Мамонтов Дмитро Юрійович

Факультет: Енергомеханіки й автоматизації

Спеціальність: Під'ємно-транспортні машини

Тема випускної роботи: Дослідження складових опіру руху конвеєрної стрічки й розробка засобів зниження енергоємкості стрічкових конвеєрів

Керівник: Грудачев А. Я.

Email: mamontovdmitry@mail.ru...

Автореферат

1.                ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПО ТЕМІ

1.1  Актуальність

Огляд літератури показав, що даним  питанням займалися вітчизняні й закордонні вчені, у числі яких: проф., д. т. н. Шахмейстер Л. Г., проф., д. т. н. Дмитрієв В. Г., проф., д. т. н. Спиваковский А. О., к. т. н. Шпакунов И. А., Пошивайло В. Я., Кохлер В.,  Кваас Г., Лаухофф Х. [1-10]. У їхніх роботах приводяться окремі складові опори руху. Однак питання впливу складових опори руху і їхніх параметрів на сумарну силу опору руху вивчений недостатньо, що не дає можливість вирішити необхідні виробничі й практичні завдання. На підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що подальше дослідження в цьому напрямку є актуальним.

1.2  Мета й завдання

Мета роботи – розробка математичної моделі опору руху конвеєрної стрічки

Для рішення зазначеної мети поставлені наступні основні завдання:

1)                              проаналізувати різні методики по визначенню складових опору руху;

2)                              вибрати конкретні методики для знаходження складових опори руху (передбачуваної математичної моделі);

3)                              визначення збільшення натягу стрічки конвеєра на суміжних роликоопорах, що враховує конструктивні особливості й режим експлуатації установки;

4)                              визначення сумарної сили опори руху галузі конвеєра;

5)                              порівняння отриманих результатів уточненої методики по визначенню сумарного опору руху галузі конвеєра зі стандартною методикою;

6)                              установити вплив параметрів складові опори руху на міцністні властивості стрічки й енергоємність транспортування.

1.3           Наукова новизна й практична цінність

Одним з істотних недоліків досліджень за багато років є те, що опір руху конвеєрної стрічки визначають за допомогою загального коефіцієнта опору руху, що вибирається залежно від умов експлуатації й режиму роботи конвеєра [8, 9]. Він не враховує вплив таких параметрів як попередній натяг стрічки, кут нахилу роликоопор, температуру навколишнього середовища й т.д. Це не дає можливість обґрунтувати вибір раціональних параметрів і робити порівняння різних режимів роботи конвеєра. Вивчення цього питання дозволить вибрати режим з необхідною швидкістю руху стрічки й натягом, а також дасть можливість знизити енергоємність транспортування, що є важливим практичним і науковим завданням.

2.     ОГЛЯДОВА ІНФОРМАЦІЯ

2.1 Аналіз вітчизняних досліджень і публікацій

Питаннями визначення опору руху стрічки займалися вчені Шахмейстер Л. Г. і Дмитрієв В. Г. [2,8], які у своїх наукових працях проводять аналіз залежності загальної сили опору руху на роликоопоре від кута нахилу конвеєра, визначають вплив довжини конвеєра на коефіцієнт опору  вантажної галузі.

Виконано дослідження в ИГТМ АН УРСР В. К. Смирновим і И. А. Шпакуновым [8], які наочно підтверджують висловлені раніше припущення про вплив натягу на тягове зусилля й коефіцієнт опору руху. Ними було встановлено, що на коефіцієнт опору руху від деформування впливає кут нахилу бічних роликів, зі збільшенням якого на 10% коефіцієнт  збільшується приблизно на 5 – 7 %.

Яхонтовим Ю.А. установлена й запропонована для визначення складових сил опору залежність коефіцієнта опору руху від відстані між роликоопорами [1].

Також у роботах Спиваковского А. О., Дмитрієва В. Г., Дунаева В. П. проводиться теоретичне дослідження сил опору руху стрічки [10].

Кильчевский Н. А., Зенков Р. Л. приділяють особливу увагу питанням визначення місцевих складових сил опору руху [4,6].

2.2           Аналіз закордонних досліджень і публікацій

У роботах, виконаних Г. Квасом [3], отримані результати дослідження опору обертанню роликів, а також загальної сили опору руху.

У роботі Рейнера Ф. і Пфейфера Ж. наведені дані експериментів по визначенню сили опору руху на трьох- і пятироликовой опорах діючих конвеєрів, оснащених гумовотканинними й резинотросовыми стрічками.

У роботах А. Лахмана визначаються залежності по знаходженню сили опору від вдавлення роликів у нижню обкладку стрічки, а в роботі Ж. Паера приводиться формула по визначенню питомої сили ( Н/м) опору руху від вдавлення для трехроликовой опори.

Х. Лаухофф у своїй роботі [7] займається питаннями регулювання швидкості стрічкових конвеєрів з метою знизити енергоємність транспортування.

3.     ЗАКЛЮЧНА ЧАСТИНА

3.1  Огляд наявних і планованих результатів

            Розглянемо розподілені складові опори руху конвеєрної стрічки.

            Сила опору від деформування вантажу й стрічки. Розглянемо силу опору від деформування вантажу й стрічки. У роботі [1] наводяться дані експериментів (для щебенів), виконаних на стенді із шириною стрічки =800 мм. Кут нахилу роликоопор  змінювався від 24⁰ до 36⁰, швидкість стрічки – від 0,5 м/с до 6,0 м/с, відстань між роликоопорами – від 0,5 до 2,0 м, натяг – від 5 до 12 кН, роликоопоры – підвісні. Пропонується  наступна залежність для визначення :

                                                                                           (1)

де   – погонна маса вантажу, Н/м;  – погонна маса стрічки, Н/м;  –  відстань між роликоопорами, м;  – початковий натяг, Н.

            Сила опору від вдавлення роликів у стрічку. У роботі [2] приводиться залежність по знаходженню сили опору від вдавлення роликів у стрічку, перетворена в наступний вид:

                                                               (2)

                                      .                                            (3)

де  – температурний коефіцієнт;  – кут нахилу роликоопор, град;  – коефіцієнт, прийнятий для завантаженої стрічки 0,32 і для порожньої 0,17;  – коефіцієнт Пуассона, для гуми 0,475;  – модуль пружності нижньої обкладки, приблизно рівний  5 – 5,5, МПа;  – радіус ролика, мм;  – ширина стрічки, мм;  – константа, прийнята рівної 1,5;  – температура в ролику, град С.

            У роботі [3] опубліковані дослідження з визначення  сили опору обертанню роликів:

                                                                              (4)

де – різниця між внутрішньою й зовнішньою температурою, град З;  – швидкість обертання ролика, м/с;  – осьового навантаження, Н; ,  – радіальне навантаження відповідно на середній і бічні ролики, Н; , – коефіцієнти осьового й радіального навантажень; ,  – деякі конструктивні константи;  – температура в ролику, град З;  – температура навколишнього середовища, град С.

             Вираження (1) залежить від натягу  стрічки у відмінності від (2), (4). Слід зазначити, що також існують місцеві складові опори руху, що залежать і не залежні від натягу, а саме: сила опору на приводних, обвідних, що відхиляють барабанах; сила опору в місці завантаження й розвантаження вантажу; сила опору щіткового й скребкового очисників; сила опору на криволінійній ділянці; сила опору в місці спуска-підйому стрічки [2,6].

            Розглянемо картину зміни натягу на 2-х суміжних роликоопорах (малюнок 1).

            Малюнок 1 – Зхема стрічкового конвеєру для знаходження збільшення натягу (8 кадрів, 7 повторень)

            Сумарна сила опору на 1- ой роликоопорі [2, стор. 42]:

                                                                                                            (5)

де  – початковий натяг, Н;  – сила опору від деформування стрічки й вантажу, Н;  – сума сил опору від вдавлення й обертання роликів, Н.

            Сумарна сила опору на 2- ой роликоопорі:

                            (6)

де  – кут нахилу конвеєра, град.

            Тобто збільшення натягу на 2-х суміжних роликоопорах виглядає в такий спосіб:

                  (7)

            Аналогічно,  сумарна сила опору на 3-їй роликоопорі:

                           (8)

            Тоді збільшення натягу на 3-їй роликоопорі:

                              (9)

            Отже, збільшення натягу на i-ої роликоопорі:

               (10)

            Знайдемо збільшення натягу на суміжних роликоопорах по (1-4) для наступних вихідних даних:

=1000, Н/м; =200, Н/м; =0⁰; =18⁰; =1,2, м; =12000, Н; =0,32; =0,475; =5, МПа; =79,5, мм; =800,мм; =1,5; =25, град З; =5, град З; =3,15,м/с; =30, Н; =240, Н; =80, Н; =1,5*10^-5; =16*10^-5; =2; =0,4; =20, град С.

            Результати розрахунку збільшення натягу на суміжних роликоопорах наведені на малюнку 2.

Малюнок 2 - Залежність процентного співвідношення кожної зі складових у збільшенні натягу на двох суміжних роликоопорах

            Наступним етапом науково-дослідної роботи є визначення сумарного опору руху конвеєрної стрічки на одній з галузей конвеєра. Для цього в математичному додатку MathCAD створений програмний блок, що виглядає в такий спосіб:

       (11)

де  - число роликоопор галузі конвеєра.

            Проведемо аналіз отриманих результатів уточненої методики в порівнянні зі стандартної.

            Знайдемо сумарну силу опору руху стрічки галузі конвеєра по (11) для наступних вихідних даних (вантаж транспортується нагору):

 =300…1800, м; =865,079, Н/м; =200, Н/м; =6⁰; =20⁰; =1,2, м; =12000, Н; =0,32; =0,475; =5, МПа; =79,5, мм; =800,мм; =1,5; =25, град З; =5, град З; =3,15,м/с; =30, Н; =240, Н; =80, Н; =1,5*10^-5; =16*10^-5; =2; =0,4; =20, град С.

            Одержимо:

                                                 Н.

            Тобто для вантаженої ділянки довгої в 1800 м сила опору вантаженої галузі становить 282 кн.

            Знайдемо за стандартною методикою силу опору навантаженої галузі для коефіцієнтів опору =0,02, =0,05, погонній вазі обертових частин роликоопор =350, Н/м і інших перерахованих вище вихідних даних:

                                  (12)

            Результати порівняння наведені на малюнку 3.

Малюнок 3 - Порівняння отриманих результатів уточненої й стандартної методик.

1 – =0,05; 2 – уточнений розрахунок; 3 – =0,02.

3.2  Виводи й напрямки подальших досліджень.

На підставі наведених складові опори руху конвеєрної стрічки можна розрахувати збільшення натягу на суміжних роликоопорах і сумарну силу опору галузі для конвеєра із шириною стрічки 800 мм.

              Дослідження довели, що для наведених вихідних даних основна складова опору руху в збільшенні натягу доводиться на силу опору від вдавлення роликів - 72%, силу опору від деформування стрічки й вантажу - 20%, силу опору обертанню роликів - 8%. Однак варто взяти до уваги той факт, що з ростом довжини ділянки конвеєра процентне співвідношенні кожної зі складових у збільшенні натягу буде змінюватися.

У майбутньому планується визначення збільшення натягу й сили опору галузі конвеєра для більше широкого діапазону параметрів, а також установлення вплив параметрів і факторів складові опори руху на міцністні властивості стрічки й енергоємність транспортування. Напрямком подальших досліджень є вивчення зміни розподілу окремих складових у збільшенні натягу залежно від швидкості руху й попереднього натягу стрічки конвеєра