Автореферат по теме: |
|
Обоснование экономии энергии вследствие устранения перекоса роликов ленточного конвейера |
|
Составитель: Дрыга И. С. |
|
Руководитель: профессор Чебаненко К. И. |
|
Ленточный конвейер – наиболее продуктивное транспортное средство, применяемое на горных предприятиях.
Одним из перспективных направлений в разработке конструкций ленточных конвейеров является применение канатного става и подземных шарнирных роликоопор. Применение подвесного става позволяет на 25-30% уменьшить трудоемкость монтажа конвейера, увеличить срок службы за счет уменьшения прямолинейности става и ликвидации заштыбовки нижней ветви.
При движении по роликоопорам става конвейерная лента под действием различных сил отклоняется в сторону от своего центрального положения, и возникает явление, называемое боковой сход. Нецентральное движение ленты и сейчас является одной из причин простоя конвейеров, появления просыпей груза и заштыбовке става, уменьшения срока службы ленты. Установлено, что 13% всех поверхностей ленты составляет расслоение бортов, возникающее из-за трения ленты по стойком става или крепи. Расслоение бортов приводит к тому, что лента снимается из эксплуатации через 10-12 месяцев, причем часто с вполне работоспособной несущей частью. В результате трения бортов ленты о стойки става наблюдается также их интенсивный износ, что приводит к уменьшению ширины ленты. Уменьшение ширины ленты снижает продуктивность конвейера и увеличивает просыпание груза. Важен вопрос о точной установке става, потому что неточная установка – причина бокового схода ленты, который приводит к уменьшению срока ее службы, заштыбовке става, повышенному износу роликов, увеличению энергоемкости транспортирования. Решению данного вопроса и посвящена данная работа.
При движении по роликоопорам става конвейерная лента под действием различных сил отклоняется в сторону от своего центрального положения, и возникает явление, которое в практике называется боковой сход. Рассмотрим причины, приводящие к появлению боковых центрирующих сил.
В процессе эксплуатации конвейера на ленту, движущуюся по линейной части, действуют боковые силы, вызываемые следующими факторами:
- прекосом роликоопор в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
- отклонением става от оси конвейера;
- неодинаковым сопротивлением вращению боковых роликов опоры;
- нецентральной загрузкой ленты;
- непрямолинейностью ленты в горизонтальной плоскости;
- несимметричным распределением натяжения по ширине ленты;
- неодинаковым натяжением канатов става
Рис. 1 Схема бокового схода конвейерной ленты
Рисунок анимирован, параметры анимации:размер - 8 КБ, количество циклов повторения - 10.
Большинство децентрирующих факторов можно рассматривать, как статические. Для децентрирующих усилий и моментов рассмотрим взаимодействие ленты и роликоопоры .
Устойчивость хода ленты во многом определяется перекосом роликов по длине става. Кроме того, одним из основных принципов центрирования положения ленты является регулировка ее хода перекосов либо обычных, либо специальных, центрирующих роликоопор.
Перекос роликов также вызывает добавочное сопротивление движению ленты. Ответы на вопросы об эффективности применения той или иной конструкции центрирующей, роликоопоры, о допустимых перекосах роликов с точки зрения допустимого схода ленты и допустимого сопротивления ее движению, наконец, вопрос об устойчивости хода ленты невозможны без четкого представления о процессе взаимодействич ленты с перекошенным роликом.
Процесс взаимодействия конвейерной ленты с перекошенным роликом исследован недостаточно. По этому вопросу имеется ограниченное число специальных исследований. В лаборатории рудничного транспорта ДГИ на специальном стенде были проведены эксперимент по определению сил, действующих на перекошенный (центрирующий ) ролик. Полученные экспериментально углы перекоса ролика (2-30). при которых достигается максимальный коэффициент трения при поперечном скольжении ленты относительно ролика, были рекомендованы как наиболее эффективно с точки зрения центрировании ленты на конвейере. В то же время на практике имеют место перекосы регулируемого ролика, превышающие в несколько раз эти углы, и при этом достигается центрирование ленты.
Взаимодействие перекошенного колеса с рельсом, задача, во многом аналогична настоящей, тщательно исследовалось проф. Б. А. Кузнецовым. Экспериментально исследовались продольное и поперечное скольжение колеса. Разработаны теоретические основы этого процесса.
В угольных шахтах протяженность транспортных выработок, оснащенных ленточными конвейерами , непрерывно возрастает. Протяженность участковых и магистральных конвейерных линий , оснаженных ленточными конвейерами , возросла с 1040 до 1430 км на горизонтальных выработках и с 1050 до 1270 км на наклонных. Тенденция роста конвейеризации подземного транспорта сохраняется, причнм намечается увеличение уровней конвейеризации ленточными конвейерами выработок, служащих для транспорта угля от очистных и подготовительных забоев. Расширение области применения ленточных конвейеров и увеличение их числа на шахтах предопределяют повешение требований к их эксплуатации. Важными требованиями, предъявленными к монтажу и эксплуатации ленточных конвейеров, является правильная установка и периодическая своевременная регулировка положения става. От того как выполняются эти требования, во многом зависит размер затрат на обслуживание конвейерных линий.
На прктике применяют два способа установки става конвейра: напочвенный и подвесной. В последние годы все болшее распространение получает подвесной способ установки, при котором наиболее просто обеспепечиваеися соблюдение основных требований к качеству монтажа и условиям эксплуатации ленточных конвейеров в течении всего срока их работы: прямолинейность става, отсутствие перекосов секций и чрезмерных перегибов става и вертикальной плоскости.
Одним из важных преимуществ подвесной конструкции става по сравнению с надпочвенной является более стабильное положение става при интенсивном пучении почвы выработки, обеспечивающее центральное положение ленты без значительных боковых смещений, уменьшение износа ленты и просыпание груза. Кроме того, подвешенный став в пределах зазора между нижней ветвью конвейера и почвой обеспечивает независимую работу конвейера от величины и интенсивности получения пород почвы выработки, их обводненности и создаст реальные предпосылки для создания механизированных средств подрыва пучащих пород и уборки просыпей под ленточными конвейерам.
Как показали эксперементальные исследования, скорсть перекоса подвесных ставов в вертикальной плоскости в 8-10 раз меньше, чем надпочвенных. Вследствие этого ьрудозатраты по обеспечению центрального движения ленты при подвеске става к кровле уменьшается в 6-8 раз. Наиболее удобно параллельное расположение подвесок, так как при регулировке положения става укорачивание или удлинение отдельных подвесок не вызывает смещений става в горизонтальном направлении.
Наблюдения показали, что при боковых смещениях ленты горизонтальные отклонения става, с параллельными и раскосыми подвесками не превышают 1-2 см и практически не мешают проходу людей и движению транспорта вдоль конвейера.
В настоящее время Краснолучским машиностроительным заводом освоет серийный выпуск средств ленточных конвейеров. Разнообразные конструкции средств аналогичного назначенич разработаны и рационализаторами шахт.
Сказанное выше подчеркивает наличие резервов повышения эффективности подземного транспорта за счет широкого использования в шахтах подвесных ставов ленточных конвейеров. В связи с этим целесообразна модернизация ставов конвейеров, особенно с шириной ленты 800 и 1000 мм, чтобы они были пригодны как для установки на почву, так и для подвески к кровле выработок в зависимости от горно-геологических условий, в которых применяются ленточные конвейеры. Изготовление средств подвески должно быть организовано по единой технической документации .
Одним из важных слагаемых эффективности ленточных конвеейров является точность установки става. Его ленточная установка является основной причиной боковых смещений ленты, приводящих к уменьшению срока ее службы, заштыбовке става, повышенному износу обечаек роликов, увеличению энергоемкости транспортировки.
В настоящее время Московским горным институтом и ИГД им. А.А. Скочинского разработаны способ и средства точного выставления роликоопор и барабанов ленточного конвейера. Согласно этому способу на трассе конвейера отвесами или пешками размечают линию, параллельную оси конвейера и отстоящую от нее на расстоянии, равным половине ширины става плюс 200-300 мм. После предварительной расстановки секций става в начале или конце конвейера устанавливают или лазерный указатель направления, или лазерный визир, или технический теодолит так, чтобы луч (линия визирования теодолита) проходил на уровне краев боковых роликов через отвесы или пешки. В зависимости от трассы конвейера задают необходимый угол луча ( линии визирования ) к горизонту. Роликоопоры и барабаны конвейера выставляют с помощью специального шаблона, изготовленного с точностью не ниже II квалитета. Шаблон состоит из длинной рейки 3, по краям которой закреплены П-образные скобы 2 с выступами 1, короткой рейки 4, жестко соединенной с поперечиной 9. К поперечине 9 перпендикулярно к короткой рейке 4 крепится планка 8, на которой перпендикулярно к плоскости шаблона жестко установлены штырь 7 и экран 6 с рисками. Короткая рейка 4 с закркпленной на ней измерительной линейкой 11 и уровнем 10 продета под углом 5 и мимеет возможность перемещаться вдоль длинной рейки 3. Для выставления барабанов, стоек и роликоопор конвейеров с канатным ставом по краям длинной рейки 3 просверлены отверстия для крепления вместо П-образных скоб других сменных приспособлений в соответствии с проводимой операцией и типоразмерами конвейера.
Выставление роликоопор и барабанов предусматривает точную установку роликоопор и барабанов по оси конвейера; выставление роликоопор и барабанов перпендикулярно к оси конвейера: горизонтальное расположение роликоопр и барабанов.
Роликоопоры выставляют следующим образом: на роликоопору устанавливают шаблон, при этом П-образные скобы 2 с выступами 1 предохраняют рейку 3 от смещения на роликоопоре . Передвигаем короткую рейку 4 вдоль длинной рейки 3, совмещают экран 6 с лучом лазера (линией визирования). Для установки перпендикулярно к оси конвейера роликоопору с установленным на ней шаблоном разворачивают в горизонтальной плоскости до совмещения тени штыря 7 с серединой экрана 6 (до совмещения линии визирования с серединами штыря 7 и экрана 6 по корректирующим указаниям наблюдателя и теодолита). Затем выставляемую роликоопору или всю секцию става перемещают в поперечном направлении вместе с длинной рейкой 3, оставляя тень штыря 7 совмещенной с серединой экрана 6 (линию визирования совмещенной с серединами штыря 7 и экрана 5), добиваясь, чтобы смещение короткой рейки 4 относительно длинной реки 3, замеряемое линейкой 9, было на всех роликоопорах одинаковым и обеспечивало установку става симметрично оси конвейера в вертикальной плоскости роликоопоры выставляют по уровню 10. Вместо цилиндрического уровня может быть использован шнуровой отвес 12. При горизонтальном расположении роликоопоры пузырек уровня находится в центре камеры, а отвес напротив середины экрана 6. Точное выставление роликоопор грузовой ветви обусловливает правильное положение роликоопр порожняковой ветви относительно оси конвейера и в вертикальной плоскости. Выставление роликоопор порожняковой ветви перепендикулярно к оси конвейера, насколько позволяет конструкция става, производят аналогичным образом. При вертикальных отклонениях трассйконвейера необходимо корректировать направление луча (линии визирования) в вертикальной плоскости до совмещения с экраном 6.
При достижении диаметром луча размеров экрана 6 или ухудшении видимости лазер (теодолит) следует переносить вслед за удалением фронта работ.
У конвейеров с канатным ставом для точного и прямолинейного расположения канатов по трассе конвейера предварительно выставляют стойки, поддерживающие канаты. Для этого на рейке 3 закрепляют кронштейны 13, с помощью которых фиксируют на стойках. Со стойками производят операции, описанные выше, а затем выставляют роликоопоры грузовой ветви перпендикулярно к оси конвейера.
Если став подвешивается к кровле горной выработки, то подвески следует крепить так, чтобы их свободно висящие концы находились на линии луча (линии визирования), проходящего параллельно оси конвейера на расстоянии, равном половине расстояния между точками крепления подвесок к кровле. При одинаковой длине подвесок это обеспечивает прямолинейное расположение канатов на одном уровне параллельно оси конвейера. Крепление подвесок начинают с дальней от лазера (теодолита) и производят с обеих сторон от оси конвейера.
При выставлении барабана на него сверху устанавливают шаблон и фиксируют неподвижным 1 и винтовым 3 зажимами, под которые для упрощения фиксации шаблона модно подложить рейки 6, упирающиеся краями в торцы обечайки барабана. Длинная рейка 2 по всей длине должна касаться поверхности барабана. Выставление барабана осуществляется аналогично выставлению роликоопор. Если установка шаблона на барабан сверху затруднена, то длинную рейку 2 закрепляют сбоку барабана. При этом планку 4 можно снять. Луч (линию визирования), перемещая в вертикальной плоскости, наводят на середину поперечины 5 и, перекрепляя шаблон с диаметрально противоположных боков барабана или поворачивая барабан с шаблоном на 1800 , поворачивают барабан в горизонтальной плоскости так, чтобы расстояние от луча (линни визирования) до края барабана были одинаковы и равны расстоянию от луча (линии визирования) до оси конвейера без половины ширины барабана. В вертикальной плоскости барабан установливают с помощью уровня или отвеса.
Эксперементальная апробация разработанного способа и средств, проведенная на ленточном конвейере 1ЛУ-120 шахты "Бельковская" ПО " Новомосковсуголь" , показала из эффективность и пригодность для подземных условий. Точность установки става повышается в 4-5 раз и соответствует требованиям эксплуатации ленточных конвейеров, что позволяет практически устранить необходимость в дополнительной регулировке хода ленты. После выставления конвейерная лента стабильно сохраняет свое положение на ставе при неизменном его положении. Трудоемкость выставления става длинной 1000м с использованием теодолита не превышает 50 чел-ч. Применение вместо теодолита лазера позволяет дополнительно сократить трудозатраты, поскольку отпадает необходимость в корректирующих уккзаниях наблюдателя у теодолита .
Процесс взаимодействия движущейся конвейерной ленты с перекошенным роликом является сложным процессом, в которой необходимо учитывать многие факторы : упругие свойства контактирующих поверхностей; сопротивление вращению роликов; силы, действующие на ленту в направлении, перпендикулярном направлению ее движения; свободу движения ленты и ролика в разных направлениях.
Угол перекоса вращающегося ролика не определяет полностью эффект бокового схода ленты (силы смещения ленты в сотрону скорости смещения ); этот эффект определяется разностью между углом перекоса и углом абсолютной скорости ленты (углом сбегания ленты). В общем сдучае эта разность углов не равна нулю.
Угол перекоса ролика при котором наступает проскальзывание ленты, зависит от силы сцепления ее с роликом, сопротивления вращению последнего и, самое главное от смил, препятствующих боковому смещению ленты. В зависимости от величины того или иного из названных факторов предельный угол перекоса может быть самым различным.
При определении эффективности действия центрирующих поворотных роликов необходимо учитывать все силы, действующие на ленту в поперечном направлении. Одной из таких сил является сила сопротивления сходу ленты по нормально установленным роликам.
Процесс схода ленты на конвейере определяется не только возмущающим действием перекошенных роликов, но и параметрами всей конвейерной установки в целом.
В литературе, посвященной данной теме, подробно рассмотрены причины, вызывающие дополнительное сопротивление движению ленты, а также рассмотрены различные случаи взаимодействия ленты с перекошенным роликом. Однако не рассмотрен вопрос о дополнительном сопротивлении движению вызываемым перекосом оси ролика относительно оси ленты и дополнительном расходе энергии. Решению этих вопросов и посвящена данная работа.
Определим сопротивление движению ленты по перекошенной роликоопре. Рассмотрим это явление на прямолинейном участке порожней ветви горизонтального ленточного конвейера в случае, когда ролик не может смещаться вдоль своей оси, а лента под воздействием смежных роликоопр не сходит в сторону и движется прямолинейно со скоростью Vл
Лента контактирует с роликом по образующей цилиндра АВ. Разложив скорость Vл на составляющие, получим скорость вращения ролика и скорость проскальзывания ленты по ролику:
Vр =Vл cosα,
Vск =Vрsinα
При скольжении ленты по роликам на нее действует сила трения
F ́́= gлl ́́р gf
где gл – погонная масса ленты,
g – ускорение свободного падения
f – коэффициент трения скольжения ленты по ролику
Определим мощность потребную на преодоление сопротивления скольжению порожней ветви ленты:
N ́́=F ́́трVск =gлl ́́р gf Vлsinα
Разделив полученнубю мощность на Vл получим сопротивление движению ленты от скольжения:
W ́ск=gлl ́́р gf sinα
По аналогии получим сопротивление движению ленты от скольжения на груженной ветви:
W ́ск=(g + gл)l ́́р gf sinα
Данные равенства справедливы для одного ролика. Для того, чтобы найти сопротивление движению от скольжения ленты по ролику на всей длине конвейера необходимо просуммировать сопротивление движению ленты от скольжения на каждом ролике. Необходимо также учитывать, что сопротивление движению ленты от скольжения на каждом ролике является случайной величиной, так как зависит от угла перекоса роликоопоры, изменяющегося случайно. В результате получим:
- для порожней ветви:
∑ W ́ск= ∑gлl ́́р gf sinαi
- для груженной ветви
∑ W ́ск= ∑(g + gл)l ́́р gf sinαi
Оценим зависимость сопротивления движению ленты от угла перекоса роликоопор. Основное сопротивление движению участка порожней ветви ленты длиной l ″p :
W″пор=(gn +g p″)l ″p gW′
где W′ - коэффициент основного сопротивления движению;
g p″ - погонная масса вращающихся частей ролика опорной ветви
ленты
Основное сопротивление движению участка груженой ветви ленты длиной g p′ :
W′гр=( g+gn +g p′ ) l′p gW′
где
l′p - расстояние между смежными ролокоопорами груженной ветви
ленты;
g p′ - погоная масса вращающихся частей полика груженой ветви
ленты ;
Результат вычислений сведем в таблицу.
Таблица 1. Оценка зависимости сопротивления движению ленты от угла перекоса роликоопор
| α,град | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| sinα | 0.018 | 0.035 | 0.05 | 0.07 | 0.087 | 0.10 | 0.122 | 0.139 | 0.156 | 10.174 |
| WскII/WгрII | 0.139 | 0.27 | 0.4 | 0.54 | 0.67 | 0.81 | 0.94 | 1.07 | 1.2 | 1.34 |
| WскI/WпорI | 0.099 | 0.193 | 0.286 | 0.385 | 0.479 | 0.578 | 0.671 | 0.765 | 0.858 | 0.957 |
Из расчетов видно, что при угле перекоса роликоопоры конвейра 3 0 сопротивление от скольжения на груженной ветви составляет 40% основного, на порожней ветви 29% от основного.
Из графика видно , что при увеличении угла перекоса роликоопоры существенно возрастает сопротивление от скольжения ленты по ролику. Значит необходимо устанавливать роликоопоры без перекоса.
В научно-исследовательской работе разрабатывалась конструкция для точной установки роликоопор.
Для достижения данной цели решались вопросы по опредеелнию сопротивления движению ленты по перекошенной роликоопоре, а такжк разработана методика определения дополнительного сопротивления движению по перекошенной роликоопоре в горизонтальной плоскости.
Для наглядности выполнен расчет дополнительного сопротивления движению по перекошенной роликоопоре ленточного конвейера 4Л1200Д. При угле перекоса 3 0 сопротивление от скольжения на груженной ветви составляет 40% основного , на порожней ветви 29% от основного. В случае точной установки роликоопор возможно избежать этих потерь.
Разработан угольник, позволяющий точно установить роликоопоры ленточного конвейера.
В данный момент работа над дипломом не завершена.