Єрьоменко Олексій Володимирович

ФАКУЛЬТЕТ ЕНЕРГОМЕХАНІКИ І АВТОМАТИЗАЦІЇ (ФЕМА)

Специальность: Подйомно-транспортні, дорожні, будівельні, меліоративні машини й обладнання

Керівник: Гутаревич В.О.

Email: yeryomenav@mail.ru

Автореферат магістерської роботи

на тему:

"Дослідження і обґрунтування параметрів стрічкових конвеєрів для машинобудівних заводів":

Актуальність роботи

               Розробка конструкцій, проектування і нормальна експлуатація конвеєрів не можливі без точного науково обґрунтованого методу розрахунку ряду параметрів й елементів конструкцій, що випливає із глибокого наукового аналізу фізичних явищ, які проходять у процесі роботи конвеєрної установки.
              Цим пояснюється те, що як на Україні, так і за рубежем проводяться значні теоретичні й експериментальні дослідження, внаслідок чого з'явилася велика кількість різноманітних методик розрахунку стрічкових конвеєрів. У багатьох країнах для розрахунків стрічкових конвеєрів існують або загальнодержавні стандарти, або нормалі різних фірм, що займаються конвеєробудуванням, однак результати розрахунків основних параметрів конвеєрів за цими методиками істотно розрізняються.
               У деяких вітчизняних і закордонних методиках розрахунку й наукових досліджень у цій області є значні протиріччя, а деякі важливі дослідження не доведені до кінця або вимагають додаткових уточнень. Багато коефіцієнтів, які прийняті в розрахунках стрічкового конвеєра практично не обґрунтовані і не враховують реальних умов роботи

Огляд існуючих досліджень

              Літератури, у якій розглядається розрахунок стрічкових конвеєрів досить багато. Однак ці книги ще радянських часів. Та сучасна література, що на даний момент доступна є передрукованням старих книг
              В "Справочнике по проектированию ленточных конвейеров" Зеленського О.В. і Петрова о.С. 1986 року видання міститься нормативно-довідковий матеріал по всіх розділах проектування стрічкових конвеєрів. Ці розділи містять: розрахунок стрічкових конвеєрів, вибір устаткування й стрічок, розробку опорних металоконструкцій, визначення технологічних навантажень та інші проектні роботи в обсязі, необхідному й достатньому для проектування конвеєрного транспорту. Також тут розглянуте встаткування загального призначення для стрічки шириною 800-1200 м.
              Книга Шахмейстера Л.Д., Дмитрієва В.Г. "Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров" 1972 року видання є найбільш повним посібником до розрахунку стрічкових конвеєрів. У ній розглядаються такі питання: розрахунок продуктивності стрічкових конвеєрів, аналіз теоретичних й эксперементальных даних по різних видах опору, теорія передачі тягового зусилля фрикційним приводом, нестаціонарні процеси, аналіз існуючих методик прочностного розрахунку стрічок.
              У книзі "Транспорт на горных предприятиях" Кузнєцова Б.О. освітлені пристрій, теорія, розрахунок й експлуатація транспортних засобів вугільних підприємств і кар'єрів. Відповідно тут є розділ, присвячений стрічковим конвеєрам, у якому коротенько описуються основні моменти даного виду транспорту. Основи теорії й довідкові дані транспортного встаткування, приклади розрахунку основних і допоміжних транспортних засобів гірських підприємств наведені в книзі Будишевського В.О. і Сулимы О.О. "Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств". Тут також є розділ присвячений проектувальному розрахунку стрічкового конвеєра з довідковими даними

Теоретичний аналіз

               У цій роботі розглядається розрахунок п'яти проектувальних методик стрічкових конвеєрів, який здіснюється в системі MathCad. Для початку визначення основних параметрів конвеєра задаємося спрощеною розрахунковою схемою стрічкового конвеєра і наступними вхідними даними:

Q=300 т/год - продуктивність;

L=500 м - довжина транспортування;

V=2 м/с - швидкість руху стрічки;

= 18 - кут нахилу конвеєра;

=25 - кут природного укосу;

=1 т/м3 - насипна вага вантажу;

=30 мм - розмір найбільших шматків;

=250 мм - насипна вага вантажу.

              Розрахунок проводився в послідовності, показаної на мал.2. Розглянемо ці методики відповідно до порядку розрахунку. Тому що продуктивністю ми задаємося, то першим етапом розрахунку є визначення ширини стрічки по заданій продуктивності. Визначення ширини стрічки B по методиках [1], [5] однакові. Однак прийнятий коефіцієнт продуктивності має істотну різницю в значенні більш ніж у два рази. Така ж ситуація в методиках [2] й [4]. Ширина стрічки за методикою [3] приймається з умови кусковатості. Далі за порядком розрахунку проводиться перевірка ширини стрічки по кусковатості Bmax, що показує здатність стрічки транспортувати вантаж певного розміру без його просыпания.

Мал.1. Порядок розрахунку основних параметрів стрічкового конвеєра.

              Отримане значення в методиці округляється до стандартного з обліком крупності шматків та їхнього процентного вмісту в масі вантажу, що транспортується. Визначення цього параметра в методиці [4] трохи відрізняється від інших аналізуюмих методик. Визначення погонних навантажень від маси обертових частин роликоопор за методикою [1] здійснюється з урахуванням прискорення вільного падіння - g, що дозволяє визначити погонні навантаження більш точно. В іншому, що стосується формул аналізовані методики аналогічні.
              Погонні навантаження від ваги стрічки в розглянутих методиках розраховуються з урахуванням товщини нижньої й верхньої обкладок стрічки, кількості й товщини прокладок. За методикою [1] погонне навантаження приймається по таблиці. При розрахунку опорів руху для всіх методик задавалася стрічка ТК-300.
              Для визначення погонних навантажень від маси обертових роликоопор вантаженої q' і холостої q" вітки необхідно задатися їхньою масою Gp і відстанню lp між ними. Приймаючи ці параметри, керуємося тими ж методиками, по яких ведемо розрахунки. При цьому в окремих методиках прийняті дані істотно відрізняються, так найбільші значення Gp'=31,4 кг/м отримані по методиках [3], [5]. Тут маса обертових частин роликоопор расчитывается приблизно по имперічним формулах:

для вантаженої вітки

для холостої вітки

де B - ширина стрічки.

              У методиках [2] й [4] вибір Gp здійснюється по аналогічних таблицях залежно від ширини стрічки. Тільки в методиці [1] маса роликів вибирається з таблиці з урахуванням насипної щільності вантажу, що транспортується. Наступним етапом розрахунків є визначення опору на порожнякової Wпор і вантажної Wгр вітках, а також загальний опір Wo. У даних розрахунках ураховуються опір, який виникає при транспортуванні вантажу стрічкою з урахуванням кута нахилу конвеєрної установки до обрію. Це опір погонних навантажень від вантажу, що транспортується, ваги обертових частин роликоопор холостої та вантаженої вітки, й опору, який виражаються через коефіцієнт .
              У методиці [1] визначається окружне (тягове) зусилля Рр, яке необхідне для подолання опору, виникаючого при транспортуванні вантажу стрічкою конвеєра. У формулу входить коефіцієнт Кд враховуючий додатковий опір руху стрічки по роликоопорам і барабанах у місцях завантаження. За методикою [2] при визначенні опорів бере участь коефіцієнт К, який приймається залежно від довжини конвеєра і показує частку впливу опору руху стрічки конвеєра на холосту вітку залежно від довжини конвеєра. Чим більше довжина конвеєра тим менше значення приймає коефіцієнт. У даній методиці коефіцієнт опору руху може вибиратися з таблиці як для всього конвеєра так і роздільно для вантажної та порожнякової віток. Розрахунок опору руху стрічки за методикою [3] коэффицтентом с2 враховується місцевий опір (пункт завантаження, барабани, що відхиляють стрічку, очисні пристрої) та підвищення опору при зниженні натягу стрічки. Даний коефіцієнт приймається залежно від довжини конвеєра. Також у розрахунок загального опору включені специфічний місцевий опір при терті вантажу о борт на який стрічка не опирається й терті вантажу о борт на який стрічка опирається.

              У методиці [4] загальний опір визначається з різниці натягів на вантаженій та порожняковій вітках. Опір на вантажній вітці розраховюється з урахуванням опору руху стрічки на завантажувальній ділянці Wзагр. По розрахунках [5] при визначенні загального опору руху стрічки значення опорів на навантаженій та порожняковій вітках ділиться на узагальнений коефіцієнт k, що враховує додатковий зосереджений опір. Узагальнений коефіцієнт - опору руху стрічки приймається залежно від умов эксплуатцаии й призначення конвеєра по таблицях. Даний коефіцієнт приймає значення в аналізованих методиках від 0,018 до 0,024, при наступних прийнятих умовах: сухо, необразивно, на поверхні, у приміщенні. У методиці [5] розрахунок стрічкового конвеєра здіснюється тільки для підземних умов праці, тому коефіцієнт опору у два рази більше =0,04. Розрахунок натягів стрічки за методикою [1] здіснюється у двох точках: набігання й збігання стрічки з барабана. Натяг в точці набігання визначається шляхом множення окружного (тягового) зусилля на коефіцієнт Kc, а в точці збігання відрахуванням окружного зусилля Pr від значення натягу в точці набігання на барабан. Коефіцієнт Kc визначається за формулою:

де де - коефіцієнт зчеплення стрічки з барабаном;

      - кут обхвату барабана стрічкою.

              Натяг стрічки за методикою [2] визначається рішенням системи рівнянь. Тут натяг у точці набігання стрічки Sнаб на приводний барабан розраховується з урахуванням коефіцієнта запасу сил тертя Kt=1,15...1,2

              Визначення натягів стрічки по розрахунках, приведеним в [3] визначається відповідно до умови зчеплення стрічки з барабаном і натягу стрічки за умовою повсюдного розтягання. Ці умови гарантують відсутність прослизання стрічки щодо барабана й натягу стрічки у всіх точках конвеєра, при якому стрічка не провисає між роликоопорами. З умови повсюдного розтягання стрічки й опори на вантажній вітці визначаємо максимальний натяг стрічки конвеєра. При розрахунку натягу за умовою зчеплення задається запас тягової здатності приводу kt=1,3-1,4.
              За методикою [4] натяг стрічки визначається шляхом обходу конвеєра по контуру. Початковий натяг - у точці збігання стрічки з барабана визначається системою рівнянь. Далі розрахунок здійснюється за принципом:

де - натяг в точках i й 1+1;

де - опір на ділянці між цими точками.
              Визначення натягу стрічки за методикою [5] також здійснюється методом обходу по контуру. Натяг S1 розраховується з умов забезпечення передачі тертям стрічці на приводі тягового зусилля Wo без пробуксовки та припустимого значення прогину стрічки між роликами на вантаженій галузі в точці найменшого натягу цієї галузі. За натяг у точці збігання стрічки із приводного барабана приймається більше значення, яке знайдене із цих умов. Далі натяг в інших точках розраховуються методом обходу конвеєра по контуру.
              Визначення розрахункової потужності двигуна приводу аналогічно для всіх розглянутих методик (мал.1). У методиці [1] розрахунок потужності ведеться за участю коефіцієнта K - коефіцієнта неврахованих втрат. У методиці [3] використається коефіцієнт kреж, що враховує режим роботи конвеєра.
              Отримані результати розрахунків були зведені в таблицю 1. У ній виконано порівняння отриманих даних через їх максимальні та мінімальні значення.

Табл.1. Результати розрахунків основних параметрів стрічкових конвеєрів.

Параметр	[1]	[2]	[3]	[4]	[5]	min	max	Рiзниця
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. Аналіз отриманих результатів

              Достатню точність параметрів аналізованих методик до 5% дає розрахунок погонних навантажень від вантажу, що транспортується. Різниця між найменшим q=40,9 кг/м і найбільшим q=41,7 кг/м значенням становить 2% (табл. 1). Розходження в результатах розрахунку на 5% визначено при розрахунку опору руху стрічки на порожняковій і вантажній вітках. Так найбільше значення опору на порожняковій галузі Wпор=-2329 кн за методикою [4] менше на 5% мінімального результату Wпор=-2202 кн, отриманого за методикою [5]. Аналогічно й з опором на навантаженій галузі (табл.1): Wгр=10320 кн за методикою [5] на 5% більше найменшого значення Wгр=9785 кн розрахованого за методикою [2].
              З точністю до 10 % визначається максимальний розмір вантажу Bamax, що транспортується. Даний параметр, знайдений за методикою [4], відрізняється на 7% від інших методик. Відмінність у результатах визначення погонних навантажень від маси обертових роликоопор на порожняковій вітці q" також не перевищує 10%.
              При розрахунку ширини стрічки конвеєра розходження в результатах розрахунку становить 34% (мал.3). Таке розходження в результатах досягається за рахунок підстановки у формулу коефіцієнта продуктивності. Даний коефіцієнт являє собою площу поперечного переріза вантажу на стрічці. У розглянутих методиках коефіцієнт продуктивності має значення від 270 до 700. Такий розбіг у прийнятих даних є не припустимим, тому коефіцієнт продуктивності необхідно уточнити.
              Результати визначення маси стрічки ql (мал.4) у розглянутих методиках розрахунку стрічкового конвеєра змінюються в межах 27%. Даний параметр задавався для всіх методик однаковий і на результати розрахунку не вплинув. Розрахунок маси стрічки необхідно уточнити, тому що вона впливає на розрахунок загального опору руху стрічки.

Мал.3.Результати розрахунку ширини стрічки й загального опору
руху по досліджуваних методиках.

              При розрахунку погонного навантаження (мал.4) від маси обертових частин роликоопор навантаженої галузі q' отримана різниця в результатах склала 30%. Це пояснюється тим, що в методиках [3] й [5] розрахунок здійснюється приблизно по империчним формулам. У методиках [2] і [4] при розрахунку цього параметра маса обертових частин роликоопор вибиралася по ідентичних таблицях. У методиці [1] розрахунок маси обертових частин роликоопор трохи відрізняється від інших методик.

Мал.4. Результати розрахунку погонних навантажень.

              У розрахунку загального опору Wo (мал.3) різниця знайдених значень становить 31% за рахунок методики [5]. Як указувалося вище, у даній методиці розрахунок здійснюється з коефіцієнтом опору для підземних умов. Також у даній методиці при розрахунку бере участь коефіцієнт, що враховує зосереджені опори, який у свою чергу істотно впливає на результат. Результати розрахунку по методиках [1], [2] й [3] відрізняються між собою не більше ніж на 1%. Загальний опір, знайдений за методикою [4] відрізняється від методики [1] на 14%. У методиці [4] опори на пункті завантаження розраховується окремо, а в інших методиках цей опір ураховується коефіцієнтами. Загальний опір далі бере участь у розрахунку інших параметрів конвеєра (натяг стрічки, потужність двигуна й ін.). Відповідно різниця в результатах цих параметрів досягається за рахунок попереднього розрахунку загального опору.

4. Рекомендації з уточнення розрахункових параметрів

              У наведених методиках розрахунку використаються коефіцієнти, знайдені експериментальним шляхом, які не враховують реальних умов роботи конвеєра. Для визначення й уточнення цих коефіцієнтів пропонується використовувати пристрої, які могли б з достатньою точністю експериментально їх визначити, враховуючи при цьому реальні умови роботи. На даний момент пропонується використати два таких прилади: пристрій для визначення коефіцієнта зчеплення (УОКС) і пристрій для визначення опору обертанню роликів (УОСВР).
              УОКС схематично зображений на мал.5. Прилад використається для визначення коефіцієнта зчеплення між стрічкою й барабаном. Він складається із пружних елементів (пружин) 3 й 5, штока 2, корпуса 4, індикатора 1 і зразкотримателя 6. На зразкотримателі закріпиться кусочок стрічки, що використається на даному конвеєрі. Принцип роботи УОКС наступний; пристрій притискається до барабана з певним зусиллям, що виміряється й проводять його по поверхні приводного барабана. При цьому на шкалі індикатора показується сила тертя. Знаючи нормальне зусилля й силу тертя визначаємо коефіцієнт тертя.
              УОСВР схематично зображений на мал.6. Він складається з вала із чотиригранним наконечником 1, корпуса 2, пластикової втулки 3, рукоятки 4, пружини 5, і кришки 6. Принцип роботи пристрою наступний: на чотиригранник 1 встановлюється наставка, що могла б стикатися з роликом. Далі прикладаємо наставку до ролика й обертаємо рукоятку 4 прилади. При цьому на втулці 3 розмічена шкала, а на рукоятці 4 встановлений покажчик, що переміщається по шкалі й показує зусилля, що було прикладено для обертання ролика.
              В обох пристроях як вимірник навантаження застосовується пружний елемент - пружина. Для одержання об'єктивних даних вимірів виникає необхідність тарувати цей елемент.

Мал.5. Пристрій для визначення коефіцієнта зчеплення.

Мал.6. Пристрій для визначення коефіцієнта зчеплення.

              Тарування пружин здійснюється тензометром. Тензометр (від лат. tensus - напружений й ... метр), прилад для виміру деформацій, викликаних механічними напругами у твердих тілах. Найпоширеніші є электротензометры опору, основним елементом яких служить тензорезисторний датчик.

Висновки

              Загальний аналіз показав, що порядок розрахунку у всіх розглянутих методиках аналогічний. Детальний аналіз виявив, що майже на кожному етапі розрахунку кожна методика має свої особливості визначення основних параметрів. Ці особливості полягають не тільки у формулах розрахунку тих або інших параметрів. Так значення стандартних параметрів (наприклад вага обертових частин роликоопор на навантаженій і холостой вітках) і коефіцієнтів, які вибираються по таблицях, істотно відрізняються. Даний факт значно позначається на результатах розрахунку, що й показала таблиця 1. Звідси випливає, що необхідно уточнити на практиці коефіцієнти, прийняті по таблицях. З погляду теорії необхідно уточнити розрахунок загального опору, що в аналізованих методиках розраховується з різним ступенем деталізації фактичних умов роботи.

Література

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.

Біографія

Посилання

Бібліотека

Звіт про пошук

Індівідуальне завдання