной приращения тягового усилия





3.1 Разработка стенда для определения зависимости тягового усилия от параметров промежуточного привода

3.2 Методика проведения эксперимента

3.3 Сравнение предложенных конструкций промежуточных линейных приводов.................. 3.4 Выводы по главе 3

4 Разработка методики расчета и выбора рациональных параметров привода с увеличенным тяговым усилием

4.1 Разработка структуры модели

4.2 Методика расстановки приводов

4.3 Исходные данные для моделирования

4.4 Анализ результатов моделирования работы промежуточных приводов

4.5 Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивой тенденцией развития горных предприятий является повышение производительности горной техники вкупе со всевозможными попытками снизить эксплуатационные и капитальные затраты. В связи с этим разрабатываются новые виды транспортных установок обеспечивающих лучшую производительность и энерговооруженность. В области карьерного транспорта ведущую нишу заняли автосамосвалы, во многом благодаря своей маневренности. В области магистрального транспорта железнодорожному транспорту назрела достойная замена – ленточные конвейеры.

Основное достоинство ленточного конвейера в его массе. Говоря точнее, в отношении массы конвейера к массе перемещаемого им груза. На единицу перевозимого груза масса конвейера много меньше, чем масса железнодорожного транспорта или, тем более, автомобильного.

Прогресс в конвейеростроении движется в направлении увеличения длины конвейера в одном ставе, что позволяет ощутимо сократить затраты и повысить надежность всей конвейерной линии.

Так, например, конвейерные линии угольных шахт характеризуются значительной протяженностью и многозвенностью. На крупнейшей шахте Печорского угольного бассейна «Воргашорской» длина конвейерных линий превышает 30 км.

Конвейерные линии капитальных уклонов этой шахты, длиной до 3 км, состоят из пяти последовательно установленных ленточных конвейеров. Многозвенность конвейерных линий отрицательно сказывается на их надежности. Каскад из пяти последовательно установленных конвейеров обладает коэффициентом готовности 0,75 при коэффициенте готовности отдельного конвейера 0,96–0,98. Этот пример [27] – серьезный повод задуматься над путями усовершенствования ленточных конвейеров.

Решение этой проблемы возможно путем увеличения длины става конвейера с головным барабанным приводом, однако это влечет за собой увеличение прочности, а следовательно и стоимости, конвейерной ленты, эффективность применения конвейеров. Поэтому длина конвейеров, применяемых на шахтах, обычно не превышает 1000...1500 м.

Другое решение задачи увеличения длины става конвейера заключается в применении промежуточных приводов. Применение промежуточных приводов позволяет увеличить длину конвейеров в одном ставе до нескольких километров, используя при этом низкопрочную конвейерную ленту значительно меньшей стоимости. На рисунке 1 приведена выгода в натяжении ленты от применения промежуточных приводов, как это объявлено в рекламных проспектах корпорации Continental Conveyor Ltd [29].





Рисунок 1 – Достоинства промежуточных приводов [29] Уменьшая натяжение ленты, применение промежуточных приводов имеет только один недостаток – повышение конструктивной сложности, а все остальные свойства конвейера остаются на прежнем уровне – это мощность, скорость, производительность и пр. В настоящее время, когда конструктивная и технологическая сложность больше не представляют собой серьезного препятствия, использование промежуточных приводов является самым перспективным направлением развития конвейерной техники.

К преимуществам многоприводных конвейеров следует отнести:

• увеличение энерговооруженности конвейера за счет дополнительного оснащения приводами, распределенными по длине конвейера, при этом для промежуточных приводов может использоваться типовое приводное оборудование, идентичное с приводным оборудованием концевого барабанного привода модернизируемого конвейера;

• увеличение длины одноставных конвейеров, в том числе действующих, с использованием конвейерных лент меньшей прочности, меньшей массы и стоимости, которая составляет у обычных конвейеров около 70 % общей стоимости. Это существенно снижает капитальные затраты на приобретение конвейера и эксплуатационные при замене изношенной ленты;

• унификацию типоразмера конвейерных лент, применяемых на конвейерах, независимо от общей мощности установленных на них приводов.

Совершенствованию конструкции промежуточного привода и посвящена настоящая работа.

Цель данной работы – повышение эффективности передачи тягового усилия промежуточным линейным приводом ленточного конвейера на наклонных и изгибающихся участках трассы конвейера.

Идея работы заключается в увеличении тягового усилия, реализуемого конструкциями промежуточных линейных приводов Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ существующих конструкций ленточных конвейеров с промежуточными приводами и принципов их действия, произвести анализ литературных и патентных источников по данной проблематике 2. Разработать на основе выполненного анализа стенд и методику экспериментального исследования параметров промежуточных приводов с прижимными элементами 3. Обосновать компоновочную схему и конструкцию прижимных элементов промежуточных линейных приводов для ленточных конвейеров Методика исследования Разработка математической модели усовершенствованной конструкции линейного привода с выбором необходимых параметров, величина которых определяется на основе экспериментальных исследований на разработанном лабораторном стенде При решении поставленных задач использовались следующие методы исследования:

• анализ и обобщение данных по работе действующих и проектируемых конвейеров с промежуточным приводом;

• методики классической механики;

• лабораторные эксперименты по исследованию взаимодействия и зависимости параметров прижимных элементов и величиной приращения тягового усилия для различных рассматриваемых видов;

• математическое моделирование рабочего процесса.

Научная новизна работы состоит в разработке математической модели новой конструкции линейного привода с прижимными элементами с установлением зависимостей между его параметрами и величиной реализуемого линейным приводом тягового усилия.

Положения, выносимые на защиту:

Математическая модель ленточного конвейера с промежуточным линейным приводом с прижимными элементами, описывающая величину тягового усилия, реализуемого лентой промежуточного привода, от величины составляющей тягового усилия, реализуемого лентой основного конвейера, дополнительного воздействия прижимных элементов, угла наклона конвейера и эксплуатационного режима его работы, позволяет определить эффективность передачи силы тяги Рациональные параметры промежуточного линейного привода для реализации эффективной передачи силы тяги и количественного сочетания каждого вида входящих в него элементов определяются зависимостью величины и перепада натяжения на участке линейного привода, которые, в свою очередь, обусловливаются математической моделью расстановки промежуточных приводов по трассе ленточного конвейера для достижения заданного распределения тяговой нагрузки экспериментальными исследованиями, отчет о которых представлен в главе 3.

Основные положения диссертационной работы докладывались на 52-ой научной конференции студентов и молодых ученых (г. Краков, Польша, 2011г.), на научной конференции механического факультета Национального минеральносырьевого университета «Горный» (2013 г.), 11-ой международной научнопрактической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2013 г.), на международной конференции молодых ученых во Фрайбергской Горной Академии (г. Фрайберг, Германия, 2013 г.).

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, АНАЛИЗ ОПЫТА

ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНВЕЙЕРОВ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРИВОДОМ

Тяговое усилие значительно снижается у существующих конструкций промежуточных линейных приводов, применяемых на наклонных трассах. Это происходит за счет того, что реализуемое ими тяговое усилие зависит от нормальной составляющей веса транспортируемого груза, которая уменьшается с увеличением угла наклона конвейера, а также дополнительно снижается при переменной во времени степени заполнения поперечного сечения грузонесущей ветви ленты транспортируемым грузом.

Это вызывает необходимость существенного увеличения длины линейного привода с соответствующим повышением капитальных и эксплуатационных расходов. При горизонтальной установке конвейера длина промежуточного привода может достигать 150 – 200 м, а уже при углах наклона 4-5 длина промежуточного привода вырастает настолько, что делает применение многоприводных конвейеров малоэффективным.

Теперь рассмотрим опыт применения конвейеров с промежуточными приводами.

1.1 КОНВЕЙЕРЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ БАРАБАННЫМ ПРИВОДОМ

Барабанный привод представляет собой серийную приводную станцию, установленную в линейной части конвейера в дополнение к основному приводу в концевой части конвейера. В литературе конвейеры такого типа называют конвейеры с ложным сбросом.

Внешний вид такого промежуточного привода приведен на рисунке 1.1, а схема на рисунке 1.2.

Сам термин «ложный сброс» образовался ввиду того, что приводная станция должна быть двухбарабанной для создания угла обхвата на приводном барабане (одном или двух), в результате груз ссыпается с ленты на ленту и продолжает движение уже после приводной станции на той же самой ленте.

Рисунок 1.1 – Внешний вид промежуточного привода по схеме «ложный сброс» [12] Рисунок 1.2 – Схема промежуточного привода «ложный сброс» [12] По подобной схеме используется конвейер с промежуточным тормозом, длиной 6,7 км, эксплуатирующийся с 2001 года в Китае (рисунок 1.3). Он оснащен головным сдвоенным приводом и хвостовым приводом. Хотя технически он не оснащен промежуточным приводом, он использует схему «ложный сброс»

на устройствах притормаживания в конце спуска. Используется хвостовой привод половинной мощности относительно головной станции: хвостовой 800 кВт, головная 2800 кВт. Именно хвостовой привод исполняет роль промежуточного, ввиду специфической трассы транспортирования – длинный подъем порожней ветви и длинный спуск груженой.

Рисунок 1.3 – Подземный конвейер в Китае с двухбарабанной приводной станцией и Этот конвейер имеет такую спецификацию: груз – уголь, 2500т/ч; длина – 6757 м; скорость ленты 4 м/с; перепад высот – спуск на 195 м, затем подъем на м; ширина ленты 1600мм. Запуск конвейера – электрогидравлический от фирмы Dodge.

Также в Китае с 2005 года эксплуатируется конвейер с промежуточным двухбарабанным приводом со следующими параметрами: груз – известняк, 1600т/ч; длина – 8000 м; скорость ленты – 3,5 м/с; перепад высот – подъем на 26,5 м; ширина ленты 1200мм. Привод представлен 5 двигателями = 3560 кВт – головной; 2560 кВт – промежуточный. Внешний вид этого промежуточного привода представлен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Промежуточный привод с двумя барабанами [76] Примечателен тот факт, что нагрузка между барабанами привода, а следовательно и двигателями, распределяется равномерно с помощью специального устройства.

Компанией Ckit conveyor engineering для Англо-американской корпорации Zondagsfontein был поставлен конвейер с головным и хвостовым приводом (рисунок 1.5) с такими параметрами: длина 15,9 км; перепад высот по трассе от минус 12 до плюс 6 м; производительность 1850 т/ч, уголь; скорость 4,71 м/с;

ширина ленты 1200 мм (с возможностью использования 1500 мм). Стоит отметить, что горизонтальные конвейерные линии, кривые в плане, являются довольно распространенными и часто встречающимися, поэтому недостойны отдельного упоминания.

Рисунок 1.5 – Конвейер корпорации Zondagfontein [70] Еще один конвейер, оснащенный промежуточными приводами по схеме «ложный сброс», применен в Индии на землях Andhra Pradesh для проходки прямолинейного тоннеля №2 Pula Subbaiah Veligonda. Разработчик – Robbins Company [73]. Проектная длина тоннеля ожидается 19,35 км. Особенность этого тоннеля в том, что он соединяет водохранилище Srisailam на реке Krishna с восемнадцатью оросительными системами и проходит под территорией заказника Nagarjunasagar, что делает доступ в тоннель по его длине несколько затруднительным, так как заказник Nagarjunasagar – место проживания тигров. В тоннеле работает проходческий щит и выдает горную массу на этот конвейер.

Одноставный конвейер был выбран против каскада коротких конвейеров.

Спецификация этого телескопического конвейера (рисунок 1.6) такова:

производительность 800 т/ч (пиковая 1500 т/ч), скорость 3,05 м/с; ширина резинотросовой ленты ST-1600 – 914 мм, три промежуточных привода (рисунок 1.7) и один головной.

Рисунок 1.6 – Конвейер с промежуточным приводом в проходческом тоннеле Pula Рисунок 1.7 – Внешний вид промежуточного привода [73]

1.2 КОНВЕЙЕРЫ С ФРИКЦИОННЫМ ПРИВОДОМ

Технически, это не совсем конвейер в традиционном виде. Эта система ближе к железнодорожному транспорту, однако, способна работать в непрерывном режиме. Еще одним поводом упомянуть это устройство в данной работе является тот факт, что это устройство имеет внешние приводы, распределенные по трассе. [84].

Это разработка 60-х годов прошлого века [12], вновь возрожденная фирмой Rail-veyor [31], предлагающей для применения свою транспортную систему под одноименным названием.

Данная система применяется на подземных разработках в руднике Harmony Gold’s Phakisa Mine в Южной Африке и соединяет два ствола на дистанции 4,7 км с тремя составами на общем рельсовом пути.

Система представляет собой состав тележек, приводимых в движение распределенными приводами.

Сам состав может двигаться циклично по однопутной трассе, либо непрерывно по двухпутной трассе. Трасса может быть изгибающейся и в плане, и в профиле (рисунок 1.8). Согласно рекламным проспектам, угол наклона трассы в вертикальной плоскости составляет 20%, а радиус закругления составляет минимум 30 метров, в сочетании с компактностью системы это позволяет использовать ее в подземных условиях.

Скорости движения конвейерного поезда достигают 36 км/ч (10 м/с), каждая секция (движимая на двух колесах) может вмещать до 3 тонн, количество секций в поезде технически не ограничено.

Рисунок 1.8 – Трасса конвейерного поезда фирмы Rail-Veyor [31] Приводы представляют собой расположенные по бокам, распределенные по длине трассы, фрикционные приводы (рисунок 1.9), состоящие из двигателя, редуктора, и автомобильной шины с прижимным устройством. Сами вагонетки оборудованы боковыми пластинами (рисунок 1.10).

Рисунок 1.9 – Приводная станция. Внешний вид и схема [31] Эта система примечательна тем, что имеет большие скорости движений, может быть проложена по трассе, имеющей перегибы в плане и профиле, способна перевозить грузы любой абразивности, как сыпучие, так и штучные, имеет очень низкий коэффициент сопротивления движению и допускает возможность применения разветвленной сети с развилками и пересечениями.

Недостатком этой системы является значительная металлоемкость, а также громоздкость разгрузочной станции (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 – Разгрузка конвейерного поезда в вертикальной плоскости[31] Рисунок 1.12 – Разгрузочная станция с двумя петлями [31] Продолжая тему устройств, подобных конвейерному поезду, следует упомянуть о разработке компании Jervis B. Webb [30], под названием «конвейерная система с фрикционным приводом», предлагаемой для машиностроительных заводов. Состоит из направляющих, по которым движется несущая конструкция коробчатого сечения, приводимая в движение расставленными вдоль трассы приводами с фрикционными колесами (рисунок 1.13, б). Грузонесущие сосуды крепятся к несущей конструкции. Сама несущая конструкция представляет собой ряд сцепленных балок (рисунок 1.13, в) с опорными роликами (рисунок 1.13, а).

Ввиду использования отдельного тягового устройства малого поперечного сечения появилась возможность создания очень сложной пространственной конфигурации трассы: стрелки, развилки и пересечения путей в одной плоскости, машиностроительных заводов. Пример того, на что способна подобная компоновка, показан на рисунке 1.14.

Опорные ролики Рисунок 1.13 – Конвейер с фрикционным приводом [30] Рисунок 1.14 – Общий вид трассы конвейера с фрикционным приводом [30] Особенностями данной системы являются: возможность потолочного крепления с подвеской для грузонесущих сосудов, а также заявленная скорость для машиностроительных заводов 4,5 км/ч.

Достоинства: способность приводить в движение большие грузы при небольшой металлоемкости, возможность нахождения нескольких составов на трассе, малая масса движущихся деталей за счет внешнего привода, с некоторыми ограничениями1 малый радиус разворота.

В потолочном исполнении данная конструкция является серьезной альтернативой монорельсовому транспорту.

Недостатки: сложность перемещения крупногабаритного груза в напольном исполнении по сложной трассе, небольшая производительность для горной промышленности; приводы можно устанавливать только на прямолинейных участках пути.

многоприводного ленточного конвейера, транспортирующего руду, применены защемляют краевые участки резинотканевой ленты, армированные медными тросами, и передают ей тяговое усилие посредством сил трения. Холостой ветви ленты конвейера тяговое усилие передается теми же приводами, защемляющими ее края нижними шинами привода и прижимными роликами холостой ветви автомобильных шин (рисунок 1.15, б). [12, 36]. В последнем случае в качестве грузонесущей могут быть использованы обе ветви ленты конвейера.

К достоинствам этого привода следует отнести возможность использования большого количества покрышек на один привод за счет цепной передачи, что Минимальный радиус определяется длиной секции несущей конструкции, а длина самой кривой определяется длиной всей несущей конструкции.

позволяет реализовать любое тяговое усилие, передачу силы тяги на обе ветви конвейера, а также полную независимость тягового усилия от угла наклона конвейера. Также стоит добавить, что покрышки можно использовать уже отработавшие свой ресурс в качестве автомобильных шин, то есть и экологичность, и экономичность.

Рисунок 1.15 – Промежуточный привод с автомобильными шинами: а – для конвейера с одной грузонесущей ветвью; б – с двумя грузонесущими ветвями;

1 – грузонесущая лента конвейера; 2 – прижимная колесная пара; 3 – приводная колесная пара;

4 – прижимной ролик холостой ветви конвейера; 5 – привод [36] К недостаткам – габариты (покрышки рядами и в два слоя), потери полезной ширины ленты, необходимость армировки ленты для предотвращения износа резиновых поверхностей, а также необходимость регулярного контроля состояния самих покрышек.

1.3 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОНВЕЙЕРОВ С ЛИНЕЙНЫМИ ПРИВОДАМИ

1.3.1 КОНВЕЙЕРЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЛЕНТОЧНЫМ ПРИВОДОМ

Одним из наиболее показательных примеров [69, 72] эффективного применения МПЛК за рубежом в прошлые годы являлось использование такого конвейера для транспортного соединения ныне уже закрытых шахт «Нордштерн»

и «Zollverein» (рисунок 1.16) компании «Бергбау АГ Липпе» (рисунок 1.17). При производительности 1560 т/ч и длине 4790 м конвейер (самый длинный в Европе) имеет головной и три промежуточных привода типа ТТ (терминология ФРГ) с суммарной мощностью электродвигателей 1056 кВт. Экономический эффект от применения МПЛК в размере 3,3 млн марок в сравнении с базовым вариантом (каскад конвейеров) получен за счет применения в качестве грузонесущей резинотросовой ленты с разрывным усилием Sр = 1250 Н/мм вместо ленты Sр = 3150 Н/мм, принятой в базовом варианте.

Рисунок 1.16 – Шахта Zollverein, концевая секция конвейера [72] В настоящее время хорошим примером многоприводного конвейера можно назвать конвейер фирмы ThyssenKrupp Robins, длиной около 19 км на предприятии Alcoa Rockdale с производительностью 1090 т/ч, скоростью ленты 7 м/с и пятью приводами по 560 кВт каждый (один – хвостовой, два промежуточных, и два в голове).

Рисунок 1.17 – Конвейерная установка для транспортного соединения шахт «Нордштейн» и «Zollverein» с тремя промежуточными приводами (ТТ1, ТТ2, ТТ3):

1 – разгрузочный барабан, 2 – головной привод, 3 – натяжной барабан, 4 – концевой барабан [72] Россия является одним из пионеров в создании МПЛК, опытный образец которого был создан в 40-х годах прошлого столетия и прошел испытания на одном из песчаных карьеров Подмосковья, однако, несмотря на значительные ВНИИПТМАШ и Московским горным, дальнейшего развития, по разным причинам, эти работы не получили.

машиностроительными заводами (Александровский, «Сибсельхозмаш») лишь в последние годы освоены МПЛК для угольных шахт с одним и двумя промежуточными приводами. В ОАО «Воркутауголь» на шахте «Комсомольская»

эксплуатируется телескопический конвейер 2ЛТКПП 1000 А Александровского машзавода с головным и одним промежуточным приводом длиной 20 м. Конвейер длиной 1830 м установлен в бортовом штреке добычной лавы (рисунок 1.18) взамен двух последовательно установленных конвейеров 1Л1000А и 2Л100У, обычно использовавшихся ранее для этой цели. Применение МПЛК позволило обеспечить бесперебойное транспортирование угля на всей длине выработки.

Конвейер хорошо показал себя в эксплуатации. Планируется использовать многоприводные конвейеры и на других шахтах компании.

Рисунок 1.18 – Схема применения МПЛК (2ЛТКПП 1000 А) в конвейерном штреке На шахтах Кузбасса используются многоприводные конвейеры с одним и двумя промежуточными приводами.

На рисунке 1.18 показана схема ленточного конвейера шахты «Северная»

ОАО «Воркутауголь», который оснащается промежуточным приводом. Конвейер имеет три погрузочных пункта (ПП1, ПП2, ПП3). Расположение промежуточного привода посередине конвейера на значительном расстоянии от погрузочных пунктов не позволяло осуществить его совместную работу с головным приводом при первоначальной загрузке ленточного конвейера, так как его тяговая способность в этот период была весьма низкой. Вся нагрузка ложилась на головной привод.

Установка еще одного промежуточного привода в пунктах загрузки ПП1 и ПП2 позволила осуществить его помощь головному приводу уже в начальный момент загрузки конвейера, что привело к значительному снижению натяжений конвейерной ленты в пусковом и установившемся режиме работы конвейера ( и 122 кН). Это позволило применить на конвейере грузонесущую ленту значительно меньшей прочности и стоимости.

К приводам, распределенным по длине конвейера, относятся и линейные асинхронные двигатели (ЛАД). Линейный двигатель можно представить как развернутый на плоскости статор асинхронного короткозамкнутого двигателя; эта часть линейного двигателя является неподвижной, по размещенной в ней обмотке протекает переменный ток, создавая переменное поле, которое движется вдоль статора.

Если в непосредственной близости от развернутой обмотки статора поместить проводник – «ротор» (в действительности его движение не вращательное, а поступательное), то в нем наводится ЭДС и возникает продольная сила, стремящаяся вытолкнуть его из поля статора. Поскольку в развернутом статоре переменное поле представляет собой бегущую волну, то «ротор» начинает двигаться с некоторой скоростью, промежуточной между синхронной и нулевой.

В связи с тем, что в подобной конструкции необходимо замыкание магнитного потока и электрического тока, «ротор» должен обладать хорошей магнитной и электрической проводимостью.

Такой вариант размещения «ротора» и статора ЛАД на ленточном конвейере приведен на рисунке 1.19, а. В ленточном конвейере лента выполнена из гибкой металлической основы с резиновыми обкладками 2, «ротор» 3 размещается посередине ленты снизу, и в непосредственной близости от него находится статор 4. Статоры могут размещаться на определенном расстоянии друг от друга в зависимости от прочности ленты, тягового усилия на участке и т. д.

Рисунок 1.19 – Схемы компоновки линейных асинхронных двигателей [12] Улучшить показатели ЛАД можно путем размещения «ротора» между двумя статорами. В этом случае «роторы» 1 размещаются по незагруженным краям ленты, статорные обмотки 2 находятся сверху и снизу ленты. Поскольку силовые линии непрерывно изменяющегося потока замыкаются через магнитные системы статора, то «ротор» в этом случае может быть выполнен из немагнитного материала. В качестве «ротора» для такого варианта ЛАД может быть использован материал с хорошей электропроводимостью (медь, алюминий и др.).

Для повышения удельной тяговой способности ленточных промежуточных приводов предложено использовать дополнительные побудители сцепления тяговой ленты привода с грузонесущей лентой конвейера – магнитные силы. В этом случае это достигается путем оснащения верхней ветви ленты постоянными магнитами (рисунок 1.20), взаимодействующими с магнитомягкой конвейерной лентой.

Рисунок 1.20 – Принципиальные схемы магнитофрикционного привода: 1 – магнитная лента; 2 – магнитные блоки; 3 – тяговый орган (цепь или лента); 4 – магнитный наполнитель ленты; 5 – разработана в Донецком индустриальном институте под руководством проф.

И.Г.Штокмана, прошли промышленные испытания в 1972 г на одной из шахт производственного объединения «Красноармейскуголь» и подтвердили свою работоспособность в условиях угольной шахты. Удельная тяговая способность (кН/м2) магнитофрикционного привода за счет действия магнитных сил увеличивалась на 0,46 кН, что позволило уменьшить длину промежуточных приводов и расширить область применения многоприводных ленточных конвейеров за счет применения в наклонных выработках, так как магнитные силы обеспечивают неизменность прироста силы тяги промежуточных приводов при любом угле наклона конвейера. Однако дальнейшего развития работы по освоению производства конвейеров с такими приводами не получили.

Магнитофрикционные приводы аналогичной конструкции были разработаны в ФРГ. Промышленного распространения они также пока не получили.

Развитием этого направления явился патент №2482043 [41] (рисунок 1.21), автор Тарасов Ю.Д, где предложены постоянные магниты, из которых изготовлены ролики, к которым примагничивается груз. Хотя этот патент позиционируется как средство для увеличения максимального угла наклона конвейера, в него с легкостью можно добавить контур промежуточного привода.

[40] Рисунок 1.21 – Крутонаклонный магнитофрикционный конвейер [41] Промежуточные вакуум-приводы, ряд конструкций (рисунок 1.22) которых был разработан и запатентован в Санкт-Петербургском горном институте (СПГГИ(ТУ)), прошли опытно-промышленные испытания в ПО «Эстонсланец».

Вакуум-приводы обладают наивысшей тяговой способностью среди приводов с дополнительными побудителями сцепления лент.

использованием узлов приводов серийных ленточных конвейеров. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. В рабочей поверхности тяговой ленты привода выполнены поперечные глухие пазы-каналы, в которых при работе привода создается вакуум с помощью водокольцевого вакуум-насоса. Их удельная тяговая способность в 30–50 раз, в зависимости от типа и ширины ленты, превышает (при вакууме 40 кПа) удельную тяговую способность обычных ленточных конвейеров. Поэтому максимальная длина вакуум-приводов составляет 20–30 м, что позволяет разместить в межленточном пространстве конвейера дополнительно к расчетному числу коэффициент готовности которого становится равным коэффициенту готовности обычного ленточного конвейера. Прирост силы тяги, обеспечиваемый вакуумприводом, остается неизменным при любом угле наклона конвейера, что существенно расширяет область применения многоприводных конвейеров.

Промышленного применения эти привода также пока не получили. Конструкции вакуум-приводов на уровне патентов зафиксированы в США, ФРГ, Франции и Австралии.

Рисунок 1.22 – Принципиальная схема промежуточного вакуум-привода с ленточным 1 – грузонесущая лента; 2 – тяговая лента вакуум-привода; 3 – пазы-каналы (b – ширина, lк – длина, l – шаг); 4 – камера пониженного давления с бортами из низкофрикционного материала; P – разность На основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ конструкций промежуточных приводов ленточных конвейеров показал преобладание конвейеров, в которых промежуточные приводы представлены хвостовыми приводными станциями.

2. Проектными организациями предлагаются большое количество вариантов промежуточных приводов, но в виде проектов и идей.

3. Типы промежуточных приводов рассортированы по проектным организациям, что говорит о том, что эти проектные организации не выполняют анализ оптимального типа промежуточного привода, а предлагают те варианты, на которые у них получены патенты и права. Следовательно, нет единой методики для обоснования рациональной области применения промежуточных приводов разных конструкций.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО

ПРИВОДА С КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТОЙ

Тяговое усилие передается конвейерной ленте посредством силы трения, создаваемой на поверхностях фрикционного контакта. У приводных барабанов это поверхность самого барабана, у линейного привода – зона контакта ленты конвейера с промежуточным приводом. Переданное тяговое усилие должно быть достаточным для преодоления сил сопротивления, однако не должно вызывать пробуксовывание под лентой конвейера.

Пробуксовывание приводного барабана под лентой вызывает интенсивный износ поверхностей, что приводит к разрушению поверхности ленты и футеровки барабана. Также пробуксовывание вызывает интенсивный нагрев поверхностей, что приводит к термическому разрушению ленты и футеровки барабана, и приводит к угрозе возгорания конвейерной ленты.

Таким образом, есть необходимость рассмотреть процесс передачи тягового усилия ленте конвейера.

2.1 ПЕРЕДАЧА СИЛЫ ТЯГИ ЛИНЕЙНЫМ ПРИВОДОМ

Ленточный конвейер с промежуточными приводом представляет собой замкнутый контур грузонесущей ленты, в межленточном пространстве которого располагаются, с расчетным интервалом по его длине, один или несколько промежуточных ленточных приводов в виде коротких ленточных конвейеров, верхняя ветвь ленты которых находится в силовом фрикционном контакте с грузонесущей лентой конвейера. Каждый промежуточный привод преодолевает сопротивление только своего интервального участка.

С помощью промежуточных приводов можно модернизировать любой серийный конвейер, обеспечив совместную работу с головным барабанным приводом этого конвейера. [50, 51] При этом существенно меняется эпюра натяжений ленты конвейера с промежуточным приводом (рисунок 2.6, б), в сравнении с одним головным приводом (рисунок 2.6, а), характеризующаяся снижением максимального натяжения ленты. Это хорошо видно на рисунке 2.6, в.

а – с использованием на конвейере только головного барабанного привода; б – при совместной работе головного барабанного и ленточного промежуточного приводов; в – сопоставительная эпюра максимального натяжения ленты конвейера при головном барабанном приводе и его совместной работе Тяговая способность промежуточного привода Fп.п при полной загрузке участка ленты конвейера, находящегося над ним, определяется по формуле:

где l – длина промежуточного привода, м; qл – линейная масса грузонесущей ленты, кг/м; qгр – линейная масса груза на грузонесущей ленте конвейера, кг/м; g – ускорение свободного падения, м/с2; – угол наклона конвейера; kр – коэффициент резерва тяговой способности привода.

Анализ этой формулы показывает что:

• тяговая способность промежуточного привода зависит от величины загрузки участка грузонесущей ленты конвейера, находящейся во фрикционном взаимодействии с его тяговой лентой. Следовательно, для передачи большего усилия надо делать длину привода больше. И обеспечить при этом его загруженность грузом;

• тяговая способность промежуточного привода зависит от угла наклона конвейера и максимальна на горизонтальных конвейерах.

На рисунке 2.7. показана схема промежуточного привода в межленточном пространстве, а также расчетная схема для определения возможной силы тяги, которую этот привод может передать.

Рисунок 2.7 – Взаимодействие промежуточного привода с лентой конвейера:

а – схема; б – силы, формирующие прижатие; в – схема к определению максимальной силы тяги, На рисунке 2.8. показана относительная эффективность применения промежуточного привода в зависимости от угла наклона конвейера и его заполненности грузом. Здесь принято, что вес груза составляет 91% от распределенной нагрузки, а вес ленты составляет 9% от распределенной нагрузки*. Расчетная формула следующая F = (qгрkгр + qл)cos, где qгр и qл – линейная масса груза и ленты соответственно, kгр – коэффициент заполненности длины привода грузом; – угол наклона конвейера.

Принято соотношение веса груза к ленте как 10:1.

Тяговая способность, % а – теоретический, на всем диапазоне углов наклона; б – на значимом диапазоне углов наклона Из рисунка 2.8 видно, что эффективность применения промежуточного привода снижается в зависимости от степени заполненности грузом линейно, а от угла наклона по синусоидальной зависимости. При угле наклона в 18° потеря эффективности составляет 5%, а при удвоенном угле наклона – 30° потеря эффективности в три раза выше – 13%. То есть зависимость нелинейная.

организации увеличивают длину промежуточных приводов. [18] На рисунке 2.9 показана требуемая длина промежуточного привода, которая нужна для поддержания 100% тяговой способности промежуточного привода относительно эталонного (который работает при угле наклона 0°).

Потребная длина, % Из рисунка 2.9 видно, что при углах наклона менее 5° можно игнорировать падение тяговой способности, а выше 15° падение эффективности становится все более заметным. Однако при максимальном угле наклона ленточного конвейера в 18° падение эффективности составляет около 7%, для компенсации которого нужно удлинить конвейер на эти самые 7%, при этом затраты на удлинение промежуточного привода представляют собой только расход ленты (27% = 14%), без изменения остальных параметров (мощность, количество двигателей, расход энергии и пр.).

Из рисунка 2.8, в видно, что тяговая способность промежуточного привода падает до 10% при отсутствии на нем груза, а это означает, что промежуточный привод не способен передать тяговое усилие в том случае, если лента основного конвейера не прижата как следует к ленте промежуточного привода.

Это и есть главный недостаток линейного привода. Именно этот недостаток не позволяет разбить мощность головной станции на равные доли, потому что в этом случае головная станция должна обеспечить запуск частично конвейера и его работу до того момента, как промежуточные приводы смогут передать свою долю от силы тяги. Рисунок 2.10 иллюстрирует это.

Из рисунка 2.10 видно, что при самом эффективном способе распределения нагрузки от головного привода (на равные доли) конвейер не способен работать.

Это связано с тем, что мы имеем две рискованные, в смысле пробуксовывания, ситуации, когда на конвейер идет загрузка, но груз еще не дошел до промежуточного привода, и, вторая ситуация, когда мы прекратили загружать работающий конвейер, и груз сошел с промежуточного привода. Во избежание этого риска нам придется делать промежуточный привод меньшей мощности, не на половину всей тяги конвейера, а на треть, это также приведет к снижению искомого эффекта.

А также видим, что мы гарантированно имеем аварийную ситуацию в случае перерыва в грузопотоке, достаточном для того чтобы груз сошел с промежуточного привода (рисунок 2.10, д).

Рисунок 2.10 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов Рассматривая степень падения эффективности передачи силы тяги, видим что:

• падение силы тяги в зависимости от угла наклона составляет 07 % • падение силы тяги от степени заполненности грузом составляет 090%.

Таким образом, ключевым фактором, на который направлена данная работа, является передача силы тяги в случае отсутствия естественного прижатия двух лент – основного конвейера и вложенного линейного привода. Тем более, что эта ситуация является обычным делом как в случае начала погрузки груза на конвейер в начале рабочей смены (рисунок 2.10, в), так и в случае длительного перерыва в подаче груза на конвейер (рисунок 2.10, г, д), достаточного чтобы груз успел сойти с участка линейного привода конвейера.

2.2 ПЕРЕДАЧА СИЛЫ ТЯГИ БАРАБАННЫМ ПРИВОДОМ

Барабанный привод представляет собой традиционную приводную станцию ленточного конвейера – это устройство, предназначенное для передачи тягового усилия ленте. Основной рабочий орган – один или несколько приводных барабанов. Возможно также применение вспомогательных рабочих органов – отклоняющих барабанов.

приводных барабанов и мощностью приводных электродвигателей, причем возможная тяга по второму свойству не должна быть больше тяги по первому свойству. То есть электродвигатель не должен развивать большее усилие, чем способен передавать приводной барабан.

Ограничение по мощности электродвигателей в данной работе нас не интересует, так как найти подходящий электродвигатель не представляет сложности, а также из-за того, что в этой работе мы делаем акцент именно на передачу силы тяги от привода к ленте.

Передача силы тяги ленте конвейера приводным барабаном описывается давно известной формулой Эйлера [52] или, в изложении Жуковского [65], где Sнб, Sсб – натяжения набегания ленты на барабан и сбегания ленты с барабана соответственно, Н; – угол обхвата лентой барабана, радиан; f – коэффициент сцепления; fск – коэффициент трения скольжения между лентой и барабаном.

Также, согласно Жуковскому, ef принято называть «тяговым фактором»

барабана ввиду того, что он постоянен для каждого барабана.

барабаном не впрямую, а косвенно – за счет создания разницы в натяжениях:

Таким образом, на величину тягового усилия, передаваемого таким приводом, влияют минимум три фактора:

1. Натяжение Sсб создается перед пуском конвейера усилием его натяжного устройства. После пуска конвейера значение Sсб, называемое предварительным натяжение может быть в ef раз больше минимального. Задавая конкретное минимальное натяжение, тем самым обеспечиваем величину максимального натяжения. На рисунке 2.11. показано влияние предварительного натяжения на силу тяги.

Рисунок 2.11 – Зависимость силы тяги от Sсб (а) и натяжения Sнб от Sсб (б) Этим способом повышения силы тяги пользуются предприятия – пользователи конвейеров.

2. Коэффициент трения f. Его можно изменить путем футеровки поверхности приводных барабанов материалами. В результате получаем, что ef стал другим, а это означает, что барабан может обеспечить другое отношение натяжений и, соответственно, другую максимальную силу тяги.

Если футеровать материалом с лучшими фрикционными свойствами – это даст степенной прирост максимальной силы тяги, и позволит не только увеличить максимальное натяжение ленты, но и одновременно с этим уменьшить минимальное. На рисунке 2.12 показана зависимость силы тяги конвейера от коэффициента трения.

Рисунок 2.12 – Зависимость силы тяги от f (а) и натяжения Sнб от f (б) 3. Угол обхвата. Увеличение угла обхвата лентой широко используется (рисунок 2.13, а), позволяющих для однобарабанного привода получить угол обхвата до 240. При передаче значительных тяговых усилий используют двухбарабанную схему привода (рисунок 2.13, б), в соответствии с которой два приводных барабана последовательно огибаются лентой. Это позволяет вместо трудоемкой футеровки использовать простые стальные барабаны и иметь такой же ef, как и на приводной станции с футеровкой, но меньшим количеством приводных барабанов. На рисунке 2.14 показана зависимость силы тяги конвейера от угла обхвата.

Рисунок 2.13 – Методы увеличения тяговой способности приводных барабанов При таком способе повышения силы тяги значительно возрастает допустимый перепад натяжений ef, что позволяет увеличить максимальное натяжение ленты вместе с одновременным уменьшением минимального натяжения. Однако конструкция приводной станции стала сложнее, и появились дополнительные требования к свойствам электродвигателей *, работающих на разные барабаны одной приводной станции.

Есть еще один способ увеличить передаваемую силу тяги барабанным приводом, в общем случае он представляет собой побудители сцепления барабана с лентой. Известные способы: применение магнитных сил, за счет использования постоянных магнитов внутри барабана и магнитомягкой ленты (в резиновую использование атмосферного давления, за счет создания разрежения под лентой в тех участках, где она касается барабана; простое прижатие ленты к барабану, за счет использования прижимных устройств для ленты.

Идея такого подхода в том, что однобарабанный привод проще и надежнее в эксплуатации двухбарабанного, а также в том, что для двухбарабанного привода распределение усилия между барабанами всегда неравномерно, а в случае наличия грязи под лентой, еще и неустойчиво. При этом соотношение силы тяги, которую может передать каждый барабан двухбарабанного привода будет выражено по такой формуле:

не рассматриваются в данной работе Отсюда следует, что фрикционная способность барабана Б1 будет всегда выше, чем барабана Б2, и поэтому требует его большей энерговооруженности.

При этом соотношение тяговых способностей приводных барабанов зависит от значений их тяговых факторов. Пробуксовка ленты на приводных барабанах всегда начинается на втором барабане, обладающем меньшей фрикционной тяговой способностью.

Максимальная сила тяги, которую может передать приводная станция с использованием побудителя прижатия ленты к барабану, в общем случае выглядит так:

где F – усилие, которое добавлено от использования побудителя сцепления ленты к барабану.

На рисунке 2.15. показано влияние такого способа увеличения силы тяги.

Рисунок 2.15 – Зависимость силы тяги от Sсб (а) и натяжения Sнб от Sсб (б) В случае с вакуум-приводом максимальная тяга определится по такой формуле [11] где В – ширина вакуумной зоны под лентой; R – внешний радиус вакуумбарабана; P – разница между атмосферным давлением и остаточным (между лентой и барабаном).

Разрежение под лентой в пределах 50–60 кПа создается с помощью специального вакуум-насоса. Однобарабанный привод с вакуум-барабаном по своей тяговой способности становится равноценным двухбарабанному.

Как следует из формулы Жуковского, барабанный привод не подвержен влиянию угла наклона конвейера и степени загруженности грузом. Его можно считать точечным источником силы тяги, проиллюстрируем это на рисунке 2.16.

На рисунке 2.17 показаны характерные ситуации в работе ленточного конвейера – запуск, начало погрузки, окончание погрузки, перерыв в грузопотоке, нормальная работа. Как видно из рисунка 2.17 барабанный привод успешно справляется во всех режимах работы. Потребная сила тяги никогда не выходит за пределы способностей привода. Есть, впрочем, ситуации, когда потребная сила тяги много меньше тяговой способности, но это не является проблемой, тем более при наличии возможности регулирования мощности привода.

Тяговая способность, % Рисунок 2.16 – Эффективность передачи тягового усилия промежуточного привода от Рисунок 2.17 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов К недостаткам барабанного привода надо отнести:

натяжению ленты, что приводит к обязательной необходимости регулирования мощности привода во избежание риска пробуксовывания;

• пересыпание груза (пыление, измельчение);

• по два перегиба ленты на каждый промежуточный привод;

• каждый промежуточный привод всегда имеет минимум два барабана.

Но, в целом, барабанные приводы можно считать решением проблемы линейных приводов – независимы от угла наклона, режима работы конвейера.

2.3 ПЕРЕДАЧА СИЛЫ ТЯГИ ВАКУУМ-ПРИВОДОМ И

МАГНИТОФРИКЦИОННЫМ ПРИВОДОМ

Для повышения удельной тяговой способности ленточных промежуточных приводов предложено использовать дополнительные побудители сцепления тяговой ленты привода с грузонесущей лентой конвейера – магнитные силы и атмосферное давление.

В первом случае это достигается путем оснащения верхней ветви ленты постоянными магнитами (рисунок 2.18, а) взаимодействующими с магнитомягкой конвейерной лентой (такие приводы получили название «магнитофрикционных»).

Во втором случае предложен вакуум-привод, конструкция которого (рисунок 2.18, б) позволяет создавать вакуум между тяговой лентой привода и грузонесущей лентой конвейера, что обеспечивает дополнительное прижатие последней к тяговой ветви ленты промежуточного привода атмосферным давлением.

Рисунок 2.18 – Принципиальные схемы магнитофрикционного и вакуум-привода:

а – принципиальная схема манитофрикционного промежуточного привода: 1 – магнитная лента; 2 – магнитные блоки; 3 – тяговый орган (цепь или лента); 4 – магнитный наполнитель ленты;

5 – прокладки; б – принципиальная схема промежуточного вакуум-привода с ленточным исполнительным органом: 1 – грузонесущая лента; 2 – тяговая лента вакуум-привода; 3 – пазы-каналы (b – ширина, lк – длина, l – шаг); 4 – камера пониженного давления с бортами из низкофрикционного материала; P – разность давлений, атмосферного и остаточного между лентами [11] Магнитофрикционные приводы, конструкция которых была разработана в Донецком индустриальном институте под руководством проф. И.Г.Штокмана, прошли промышленные испытания в 1972 г. на одной из шахт производственного объединения «Красноармейскуголь» и подтвердили свою работоспособность в условиях угольной шахты. Удельная тяговая способность (кН/м2) магнитофрикционного привода за счет действия магнитных сил увеличивалась на 0,46 кН, что позволяло уменьшить длину промежуточных приводов и расширить область применения многоприводных ленточных конвейеров за счет применения в наклонных выработках, так как магнитные силы обеспечивают неизменность прироста силы тяги промежуточных приводов при любом угле наклона конвейера.

Промежуточные вакуум-приводы, ряд конструкций которых был разработан и запатентован в Санкт-Петербургском горном институте, прошли опытнопромышленные испытания в ПО «Эстонсланец». Вакуум-приводы обладают наивысшей тяговой способностью среди приводов с дополнительными побудителями сцепления лент.

Конструкция вакуум-приводов выполнена с использованием узлов приводов серийных ленточных конвейеров. В рабочей поверхности ленты промежуточного привода выполнены поперечные глухие пазы-каналы, в которых при работе привода создается вакуум с помощью водокольцевого вакуум-насоса. Их удельная тяговая способность в 30–50 раз, в зависимости от типа и ширины ленты, превышает (при вакууме 40кПа) удельную тяговую способность обычных ленточных конвейеров. Поэтому максимальная длина вакуум-приводов составляет 20–30 м, что позволяет разместить в межленточном пространстве конвейера дополнительно к расчетному числу приводов один–два резервных, что повышает надежность конвейера, коэффициент готовности которого становится равным коэффициенту готовности обычного ленточного конвейера. Прирост силы тяги вакуум-привода также остается неизменным при любом угле наклона конвейера, что существенно расширяет область применения многоприводных конвейеров.

По сути, и магнитофрикционный, и вакуумный привод реализуют одно и то же воздействие – прижимают ленты друг к другу. Поэтому мы будем считать их одним типом привода со следующей расчетной формулой усилия прижатия:

где qгр и qл – удельный вес от груза и ленты соответственно; q – прижим лент друг к другу от воздействия привода.

На рисунках 2.19 и 2.20 показаны схемы промежуточного привода в межленточном пространстве, а также расчетная схема для определения возможной силы тяги, которую этот привод может передать.

промежуточного привода с лентой конвейера промежуточного привода с лентой конвейера с а – схема; б – силы, формирующие прижатие; в – а – схема; б – силы, формирующие прижатие; в – применения такого привода в зависимости от угла наклона конвейера и его заполненности грузом. Здесь принято, что вес груза/ленты/дополнительного прижатия соотносится как 100/10/10*. А также проведено моделирование для различных величин дополнительного прижатия.

Тяговая способность, % Рисунок 2.21 – Эффективность передачи тягового усилия промежуточного привода от а – вариант без побудителей прижатия; б – вариант с побудителем прижатия в количестве 1: относительно веса ленты; в – моделирование для разных усилий прижатия на 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, а – базовый, без побудителя прижатия; б – с дополнительным прижатием в объеме 1:1 относительно прижатия ленты; в – моделирование при прижатиях 1:1, 2:1, 3:1, 4: Как видно из рисунков 2.21 и 2.22, применение средств для прижатия двух лент друг к другу, которые, к тому же, не зависят от угла наклона, позволило ощутимо поднять эффективность использования промежуточных приводов как при высоких углах наклона, так и при отсутствии груза на ленте конвейера.

Такое соотношение позволит сравнивать этот привод с приводом из раздела 2.1, потому что соотношение удельных весов груза и ленты осталось на прежнем уровне – один к десяти, что подтверждается практикой в проектировании ленточных конвейеров Отметим также, что прирост эффективности изменяется по линейному закону пропорционально силе прижатия, которую обеспечивает побудитель прижатия.

100% эффективность достигается при горизонтальной установке конвейера, а с ростом угла наклона снижается по степенной зависимости.

На рисунке 2.23 показаны характерные ситуации в работе ленточного конвейера – запуск, начало погрузки, окончание погрузки, перерыв в грузопотоке, нормальная работа.

г Разгрузка груженого конвейера Рисунок 2.23 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов Из рисунка 2.23 видно, что при самом эффективном способе распределения нагрузки от головного привода (на равные доли) конвейер успешно работает в случаях, когда идет загрузка на конвейер, но груз еще не дошел до промежуточного привода; когда прекращена загрузка работающего конвейера и груз сошел с промежуточного привода. Однако мы все же имеем аварийную ситуацию в случае перерыва в грузопотоке (рисунок 2.23, д), ввиду того, что повышенная до 35% (против 10% у базового) тяговая способность привода все же недостаточна, чтобы передать адекватную силу тяги во избежание пробуксовывания.

Это накладывает ограничение на непрерывность грузопотока. То есть такой конвейер обязан загружаться из бункера, либо иметь достаточно большие перерывы в грузопотоке.

2.4 ПЕРЕДАЧА СИЛЫ ТЯГИ ФРИКЦИОННЫМ ПРИВОДОМ

Гудрич (США) [36] с разработкой протяженного многоприводного ленточного конвейера, транспортирующего руду, применены приводные автомобильные шины (рисунок 2.24), четыре пары которых защемляют краевые участки резинотканевой ленты, армированные медными тросами, и передают ей тяговое усилие посредством сил трения. Холостой ветви ленты конвейера тяговое усилие передается теми же приводами, защемляющими ее края нижними шинами привода и прижимными роликами холостой ветви (рисунок 2.24, а) или (рисунок 2.24, б). В последнем случае в качестве грузонесущей могут быть использованы обе ветви ленты конвейера.

На таком же принципе устроены промежуточные приводы устройства под названием «конвейерный поезд» (Railveyor) [31]. Хотя это устройство и не является конвейером в традиционном понимании, и, тем более, не является ленточным, однако, оно оснащено промежуточными приводами с таким же принципом действия и принудительным прижатием.

Рисунок 2.24 – Промежуточный привод с автомобильными шинами: а – для конвейера с одной грузонесущей ветвью; б – с двумя грузонесущими ветвями;

1 – грузонесущая лента конвейера; 2 – прижимная колесная пара; 3 – приводная колесная пара;

С технической точки зрения промежуточный привод «с автомобильными шинами» и промежуточный привод «конвейерного поезда» устроены идентично.

Таким образом, будем их рассматривать совместно с такой расчетной формулой:

где n – количество колес; Lк qк – сила прижатия, Н; сц – коэффициент сцепления.

На рисунке 2.25. показана схема промежуточного привода в межленточном пространстве, а также расчетная схема для определения возможной силы тяги, которую этот привод может передать.

Рисунок 2.25 – Взаимодействие промежуточного привода с лентой конвейера с приводом от автомобильных колес: а – схема; б – силы, формирующие прижатие; в – схема к определению максимальной силы тяги, передаваемой промежуточным приводом На рисунке 2.26 показана относительная эффективность применения такого привода в зависимости от угла наклона конвейера и его заполненности грузом.

Для сравнения приведена также эффективность промежуточного привода без побудителей прижатия (рисунок 2.26, а).

Эффективность передачи тягового усилия таким приводом никак не зависит ни от угла наклона конвейера, ни от степени заполненности грузом участка конвейера, занятого промежуточным приводом. И в процентном отношении этот способность на своем максимальном уровне.

Тяговая способность, % Рисунок 2.26 – Эффективность передачи тягового усилия промежуточного привода от а – базовый линейный привод; б – с дополнительным прижатием в зависимости от заполненности грузом; в – в зависимости от угла наклона, с прижатиями в объеме 1:1, 2:1, 3:1, 4: На рисунке 2.27 показаны характерные ситуации работы ленточного конвейера – запуск, начало погрузки, окончание погрузки, перерыв в грузопотоке, нормальная работа. Как видно из рисунка 2.27, такой фрикционный привод успешно справляется со всеми ситуациями. Потребная сила тяги никогда не выходит за пределы способностей привода.

Недостаток этого привода в его тяговом усилии – если исходить из нагрузок на шины легкового автомобиля 500 кг на шину, коэффициентом трения по армировке ленты 0,2, и зажиме ленты с двух сторон двумя парами шин, то удельная тяговая способность составит около 2 кН/м. Следовательно, для создания силы тяги в 50 кН нужно 25 рядов колес, по четыре шины в ряду. Это много и дорого.

У этого привода есть достоинство по сравнению с барабанным приводом – при недостаточном натяжении ленты и большом тяговом усилии нет риска пробуксовывания, ввиду того, что тяговое усилие на линейном приводе передается только тогда, когда есть падение натяжения, сопровождаемое деформацией ленты, и ниже некоторого натяжения тяга перестает передаваться.

Рисунок 2.27 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов

2.5 АНАЛИЗ РАССМОТРЕННЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРИВОДОВ

Нами рассмотрен промежуточный барабанный привод и два основных класса линейных промежуточных приводов – без прижатия и с принудительным прижатием. Принудительное прижатие позволяет повысить тяговую способность промежуточного привода на четко определенное значение, обусловленное непосредственным усилием прижатия. Причем зависимость линейная.

У барабанного привода зависимость передаваемой силы тяги всегда кратна минимальному натяжению ленты, с одной стороны это достоинство, а с другой стороны необходимы средства автоматизации для контроля мощности привода, чтобы тяга электродвигателя не превысила фрикционную способность барабанов привода.

У тех приводов, в которых усилие прижатия формируется лежащим на ленте грузом, также есть зависимость тягового усилия от наличия или отсутствия груза на ленте конвейера и от угла наклона конвейера.

В относительной шкале среди рассмотренных вариантов известных промежуточных приводов самым достойным выглядит привод с автомобильными шинами: он обеспечивает стабильный, максимальный уровень эффективности в любых условиях, не нуждается в средствах автоматизации и регулировании.

Однако упоминание о таком приводе встретилось только в публикации [11, 36], а не в каталогах горной техники, очевидно, что у такого привода есть недостатки. Первое – это средства реализации: автомобильные колеса, армирование ленты канатами, цепные передачи тягового усилия.

Но есть и второй недостаток, не менее серьезный – привод с автомобильными колесами никак не использует вес груза для повышения тяговой способности промежуточного привода. А соотношение веса груза к весу ленты составляет приблизительно 10 к 1.

Проведем моделирование со следующими данными: вес груза 100; вес ленты 10; дополнительное побуждение прижатия лент примем 0; 10; усилие прижатия от автомобильных колес примем 10; 25; 50 единиц. Длину привода примем равную длине контакта автомобильного колеса, таким образом, мы получим удельную тяговую способность на единицу длины привода. А также, для сравнения с барабанным приводом зададимся начальным натяжением ленты в 10, 25, 50 единиц и тяговым фактором в 4.

Тяговая способность Рисунок 2.28 – Зависимость тягового усилия промежуточного привода от угла наклона прирост тяговой способности промежуточного привода, тогда как приводу с исключительно за счет зажима краев ленты. А также показано значительное увеличение тяговой способности барабанного привода, который при большом натяжении превосходит все другие варианты промежуточных приводов.

промежуточных приводов как таковых;

те, что не имеют такого риска – очень дороги конструктивно.

2.6 РАЗРАБОТАННЫЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРИВОД С

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ПРИЖАТИЕМ

Разработанный вариант промежуточного привода (рисунок 2.29) [41] содержит расположенную под грузонесущей ветвью ленты 3 замкнутую на приводном 6 и натяжном 1 барабанах приводную ленту 4, верхняя ветвь которой размещена под грузонесущей ветвью конвейерной ленты 3 и опирается на ее желобчатые (рисунок 2.29, б) или прямые (рисунок 2.29, в) роликоопоры 5. В середине каждого пролета между роликоопорами над боковой кромкой конвейерной ленты и под боковой кромкой приводной ленты размещены прижимные ролики 14 и 7 с возможностью их вращения относительно неподвижных осей 16 и 19, наружные части 11 и 8 которых имеют плоскую форму с ее ориентацией параллельно плоскости бортов конвейерной и приводной лент. Между плоскими наружными частями осей размещены закрепленные на стойках 10 и 18 рамы конвейера плоские кронштейны 9 и 17 с нормально ориентированными к их плоской части бортами. При этом плоские части кронштейнов с плоскими наружными частями 11 и 8 осей 16 и 19 связаны Рисунок 2.29 – Промежуточный линейный привод с прижимными роликами (Патент №2482044), а – продольный разрез по грузонесущей ветви конвейерной ленты, б и в – поперечные разрезы соответственно при желобчатой и плоской грузонесущей ветви болтами 13 с нажимными гайками 12. Прижимные ролики выполнены с эластичными ободами 22 и 23, а с наружной стороны снабжены обращенными навстречу друг другу выступами 15 и 20 с возможностью их взаимодействия с торцами конвейерной и приводной лент. Толщина плоской части кронштейнов выбрана с учетом допустимого расчетного давления между прижимными роликами и конвейерной и приводной лентами. Предлагаемая конструкция промежуточного привода может быть использована как на конвейерах с желобчатыми роликоопорами, так и на конвейерах с плоской лентой и прямыми роликоопорами.

Наличие у прижимных роликов кольцевых выступов исключает возможность поперечного смещения конвейерной и приводной лент, т.е.

прижимные ролики помимо выполнения своих основных функций – увеличения тягового усилия, сообщаемого ленте 3, выполняют также центрирующие функции, обеспечивая надежную работу конвейера без поперечного смещения конвейерной и приводной лент. Кроме того, наличие прижимных роликов, фиксирующих конвейерную ленту относительно приводной ленты, облегчает также процесс улавливания оборвавшейся конвейерной ленты.

Ширина конвейерной и приводной лент может быть выбрана на один типоразмер больше ширины конвейерной ленты 3, обеспечивающей заданную производительность конвейера.

Нами был получен патент на этот промежуточный привод № 2487071, а также на стенд для исследования параметров подобной конструкции Патент №2456570 и Патент №2476851. [43, 38, 39].

Линейный привод действует следующим образом. При включенном приводном барабане 6 линейного привода тяговое усилие, сообщаемое конвейерной ленте, обеспечивается не только за счет силы трения от нормальных составляющих веса транспортируемого груза 21 и ленты 3, но и за счет дополнительного прижатия друг к другу конвейерной и приводной лент с помощью прижимных роликов. Необходимое усилие прижатия конвейерной и приводной лент друг к другу обеспечивается с помощью болтов с нажимными гайками.

Дополнительное тяговое усилие, сообщаемое предлагаемым промежуточным линейным приводом конвейерной ленте, определяется по формуле:

где P – дополнительное тяговое усилие, кН; p – максимальное используемое давление между прижимными роликами, кПа; n – общее количество рядов парных прижимных роликов; b – ширина прижимных роликов, м; f – коэффициент трения между конвейерной и приводной лентами; h – величина деформации эластичных ободов роликов, м; D – наружный диаметр прижимных роликов, м.

Суммарное тяговое усилие (Н), реализуемое линейным приводом, может быть определено по одной из нижеприведенных формул, соответственно при заданной длине L линейного привода или при заданном количестве рядов n прижимных роликов:

где L – длина линейного привода, м; – длина основания деформированных эластичных ободов прижимных роликов в зонах их контакта с бортами транспортируемого груза, кг/м; qл – линейная масса конвейерной ленты, кг/м; – угол наклона конвейера; l – шаг расстановки роликоопор и прижимных роликов на грузонесущей ветви конвейерной ленты, м; k – коэффициент (0 k 1.), учитывающий режим работы конвейера, определяющий степень заполнения конвейерной ленты транспортируемым грузом по длине конвейера.

На рисунке 2.30 показана относительная эффективность применения такого привода в зависимости от угла наклона конвейера и его заполненности грузом.

Для сравнения приведена также эффективность промежуточного привода без побудителей прижатия (рисунок 2.30, а).

Тяговая способность, % а – базовый линейный привод; б – с дополнительным прижатием в зависимости от заполненности грузом; в – в зависимости от угла наклона, с прижатиями в объеме 1:1, 2:1, 3:1, 4: Эффективность передачи тягового усилия таким приводом никак не зависит ни от угла наклона конвейера, ни от степени заполненности грузом участка конвейера, занятого промежуточным приводом. И в относительном отношении этот вид промежуточного привода всегда обеспечивает постоянную тяговую способность на своем максимальном уровне.

На рисунке 2.31 показаны характерные ситуации в работе ленточного конвейера – запуск, начало погрузки, окончание погрузки, перерыв в грузопотоке, нормальная работа. Как видно из рисунка 2.31, такой привод успешно справляется со всеми типовыми ситуациями, кроме перерыва в грузопотоке. Даже удвоенное сжатие не решает эту проблему. И снова это накладывает ограничение на непрерывность грузопотока.

Конечно, можно продолжать увеличивать силу сжатия роликов, тогда этот привод справится со всеми ситуациями, но при этом мы все меньше используем силу тяги, которую добавляет находящийся на ленте груз.

Этот привод дешевле фрикционного привода, потому что ролики не оснащены приводами и создают лишь силу прижатия лент друг к другу, таким образом, каждая пара роликов передает лишь ограниченное количество силы тяги, и для того, чтобы эту силу тяги увеличить, необходимо ставить дополнительные ряды роликов. Так, например, чтобы передать силу тяги в 70 кН необходимо рядов роликов с такими параметрами D = 0,2 м; f = 0,6; b = 0,1; h = 0,02 м;

p = 100 кПа.

Если принять величину прижатия относительно веса груза как 1:1, то без груза тяговая способность такого привода будет составлять 52%, а если принять величину прижатия относительно веса груза как 2:1, то тяговая способность такого привода без груза будет составлять 67%.

Рисунок 2.31 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов

2.7 РАЗРАБОТАННЫЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРИВОД С ОБХВАТОМ

Разработанный вариант промежуточного линейного привода 43, (рисунок 2.32) содержит расположенную под грузонесущей ветвью 1 конвейерной ленты замкнутую на приводном 2 и натяжном 3 барабанах приводную ленту 4.

конвейерной ленты и опирается на ее желобчатые роликоопоры 5, а нижняя ветвь приводной ленты с помощью прижимных роликов 6 прижата к холостой ветви конвейерной ленты. Над боковыми роликами желобчатых роликоопор с возможностью прижатия к наружной поверхности конвейерной ленты со стороны Рисунок 2.32 – Промежуточный линейный привод (Патент №2487071) эластичными ободами прижимные ролики 8 цилиндрической формы. Консольные оси 9 прижимных роликов размещены в подшипниках 10, закрепленных на раме 11 желобчатых роликоопор с возможностью смещения осей 9 относительно рамы 11 по нормали к поверхности боковых кромок конвейерной ленты и фиксации на раме 11. При этом ширина прижимных роликов принята с учетом выступа их боковых кромок за пределы кромок конвейерной ленты. Размещенные над нижней ветвью приводной ленты 4 прижимные ролики 6 расположены со стороны набегания холостой ветви 7 конвейерной ленты на прямые роликоопоры 12. Приводная лента линейного привода после ее сбегания с приводного барабана огибает отклоняющий барабан 13 с приводной лентой и сверху – отклоняющего барабана 13. 14 и 15 – направления движения грузонесущей ветви и холостой ветви конвейерной ленты. 18 – транспортируемый груз.

Величина дополнительного тягового усилия, обеспечиваемого каждым прижимным роликом, равна где f – коэффициент трения между лентой и прижимным роликом. При этом величина угла определяется стрелой провеса грузонесущей ветви конвейерной ленты между смежными желобчатыми роликоопорами и равна углу набегания ленты на желобчатую роликоопору.

Серьезным отличием данного привода от барабанного является тот факт, что отклоняющие ролики зажимают сразу две ленты (рисунок 2.33), и на одном ролике прирост натяжения создается одной из двух ветвей конвейера, а на другом ролике – другой ветвью. При этом можно выделить три характерных сечения – начальное натяжение (до первого ролика) в сечении I, натяжение между роликов в сечении II и выходное натяжение (после ряда роликов) в сечении III.

Передаваемое усилие зависит от натяжения ленты и будет определяться по формуле Эйлера, но при этом, ввиду того, что у нас две ленты, распределение натяжения будет выглядеть следующим образом:

Исходные данные: SВ I, SH I,, f.

SB II SH III

SB I III

Рисунок 2.33 – Расчетная схема к определению силы тяги, передаваемой от ленты к ленте с Выражая конечное натяжение через начальное натяжение, это будет выглядеть следующим образом:

Если сравнивать передаваемую силу тяги данного промежуточного привода, то она будет выше, чем это можно ожидать согласно формуле Эйлера. Если задаться углом обхвата в = 5° на каждый ролик и коэффициентом трения между лент f = 0,6, то отношение натяжений до и после линейного привода будет таким:

при равных начальных натяжениях конвейерной ленты и ленты привода – один ряд создаст прирост натяжения в 1,12 раза, два ряда – 1,26; пять рядов – 2,08; 10 рядов – любой, ограничен только конструкционными свойствами наружных обкладок лент.

при равных максимальных натяжениях конвейерной ленты и ленты привода – один ряд создаст перепад натяжений – 1,11, два ряда – 1,23, пять рядов – 1,71; 10 рядов – перепад натяжений 3,20; 19 рядов – любой, ограничен только конструкционными свойствами наружных Для сравнения, ряд приводных барабанов с углом обхвата 10° и тем же f = 0,6, создаст прирост натяжения: один ряд в 1,11 раза, два ряда – 1,23; пять рядов – 1,69; десять рядов – 2,85 раза.

На рисунке 2.34 показан прирост натяжения в лентах конвейера и линейного привода.

Перепад натяжения, крат Перепад натяжения, крат Рисунок 2.34 – Результаты расчетов кратности натяжений SIII / SI (а,в) для ленты конвейера (а) и привода (б), а также передаваемого прироста натяжения (б,г) Из рисунка 2.34 видно, что с каждым рядом передаваемое натяжение уменьшается, но уменьшается гораздо медленнее, чем по формуле Эйлера – это связано с тем, что натяжение нижней ленты линейного привода растет, и его влияние на передаваемую силу тяги становится больше.

Следовательно, такой вариант привода имеет зависимость не только от натяжения ленты конвейера, но и от натяжения ленты привода (рисунок 2.35).

Перепад натяжения, крат Рисунок 2.35 – Зависимость передаваемой силы тяги при разных соотношениях натяжения лент конвейера и привода (а, б, в), а также сравнение передаваемой силы тяги с силой тяги по Из рисунка 2.35 видно, что данный вид привода имеет зависимость от натяжения каждой из двух лент – как основного конвейера, так и линейного привода. Также, на рисунке 2.35 показано сравнение передаваемой силы тяги с передачей силы тяги барабанным приводом, как если бы это были ряды последовательно расположенных приводных барабанов.

Суммарное тяговое усилие (Н), реализуемое линейным приводом, может быть определено при заданном количестве рядов n прижимных роликов:

где q – линейная масса транспортируемого груза, кг/м; qл – линейная масса конвейерной ленты, кг/м; – угол наклона конвейера; l – шаг расстановки роликоопор и прижимных роликов на грузонесущей ветви конвейерной ленты, м;

k – коэффициент (0 k 1), учитывающий режим работы конвейера, определяющий степень заполнения конвейерной ленты транспортируемым грузом по длине конвейера; – угол обхвата лентой роликов; – сумма прироста силы тяги для всех рядов роликов; SВ i – натяжение ленты конвейера перед каждым i-м рядом роликов; SН i – натяжение ленты привода перед каждым рядом роликов.

Эффективность передачи тягового усилия таким приводом никак не зависит от угла наклона конвейера, однако зависит от натяжения ленты и от степени заполненности грузом участка конвейера, занятого промежуточным приводом. И в относительном отношении этот вид промежуточного привода всегда обеспечивает постоянную тяговую способность на своем максимальном уровне.

Рисунок 2.36 иллюстрирует это.

Тяговая способность, % Рисунок 2.36 – Эффективность передачи тягового усилия промежуточного привода от В отличие от барабанного привода, данный привод может передать любую силу тяги, причем для этого понадобится меньше десяти рядов роликов с углом обхвата 25° на каждый ряд, и меньше, чем 5 рядов роликов с углом обхвата 27° на каждый ряд.

Еще одно отличие в том, что мы можем натяжением ленты линейного привода регулировать передаваемое натяжение всего промежуточного привода.

Двукратное превышение натяжения ленты привода приводит к экономии одного ряда роликов, а вот двукратное превышение натяжения ленты конвейера приводит к необходимости установки двух-трех дополнительных рядов роликов.

Словом, наилучшим соотношением будет являться равное или немного большее натяжение ленты промежуточного привода. Рисунок 2.37 иллюстрирует это.

Рисунок 2.37 – Передача силы тяги линейным приводом в зависимости от соотношения Из рисунка 2.37 видно, что если натяжение ленты конвейера меньше, чем натяжение ленты промежуточного привода, эффективность передачи тягового усилия начинает расти. В самых сложных ситуациях, в которых может оказаться линейный привод – отсутствие груза на ленте, загрузка конвейера или разгрузка конвейера, (в особенности, разгрузка конвейера, когда до промежуточного привода лента пуста), такой привод показывает эффективность выше, чем в штатных условиях. Такое поведение как раз и обусловлено тем, что в таких режимах работы конвейера натяжение ленты конвейера становится ниже расчетного и эффективность передачи тяги промежуточным приводом возрастает.

На рисунке 2.38 показаны характерные ситуации работы ленточного конвейера – запуск, начало погрузки, окончание погрузки, перерыв в грузопотоке, нормальная работа. Как видно из рисунка 2.38 такой фрикционный привод успешно справляется со всеми ситуациями.

Рисунок 2.38 – Зависимости натяжений в контуре конвейера при различных режимах работы в случае равной мощности головного и промежуточного приводов

2.8 РАЗРАБОТАННЫЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРИВОД С

ПЕРЕГОРОДКАМИ

Разработанный вариант промежуточного линейного привода ленточного конвейера 17, 58 (рисунок 2.39) содержит расположенную под грузонесущей ветвью конвейерной ленты 1 замкнутую на приводном 2 и натяжном 3 барабанах грузонесущей ветвью конвейерной ленты и опирается на ее желобчатые роликоопоры 5.

Рисунок 2.39 – Промежуточный линейный привод с поперечными перегородками на ленте линейного привода (Заявка №2012149834/20(079814)): а – продольный разрез по оси конвейера, определенным шагом закреплены поперечные перегородки из эластичного или жесткого материала, состоящие из трех частей – средней 6 и двух боковых 7 и 8, расположенных с зазорами 9 и 10 друг относительно друга с возможностью обеспечения поперечного изгиба ленты 4 при ее опирании на желобчатые роликоопоры ленточного конвейера. Нижняя ветвь ленты промежуточного привода опирается своими перегородками 6, 7, 8 на холостую ветвь конвейерной промежуточного привода принят равным шагу расстановки желобчатых роликоопор. 11 – направление движения грузонесущей ветви конвейерной ленты.

Промежуточный линейный привод ленточного конвейера действует следующим образом. При вращении приводного барабана тяговое усилие от приводной ленты передается грузонесущей ветви конвейерной ленты не только за счет силы трения между ними, вызванной весом грузонесущей ветви ленты с размещенным на ней транспортируемым грузом 12, но и за счет упорного взаимодействия ленты промежуточного привода с грузонесущей ветвью конвейерной ленты за счет ее прогиба под действием собственного веса и веса размещенного на ленте транспортируемого груза между перегородками 6, 7, 8, на которые грузонесущая ветвь конвейерной ленты постоянно опирается. Благодаря этому существенно увеличиваются силы трения между лентой и перегородками ленты линейного привода при соответствующем увеличении реализуемого изготавливаются перегородки, и форма их поперечного сечения принимается в зависимости от физико-механических свойств транспортируемого груза.

Благодаря опиранию нижней ветви ленты промежуточного привода на холостую ветвь конвейерной ленты тяговое усилие дополнительно увеличивается за счет упора поперечных перегородок в холостую ветвь конвейерной ленты.

Расчетная схема взаимодействия ленты конвейера с промежуточными перегородками показана на рисунке 2.40. При наличии перегородок часть ленты с (рисунок 2.40, а), величина длины опирания на перегородки и ленту определяется углом, который формируется соотношением натяжения ленты и веса груза с лентой (рисунок 2.40, б). Коэффициенты трения ленты по ленте приняты f = 0,6, а ленты по перегородке fп = 0,4.

Рисунок 2.40 – К расчету тяговой способности привода с поперечными перегородками:

а – общая схема; б – к определению угла ; в – к определению дополнительного усилия Величина F – прирост натяжения на участке между перегородками определяется как сила трения дополнительное прижатие за счет натяжения ленты (рисунок 2.40, в) Теоретическая зависимость, определенная по этим формулам приведена на рисунке 2.41.

Кратность сил натяжения На рисунках 2.41, а – г для каждой зависимости проведена линия в положении 1.0, что соответствует величине натяжения в точке набегания на участок привода и натяжение при сбегании с участка привода. Понижение относительно уровня 1.0 обусловлено тем, что при натяжении ленты поверхность контакта ленты с лентой уменьшается, и зона трения ленты о ленту все больше заменяется зоной трения ленты о перегородку с другим коэффициентом трения (0,4 о перегородку против 0,6 о ленту).

Таким образом, мы имеем диапазон с пониженной эффективностью и отсутствием применения этого типа привода.

Суммарная величина тягового усилия, реализуемая промежуточным линейным приводом, с поперечными перегородками на внешней поверхности ленты привода, равна где W – тяговое усилие, Н, g – ускорение свободного падения, м/с2, L – длина линейного привода, м, k – коэффициент, учитывающий режим загружения конвейерной ленты транспортируемым грузом, величина которого равна единице, при непрерывной подаче груза на конвейерную ленту, или меньше единицы, при временных перерывах подачи груза, q и qл – линейная масса транспортируемого груза и конвейерной ленты, кг/м, n – число поперечных перегородок, закрепленных на верхней ветви линейного привода, T – средняя величина натяжения грузонесущей ветви конвейерной ленты на участке ее опирания на верхнюю ветвь линейного привода, Н, – величина коэффициента трения между грузонесущей ветвью конвейерной ленты и лентой линейного привода, – средняя величина угла набегания конвейерной ленты на поперечные перегородки линейного привода по всей его длине.

Данный вид привода должен показывать хорошую эффективность на участках с малым натяжением ленты. Однако нам надо знать заранее величину натяжения.

Ввиду этой неопределенности, мы составим математическую модель без использования этого типа привода.

2.9 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕРЕДАЧИ

ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЛИНЕЙНЫМ ПРИВОДОМ

Составим математическую модель разработанных нами конструкций промежуточных линейных приводов. Расчетная схема модели показана на рисунке 2.42.

Рисунок 2.42 – Расчетная схема разрабатываемый математической модели:

Известно, что секция с углом обхвата эффективно работает при больших натяжениях, а секция с прижатием – при любых. Таким образом, мы поместили секцию с углом обхвата в зоне наибольшего натяжения, когда лента основного конвейера набегает на участок линейного привода, а посередине поставили секцию с прижатием. Также учли то, что натяжение ленты привода растет по мере прохождения лентами зоны фрикционного контакта, и натяжение ленты привода становится больше натяжения ленты конвейера, что повышает эффективность передачи силы тяги, (см. раздел 2.7), и тем самым приняли решение поставить еще одну секцию на конец нашего привода.

Таким образом, при больших натяжениях будет особенно эффективно работать первая и третья секция, а при малых натяжениях вторая с третьей.

Применение же третьего типа привода, с перегородками, в общем случае не обосновано, так как заранее не известен диапазон рабочих натяжений.

Входные данные:

Начальные натяжения S1, T1, Выходные данные Критерии оптимизации:

На рисунке 2.43 показаны результаты работы данной математической модели. Из рисунка 2.43 видно, что максимальное количество роликов для всех случаев не превышает 10 рядов. Это означает, что 10 пар роликов с углом обхвата в 5 градусов на каждый может передать любое натяжение, и длина такого привода не превышает трех метров. А также видно, что ролики с прижатием ленты применимы только на небольших натяжениях, а далее прирост силы тяги от роликов с углом обхвата превосходит силу тяги от роликов с простым прижатием.

Рисунок 2.43 – Потребное количество и распределение роликов по типам в зависимости На рисунке 2.44 показано сравнение передаваемой силы тяги отдельно приводом с прижимными роликами, отдельно приводом с роликами с углом обхвата и их суммарное использование.

Рисунок 2.44 – Потребное количество и распределение роликов по типам в зависимости от передаваемого натяжения: а – при натяжении ленты S4 = 0; б – при натяжении ленты S4 = 30000 Н Как видно из рисунка 2.44, суммарное использование роликов одного и второго типа дает меньшее общее количество роликов, чем использование какогото одного типа привода. Такой эффект достигнут за счет особенности передачи силы тяги приводом с роликами с углом обхвата, которая, с математической точки зрения, есть операция умножения. Таким образом, использование совмещенной конструкции привода дает выгоду против использования какого-то одного типа привода.

Проведенный анализ показал, что промежуточный линейный привод ленточного конвейера нуждается в усовершенствованиях.

промежуточных приводов и выявлено, что только барабанный привод способен обойтись без риска аварийных ситуаций во всех режимах работы ленточного конвейера.

Самый стабильный результат показывает конвейер с фрикционным приводом (Rail-veyor, конвейер с приводом из автомобильных шин).

Разработана конструкция усовершенствованного промежуточного привода, позволяющая избавиться от недостатков, присущих существующим моделям.

Принудительное сжатие лент промежуточного привода и основного конвейера позволяет передавать силу тяги независимо от угла наклона конвейера и степени его заполненности грузом, что выгодно отличает разработанную конструкцию от существующих.

Попеременный обхват роликами двух лент в сравнении с классической конструктивных параметрах: для угла обхвата 10 прирост составляет менее 1%;

20 – 125%; 40 – 210%; 70 – 312%; 80 – 490%, при этом ленты привода и конвейера испытывают равное максимальное натяжение, что позволяет использовать одинаковые ленты.

3 УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ

ПРИЖИМНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ВЕЛИЧИНОЙ ПРИРАЩЕНИЯ

ТЯГОВОГО УСИЛИЯ

Разработаны три варианта промежуточных линейных приводов. Напомним их тезисно: 1) привод с прижатием лент прижимными роликами; 2) с прижатием лент прижимными роликами со смещением; 3) без прижима, но с установкой между лент перегородок.

Теперь необходимо определить их эффективность относительно друг друга.

Для этого проведем экспериментальные исследования и выявим зависимость между параметрами прижатия и реализуемым тяговым усилием, которое может создать промежуточный привод.

3.1 РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ

ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ОТ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО

ПРИВОДА

Стенд представляет собой реализацию патента №2476851 «Стенд для исследования параметров промежуточного линейного привода ленточного конвейера» (рисунок 3.1). А также реализацию принципа, описанного в патенте №2487071 «Промежуточный линейный привод ленточного конвейера»

(рисунок 2.32).

Для оптимизации параметров прижимных устройств линейного привода разработан специальный лабораторный стенд (рисунок 3.2).

Приведем патент «Стенд для исследования параметров промежуточного линейного привода ленточного конвейера»:

Стенд для исследования параметров промежуточного линейного привода ленточного конвейера содержит раму 5, на которой размещены расположенные друг на друге два отрезка 3 и 15 гибких прорезиненных лент, имитирующих грузонесущую ветвь конвейерной ленты и верхнюю ветвь приводной ленты линейного привода. Над верхней 3 и под нижней 15 лентами размещены с возможностью взаимодействия с ними горизонтально ориентированные ролики и 17 с закрепленными на них съемными эластичными ободами 9 и 16. Ролики 8 и 17 установлены с возможностью их вращения относительно неподвижных горизонтальных осей 7 и 1. При этом концы оси 1 нижнего ролика 17 неподвижно закреплены на раме 5, а концы 20 и 23 оси 7 верхнего ролика 8 выполнены плоской формы с вертикальными отверстиями, с возможностью их смещения в вертикальной плоскости относительно закрепленных на раме 5 стоек 18 и круглого поперечного сечения с винтовыми нарезками в верхней их части и нажимными гайками 21 и 22. На стойках 18 и 25 размещены связанные с регистрирующими приборами (не показаны) датчики 19 и 24 усилий сжатия. Оба конца 4 и 11 верхней ленты 3 с прогибом их вверх по криволинейным направляющим 6 и 10 закреплены на раме 5, один конец 2 нижней ленты 15 со стороны нижнего ролика 17 свободно размещен на нем, а второй конец снабжен прибором 12, регистрирующем натяжение ленты 15, и связан с винтовым механизмом 14 ее натяжения относительно рамы 5. Ширина роликов 8 и прията больше ширины их съемных эластичных ободов 9 и 16, каждый из которых выполнен разной ширины, толщины и изготовлен из различных эластичных материалов. 13 – направление смещения нижней ленты 15.

Рисунок 3.1 – Стенд для исследования параметров линейного привода [39] Исследования на стенде выполняются следующим образом. На роликах 8 и 17 размещаются ободы 9 и 16 соответствующей ширины, толщины и изготовленные из одного из выбранных типов эластичных материалов. С помощью нажимных гаек 21 и 22 ось 7 верхнего ролика 8 смещают вниз с соответствующим усилием прижатия верхнего ролика к верхней ленте 3, которая прижимается к нижней ленте 15, а последняя – к ролику 17. При этом усилие прижатия лент 3 и 15 друг к другу фиксируют с помощью связанных с регистрирующими приборами датчиков 19 и 24. Далее с помощью винтового механизма 14 в направлении 13 смещают в горизонтальной плоскости нижнюю ленту 15 с фиксацией ее натяжения с помощью регистрирующего прибора 12.



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«Орлов Сергей Васильевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ТОРЦОВ КОЛЕЦ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОСЕВОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических...»

«ГАРЕЕВ РУСТЭМ РАШИТОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный...»

«Горбунов Сергей Андреевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ, АДАПТИВНЫХ, РАДИАЛЬНОВИХРЕВЫХ ПРЯМОТОЧНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук Макаров Владимир Николаевич Екатеринбург – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 1. Анализ состояния, проблемы и критерии...»

«Кикин Андрей Борисович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ СТРУКТУРНОКИНЕМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук V ;г, 7 Г.^ТЗ ~ \ Научный консультант ^' '^-^•'-^зн(-,1\^/1\. 1 и1'^А, 5 д.т.н. проф. Э.Е. Пейсах „, Наук Санкт-Петербург...»

«Куликов Евгений Николаевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НАТУРНЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЁТОВ 05.07.03 Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Серьезнов А.Н. Новосибирск – СОДЕРЖАНИЕ Введение...»

«Сидоров Михаил Михайлович Влияние ультразвуковой ударной обработки на механические свойства и перераспределение остаточных напряжений сварных соединений трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки...»

«Карапузова Марина Владимировна УДК 621.65 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Специальность 05.05.17 – гидравлические машины и гидропневмоагрегаты Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель Евтушенко Анатолий Александрович канд. техн. наук, профессор Сумы – СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВМЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : профессор, доктор технических наук Богомолов Игорь...»

«Сазанов Андрей Александрович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ФОРСУНОК ГТД ПУТЁМ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ СБОРКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Диссертация на соискание учной степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук Семнов Александр Николаевич Рыбинск...»

«УДК 533.695, 629.7.015.3.036 Кажан Егор Вячеславович Комбинированный метод численного решения стационарных уравнений Рейнольдса и его применение к моделированию работы воздухозаборника вспомогательной силовой установки в компоновке с фюзеляжем летательного аппарата Специальность 05.07.01 Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов Диссертация на соискание учной степени кандидата...»

«ТУРУК ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛОВЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ СТРУГОВЫХ КОМПЛЕКСОВ Специальность 05.05.06 - Горные машины Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научные консультанты:...»

«(Подпись) КОВАЛЕВ МАКСИМ ИГОРЕВИЧ Управление качеством продукции в производственных системах, выполняющих специальные процессы на примере литейного производства 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции Диссертация на соискание ученой...»

«ГЛАЗУНОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗЫВАНИЯ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«ШИШКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ ДВУХТОПЛИВНЫХ И ОДНОТОПЛИВНЫХ ПОРШНЕВЫХ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор В.В. Бирюк Самара...»

«ФИЛАТОВ Александр Николаевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ...»

«Чигиринский Юлий Львович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРУЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП 05.02.08 – Технология машиностроения 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении) диссертация на...»

«Малащенко Александр Юрьевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОЧЕТАНИЯ ГИБКИ-НРОКАТКИ И ДРОБЕУДАРНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ОБВОДООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель : Доктор технических...»

«Викулов Станислав Викторович МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА Специальность 05.08.05. – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант : доктор...»

«ГОРЕЛКИН Иван Михайлович РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель...»

«УДК 622.673.4:621.625 Васильев Владимир Иванович ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК Специальность 05.02.09 – динамика и прочность машин Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор В. М. Чермалых Киев - СОДЕРЖАНИЕ...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.