Введение к работе
Актуальность работы. Для горных предприятий России одной из основных проблем является проблема защиты окружающей среды от вредного воздействия транспортируемых грузов. Одним из транспортных средств, способных улучшить экологическую обстановку на горных предприятиях, является ленточных трубчатый конвейер (ЛТК).
Этот конвейер имеет закрытую конструкцию, исключающую взаимодействие груза, находящегося в трубообразной ленте, с окружающей средой. Ленточный трубчатый конвейер, кроме отмеченного, обладает многими ценными достоинствами, среди которых следует отметить его способность изгибаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Такая возможность ЛТК позволяет осуществлять бесперегрузочное транспортирование насыпного груза по сложным криволинейным пространственным трассам с меньшим объемом земляных работ. В настоящее время известны реализованные проекты для бесперегрузочного транспортирования насыпных грузов с использованием ЛТК длиной до 34 км и несколькими криволинейными участками.
Став ленточного трубчатого конвейера на пространственных криволинейных участках трассы часто располагается на опорных конструкциях, нагрузки на которые зависят от многих факторов и, в частности, от пространственных нагрузок на кольцевые шестироликовые опоры. Вертикальные нагрузки на роликоопоры на прямолинейных участках трассы, создаваемые весом груза, ленты и роликов, определялись во многих работах; для таких трасс определены и продольные нагрузки в виде сил сопротивления движению, создаваемых лентой при движении внутри кольцевых роликоопор.
Однако, двигаясь по криволинейным участкам трассы, лента, находящаяся под некоторым статическим натяжением, более интенсивно воздействует на ролики, находящиеся на внутренней стороне участка поворота и, наоборот, т.е. происходит перераспределение статических нагрузок на ролики и изменение сил сопротивления движению. При этом неизвестно, каких значений достигают эти силы, а следовательно, невозможно рассчитать пространственные нагрузки на роликоопоры и став, определить распределенные силы сопротивления движению на криволинейных участках, выполнить тяговый расчет ЛТК, найти мощность привода и рассчитать ленту на прочность. Также неизвестно, как будут протекать пусковые процессы в ленте конвейера, содержащего криволинейные участки, и какие дополнительные динамические натяжения при этом возникнут в ленте и на кольцевых роликоопорах.
Таким образом, обоснование метода расчета сил сопротивления движению на криволинейных участках трассы и определение статических и динамических нагрузок на отдельные роликоопоры, а следовательно, на став и опорные конструкции ЛТК является актуальной научной задачей.
Целью работы является разработка математических и цифровой моделей, позволяющих обосновать метод расчета сопротивлений движений и определить статические и динамические нагрузки на роликоопоры става на криволинейных участках трассы ЛТК.
Идея работы состоит в том, что в разработанных математических и цифровой моделях учтены особенности формирования силы сопротивления движению и статических и динамических нагрузок на единичной роликоопоре на криволинейных участках трассы ЛТК.
Научные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель расчета силы сопротивления движению и статической нагрузки на единичную кольцевую опору и став ЛТК на криволинейных участках трассы, учитывающая тип криволинейного участка и конструктивные параметры конвейера, позволяющая выполнить его тяговый расчет;
- математическая и цифровая модели ЛТК для анализа на ЭВМ динамических процессов, отличающиеся тем, что на основании тягового расчета коэффициент сопротивления движению принят переменным по длине ЛТК, при этом учтено его дополнительное изменение на криволинейных участках трассы, позволяющее определить дополнительные нагрузки на ленту и роликоопоры;
- установление зависимостей статических и динамических нагрузок на ленту и роликоопоры от типа и параметров криволинейного участка трассы, типа груза и ленты, её скорости, конструктивных параметров става ЛТК, температуры окружающей среды и др., полученных аналитически и с использованием цифрового моделирования на ЭВМ.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием классического математического анализа, теории упругости, механики сыпучей среды, теории колебаний и волн в механических системах с распределенными параметрами, а также цифрового моделирования на ЭВМ.
Научная новизна выполненных исследований состоит: в установлении характера изменения статического натяжения ленты на грузовой и порожней ветвях и определении силы сопротивления на криволинейных участках трассы ЛТК; в аналитическом описании нагрузок на единичные роликоопоры грузовой и порожней ветвей ЛТК и став конвейера на различного вида пространственных криволинейных участках трассы ЛТК; аналитическом описании ЛТК как системы с степенями свободы, позволившем путем последующего моделирования на ЭВМ установить характер формирования дополнительных динамических нагрузок на ленту при переменном коэффициенте сопротивления движению как на прямолинейных участках конвейера, так и криволинейных пространственных участках трассы и передаваемых лентой на став конвейера.
Научное значение работы состоит в обосновании математических и цифровой моделей, позволяющих определить суммарные статические и динамические нагрузки на единичные роликоопоры грузовой и порожней ветвей и став ЛТК, а также суммарные продольные натяжения в ветвях ленты, позволяющие выполнить расчет сил сопротивления движению на различного вида пространственных криволинейных участках.
Практическое значение выполненных исследований заключается в разработке метода расчета статических и динамических нагрузок на роликоопоры става ЛТК на различного вида криволинейных участках, а также методики позволяющей выполнить тяговый расчет ЛТК с пространственной криволинейной трассой.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета сопротивлений движению на криволинейных участках трассы ленточного трубчатого конвейера принята ОАО «Объединенные машиностроительные технологии».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международном научно-техническом симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, 2012 г.), на научных семинарах кафедры ГМТ МГГУ (2011-2013 гг.), техническом совещании отдела конвейерного транспорта ОАО «Объединенные машиностроительные технологии». Отдельные разделы диссертации использованы при чтении лекций по курсу «Транспортные машины» для студентов, обучающихся по специальности 150402 – «Горные машины и оборудование».
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы пять научных статей в изданиях, входящих в перечень, рекомендуемый Минобрнауки ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 126 наименований и включает 27 рисунков и 8 таблиц.
