Введение к работе
Актуальность работы. Ленточные конвейеры, являясь одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных видов конвейерного транспорта, нашли широкое применение на подземных и открытых горных работах. Применение ленточных конвейеров обеспечивает на горных предприятиях интенсивный путь развития, позволяя использовать поточную и циклично-поточную технологии, широко внедрять автоматизацию производственных процессов, соответствуя при этом современным экологическим требованиям. Постоянно растут объемы перевозок ленточными конвейерами в угольной промышленности, черной металлургии, промышленности нерудных строительных материалов и других отраслях.
В последние годы нашли широкое применение канатно-ленточные конвейеры, которые, по сравнению с обычными ленточными конвейерами, существенно увеличивают длину транспортирования, что обусловлено использованием стальных проволочных канатов в качестве тягового органа.
Однако, существующие конструкции канатно-ленточных конвейеров обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения и снижающих технико-экономические показатели при эксплуатации этих конвейеров. Основными недостатками являются:
- недостаточная производительность из-за ограниченной величины желобчатости грузонесущей ленты;
- значительные габаритные размеры приводных станций и необходимость использования большого числа отклоняющих шкивов при размещении привода за пределами разгрузочных устройств;
- наличие опорных шкивов увеличенного диаметра для тяговых канатов грузовой и холостой ветвей контура ухудшают условия безопасной эксплуатации транспортного средства.
Эти недостатки в значительной степени проявляются при использовании ленточно-канатных конвейеров в подземных условиях и на повышенных уклонах трассы.
Таким образом, конструктивное совершенствование канатно-ленточных конвейеров, определение области их экономически эффективного применения невозможны без совершенствования и установления рациональных параметров элементов линейной части конвейера, что является актуальной задачей для горнодобывающей промышленности и требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
Цель работы. Установление закономерностей, связывающих геометрические и силовые параметры усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера, с рекомендацией рациональных значений параметров, обеспечивающих максимальную производительность конвейера при заданной ширине конвейерной ленты и максимально возможную величину тягового усилия, реализуемого стальными канатами тягового контура.
Для достижения обозначенной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Разработка принципиальной схемы ленточно-канатного конвейера с размещением канатного тягового контура внутри контура конвейерной ленты при совмещении в одном приводном блоке канатного и ленточного приводов.
2. Разработка математической модели нового двухконтурного ленточно-канатного конвейера, связывающей геометрические параметры размещения тяговых канатов и боковых опорных роликов для грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет выбрать рациональные значения этих параметров, обеспечивающих максимальную площадь поперечного сечения желоба грузонесущей ветви ленты при максимальной составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура.
3. Экспериментальные исследования на лабораторном стенде, позволяющие установить численные значения параметров функциональных связей между грузонесущим органом (конвейерной лентой с боковыми опорными устройствами) и тяговым органом (двумя стальными проволочными канатами) с возможностью их использования в математической модели при выборе рациональных параметров проектируемого конвейера.
4. Разработка методики расчета двухконтурного ленточно-канатного конвейера.
5. Формулирование задачи дальнейшего совершенствования конструкции двухконтурного ленточно-канатного конвейера.
Идея работы. Величина составляющей суммарного тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами внутреннего тягового контура, определяется расстоянием между канатами и величиной весовой нагрузки на канаты от конвейерной ленты с размещенным на ней транспортируемым грузом.
Методы исследований. Теоретические исследования и экспериментальные исследования на лабораторном стенде, позволяющие установить функциональные и численные значения геометрических и силовых параметров двухконтурного ленточно-канатного конвейера.
Научная новизна работы:
1. Научно обосновано применение для рекомендуемого ленточно-канатного конвейера двухканатного тягового контура с его размещением внутри ленточного контура при совмещенном приводном блоке, состоящем из шкива и барабана.
2. Разработана математическая модель системы привода конвейерной ленты, обеспечивающая выбор рациональных параметров двухконтурного ленточно-канатного конвейера – составляющих тяговых усилий, реализуемых стальными проволочными канатами и самой конвейерной лентой при заданной производительности конвейера.
Защищаемые научные положения:
1. Математическая модель двухконтурного ленточно-канатного конвейера, описывающая функциональные связи величины составляющей тягового усилия, реализуемого стальными проволочными канатами, от величины суммарного тягового усилия и площади поперечного сечения транспортируемого груза, с расстоянием между тяговыми канатами и углом наклона боковых роликов грузонесущей ветви конвейерной ленты, что позволяет определить величины тяговых усилий, реализуемых тяговыми канатами и самой конвейерной лентой, с обоснованным выбором прочных размеров тяговых канатов и конвейерной ленты.
2. Рациональные параметры ленточно-канатного конвейера, обеспечивающие его максимальную производительность и максимальную величину составляющей тягового усилия, реализуемого тяговыми канатами, при заданной ширине ленты, определяются при
угле наклона боковых роликов 50о, расстоянии между канатами 215мм, участке ширины ленты, опирающейся на боковые ролики равном 50мм.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и результатов экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
1. Разработана усовершенствованная конструкция двухконтурного ленточно-канатного конвейера, исключающая недостатки существующих конструкций канатно-ленточных конвейеров, обеспечивающая возможность использования конвейера при увеличенных значениях длины транспортирования, угла наклона конвейера и производительности при той же ширине конвейерной ленты.
2. Разработана методика расчета и выбора рациональных параметров двухконтурных ленточно-канатных конвейеров предлагаемой конструкции.
Реализация результатов работы. Ленточно-канатные конвейеры предлагаемой конструкции рекомендуются для использования в качестве магистральных и подъемных конвейеров в шахтах, рудниках и карьерах горной промышленности, а также в качестве магистральных конвейеров на предприятиях любых других отраслей промышленности.
Личный вклад автора. Разработка усовершенствованной конструкции ленточно-канатного конвейера и стендов для экспериментального исследования его параметров. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд. Проведены экспериментальные исследования и установлены функциональные зависимости между основными параметрами конвейера. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров ленточно-канатного конвейера и методика расчета двухконтурного ленточно-канатного конвейера.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технической конференции горно-электромеханического факультета СПГГУ в 2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 4 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 35 рисунков, 14 таблиц и список литературы из 78 наименований. Общий объем диссертации 105 страниц.
