Автореферат за темою: |
|
Обґрунтування економії енергії внаслідок усунення перекосу роликів стрічкового конвеєра |
|
Укладач: Дрига І. С. |
|
Керівник: професор Чебаненко К. І. |
|
Стрічковий конвеєр – найбільш продуктивний транспортний засіб, застосовуваний на гірничих підприємствах.
Одним з перспективних напрямків у розробці конструкцій стрічкових конвеєрів є застосування канатного става й підземних шарнірних роликоопор. Застосування підвісного става дозволяє на 25-30% зменшити трудомісткість монтажу конвеєра, збільшити термін служби за рахунок збільшення прямолінійності става й ліквідації заштибовки нижньої гілки.
При русі по роликоопорам става конвеєрна стрічка під дією різних сил відхиляється убік від свого центрального положення, і виникає явище, що називають бічний схід. Нецентральний рух стрічки й зараз є однією із причин простою конвеєрів, появи просипу вантажу й заштибовці става, зменшення терміну служби стрічки. Виявлено, що 13% всіх ушкоджень стрічки становить розшарування бортів, що виникає через тертя стрічки по стійках става або кріплення. Розшарування бортів приводить до того, що стрічка знімається з експлуатації через 10-12 місяців, причому часто із цілком працездатною несучою частиною. У результаті тертя бортів стрічки об стійки става спостерігається також їхнє інтенсивне зношування, що приводить до зменшення ширини стрічки. Зменшення ширини стрічки знижує продуктивність конвеєра й збільшує просип вантажу. Важливе питання про точну установку става, тому що неточна установка - причина бічного сходу стрічки, що приводить до зменшення строку її служби, заштибовці става, підвищеному зношуванню роликів, збільшенню енергоємності транспортування. Рішенню цього питання й присвячена дана робота.
При русі по роликоопорам става конвеєрна стрічка під дією різних сил відхиляється убік від свого центрального положення, і виникає явище, що у практиці називається бічний схід. Розглянемо причини, що приводять до появи бічних сил, що децентрують.
У процесі експлуатації конвеєра на стрічку, що рухається по лінійній частині, діють бічні сили, викликувані наступними факторами:
- перекосом роликоопор у горизонтальній і вертикальній площинах;
- відхиленням става від осі конвеєра;
- неоднаковим опором обертанню бічних роликів опори;
- нецентральним завантаженням стрічки;
- непрямолінійністю стрічки в горизонтальній площині;
- несиметричним розподілом натягу по ширині стрічки;
- неоднаковим натягом канатів става
Рис. 1 Схема бокового сходу конвеєрної стрічки
Рисунок анімірован, параметри анімації: розмір - 8 КБ, кількість циклів повторення - 10.
Більшість децентрирующих факторів можна розглядати, як статичні. Для децентрирующих зусиль і моментів розглянемо взаємодію стрічки й роликоопори.
Стійкість ходу стрічки багато в чому визначається перекосом роликів по довжині става. Крім того, одним з основних принципів центрування положення стрічки є регулювання її ходу перекосів або звичайних, або спеціальних, що центрують, роликоопор.
Перекіс роликів також викликає додатковий опір руху стрічки. Відповіді на питання про ефективність застосування тієї або іншої конструкції роликоопори, що центрує, про припустимі перекоси роликів з погляду припустимого сходу стрічки й припустимого опору її руху, нарешті, питання про стійкість ходу стрічки неможливі без чіткого уявлення про процес взаємодії стрічки з перекошеним роликом.
Процес взаємодії конвеєрної стрічки з перекошеним роликом досліджений недостатньо. По цьому питанню є обмежене число спеціальних досліджень. У лабораторії рудничного транспорту ДГИ на спеціальному стенді були проведені експерименти по визначенню сил, що діють на перекошений ролик. Отримані експериментально кути перекосу ролика (2-30), при яких досягається максимальний коефіцієнт тертя при поперечному ковзанні стрічки щодо ролика, були рекомендовані як найбільше ефективно з погляду центруванні стрічки на конвеєрі. У той же час на практиці мають місце перекоси регульованого ролика, що перевищують у кілька разів ці кути, і при цьому досягається центрування стрічки.
Взаємодія перекошеного колеса з рейкою, завдання, багато в чому аналогічна справжньої, ретельно досліджувалося проф. Б. А. Кузнєцовим. Експериментально досліджувалися поздовжнє й поперечне ковзання колеса. Розроблено теоретичні основи цього процесу.
У вугільних шахтах довжина транспортних виробок, оснащених стрічковими конвеєрами, безупинно зростає. Довжина дільничних і магістральних конвеєрних ліній з стрічковими конвеєрами , зросла з 1040 до 1430 км на горизонтальних виробітках і з 1050 до 1270 км на похилих. Тенденція росту конвеєризації підземного транспорту зберігається, причому бачимо збільшення рівня конвеєризації стрічковими конвеєрами виробок, що служать для транспорту вугілля від очисних і підготовчих вибоїв. Розширення області застосування стрічкових конвеєрів і збільшення їхнього числа на шахтах визначають повишення вимог до їхньої експлуатації. Важливими вимогами, пред'явленими до монтажу й експлуатації стрічкових конвеєрів, є правильна установка й періодичне своєчасне регулювання положення става. Від того як виконуються ці вимоги, багато в чому залежить розмір витрат на обслуговування конвеєрних ліній.
На практиці застосовують два способи установки става конвеєра: на почву і підвісний. В останні роки все більше поширення одержує підвісний спосіб установки, при якому найбільш просто дотриматися основних вимог до якості монтажу й умовам експлуатації стрічкових конвеєрів у плині всього строку їхньої роботи: прямолінійність става, відсутність перекосів секцій і надмірних перегинів става й вертикальної площини.
Однією з важливих переваг підвісної конструкції става в порівнянні із приґрунтової є більше стабільне положення става при інтенсивному обдиманні ґрунту виробітку, що забезпечує центральне положення стрічки без значних бічних зсувів, зменшення зношування стрічки й просипу вантажу. Крім того, підвішений став в межах зазору між нижньою галуззю конвеєра й ґрунтом забезпечує незалежну роботу конвеєра від величини й інтенсивності одержання порід ґрунту виробітку й створить реальні передумови для створення механізованих засобів підриву порід, що обдимають, і збирання просипу під стрічковими конвеєрами.
Як показали експерементальні дослідження, швидкість перекосу підвісних ставов у вертикальній площині в 8-10 разів менше, ніж приґрунтових. Внаслідок цього трудозатрати по забезпеченню центрального руху стрічки при підвіску става до покрівлі зменшується в 6-8 разів. Найбільше зручно паралельне розташування підвісок, тому що при регулюванні положення става укорочування або подовження окремих підвісок не викликає зсувів става в горизонтальному напрямку.
Спостереження показали, що при бічних зсувах стрічки горизонтальні відхилення става, з паралельними й розкосими підвісками не перевищують 1-2 см. і практично не заважають проходу людей і руху транспорту уздовж конвеєра.
У цей час Краснолучським машинобудівним заводом освоєн серійний випуск засобів стрічкових конвеєрів. Різноманітні конструкції засобів аналогічного призначення розроблені й раціоналізаторами шахт.
Сказане вище підкреслює наявність резервів підвищення ефективності підземного транспорту за рахунок широкого використання в шахтах підвісних ставов стрічкових конвеєрів. У зв'язку із цим доцільна модернізація ставов конвеєрів, особливо із шириною стрічки 800 і 1000 мм, щоб вони були придатні як для установки на ґрунт, так і для підвіски до покрівлі виробітків залежно від гірничо-геологічних умов, у яких застосовуються стрічкові конвеєри. Виготовлення засобів підвіски повинне бути організоване по єдиній технічній документації .
Одним з важливих доданків ефективності стрічкових конвеейров є точність установки става. Його стрічкова установка є основною причиною бічних зсувів стрічки, що приводять до зменшення строку її служби, заштибовці става, підвищеному зношуванню обичайок роликів, збільшенню енергоємності транспортування.
У цей час Московським гірничим інститутом ІГД ім. А.А. Скочинського розроблені спосіб і засоби точного виставляння роликоопор і барабанів стрічкового конвеєра. Відповідно до цього способу на трасі конвеєра висками або пішаками розмічають лінію, паралельну осі конвеєра й віддалену від її на відстані, рівним половині ширини става плюс 200-300 мм. Після попереднього розміщення секцій става на початку або кінці конвеєра встановлюють або лазерний покажчик напрямку, або лазерний візир, або технічний теодоліт так, щоб промінь (лінія візування теодоліта) проходив на рівні країв бічних роликів через виски або пішаки. Залежно від траси конвеєра задають необхідний кут променя ( лінії візування ) до обрію. Роликоопори й барабани конвеєра виставляють за допомогою спеціального шаблона, виготовленого з точністю не нижче II квалітету. Шаблон складається з довгої рейки 3, по краях якої закріплені П-образні скоби 2 з виступами 1, короткої рейки 4, жорстко з'єднаної з поперечкою 9. До поперечки 9 перпендикулярно до короткої рейки 4 кріпиться планка 8, на якій перпендикулярно до площини шаблона жорстко встановлений штир 7 і екран 6 з ризиками. Коротка рейка 4 із закріпленої на ній вимірювальною лінійкою 11 і рівнем 10 просмикнута під кутом 5 і має можливість переміщатися уздовж довгої рейки 3. Для виставляння барабанів, стійок і роликоопор конвеєрів з канатним ставом по краях довгої рейки 3 просвердлені отвори для кріплення замість П-образних скоб інших змінних пристосувань відповідно до проведеної операції й типорозмірами конвеєра.
Виставляння роликоопор і барабанів передбачає точну установку роликоопор і барабанів по осі конвеєра; виставляння роликоопор і барабанів перпендикулярно до осі конвеєра: горизонтальне розташування роликоопр і барабанів.
Роликоопори виставляють у такий спосіб: на роликоопору встановлюють шаблон, при цьому П-образні скоби 2 з виступами 1 охороняють рейку 3 від зсуву на роликоопорі . Пересуваємо коротку рейку 4 уздовж довгої рейки 3, сполучають екран 6 із променем лазера (лінією візування). Для установки перпендикулярно до осі конвеєра роликоопору із установленим на ній шаблоном розвертають у горизонтальній площині до сполучення тіні штиря 7 із серединою екрана 6 (до сполучення лінії візування із серединами штиря 7 і екрана 6 по коригувальних вказівках спостерігача й теодоліта). Потім роликоопору або всю секцію става переміщають у поперечному напрямку разом з довгою рейкою 3, залишаючи тінь штиря 7 сполученої із серединою екрана 6 (лінію візування сполученої із серединами штиря 7 і екрана 5), домагаючись, щоб зсув короткої рейки 4 щодо довгої ріки 3, що заміриться лінійкою 9, було на всіх роликоопорах однаковим і забезпечувало установку става симетрично осі конвеєра у вертикальній площині роликоопори виставляють за рівнем 10. Замість циліндричного рівня може бути використаний шнуровий висок 12. При горизонтальному розташуванні роликоопори пухирець рівня перебуває в центрі камери, а висок напроти середини екрана 6. Точне виставляння роликоопор вантажної галузі обумовлює правильне положення роликоопр порожньої гілки щодо осі конвеєра й у вертикальній площині. Виставляння роликоопор порожньої гілки перепендикулярно до осі конвеєра, наскільки дозволяє конструкція става, роблять аналогічним образом. При вертикальних відхиленнях траси конвеєра необхідно коректувати напрямок променя (лінії візування) у вертикальній площині до сполучення з екраном 6.
При досягненні діаметром променя розмірів екрана 6 або погіршенні видимості лазер (теодоліт) варто переносити слідом за видаленням фронту робіт.
У конвеєрів з канатним ставом для точного й прямолінійного розташування канатів по трасі конвеєра попередньо виставляють стійки, що підтримують канати. Для цього на рейці 3 закріплюють кронштейни 13, за допомогою яких фіксують на стійках. Зі стійками роблять операції, описані вище, а потім виставляють роликоопори вантажної галузі перпендикулярно до осі конвеєра.
Якщо ставши підвішується до покрівлі гірського виробітку, то підвіски варто кріпити так, щоб їх вільно висячі кінці перебували на лінії променя (лінії візування), що проходить паралельно осі конвеєра на відстані, рівній половині відстані між крапками кріплення підвісок до покрівлі. При однаковій довжині підвісок це забезпечує прямолінійне розташування канатів на одному рівні паралельно осі конвеєра. Кріплення підвісок починають із далекої від лазера (теодоліта) і роблять по обидва боки від осі конвеєра.
При виставлянні барабана на нього зверху встановлюють шаблон і фіксують нерухливим 1 і гвинтовим 3 затискачами, під якими для спрощення фіксації шаблона модно підкласти рейки 6, що впираються краями в торці обичайки барабана. Довга рейка 2 по всій довжині повинна стосуватися поверхні барабана. Виставляння барабана здійснюється аналогічно виставлянню роликоопор. Якщо установка шаблона на барабан зверху утруднена, то довгу рейку 2 закріплюють збоку барабана. При цьому планку 4 можна зняти. Промінь (лінію візування), переміщаючи у вертикальній площині, наводять на середину поперечки 5 і, перекріпляючи шаблон з діаметрально протилежних боків барабана або повертаючи барабан із шаблоном на 1800 , повертають барабан у горизонтальній площині так, щоб відстань від променя (линії візування) до краю барабана були однакові й дорівнюють відстані від променя (лінії візування) до осі конвеєра без половини ширини барабана. У вертикальній площині барабан установлюють за допомогою рівня або виска.
Эксперементальна апробація розробленого способу й засобів, проведена на стрічковому конвеєрі 1ЛУ-120 шахти "Бельковська" ПО " Новомосковсуголь" , показала з ефективність і придатність для підземних умов. Точність установки става підвищується в 4-5 разів і відповідає вимогам експлуатації стрічкових конвеєрів, що дозволяє практично усунути необхідність у додатковому регулюванні ходу стрічки. Після виставляння конвеєрна стрічка стабільно зберігає своє положення на ставі при незмінному його положенні. Трудомісткість виставляння става довгої 1000м з використанням теодоліта не перевищує 50 чіл-ч. Застосування замість теодоліта лазера дозволяє додатково скоротити трудозатрати, оскільки відпадає необхідність у коригувальних вказівках спостерігача у теодоліта.
Процес взаємодії конвеєрної стрічки, що рухається, з перекошеним роликом є складним процесом, у якій необхідно враховувати багато факторів : пружні властивості контактуючих поверхонь; опір обертанню роликів; сили, що діють на стрічку в напрямку, перпендикулярному напрямку її руху; волю руху стрічки й ролика в різних напрямках.
Кут перекосу обертового ролика не визначає повністю ефект бічного сходу стрічки (сили зсуву стрічки в сотрону швидкості зсуву ); цей ефект визначається різницею між кутом перекосу й кутом абсолютної швидкості стрічки (кутом збігання стрічки). У загальному випадку ця різниця кутів не дорівнює нулю.
Кут перекосу ролика при якому наступає проковзування стрічки, залежить від сили зчеплення її з роликом, опору обертанню останнього й, саме головне від сил, що перешкоджають бічному зсуву стрічки. Залежно від величини того або іншого з названих факторів граничний кут перекосу може бути всіляким.
При визначенні ефективності дії поворотних роликів, що центрують, необхідно враховувати всі сили, що діють на стрічку в поперечному напрямку. Однією з таких сил є сила опору сходу стрічки по нормально встановлених роликах.
Процес сходу стрічки на конвеєрі визначається не що тільки обурює дією перекошених роликів, але й параметрами всієї конвеєрної установки в цілому.
У літературі, присвяченій даній темі, докладно розглянуті причини, що викликають додатковий опір руху стрічки, а також розглянуті різні випадки взаємодії стрічки з перекошеним роликом. Однак не розглянуте питання про додатковий опір руху викликуваним перекосом осі ролика щодо осі стрічки й додатковій витраті енергії. Рішенню цих питань і присвячена дана робота.
Визначимо опір руху стрічки по перекошеній роликоопорі. Розглянемо це явище на прямолінійній ділянці порожньої гілки горизонтального стрічкового конвеєра у випадку, коли ролик не може зміщатися уздовж своєї осі, а стрічка під впливом суміжних роликоопр не сходить убік і рухається прямолінійно зі швидкістю Vл
Стрічка контактує з роликом по утворюючого циліндра АВ. Розклавши швидкість Vл, одержимо швидкість обертання ролика й швидкість проковзування стрічки по ролику:
Vр =Vл cosα,
Vск =Vрsinα
При ковзанні стрічки по роликах на неї діє сила тертя
F ́́= gлl ́́р gf
де gл – погонна маса стрічки,
g – прискорення вільного падіння,
f – коефіцієнт тертя ковзання стрічки по ролику.
Визначимо потужність потрібну на подолання опору ковзанню порожньої гілки стрічки:
N ́́=F ́́трVск =gлl ́́р gf Vлsinα
Розділивши потужність на Vл одержимо опір руху стрічки від ковзання:
W ́ск=gлl ́́р gf sinα
За аналогією одержимо опір руху стрічки від ковзання на вантажній гілці:
W ́ск=(g + gл)l ́́р gf sinα
Дані рівняння справедливі для одного ролика. Для того, щоб знайти опір руху від ковзання стрічки по ролику на всій довжині конвеєра необхідно скласти опір руху стрічки від ковзання на кожному ролику. Необхідно також ураховувати, що опір руху стрічки від ковзання на кожному ролику є випадковою величиною, тому що залежить від кута перекосу роликоопори, що змінюється випадково. У результаті одержимо:
- для порожньої гілки:
∑ W ́ск= ∑gлl ́́р gf sinαi
- для вантажної гілки:
∑ W ́ск= ∑(g + gл)l ́́р gf sinαi
Оцінимо залежність опору руху стрічки від кута перекосу роликоопор. Основний опір руху ділянки порожньої галузі стрічки довжиною l ″p :
W″пор=(gn +g p″)l ″p gW′
де W′ - коефіцієнт основного опору руху;
g p″ - погонна маса обертових частин ролика опорної гілки стрічки
Основний опір руху ділянки вантажної гілки стрічки довжиною g p′ :
W′гр=( g+gn +g p′ ) l′p gW′
де
l′p - відстань між суміжними ролокоопорами вантажної гілки стрічки;
g p′ - погонна маса обертових частин ролика вантажної гілки стрічки.
Результат обчислень зведемо в таблицю.
Таблиця 1. Оцінка залежності опору руху стрічки від кута перекосу 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 |
З розрахунків видно, що при куті перекосу роликоопор конвеєра 3 0 опір від ковзання на вантажній гілці становить 40% основного, на порожній гілці 29% від основного.
Із графіка видно , що при збільшенні кута перекосу роликоопори істотно зростає опір від ковзання стрічки по ролику. Значить необхідно встановлювати роликоопори без перекосу.
У науково-дослідній роботі розроблялася конструкція для точної установки роликоопор.
Для досягнення даної мети вирішувалися питання по визначенню опору руху стрічки по перекошенії роликоопорі, а також розроблена методика визначення додаткового опору руху по перекошенії роликоопорі в горизонтальній площині.
Для наочності виконаний розрахунок додаткового опору руху по перекошенії роликоопорі стрічкового конвеєра 4Л1200Д. При куті перекосу 3 0 опір від ковзання на вантажній гілці становить 40% основного , на порожній гілці 29% від основного. У випадку точної установки роликоопор можливо уникнути цих втрат.
Розроблено косинець, що дозволяє точно встановити роликоопори стрічкового конвеєра.
У цей момент робота над дипломом не завершена.