Ерёменко Алексей Владимирович

ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГОМЕХАНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ (ФЭМА)

Специальность: Подъемно-транспортные, дорожные, строительные, мелиоративные машины и оборудование

Руководитель: Гутаревич В.О.

Email: yeryomenav@mail.ru

Автореферат магистерской работы

на тему:

"Исследование и обоснование параметров ленточных конвейеров для машиностроительных заводов":

Актуальность работы

               Разработка конструкций, проектирование и нормальная эксплуатация конвейеров не возможны без точного научно обоснованного метода расчета ряда параметров и элементов конструкций, вытекающего из глубокого научного анализа физических явлений, протекающих в процессе работы конвейерной установки.
              Этим объясняется то, что как на Украине, так и за рубежом проводятся значительные теоретические и экспериментальные исследования, вследствие чего появилось большое количество методик расчета ленточных конвейеров. Во многих странах для расчетов ленточных конвейеров существуют либо общегосударственные стандарты, либо нормали различных фирм, занимающихся конвейеростроением, однако результаты расчетов основных параметров конвейеров по этим методикам существенно различаются.
              Большое разнообразие областей применение конвейерного транспортирования привело к тому, что различными организациями созданы методики расчетов, которые естественно, не обладают универсальностью. В некоторых отечественных и зарубежных методиках расчета и научных исследованиях в этой области имеются значительные противоречия, а некоторые важные исследования не доведены до конца или требуют дополнительных уточнений. Многие коэффициенты, принимаемые в расчетах ленточного конвейера практически не обоснованы и не учитывают реальных условий работы.

Обзор существующих исследований.

                Литературы, в которой рассматривается расчет ленточных конвейеров достаточно много. Однако эти книги еще советских времен. Та современная литература, которая на данный момент доступна является перепечаткой старых книг.
              В "Справочнике по проектированию ленточных конвейеров" Зеленского О.В. и Петрова А.С. 1986 года издания содержится нормативно-справочный материал по всем разделам проектирования ленточных конвейеров. Эти разделы включают в себя: расчет ленточных конвейеров, выбор оборудования и лент, разработку опорных металлоконструкций, определение технологических нагрузок и другие проектные работы в объеме, необходимом и достаточном для проектирования конвейерного транспорта. Также здесь рассмотрено оборудование общего назначения с шириной ленты 800-1200 м.
              Книга Шахмейстера Л.Д., Дмитриева В.Г. "Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров" 1972 года издания является наиболее полным пособием к расчету ленточных конвейеров. В ней рассматриваются следующие вопросы: расчет производительности ленточных конвейеров, анализ теоретических и экспериментальных данных по различным видам сопротивлений, теория передачи тягового усилия фрикционным приводом, нестационарные процессы, анализ существующих методик прочностного расчета лент.
              В книге "Транспорт на горных предприятиях" Кузнецова Б.А. освещены устройство, теория, расчет и эксплуатация транспортных средств угольных предприятий и карьеров. Соответственно здесь есть раздел, посвященный ленточным конвейерам, в котором вкратце описываются основные моменты данного вида транспорта. Основы теории и справочные данные транспортного оборудования, примеры расчета основных и вспомогательных транспортных средств горных предприятий приведены в книге Будишевского В.А. и Сулимы А.А. "Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств". Здесь также есть раздел посвященный проектировочному расчету ленточного конвейера со справочными данными.

Теоретический анализ

                В этой работе рассматривается расчет пяти проектировочных методик ленточных конвейеров, который производится в системе MathCad. Для начала определения основных параметров конвейера задаемся упрощенной расчетной схемой ленточного конвейера и следующими исходными данными:

Q=300 т/час – производительность;

L=500 м – длина транспортирования;

V=2 м/с – скорость движения ленты;

= 18 – угол наклона конвейера;

=25 – угол естественного откоса;

=1 т/м3 – насыпной вес груза;

=30 мм – размер наибольших кусков;

=250 мм – насыпной вес груза.

                Расчет проводился в последовательности, показанной на рис.1. Рассмотрим эти методики согласно порядку расчета. Так как производительностью мы задаемся, то первым этапом расчета является определение ширины ленты по заданной производительности. Определение ширины ленты B по методикам [1], [5] одинаковы. Однако принимаемый коэффициент производительности имеет существенную разницу в его значении более чем в два раза. Такая же ситуация в методиках [2] и [4]. Ширина ленты по методике [3] принимается из условия кусковатости. Далее по порядку расчета проводится проверка ширины ленты по кусковатости Bmax, которая показывает способность ленты транспортировать груз определенной крупности без его просыпания.

Рис.1. Порядок расчета основных параметров ленточного конвейера.

                Полученное значение в методике округляется до стандартного с учетом крупности кусков и их процентного содержания в массе транспортируемого груза. Определение этого параметра в методике [4] немного отличается от других анализируемых методик. Определение погонных нагрузок от массы вращающихся частей роликоопор по методике [1] производится с учетом ускорения свободного падения - g, что позволяет определить погонные нагрузки более точно. В остальном, что касается формул, анализируемые методики аналогичны.
              Погонные нагрузки от веса ленты в рассматриваемых методиках рассчитываются с учетом толщины нижней и верхней обкладок ленты, количества и толщины прокладок. По методике [1] погонная нагрузка принимается по таблице. При расчете сопротивлений движению для всех методик задавалась лента ТК-300.
              Для определения погонных нагрузок от массы вращающихся роликоопор груженной q' и холостой q" ветвей необходимо задаться их массой Gp и расстоянием lp между ними. Принимая эти параметры, руководствуемся теми же методиками, по которым ведем расчеты. При этом в отдельных методиках принимаемые данные существенно отличаются, так наибольшие значения Gp'=31,4 кг/м получены по методикам [3], [5]. Здесь масса вращающихся частей роликоопор рассчитывается приближенно по империческим формулам:

для груженой ветви

для холостой ветви

где B – ширина ленты.

                В методиках [2] и [4] выбор Gp производится по аналогичным таблицам в зависимости от ширины ленты. Только в методике [1] масса роликов выбирается из таблицы с учетом насыпной плотности транспортируемого груза. Следующим этапом расчетов является определение сопротивлений на порожняковой Wпор и грузонесущей Wгр ветвях, а также общее сопротивление Wo. В данных расчетах учитываются сопротивления, возникающие при транспортировании груза лентой с учетом угла наклона конвейерной установки к горизонту. Это сопротивления погоных нагрузок от транспортируемого груза, веса вращающихся частей роликоопор холостой и груженной ветви, и сопротивлений которые выражаются через коэффициент .
               В методике [1] определяется окружное (тяговое) усилие Рр, необходимое для преодоления сопротивлений возникающих при транспортировании груза лентой конвейера. В формулу входит коэффициент Кд учитывающий дополнительное сопротивление движению ленты по роликоопорам и барабанам в местах загрузки.
               По методике [2] при определении сопротивлений участвует коэффициент К, который принимается в зависимости от длины конвейера и показывает долю влияния сопротивлений движению ленты конвейера на холостой ветви в зависимости от длины конвейера. Чем больше длина конвейера, тем меньшее значение принимает коэффициент. В данной методике коэффициент сопротивления движению может выбираться из таблицы как для всего конвейера, так и раздельно для грузонесущей и порожняковой ветви.
               Расчет сопротивления движению ленты по методике [3] коэффициентом с2 учитывает местные сопротивления (пункт загрузки, отклоняющие барабаны, очистные устройства) и повышение сопротивления при снижении натяжения ленты. Данный коэффициент принимается в зависимости от длины конвейера. Также в расчет общего сопротивления включены специфические местные сопротивления при трении груза о борт, на который лента не опирается и трении груза о борт, на который лента опирается.

               В методике [4] общее сопротивление определяется из разности натяжений на груженной и порожняковой ветвях. Сопротивление на груженой ветви рассчитывается с учетом сопротивления движению ленты на загрузочном участке Wзагр.
              По расчетам [5] при определении общего сопротивления движению ленты значения сопротивлений на груженой и порожняковой ветвях умножаются на обобщенный коэффициент k, учитывающий дополнительные сосредоточенные сопротивления. Обобщенный коэффициент - сопротивления движению ленты принимается в зависимости от условий эксплуатации и назначения конвейера по таблицам. Данный коэффициент принимает значения в анализируемых методиках от 0,018 до 0,024, при следующих принятых условиях: сухо необразивно, на поверхности, в помещении. В методике [5] расчет ленточного конвейера производится только для подземных условий работы, поэтому коэффициент сопротивления в два раза больше =0,04.
              Расчет натяжений ленты по методике [1] производится в двух точках: набегания и сбегания ленты с барабана. Натяжение в точке набегания определяется путем умножения окружного (тягового) усилия на коэффициент Kc, а в точке сбегания вычитанием окружного усилия Pr от значения натяжения в точке набегания на барабан. Коэффициент Kc определяется по формуле:

где - коэффициент сцепления ленты с барабаном;

       - угол обхвата барабана лентой.

                Натяжение ленты по методике [2] определяется решением системы уравнений. Здесь натяжение в точке набегания ленты Sнаб на ведущий барабан рассчитывается с учетом коэффициента запаса сил трения Kt=1,15…1,2

              Определение натяжений ленты по расчетам, приведенным в [3] определяется согласно условию сцепления ленты с барабаном и натяжения ленты по условию повсеместного растяжения. Эти условия гарантируют отсутствие проскальзывания ленты относительно барабана и натяжения ленты во всех точках конвейера, при котором лента не провисает между роликоопорами. Из условия повсеместного растяжения ленты и сопротивления на грузонесущей ветви определяем максимальное натяжение ленты конвейера. При расчете натяжения по условию сцепления задается запас тяговой способности привода kt=1,3-1,4.
              По методике [4] натяжение ленты определяется путем обхода конвейера по контуру. Начальное натяжение - в точке сбегания ленты с барабана определяется системой уравнений. Далее расчет осуществляется по принципу:

где - натяжения в точках i и i+1;

где - сопротивления на участке между этими точками.
              Определение натяжения ленты по методике [5] также осуществляется методом обхода по контуру. Натяжение S1 находится из условий обеспечения передачи трением ленте на приводе тягового усилия Wo без пробуксовки и допустимого значения провеса ленты между роликами на груженой ветви в точке наименьшего натяжения этой ветви. За натяжение в точке сбегания ленты с приводного барабана принимается большее значение, найденное из этих условий. После чего натяжения в остальных точках рассчитываются методом обхода по контуру конвейера.
              Определение расчетной мощности двигателя привода аналогично для всех рассматриваемых методик (рис.1). В методике [1] расчет мощности ведется с участием коэффициента K - коэффициента неучтенных потерь. В методике [3] используется коэффициент kреж, который учитывает режим работы конвейера.
               Полученные результаты расчетов были сведены в таблицу 1. В ней произведено сравнение полученных данных через их максимальные и минимальные значения.

Табл.1. Результаты расчетов основных параметров ленточных конвейеров.

Параметр	[1]	[2]	[3]	[4]	[5]	min	max	Разница
Bamax, мм	-	700	700	750	700	700	750	7%
q,Н/м	409	417	417	417	417	409	417	2%
Wпор, кН	-	-2154	-2279	-2329	-2202	-2202	-2329	5%
Wгр, кН	-	9785	9865	10160	10320	9785	10320	5%
Sнаб, кН	10140	10149	9913	11810	13820	9913	13820	28%
Sсб, кН	2885	2532	4747	3360	5436	2532	5436	53%

3. Анализ полученных результатов

               Достаточную точность параметров анализируемых методик до 5% дает расчет погонных нагрузок от транспортируемого груза. Разница между наименьшим q=40,9 кг/м и наибольшим q=41,7 кг/м значением составляет 2% (табл. 1). Различие в результатах расчета на 5% определено при расчете сопротивления движению ленты на порожняковой и груженой ветвях. Так наибольшее значение сопротивления на порожняковой ветви Wпор=-2329 кН по методике [4] меньше на 5% минимального результата Wпор=-2202 кН, полученного по методике [5]. Аналогично и с сопротивлением на груженой ветви (табл.1): Wгр=10320 кН по методике [5] на 5% больше наименьшего значения Wгр=9785 кН рассчитанного по методике [2].
               С точностью до 10 % определяется максимальный размер транспортируемого груза Bamax. Данный параметр, определенный по методике [4], отличается на 7% от других методик. Отличие в результатах определения погонных нагрузок от массы вращающихся роликоопор на порожняковой ветви q" также не превышает 10% (рис.4).
               При расчете ширины ленты конвейера различие в результатах расчета составляет 34% (рис.3). Такое различие в результатах достигается за счет подстановки в формулу коэффициента производительности. Данный коэффициент представляет собой площадь поперечного сечения транспортируемого груза на ленте. В рассматриваемых методиках коэффициент производительности имеет значения от 270 до 700. Такой разбег в принимаемых данных является не допустимым, поэтому коэффициент производительности необходимо уточнить.
               Результаты определения массы ленты ql (рис.4) в рассматриваемых методиках расчета ленточного конвейера изменяются в пределах 27%. Данный параметр задавался для всех методик одинаковый и на результаты расчета не повлиял. Так как масса ленты влияет на расчет общего сопротивления движению ленты, то его соответственно необходимо уточнить.

Рис.3.Результаты расчета ширины ленты и общего сопротивления
движению ленты по изучаемым методикам.

               При расчете погонной нагрузки (рис.4) от массы вращающихся частей роликоопор груженой ветви q' полученная разница в результатах составила 30%. Это объясняется тем, что в методиках [3] и [5] расчет производится приближенно по империческим формулам. В методиках [2] и [4] при расчете этого параметра масса вращающихся частей роликоопор выбиралась по идентичным таблицам. В методике [1] расчет массы вращающихся частей роликоопор немного отличается от других методик.

Рис.4. Результаты расчета погонных нагрузок.

               В расчете общего сопротивления Wo (рис.3) разница найденных значений составляет 31% за счет методики [5]. Как указывалось выше, в данной методике расчет осуществляется с коэффициентом сопротивления для подземных условий. Также в данной методике при расчете участвует коэффициент, учитывающий сосредоточенные сопротивления, который в свою очередь существенно влияет на результат. Результаты расчета в методиках [1], [2] и [3] отличаются друг от друга не более чем на 1%. Общее сопротивление, найденное по методике [4] отличается от методики [1] на 14%. В методике [4] сопротивления на пункте загрузки рассчитывается отдельно, а в остальных методиках это сопротивление учитывается коэффициентами.
              Общее сопротивление далее участвует в расчете остальных параметров конвейера (натяжение ленты и мощность двигателя и др.). Соответственно разница в результатах этих параметров достигается за счет предыдущего расчета общего сопротивления.

4. Рекомендации по уточнению расчетных параметров

              В приведенных методиках расчета используются коэффициенты, найденные экспериментальным путем, которые не учитывают реальных условий работы конвейера. Фактически эти данные принимаются с «потолка». Для определения и уточнения этих коэффициентов предлагается использовать устройства, которые могли бы с достаточной точностью экспериментально их определить, учитывая при этом реальные условия работы. На данный момент предлагается использовать два таких прибора: устройство для определения коэффициента сцепления (УОКС) и устройство для определения сопротивления вращению роликов (УОСВР).
              УОКС схематически изображен на рис.5. Прибор используется для определения коэффициента сцепления между лентой и барабаном. Он состоит из упругих элементов (пружин) 3 и 5, штока 2, корпуса 4, индикатора 1 и образцедержателя 6. На образцедержателе закрепится кусочек ленты, которая используется на данном конвейере. Принцип работы УОКС следующий; устройство прижимается к барабану с определенным усилием, которое измеряется и проводят его по поверхности приводного барабана. При этом на шкале индикатора показывается сила трения. Зная нормальное усилие и силу трения, определяем коэффициент трения.
              УОСВР схематически изображен на рис.6. Он состоит из вала с четырехгранным наконечником 1, корпуса 2, пластиковой втулки 3, рукоятки 4, пружины 5, и крышки 6. Принцип работы устройства следующий: на четырехгранник 1 надевается наставка, которая могла бы соприкасаться с роликом. Далее прикладываем наставку к ролику и вращаем рукоятку 4 прибора. При этом на втулке 3 размечена шкала, а на рукоятке находится указатель, который перемещается по шкале и показывает усилие, которое было приложено для вращения ролика.
              В обоих устройствах в качестве измерителя нагрузки применяется упругий элемент - пружина. Для получения объективных данных измерений возникает необходимость тарировать этот элемент.

Рис.5. Устройство для определения коэффициента сцепления.

Рис.6. Устройство для определения коэффициента сцепления.

              Тарирование пружин осуществляется тензометром. Тензометр (от лат. tensus — напряжённый и ... метр), прибор для измерения деформаций, вызываемых механическими напряжениями в твёрдых телах. Наиболее распространены электротензометры сопротивления, основным элементом которых служит тензорезисторный датчик.

Выводы

              Общий анализ показал, что порядок расчета во всех рассмотренных методиках аналогичен. Детальный анализ выявил, что почти на каждом этапе расчета различные методики имеют свои особенности определения основных параметров. Так, значения стандартных параметров (например вес вращающихся частей роликоопор на грузонесущей и холостой ветвях) и коэффициентов, которые выбираются по таблицам используемых методик расчета, существенно отличаются. Данный факт значительно сказывается на результатах расчета, что и показала таблица 1. Из этого следует, что необходимо уточнить на практике коэффициенты, принимаемые по таблицам. С точки зрения теории необходимо уточнить расчет общего сопротивления, которое в анализируемых методиках рассчитывается с различной степенью детализации фактических условий роботы.

Литература

1."Справочник по проектированию ленточных конвейеров" О.В.Зеленский, А.С.Петров. -М.: 1986. -223с.

2."Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров" Л.Г.Шахмейстер, В.Г.Дмитриев. -М.: 1972. -300с.

3."Транспорт на горных предприятиях" Б.А.Кузнецов, -М.: 1976. -552с.

4."Расчеты грузоподъемных транспортирующих машин" Ф.К.Иванченко, В.С.Бондарев, Н.П.Колесник, В.Я.Барабанов -М.: 1978. -523c.

5."Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств" В.А.Будишевский,А.А.Сулима. -Донецк.: 1999. -216c.

6. "Подземные конвейерные установки"Л.Г.Шахмейстер, Г.И. Солод -М.1976. -432с.

7. "Конвейеры: Справочник" Р.П.Зенков, В.К.Дьячков -Л.: 1984. -367с.

8. "Машины непрерывноготранспорта" В.И.Плавинский.-М.: 1977. -719с.

9. "Машины непрерывного транспорта" Учебное пособие для студентов, Р.П.Зенков, И.И.Иванов, Л.Н.Гнутков. -М.: 1980. -304с.

Биография

Ссылки

Библиотека

Отчет о поиске

Индивидуальное задание