Введение к работе
Актуальность работы. Ленточные конвейеры находят широкое применение во многих отраслях промышленности: горной, металлургической, строительных материалов, химической.
При добыче полезного ископаемого ленточные конвейеры транспортируют крупнокусковые грузы. Конвейерная лента подвергается воздействию динамических нагрузок при прохождении крупных кусков по роликоопорам ленточного конвейера. При ударах крупных кусков по ленте в ней формируются очаги ударно-усталостного разрушения. После многократных оборотов ленты новые очаги, взаимодействуя с появившимися при предыдущем обороте ленты очагами, со временем образуют потенциально опасное сечение, способное вызвать поперечный порыв ленты.
Лента является наиболее дорогим и наименее долговечным элементом, существенно влияющим на эффективность транспортирования горной массы. Стоимость лент составляет в среднем 50-70% стоимости конвейера. Еще большие эксплуатационные расходы связаны с заменой и ремонтом лент. Затраты на амортизацию лент на шахтах составляют 70-80% всех затрат на амортизацию конвейера, поэтому решение вопросов, связанных с повышением ресурса конвейерных лент для транспортирования крупнокусковых материалов, имеет большое практическое значение.
При транспортировании грузов крупностью до 400 мм потеря работоспособности конвейерных лент происходит: из-за общей потери прочности (стыковка) - 43%, износа каркаса и нерабочей обкладки - 33%, истирания рабочей обкладки - 24%. Эти данные свидетельствуют о том, что одной из основных причин выхода ленты из строя является ударно-усталостное разрушение рабочих обкладок и каркаса. Поэтому разработка методов и средств защиты конвейерной ленты от ударного разрушения при транспортировании ленточными конвейерами крупнокусковых грузов является важной научной задачей.
Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательской работы КузГТУ для ОАО «СУЭК-Кузбасс» по теме № 203-2006 «Проведение исследований по повышению эффективности и безопасности ведения горных работ».
Целью работы является снижение динамических нагрузок на ленту при прохождении крупных кусков по роликоопорам линейных секций конвейера за счет сегрегации груза.
Идея работы состоит в использовании ударных импульсов для обеспечения сегрегации транспортируемого груза на ленточном конвейере.
Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:
выявить закономерности изменения сопротивления перемещению крупного куска в среде насыпного мелкокускового груза в зависимости от натяжения ленты и пятна контакта куска с ней;
разработать модель взаимодействия крупного куска с мелкокусковым насыпным грузом под действием ударного импульса на конвейерной ленте с учетом веса вышележащего над ним слоя горной массы, сил бокового давления и сил трения;
определить изменение ударного импульса от степени удаленности куска от места приложения удара и высоты подсыпки из мелкокускового груза под нижней гранью крупного куска;
создать методику определения параметров процесса сегрегации крупнокускового груза на движущейся конвейерной ленте под воздействием ударных импульсов.
Научные положения, выносимые на защиту:
Сопротивление перемещению крупного куска в среде мелко кускового груза зависит от натяжения конвейерной ленты, пятна его контакта с лентой и описывается непрерывной кусочно-линейной функцией.
Математическая модель взаимодействия крупного куска с насыпным мелкокусковым грузом под воздействием ударной силы с изменяющимся во времени местом приложения ударного импульса, функционально зависящим от скорости движения конвейерной ленты, учитывает боковое давление насыпного груза и силы трения; вес вышележащего над куском слоя насыпного груза; снижение силы удара, прикладываемой к куску через подсыпку из мелкокускового груза.
3. Методика, основанная на рассмотрении по отдельным фазам взаимодей
ствия крупного куска с мелкокусковой фракцией на конвейерной ленте с уче
том изменения опирання его нижней грани, позволяет определить траекторию
его движения и высоту сформировавшейся подсыпки, причем учитывается из
менение положения куска до и после вхождения в зону ударного устройства.
Научная новизна работы:
впервые установлено, что при подъеме переднего края куска над лентой на 2-8 мм сопротивление его перемещению нарастает по линейной зависимости;
разработана математическая модель взаимодействия крупного куска с ударным устройством, отличающаяся тем, что она учитывает изменение места приложения импульса по длине куска при движении конвейерной ленты;
впервые установлено, что в процессе сегрегации насыпного груза на конвейерной ленте выделяется семь фаз взаимодействия крупного куска с ударным устройством.
Достоверность научных положений и выводов обоснована:
теоретическими исследованиями процесса сегрегации груза на основе известных положений теоретической механики и механики насыпных грузов;
экспериментальными исследованиями процесса сегрегации груза на промышленном образце ленточного конвейера с частотным преобразователем скорости, использованием видеосъемки и тензометрированием с оцифровкой сигнала, применением серийно выпускаемых датчиков и приборов, прошедших метрологический контроль;
достаточным объемом экспериментальных исследований, обеспечивающих достоверность результатов не менее 90%, и достаточным схождением теоретических и экспериментальных результатов исследований.
Научная ценность работы заключается: в разработанной математической модели, описывающей процесс сегрегации насыпного груза на ленте; в уста-
новленной закономерности изменения ударного импульса от степени удаленности куска от ударного устройства; в установленных закономерностях снижения ударного импульса конвейерной лентой и подсыпкой из мелкокускового насыпного груза.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученная методика определения высоты слоя подсыпки под нижнюю грань крупного куска в зависимости от характеристик ударных импульсов для конкретных условий эксплуатации ленточного конвейера позволяет обосновать тип и параметры ударного устройства.
Личный вклад автора состоит: в разработке конструкции стендов для исследования поглощения ударного импульса конвейерной лентой и формирующейся подсыпкой, для исследования интенсивности формирования подсыпки под нижнюю грань крупного куска при прохождении им ударного устройства; в разработке и изготовлении ударного устройства для конвейера 1Л80; в проведении экспериментальных исследований, обработке и анализе их результатов; в разработке математической модели и ее реализации в среде Delfi.
Реализация выводов и рекомендации работы. Результаты теоретических исследований реализованы при создании полноразмерного образца ударного устройства для конвейера 1Л80 и использованы в учебном процессе. Разработанная методика определения высоты слоя подсыпки под нижнюю грань крупного куска в зависимости от характеристик ударных импульсов для конкретных условий эксплуатации ленточного конвейера принята к использованию ОАО «КОКС» г. Кемерово.
Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались: на конференциях студентов и аспирантов Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово, 2005-2008 гг.), на международных научно-практических конференциях «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 2004, 2008 гг.), на международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» (г. Екатеринбург, 2005 г.), на международных научно-практических конференциях «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 2005, 2007 гг.), на международных научно-практических конференциях «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2005, 2008 гг.), на российско-китайском симпозиуме «Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений» (г. Кемерово, 2006 г.), на международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (г. Новокузнецк, 2007 г.), на IV международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел, 2010 г.).
Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 19 работ, кроме того, получен патент на полезную модель. Из них 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 178 страницах, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 86 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 125 наименований и приложение.
