Крамчанинов Антон Сергеевич

Факультет: Электротехнический

Кафедра: Горнозаводского транспорта и логистики

Специальность «Электромеханическое оборудование энергоемких производств»

Исследование и обоснование энергосберегающих режимов эксплуатации шахтного ленточного конвейера

Научный руководитель: к.т.н., профессор Грудачев Анатолий Яковлевич

Реферат

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ

1.1 Актуальность

        Обзор литературы показал, что данным вопросом занимались отечественные и зарубежные ученые, в числе которых: проф., д. т. н. Шахмейстер Л. Г., проф., д. т. н. Дмитриев 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]. В их работах приводятся отдельные составляющие сопротивления движению. Однако вопрос влияния составляющих сопротивления движению и их параметров на энергопотребление изучен не достаточно, что не дает возможность решить необходимые производственные и практические задачи. На основании вышеизложенного можно сделать заключение, что дальнейшее исследование в этом направлении является актуальным.

1.2 Цели и задачи

        Цель работы – разработка математической модели сопротивления движению конвейерной ленты

Для решения указанной цели поставлены следующие основные задачи:

                              1) проанализировать различные методики по определению составляющих сопротивления движению;

                              2) выбрать конкретные методики для нахождения составляющих сопротивления движению

                              3) определение приращения натяжения ленты конвейера на смежных роликоопорах, учитывающего                               конструктивные особенности и режим эксплуатации установки;

                              4) определение суммарной силы сопротивления движению ветви конвейера;

                              5) сравнение полученных результатов уточненной методики по определению суммарного                               сопротивления движению ветви конвейера со стандартной методикой;

                              6) установить влияние параметров составляющих сопротивления движению на прочностные                               свойства ленты и энергоемкость транспортирования.

1.3 Научная новизна и практическая ценность

        Одним из существенных недостатков исследований за многие годы является то, что сопротивление движению конвейерной ленты определяют с помощью общего коэффициента сопротивления движению, который выбирается в зависимости от условий эксплуатации и режима работы конвейера [8, 9]. Он не учитывает влияние таких параметров как предварительное натяжение ленты, угол наклона роликоопор, температуру окружающей среды и т. д. Это не дает возможность обосновать выбор рациональных параметров и производить сравнение различных режимов работы конвейера. Изучение этого вопроса позволит выбрать режим с требуемой скоростью движения ленты и натяжением, а также даст возможность снизить энергоемкость транспортирования, что является важной практической и научной задачей.

        2. ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

2.1 Анализ отечественных исследований и публикаций

        Вопросами определения сопротивления движению ленты занимались ученые Шахмейстер Л. Г. и Дмитриев В. Г. [2,8], которые в своих научных работах проводят анализ зависимости общей силы сопротивления движению на роликоопоре от угла наклона конвейера, определяют влияние длины конвейера на коэффициент сопротивления грузовой ветви.

        Выполнены исследования в ИГТМ АН УССР В. К. Смирновым и И. А. Шпакуновым [8], которые наглядно подтверждают высказанные ранее предположения о влиянии натяжения на тяговое усилие и коэффициент сопротивления движению. Ими было установлено, что на коэффициент сопротивления движению от деформирования влияет угол наклона боковых роликов, с увеличением которого на 10% коэффициент увеличивается примерно на 5–7 %.

        Яхонтовым Ю.А. установлена и предложена для определения составляющих сил сопротивления зависимость коэффициента сопротивления движению от расстояния между роликоопорами [1].

        Также в работах Спиваковского А. О., Дмитриева В. Г., Дунаева В. П. проводится теоретическое исследование сил сопротивления движению ленты [10].

        Кильчевский Н. А., Зенков Р. Л. уделяют особое внимание вопросам определения местных составляющих сил сопротивления движению [4,6].

2.2 Анализ зарубежных исследований и публикаций

        В работах, выполненных Г. Квасом [3], получены результаты исследования сопротивления вращению роликов, а также общей силы сопротивления движению.

        В работе Рейнера Ф. и Пфейфера Ж. приведены данные экспериментов по определению силы сопротивления движению на трех- и пятироликовой опорах действующих конвейеров, оснащенных резинотканевыми и резинотросовыми лентами.

        В работах А. Лахмана определяются зависимости по нахождению силы сопротивления от вдавливания роликов в нижнюю обкладку ленты, а в работе Ж. Паера приводится формула по определению удельной силы ( Н/м) сопротивления движению от вдавливания для трехроликовой опоры.

        Х. Лаухофф в своей работе [7] занимается вопросами регулирования скорости ленточных конвейеров с целью снизить энергоемкость транспортирования.

        3. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Обзор имеющихся и планируемых результатов

        Рассмотрим распределенные составляющие сопротивления движению конвейерной ленты.

        Сила сопротивления от деформирования груза и ленты. Рассмотрим силу сопротивления от деформирования груза и ленты. В работе [1] приводятся данные экспериментов (для щебня), выполненных на стенде с шириной ленты =800 мм. Угол наклона роликоопор изменялся от 24⁰ до 36⁰, скорость ленты – от 0,5 м/с до 6,0 м/с, расстояние между роликоопорами – от 0,5 до 2,0 м, натяжение – от 5 до 12 кН, роликоопоры – подвесные. Предлагается следующая зависимость для определения

(1)

где – погонная масса груза, Н/м; – погонная масса ленты, Н/м; – расстояние между роликоопорами, м; – начальное натяжение, Н.

        Сила сопротивления от вдавливания роликов в ленту. В работе [2] приводится зависимость по нахождению силы сопротивления от вдавливания роликов в ленту, преобразованная в следующий вид:

(2)

. (3)

где температурный коэффициент; – угол наклона роликоопор, град; – коэффициент, принимаемый для загруженной ленты 0,32 и для порожней 0,17; коэффициент Пуассона, для резины 0,475; модуль упругости нижней обкладки, примерно равный 5 – 5,5, МПа; радиус ролика, мм; ширина ленты, мм; константа, принимаемая равной 1,5; температура в ролике, град С.

        В работе [3] опубликованы исследования по определению силы сопротивления вращению роликов:

(4)

где разность между внутренней и внешней температурой, град С; скорость вращения ролика, м/с; осевая нагрузки, Н; , радиальная нагрузка соответственно на средний и боковые ролики, Н; , – коэффициенты осевой и радиальной нагрузок; , – некоторые конструктивные константы; – температура в ролике, град С; – температура окружающей среды, град С.

        Выражение (1) зависит от натяжения ленты в отличии от (2), (4). Следует отметить, что также существуют местные составляющие сопротивления движению, зависящие и не зависящие от натяжения, а именно: сила сопротивления на приводных, обводных, отклоняющих барабанах; сила сопротивления в месте загрузки и разгрузки груза; сила сопротивления щеточного и скребкового очистителей; сила сопротивления на криволинейном участке; сила сопротивления в месте спуска-подъема ленты [2,6].

        Рассмотрим картину изменения натяжения на 2-х смежных роликоопорах (рисунок 1).

        Рисунок 1 – Схема ленточного конвейера для определения приращения натяжения на смежных роликоопорах

        Суммарная сила сопротивления на 1- ой роликоопоре [2]:

(5)

где – начальное натяжение, Н; – сила сопротивления от деформирования ленты и груза, Н; – сумма сил сопротивления от вдавливания и вращения роликов, Н.

        Суммарная сила сопротивления на 2- ой роликоопоре:

(6)

где – угол наклона конвейера, град.

        Приращение натяжения на 2-х смежных роликоопорах выглядит следующим образом:

(7)

        Аналогично, суммарная сила сопротивления на 3-ей роликоопоре:

(8)

        Тогда приращение натяжения на 3-ей роликоопоре:

(9)

        Следовательно, приращение натяжения на i-ой роликоопоре:

(10)

        Найдем приращение натяжения на смежных роликоопорах по (1-4) для следующих исходных данных:

=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 С; =5, град С; =3,15,м/с; =30, Н; =240, Н; =80, Н; =1,5*10^-5; =16*10^-5; =2; =0,4; =20, град С.

        Результаты расчета приращения натяжения на смежных роликоопорах приведены на рисунке 2.

        Рисунок 2 – Зависимость процентного соотношения каждой из составляющих в приращении натяжения на двух смежных роликоопорах

         Построим графики зависимости приращения натяжения от угла наклона, длины и грузопотока.

        Рисунок 3. Распределение приращения натяжения по длине.

        Из рис.3 следует, что при увеличении длины конвейера, приращение натяжения на смежных роликоопорах значительно увеличивается.

        Рисунок 4. Зависимость приращения натяжения от угла наклона конвейера.

         Рис. 4 показывает, что при увеличении угла наклона конвейера приращение натяжения на смежных роликоопорах увеличивается. А также, в данном случае, необходимо учитывать направление движения груза. Если конвейер транспортирует груз вниз, тогда приращение натяжения изменяется менее интенсивно, что приводит к увеличению сопротивления движению.

        Рисунок 5. Зависимость приращения натяжения от грузопотока.

        Из результатов приведенных на рис. 5 следует, что при увеличении грузопотока конвейера приращение натяжения на смежных роликоопорах увеличивается.

         Проанализировав зависимость приращения натяжения от грузопотока, длины и угла наклона конвейера, можно сделать вывод, что все эти факторы приводят к увеличению приращения натяжения, что приводит к уменьшению провеса между роликоопорами. Сила сопротивления от деформирования транспортируемого груза и ленты уменьшается, следовательно, ведет к уменьшению потерь энергии.

3.2 Выводы и направления дальнейших исследований.

        На основании приведенных составляющих сопротивления движению конвейерной ленты можно рассчитать приращение натяжения на смежных роликоопорах и суммарную силу сопротивления ветви для конвейера с шириной ленты 800 мм.

        Исследования показали, что для приведенных исходных данных основная составляющая сопротивления движению в приращении натяжения приходится на силу сопротивления от вдавливания роликов – 72%, силу сопротивления от деформирования ленты и груза – 20%, силу сопротивления вращению роликов – 8%. Однако следует принять во внимание тот факт, что с ростом длины участка конвейера процентное соотношении каждой из составляющих в приращении натяжения будет изменяться.

        В будущем планируется определение приращения натяжения и силы сопротивления ветви конвейера для более широкого диапазона параметров, а также установление влияние параметров и факторов составляющих сопротивления движению на прочностные свойства ленты и энергоемкость транспортирования. Направлением дальнейших исследований является изучение изменения распределения отдельных составляющих в приращении натяжения в зависимости от скорости движения и предварительного натяжения ленты конвейера

Литература.

        1. Яхонтов Ю. А. Технико-экономическая оценка эффективности применения подвесных роликоопор для улучшения центрирования движения ленты конвейера. Шахтный и карьерный транспорт. М. Недра, 1977. Вып. 3. С. 114–117.

        2. Шахмейстер Л. Г., Дмитриев В. Г. Теория и расчет ленточных конвейеров – 2-е изд., перераб. и доп. М. Машиностроение, 1987. 336 с.

        3. Quaas H. Der Laufwiderstand von Tragrollen mit Fastachse Bergbautechnik, 1970, N. 8, S. 404–410.

        4. Кильчевский Н. А. Теория соударения твердых тел. Киев: Наукова думка, 1969, 246 с.

        5. Gladinewicz Predkosc razchadzneja sie fali napiecia w cignnach przenosnika tasmowego poderas rozruchu Gorn. Odkriwk, 1976, N. 11, S.

        6. Зенков Р. Л. и др.. Машины непрерывного транспорта. М. Машиностроение, 1980. 304 с.

         Gladinewicz Predkosc razchadzneja sie fali napiecia w cignnach przenosnika tasmowego poderas rozruchu Gorn. Odkriwk, 1976, N. 11, S.7. Ханс Лаухофф, «Действительно ли регулирование скорости ленточных конвейеров способствует экономии энергии», статья из журнала Gluckauf 142 (2006) 1/2.

        8. Шахмейстер Л. Г., Дмитриев В. Г.. Теория и расчет ленточных конвейеров. М. Машиностроение, 1978. 385 с.

        9. Шпакунов И. А., Пошивайло В. Я., «О сопротивлении вращению роликов ленточных конвейеров», сборник статей «Вопросы рудничного транспорта», вып. 10, М. «Недра», 1970, 62–68.

        10. Спиваковский А. О., Дмитриев В. Г., Теория ленточных конвейеров. М. Наука, 1982.