Проведены исследования усилий в центрально расположенной горизонтально замкнутой тяговой круглозвенной цепи размером 23 х 86 мм на полноразмерном натурном образце забойного скребкового конвейера СПЦ 91 длиной 15 м.
Производились замеры потребляемой электроприводом конвейера мощ¬ности и усилий в тяговом органе на прямолинейных и изогнутых участках рештачного става и при обводе тяговой цепи вокруг приводной и натяжной звездочек.
Разработаны тензодатчики специальной конструкции, способные вместе с цепью обходить вокруг концевых звездочек, обеспечивая непрерывную запись усилий по всему контуру тягового органа. Две независимые друг от друга электрические схемы датчика смонтированы в Т-образных пазах центрального вертикального звена трехзвенника цепи. Электросхемы имеют наружные экранизированные выводы, позволяющие в случае выхода из строя одной схемы продолжать работу, используя вторую схему, без ремонта датчика. Пазы датчика залиты эпоксидной смолой и закрыты стальной фигурной крышкой с резиновой прокладкой, что делает конструкцию влагонепроницаемой. Крышка для повышения ударо-прочности утоплена в пазах корпуса. Два крайних горизонтальных звена трехзвенника цепи служат для подсоединения датчика в цепной тяговый орган с помощью стандартных соединительных звеньев типа ЗС, равнопрочных звеньям цепи.
Влияние датчика на характер колебаний тягового органа практически исключено, т. к, жесткость звена-датчика соизмерима с жесткостью рядовых звеньев цепи. Датчик имеет линейную зависимость деформации от усилия, чувствительность датчика 0,1 кН.
Так как тяговый орган конвейера СПЦ 91 горизонтально замкнутый, валы звездочек расположены вертикально, а звездочки вращаются в горизонтальной плоскости. Силовое взаимодействие с карманами зубьев звездочки осуществляется вертикальными звеньями цепи, а горизонтальные свободно размещаются в пазах между верхними и нижними зубьями.
Измерение углового перемещения звездочки производилось отметчиком зубьев (датчик в виде нормально разомкнутого контакта).
Получены следующие результаты. Спектр динамических нагрузок тягового органа состоит из нескольких составляющих. Колебания, наличие и частота которых определяются кинематикой зацепления на приводной звездочке, назовем вынужденными колебаниями основного тона. Период основного тона вынужденных колебаний То зависит от скорости движения тягового органа и двойного шага звеньев цепи [1] и для исследуемого конвейера составляет 0,285 с.
Низкочастотная составляющая спектра колебаний тягового усилия в цепи с периодом Tн= 1,6...1,8 с имеет максимальную амплитуду, по сравнению с другими двумя составляющими, а частота ее непостоянна и изменяется в зависимости от амплитуды (с увеличением амплитуды уменьшается, и наоборот) [1]. Предположительная причина возникновения низкочастотных колебаний цепи — торцевое и радиальное биение звездочки. Высокочастотные составляющие спектра колебаний тяговой цепи обнаруживаются при значительной скорости движения пленки осциллографа (не менее 200 мм/с). Имея малую амплитуду колебаний, они не оказывают заметного влияния на результирующее усилие в цепи.
При расшифровке осциллограмм отмечено, что в предварительно натянутой цепи после кратковременного включения привода происходит некоторое уменьшение предвари¬тельного натяжения. Это объясняется тем, что при растяжении цепи с плавным нарастанием усилия (при работе винтового или гидравлического натяжного устройства) звенья ее могут принимать эксцентричное положение относительно друг друга за счет сил трения скольжения (сцепления) в местах контактов между звеньями [2]. Сила Т, выпрямляющая цепь вдоль ее воображаемой оси, имеет небольшую величину вследствие незначительной величины угла а. Поэтому, когда натянутая цепь неподвижна, силы трения сцепления свободно удерживают звенья цепи в эксцентричном положении друг относительно друга. В результате воздействия на цепь знакопеременных динамических усилий, являющихся следствием пускового рывка и кратковременного движения по желобу, цепь удлиняется на некоторую величину ∂l за счет перегруппировки звеньев вдоль воображаемой продольной оси цепи.
Если натяжение цепи производится с помощью привода, рывками, то описанного явления не наблюдается.
При обводе тензозвена вокруг звездочек с одновременной записью усилий в цепи обнаружено, что при вхождении вертикального звена цепи с датчиком в контакт с зубьями звездочки и последующим движением его по дуге окружности зацепления совместно с шестизубой звездочкой в тяговом органе возникают пиковые усилия (рис. 1). Они соответствуют определенным взаимным положениям тензозвена и зубьев звездочки.
Когда центр ведущего (по отношению к датчику) вертикального звена цепи пересекает ось приводной звезды, перпендикулярную оси става конвейера (рис. 2), корпус звена датчика, не вошедший еще в зацепление с зубъями, полиостью воспринимает тяговое усилие, развиваемое звездочкой (положение 1 тензодатчика). Отметки на осциллограммах (рис. 1) показывают начало фазы зацепления в положениях 1, 2 и 3 тензозвена (рис. 2).
Такое резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний цепи непосредственно перед звездочкой и на ней объясняется, помимо особенностей кинематики зацеплений цепи со звездочкой, тем, что колебания происходят в непосредственной близости от источника [3].
Если непосредственно перед звездочкой наблюдаются вынужденные колебания с максимальной амплитудой, то на некотором расстоянии от нее на рабочей ветви цепи вследствие затухания колебаний, вызванного поглощением энергии рывков материалом прутков звеньев цепи и местами их стыков (внутренние по отношению к цепи, распределенные по ее длине сопротивления), а также вследствие трения цепи и скребков
о направляющие, о перемещаемый груз и трения между частицами груза (внешние по отношению к цепи, распределенные по ее длине сопротивления) [4] амплитуда вынужденных колебаний убывает по кривой l (рис. 1, г).
