Содержание к диссертации
Введение
1. Лента со встроенными элементами как объект исследования 11
1.1. Конвейер на магнитной подушке, как предмет исследования 11
1.2. Анализ конструкций современных конвейерных лент со встроенными элементами 16
1.3. Тенденции совершенствования магнитотвердых материалов 40
2. Напряженное состояние встроенного в конвейерную ленту элемента 50
2.1. Напряженное состояние резинотканевой конвейерной ленты на барабане 50
2.2. Подход к рассмотрению сил, действующих на встроенную в конвейерную ленту прямоугольную призму 53
2.3. Моделирование напряженного состояния встроенного в конвейерную ленту элемента 57
2.3.1. Выбор метода исследования и построение модели 57
2.3.2. Экспериментальные исследования параметров материала упругого основания 65
2.3.3. Моделирование напряженного состояния встроенного в конвейерную ленту элемента методом конечных элементов 71
2.4. Экспериментальные исследования изгибающего момента встроенного в конвейерную ленту элемента 81
2.4.1. Стенд для исследования изгибающего момента в элементе, встроенном в конвейерную ленту 81
2.4.2. Результаты исследования зависимости изгибающего момента, действующего на встроенный в ленту элемент, от ее натяжения 83
2.4.3. Определение зависимости изгибающего момента во встроенном в ленту элементе при похождении его по барабану 89
3. Влияние характеристик магнитных призм ленты на ее конструктивные параметры 97
3.1. Магнитные свойства встроенного в ленту элемента 97
3.2. Влияние расстояния между магнитными призмами парящего ряда на несущие свойства ленты конвейера на магнитной подушке 106
3.3. Исследование подъемной силы магнитного подвеса при различных схемах размещения магнитных призм 113
3.3.1. Исследование влияния ширины блоков опорного ряда на подъемную силу 113
3.3.2. Экспериментальные исследования зависимости подъемной силы от зазора между рядами при однорядной и двухрядной схемах размещения магнитных призм парящего ряда 117
3.3.3. Оценка зависимости подъемной силы от зазора между рядами при шахматной схеме размещения магнитных призм парящего ряда 121
4. Конструкция ленты с магнитными призмами для конвейера на магнитной подушке 125
4.1. Опыт создания модели конвейера на магнитной подушке с лентой из магнитоэласта 125
4.2. Выявление требований, предъявляемых к ленте, конвейера на магнитной подушке 128
4.3. Разработка вариантов конструкций лент конвейера на магнитной подушке со встроенными магнитными призмами с учетом исследований диссертации 129
Выводы 136
Заключение 137
Список литературы 139
- Анализ конструкций современных конвейерных лент со встроенными элементами
- Подход к рассмотрению сил, действующих на встроенную в конвейерную ленту прямоугольную призму
- Влияние расстояния между магнитными призмами парящего ряда на несущие свойства ленты конвейера на магнитной подушке
- Выявление требований, предъявляемых к ленте, конвейера на магнитной подушке
Введение к работе
Транспортирование сыпучих грузов конвейерным транспортом при добыче полезных ископаемых в настоящее время имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими видами транспорта. Использование для этих целей ленточных конвейеров традиционного исполнения выдвигает требования по ограничению кусковатости грузов, обусловливая необходимость предварительного дробления, что при транспортировании вскрышных пород вызывает дополнительные затраты и, соответственно, повышает себестоимость добычи.
В настоящее время с целью уменьшения числа вращающихся частей и снижения механического трения ведутся работы по созданию ленточных конвейеров с бесконтактной подвеской ленты на основе магнитного подвешивания. Магнитное подвешивание осуществляется за счет сил магнитного отталкивания одноименных полюсов магнитов. При этом могут применяться либо постоянные магниты, либо электромагниты.
Преимущества таких конвейеров обусловлены снижением сопротивления при движении ленты ввиду отсутствия поддерживающих роликов. Это дает возможность увеличить не только длину конвейера на один привод, но и скорость движения ленты, а следовательно, и производительность. Скорость движения грузонесущего органа таких конвейеров может быть доведена до 10 м/с. Отсутствие вращающихся роликоопор на линейном ставе приводит к снижению пожароопасности, повышению надежности и экологичности.
Основная трудность при создании таких конвейеров заключается в том, что подвешиваемое тело (тяговый и несущий орган, которым является лента) должно одновременно обладать эластичностью и высокими магнитными свойствами. Применение эластичных материалов из магнитотвердых резин в конструкции конвейера на магнитной подушке затруднено, потому что магнитные характеристики этих материалов существенно ниже, чем у
монолитных магнитов. Использование же монолитных магнитов, встроенных в ленту, ставит перед исследователями ряд специфических задач, которые связаны с выбором оптимальных геометрических параметров встроенных элементов; определением нормальных и касательных напряжений, действующих на встроенный в ленту элемент, как на прямолинейных участках, так и при движении тягового органа на барабане, которые не нашли до сегодняшнего времени практического решения, что свидетельствует об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.
Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательской работы «Проведение исследований по повышению эффективности и безопасности ведения горных работ» с Сибирской угольной энергетической компанией (№ 203-2006).
Цель работы. Повышение несущей способности тягового органа ленточного конвейера на магнитной подушке.
Идея работы. Использование встроенных в конвейерную ленту магнитных элементов в виде призм и согласование их параметров с характеристиками ленточного конвейера.
Научные положения, выносимые на защиту:
параметры встроенных в ленту магнитных призм определяются их напряженно-деформированным состоянием;
напряжения, действующие в магнитных призмах, зависят от натяжения и характеристик ленты, футеровки и диаметра барабана, и скорости движения ленты;
максимальное использование энергии постоянных магнитов в системе подвеса конвейера на магнитной подушке определяется взаимосвязью плотности транспортируемой горной массы и расстоянием между магнитными призмами в парящем ряду.
Научная новизна работы:
впервые установлено, что напряжения в призме, встроенной в конвейерную ленту, при переходе через барабан при соотношении диаметра барабана к длине призмы более 20:1 незначительны и возрастают в полиномиальной зависимости второй степени при соотношении менее 10:1;
впервые установлено, что изгибающий момент, действующий на встроенный в ленту элемент, при прохождении по барабану зависит от скорости движения ленты и при ее увеличении возрастает по параболической зависимости, а коэффициент динамичности (неравномерности) напряженного состояния при прохождении по барабану изменяется в пределах от 1,3 до 1,5 в скоростном диапазоне современных ленточных конвейеров;
впервые установлено, что максимальное использование энергии магнитов достигается при использовании шахматной схемы монтажа магнитных призм (подъемная сила парящего ряда увеличивается на 15-20 % по сравнению с другими схемами).
Задачи исследований:
установить основные зависимости напряженного состояния встроенной в ленту магнитной призмы от ее геометрических параметров и характеристик конвейера;
оценить влияние скорости ленты на встроенный в ленту элемент при прохождении концевого барабана;
- обосновать параметры и оценить влияние схемы размещения
магнитных призм на несущие свойства ленты конвейера на магнитной
подушке;
-разработать конструкцию ленты со встроенными элементами для конвейера на магнитной подушке.
Методы исследований:
- анализ и обобщение опыта создания конвейерных лент со встроенными
элементами;
аналитическое, численное и имитационное моделирование напряженного состояния встроенных в ленту элементов магнитного подвеса, как при прямолинейном движении тягового органа, так и на барабане;
- метод дистанционного непрерывного измерения динамических
нагрузок конвейерной ленты с тензорегистрированием и использованием
электронных носителей памяти;
- статистическая обработка экспериментальных данных.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
обоснована использованием апробированных методов исследований, применением современных методов математического и компьютерного моделирования с удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов при доверительной вероятности 0,95.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты:
позволяют рассчитывать рациональные параметры конструкции ленты для конвейера со встроенными элементами, при которых улучшается ее несущая способность, уменьшаются вес и стоимость;
используются при чтении курса лекций по дисциплине «Транспортные машины».
Личный вклад автора заключается:
- в установлении основных закономерностей формирования нагрузки на
встроенный в ленту элемент;
- математическом моделировании влияния соотношении геометрических
параметров встроенной в конвейерную ленту призмы и барабана на
напряженное состояние призмы;
разработке методики моделирования напряженно-деформированного состояния призмы, встроенной в конвейерную ленту, при прохождении барабана;
разработке и изготовлении измерительных стендов для исследования взаимодействия прямоугольных призм в системе магнитного подвеса и напряженного состояния встроенного в ленту элемента;
обосновании параметров и оценке влияния схемы размещения магнитных призм на несущие свойства ленты конвейера на магнитной подушке;
разработке требований, предъявляемых к конструкции ленты для конвейера на магнитной подушке;
- разработке конструкций лент для конвейера на магнитной подушке.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на VII и X международных научно-практических конференциях, 2005 г., 2008 г. (Кемерово, ННЦ ГП-ИГД им. А. А. Скочинского. ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь»); 51-й, 53-й научно-практических конференциях 2006 г., 2008 г., (Кемерово, ГУ КузГТУ); 1-й Всероссийской научно-технической конференции, 2007 г. (Кемерово, ГУ КузГТУ); 6-й Межрегиональной научно-практической конференции 9-11 апреля 2008 г. (Воркута, Филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт»); научно-техническом симпозиуме Шанхайского народного технического университета 27 сентября 2008 г. (Китайская народная республика); кафедре стационарных и транспортных машин Кузбасского государственного технического университета 22 октября 2008 г.; кафедре транспорта и хранения нефти и газа Томского политехнического университета 7 ноября 2008 г.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 печатных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 146 страниц печатного текста, в том числе 90 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 108 наименований.
Анализ конструкций современных конвейерных лент со встроенными элементами
В настоящее время известны многие типы конвейеров, использующих в конструкции ленты со встроенными элементами. Назначение этих элементов определяет специфику применения конвейера в той или иной области промышленности. Например, встроенные в конвейерную ленту ленточно-канатного конвейера упругие стержни, расположенные поперек ширины ленты через определенные расстояния, наделяют его отличающимися от других типов конвейеров грузоподъемными характеристиками. Но чаще всего встроенный элемент в конвейерной ленте выполняет упрочняющую функцию. Например, в последнее время на рынке конвейерных лент производители предлагают новые конструкции резинотканевых лент с использованием современных материалов, позволяющих увеличить прочностные характеристики ленты, уменьшить ее вес.
Наряду с возрастающим использованием тканей из синтетических волокон в производстве конвейерных лент расширяется область применения лент на основе стальных тросов, завулканизированных в резину. В настоящее время выпускают резинотросовые ленты шириной 500-3000 мм и прочностью 8-63 кН/см [5]. Конструкция такой ленты представлена на рис. 1.3.
К недостаткам резинотросовых лент следует отнести большой вес и трудоемкость выполнения стыковки их частей. Некоторые современные резинотканевые ленты по своим прочностным характеристикам уже сегодня превосходят резинотросовые ленты, выпускавшиеся в конце XX века [6], поэтому такие ленты являются наиболее перспективными для проектирования и конструирования новых типов конвейеров.
В лентах, применяемых для оснащения легких конвейеров небольшой длины, в основном используются ткани прочностью не более 1,5 кН/см ширины прокладки [7]. Такие ткани изготовляют из комбинации синтетических и натуральных волокон.
Ленты, рекомендуемые для оснащения конвейеров средних и больших мощностей, изготовляются из тканей на основе синтетических (полиамидных и полиэфирных) волокон. Прочность связи тканевых прокладок с обкладочными резинами повышают пропиткой различными адгезионными составами. Ткани из полиамидного волокна имеют прочность 1; 1,5; 3 и 4 кНУсм ширины прокладки в готовой ленте, а ткани из полиэфирного волокна - 2 кН/см. При полотняном переплетении нитей удлинение синтетических прокладок составляет 5-6 % в условиях рабочих нагрузок. Ткани из лавсана имеют меньшее удлинение, чем ткани из анида и капрона. Снижения удлинения прокладок достигается снижением плотности расположения и прочности уточных нитей. Применение в утке капрона позволяет получить ленты с большей желобчатостью и большим сопротивлением продольному разрыву [7].
Для транспортирования скальных крупнокусковых пород и руд разработаны конструкции отечественных лент прочностью 8-12 кН/см ширины прокладки [8]. Резиновые прослойки (сквиджи) между прокладками улучшают амортизирующие свойства лент, изолируют прокладки от проникновения влаги при повреждении соседних прокладок, уменьшают неравномерность распределения напряжений между прокладками.
Брекер, расположенный на каркасе ленты, значительно увеличивает прочность связи рабочей обкладки с тканевой прокладкой. Брекер, размещаемый в толще рабочей обкладки, предохраняет от разрыва резину на всю толщину рабочей обкладки. Конструкция резинотканевой ленты представлена на рис. 1.4.
Рабочая обкладка ленты 1, контактирует непосредственно с транспортируемым материалом и изготавливается в соответствии с условиями работы. Тканевые прокладки 2 (каркас) - элементы, обеспечивающие прочностные характеристики ленты, - разделены резиновыми прокладками 3 (сквиджами). Нерабочая обкладка 4 контактирует с роликоопорами и барабанами конвейера [9].
К недостаткам лент на синтетической основе относится их большая вытяжка, требующая большого хода натяжных устройств, что устраняется предварительной вытяжкой при повышенных температурах в процессе изготовления лент.
Современные производители конвейерных лент выпускают теплостойкие ленты, защитным покрытием в которых служит теплостойкая резина, а между каркасом и рабочей обкладкой размещен теплоизолирующий тканевый слой [10, 11]. Теплостойкие ленты, предназначенные для перемещения материала с температурой до 100 С, выпускаются без теплоизолирующего тканевого слоя. Для защитного покрытия морозостойких лент применяются специальные сорта резины, обеспечивающие работоспособность лент при температуре -55 С.
Основные физико-механические показатели обкладочных резин в зависимости от назначения представлены в табл. 1.1. Уточная ткань располагается следующим образом: по одному слою с рабочей и нерабочей сторон и один слой в толще рабочей резиновой обкладки. Для обкладок конвейерных лент используется резина на основе синтетических каучуков, обладающих высоким сопротивлением разрыву и истиранию [12].
Английская фирма «Dunlop» рекомендует толщину рабочих обкладок до 9-12 мм, защитные элементы в виде брекерных тканей, заложенные в толщу рабочей обкладки, и эластичный резиновый слой, расположенный между брекером и сердечником ленты.
Фирма «The Coodyear Tire and Rubber Co.» (США) запатентовала многослойную конвейерную ленту [13], состоящую из верхней 1 (рис. 1.5) и нижней 2 резиновых обкладок каркаса, включающего семь тканевых прокладок 3, брекера 4 из нитей корда, промежуточного слоя 5, прокладки 6, армированной отрезками латунной проволоки длиной 12 мм, и защитного резинового борта 7.
Подход к рассмотрению сил, действующих на встроенную в конвейерную ленту прямоугольную призму
В настоящее время при проектировании новых типов конвейеров актуальна задача размещения жестких элементов (прямоугольных призм) внутри ленты [60]. Такие ленты получили распространение при проектировании конвейеров на магнитной подушке, где встроенные в ленту магнитные прямоугольные призмы играют роль одного из полюсов. При
этом возникает проблема разрушения этих элементов при переходе через концевые барабаны конвейера [61].
Рассмотрим влияние параметров встроенной в конвейерную ленту призмы и барабана на характер сил, возникающих при их взаимодействии. В зависимости от натяжения и конструктивных параметров ленты нейтральный слой может быть смещен относительно ее продольной оси по толщине ленты, но проходит в сечении призмы. Конструирование ленты с прохождением нейтрального слоя за пределами площади призмы нецелесообразно, так как при этом снижаются несущие характеристики ленты и повышается ее удельный вес. В работающих конвейерах с резинотканевой лентой большой длины натяжение ленты таково, что нейтральный слой смещен ближе к поверхности барабана. Однако натяжение ленты КМП не всегда может достигать такой величины. Рассматривая ленту со встроенными элементами, примем допущение, что положения нейтрального слоя и оси призмы совпадают. Тогда в соответствии с теорией упругости [62] слои ленты и призмы, находящиеся над нейтральным слоем, растягиваются, а слои материала, расположенные ниже нейтрального слоя, сжимаются. Характер сил, воздействующих на верхнюю поверхность призмы (в соответствии с теорией гибкой нити [63, 64]), является равномерно распределенным.
Примем вариант конструкции ленты КМП (рис. 2.3), при котором верхняя поверхность призмы привулканизованна к резиновой обкладке ленты. При переходе через барабан призмы поворачиваются из-за кривизны поверхности и своими гранями растягивают участок верхней обкладки ленты М (рис. 2.3) и части участка ленты между пластинами. Возникающая при этом растяжении упругая сила увеличит нормальной своей составляющей напряжения, передающиеся призме лентой. На рис. 2.3 представлено взаимодействие встроенной в ленту прямоугольной призмы и барабана при прохождении дуги покоя. Для наглядности прямоугольные призмы намеренно изображены увеличенными, в реальности же при проектировании лент со встроенными элементами принимают отношение длины встроенного элемента к диаметру барабана 1 : 50 [36, 39, 40, 41].
При известных величинах радиуса барабана R, толщины призмы Ь, длины призмы /, расстояния между призмами t нетрудно определить угол а между нормалями, проведенными через середины продольного сечения призм, взаимодействующих на дуге покоя
Зная этот угол, можно определить изменение расстояния между гранями призмы Положение вектора упругой силы, возникающей при растяжении обкладок ленты, совпадет с положением линии Ґ (см. рис. 2.3).
В случае когда из-за несравнимо большего натяжения нейтральный слой смещается к центру барабана, имеем
Силы, действующие на призму, встроенную в ленту, при переходе через концевой барабан, складываются из нормальных и касательных сил, возникающих в ленте при переходе через барабан, а также сил, возникающих при растягивании обкладок ленты. Силы, возникающие при растягивании обкладок ленты, нормальной своей составляющей будут воздействовать на картину нагружения , встроенной в ленту призмы [65]: где E - модуль Юнга; b" - толщина верхней обкладки ленты; (3 - угол натяжения относительно боковой грани призмы; у — угол деформации растянутой обкладки, град (у = 90 - Р); tut"- расстояние между призмами по верхней грани до и после растяжения.
Под действием этих сил происходит нарушение целостности верхней обкладки ленты при огибании лентой барабана и усталостное выкрашивание сопряженных с обкладкой граней призмы. Для уменьшения этого воздействия можно рекомендовать снятие фасок с верхних граней призмы. Угол фаски определится углом р, а ее величина — прочностными характеристиками материала, из которого изготовлена пластина, диаметром барабана и характеристиками футеровки [66, 67].
Нормальные силы, действующие в ленте при.переходе ее через концевой барабан составляют самую интенсивную нагрузку [67, 68]. Ввиду малости линейной длины встроенной призмы относительно диаметра барабана нагрузка, передаваемая пластине лентой, может быть представлена как равномерно распределенная по длине этой пластины.
Для уменьшения изгибных напряжений поверхность барабана футеруют. Эту же функцию выполняет нижняя обкладка ленты. Распределение сил, возникающих при деформации футеровки, определяется радиусом барабана и зависит от вдавливания и характеристик футеровки [69].
Таким образом, проведя анализ сил, действующих на встроенную в конвейерную ленту прямоугольную призму, можно сделать ряд выводов: встроенные в ленту прямоугольные призмы при прохождении через барабан взаимодействуют с верхней частью монтажной ниши ленты своими гранями, вследствие чего может происходить усталостное разрушение соприкасающихся элементов в зоне контакта. На основании этого можно рекомендовать способ монтажа магнитной призмы в карман конвейерной ленты без закрепления. При этом верхняя обкладка ленты сможет свободно растягиваться над призмой. Снятие фасок с верхней поверхности призмы может несколько уменьшить напряжения в контакте, однако изменение формы магнитной призмы может повлечь потерю подъемной силы магнитного подвеса; система, в которой нагруженная призма опирается на цилиндрическое упругое основание, является статически неопределимой. Решение этой контактной задачи методами классической теории упругости усложняется различными допущениями, что приводит к большим отклонениям от действительных значений.
Влияние расстояния между магнитными призмами парящего ряда на несущие свойства ленты конвейера на магнитной подушке
При определении конструктивных параметров ленты со встроенными элементами для конвейера на магнитной подушке одной из сложных инженерных задач является определение расстояния между этими элементами. При проектировании такой ленты важно знать влияние расстояния между магнитами в отдельном ряду на параметры магнитного подвеса. При изготовлении ленты парящего ряда, а также при проведении монтажных работ по сборке опор возможно образование зазоров между блоками. Все это приводит к тому, что в пространстве между магнитами появляются зоны со знаком магнитной индукции, противоположным знаку основного поля, в результате чего на этих участках парящая начинает притягиваться к опорной системе [101].
Чтобы оценить характер изменения конфигурации магнитного поля в пространстве над рядом магнитов, расположенных на некотором расстоянии между собой, были проведены эксперименты. При этом производились измерения нормальной составляющей напряженности магнитного поля по оси симметрии вдоль ряда в трех плоскостях (рис. 3.9). Измерения проводились сначала на уровне полюсной грани (поверхности магнитной призмы), затем на расстоянии 15 и 30 мм от нее.
Топографию магнитного поля получили с помощью тесламетра универсального типа 43205, который предназначен для измерений: радиальной составляющей индукции постоянного магнитного поля и среднеквадратичного значения синусоидальной формы переменного магнитного поля с помощью первичного преобразователя (ПИП-РАД); осевой составляющей индукции постоянного магнитного поля с помощью первичного преобразователя (ПИП-АКС) На рис. ЗЛО видно, что при расстоянии от плоскости магнитов 5 = 0 мм, в зазорах между магнитами происходит резкий скачок значения магнитной индукции со сменой знака, причем пики значения магнитной индукции обоих знаков приходятся на самый край магнитов.
На расстоянии в 8 = 15 мм значения противоположного знака практически не встречаются, а на расстоянии в 5 = 30 мм от поверхности магнитов вертикальная составляющая индукции Вв меняется плавно (см. рис. 3.12). Это происходит потому, что силовые линии, выходящие из краев магнитов, не доходят до уровня 30 мм. Из отраженных на рис. 3.10-3.12 результатов измерений видно, что смена полярности в промежутке между магнитами происходит не на всех уровнях в пространстве над полюсными гранями и интенсивность этого процесса уменьшается с увеличением высоты над полюсной гранью.
Для получения количественной оценки влияния расстояния между магнитами в отдельном ряду на величину подъемной способности магнитного подвеса в Кузбасском государственном техническом университете был создан стенд (рис. 3.13), состоящий из основания 1, на котором устанавливался опорный ряд магнитов 2, и цилиндрических направляющих 3, по которым могла свободно (с минимальным трением) перемещаться пластина 4 с закрепленными на ней магнитами парящего ряда, причем расстояние между магнитами парящего ряда можно было изменять с определенным шагом.
Измерения проводились в следующем порядке. Устанавливалось определенное расстояние между магнитами парящего ряда, затем при ступенчатом изменении нагрузки на парящий ряд и фиксации при каждом шаге нагружения зазора 5 между опорным и парящим рядами определялась зависимость подъемной силы от зазора 5.
Для того чтобы исключить влияние стыков магнитов опорного ряда на результаты измерений подъемной силы, парящая система сдвигалась вдоль опорного ряда с шагом 20 мм и повторялась серия измерений с варьированием нагрузки. Парящая система перемещалась таким образом семь раз, поскольку опорный ряд набирался из магнитов длиной 120 мм. Затем полученные результаты усреднялись и строились зависимости F:(b). После этого расстояние между магнитами парящего ряда изменялось и повторялась серия измерений от минимальной нагрузки до максимальной с последующим продольным перекреплением парящей системы. Результаты измерений представлены графически на рис. 3.14 и 3.15.
Как можно заметить из рис. 3.15, зависимости д(1}!) имеют плавно выраженный экстремум, причем с увеличением нагрузки значение экстремума по 1У изменяется от 10 до 20 мм. Это явление объясняется действием краевого эффекта (см. рис. 3.5—3.7). В этом диапазоне изменения 1У увеличение подъемной силы может достигать 5 %. Следовательно, можно рекомендовать «рациональное расстояние» между магнитными призмами в парящем ряду Іу в пределах этого диапазона. На рис. 3.16 представлены экспериментальные зависимости подъемной силы от зазора между магнитами 1У. Через точки экстремума кривых изменения зазора между опорным и парящим рядами в зависимости от расстояния в продольном направлении между магнитами в парящем ряду 1у (см. рис. 3.15) проведена кривая (рис. 3.16, кривая 1).
Кривая, проведенная через точки экстремума, характеризует максимальное расстояние в продольном направлении между магнитными призмами в парящем ряду. Аппроксимировав эту кривую линией тренда, получим уравнение экспериментальной зависимости подъемной силы от максимального продольного расстояния между магнитами (для нашей 11215/ системы - это уравнение Под= 502,\5е у). Так, зная величину расчетной подъемной силы, можно определить значение расстояния в продольном направлении 1у. Например, на основе экспериментальных зависимостей для нашего стенда (см. рис. 3.16) с расчетной подъемной силой парящего ряда 100 Н/м максимальное расстояние между магнитными призмами парящего ряда составит 13 мм.
Таким образом, экспериментально оценив действие краевого эффекта, можно, в зависимости от магнитного материала, рекомендовать максимальное расстояние между магнитными призмами в ряду, при котором сохранится подъемная сила, а сопротивление от изгиба на барабане будет минимизировано.
Выявление требований, предъявляемых к ленте, конвейера на магнитной подушке
На основании проведенных исследований можно предложить несколько схем монтажа магнитной призмы в конвейерную ленту. На рис. 4.4 изображен возможный способ размещения магнитных призм в резинотканевой конвейерной ленте. При этой схеме монтажа не нарушается целостность тканевых прокладок 4 ленты, а большая площадь под ними позволяет применять различные схемы монтажа (диагональная, порядная, шахматная).
Ширина призмы 2 в поперечном сечении предопределяется конструкцией става, которая в свою очередь учитывает условия эксплуатации, и может занимать всю ширину ленты (см. канатный конвейер [45]). Однако при конструктивном увеличении ширины призмы площадь соприкосновения нижней и верхней обкладок ленты 5 уменьшится, что приведет к расслаиванию ленты, поэтому рекомендуется увеличить шаг установки призм в поперечном сечении ленты в зависимости от прочностных характеристик обкладок 1 и 5. Излишнее увеличение шага установки призм приведет к неравномерному распределению касательных напряжений в сечении пластины, что создаст боковое сжатие и увеличит касательные напряжения на переднюю стенку призмы.
Высота призмы зависит от материала, из которого изготовлена магнитная призма, и толщины ленты: уменьшение высоты снизит прочность и силовые характеристики магнита, увеличение повлечет за собой уменьшение верхней 5 и/или нижней обкладок 1 ленты и быстрый их износ. Длина призмы ограничивается величиной разрушающего напряжения, действующего на призму при переходе ленты через барабан.
Для многоконтурных конвейеров на магнитной подушке можно рекомендовать конструкцию ленты, представленную на рис. 4.5. В отличие от конструкции ленты, представленной на рис. 4.4, в этой ленте тканевые прокладки 4 помещены под призмы 2. Это несколько меняет картину напряжений, действующих в призме, однако в целом уменьшает контактные напряжения «призма - верхняя обкладка ленты».
Исходные данные этого стенда таковы: два барабана изготовлены из алюминия, диаметрами 250 и 210 мм; ширина ленты 255 мм; в качестве призм опорного ряда используются магнитные призмы типа 2БА240 с размерами 120x79x15 мм; центрирование производится роликами; лента стенда при зазоре 3 мм должна обладать несущей способностью 450 Н/м погонной нагрузки.
На основании [93-100, 107, 108] и проведенных исследований можно рекомендовать конструкцию конвейерной ленты со встроенными магнитотвердыми элементами.
С учетом параметров опорного ряда для конвейера на магнитной подушке (КМП) предложены две схемы монтажа магнитных призм типа Nd-Fe-B размерами 40x40 мм в резинотканевую ленту шириной 255 мм (рис.4.7, 4.8), которые могут применяться как в одноконтурном, так и в многоконтурном КМП.
Эти ленты состоят из грузонесущей обкладки ленты 1, соответствующей предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; двух тканевых прокладок 2, характеризующих не только разрывные свойства конвейерной ленты, но и контактирующих с магнитными призмами 5, выполняющими главную роль в магнитном подвешивании; резиновой сквиджевои прокладки 3 с выполненными в ней в соответствии с расчетной схемой монтажа нишами. В ниши встраиваются магнитные призмы, которые закрываются резиновой обкладкой 4. Эта резиновая обкладка, как и основная рабочая с тканевыми прокладками, соединяется с резиновой сквиджевои прокладкой холодной либо горячей вулканизацией.
При сравнении характеристик двух конструкций лент было установлено, что конструкция ленты, представленная рис. 4.4, имеет ряд преимуществ: наименьшее количество магнитного материала, следствием чего является меньший собственный вес ленты и более низкая цена; при таком расположении магнитных призм происходит уменьшение смещающей силы ленты в поперечном направлении, что является предпосылкой к решению одной из важнейших задач, возникающих при создании КМП — задачи центрирования ленты. С учетом магнитных характеристик встроенных призм было подсчитано, что 1 пог. м ленты (рис. 4.7) может удерживать вес до 500 Н, а 1 пог.м ленты (рис.4.8) - до 600 Н, но лента (рис. 4.8) в связи с большим количеством магнитных призм имеет значительный собственный вес, поэтому некоторое значение подъемной силы этой ленты будет расходоваться на удержание собственного веса данной ленты, что вновь подтверждает преимущество использования ленты, представленной на рис. 4.7.
В числе прочих можно предложить конструкцию ленты с призмами из феррита стронция (рис. 4.9). Призмы из этого материала по цене дешевле (см. табл. 1.2) призм из материала Nd-Fe-B и может быть использован в КМП с небольшой силой отталкивания парящего ряда.
При различных рабочих ситуациях, а также во время аварийных режимов работы может произойти касание парящего ряда с опорным рядом, в результате чего парящий ряд потеряет свои подъемные свойства. Исследования показали, что наибольшей подъемной силой система магнитного подвешивания обладает при гарантированном зазоре 4- 6 мм. Для сохранения гарантированного зазора толщина нижней резиновой обкладки (рис. 4.4, поз. 1) рекомендуется 2-3 мм, а также призмы опорного ряда рекомендуется покрывать слоем фторопласта толщиной 1 -1,5 мм для предотвращения механических повреждений.
