Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих конструкций и методик расчета улавливающих устройств 6
1.1. Общая характеристика современных конвейеров с подвесной лентой и ленточных конвейеров на роликоопорах 6
1.2. Анализ существующих конструкций улавливающих устройств и разработка критериев их сравнительной оценки 14
1.3. Анализ существующих методик расчета улавливающих устройств 24
1.4. Цель и задачи исследования 27
2. Обоснование типа улавливающего устройства для конвейеров с подвесной лентой 30
2.1. Классификация улавливающих устройств 30
2.2. Обоснование конструктивной схемы улавливающего устройства канатно-петлевого типа 32
2.3. Математическая модель процесса улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой 36
2.4. Выводы 41
3. Экспериментальные исследования улавливающего устройства конвейерной ленты 42
3.1. Разработка методики и стенда для исследования параметров ловителей конвейеров с подвесной лентой 42
3.2. Планирование эксперимента 47
3.3. Методика обработки экспериментальных данных 49
3.4. Определение вида функции, определяющей зависимость тормозного усилия от смещения ленты до срабатывания ловителя 53
3.5. Определение вида функции, определяющей зависимость тормозного усилия от степени загрузки лотка ленты транспортируемым грузом
3.6. Выводы 74
4. Разработка рекомендаций по проектированию улавливающих устройств для конвейера с подвесной лентой 76
4.1. Методика расчета и выбора параметров улавливающего устройства 76
4.2. Прикладная программа для расчета необходимого количества канатных ловителей на конвейере с заданными исходными данными 83
Заключение 85
Список литературы
- Анализ существующих конструкций улавливающих устройств и разработка критериев их сравнительной оценки
- Анализ существующих методик расчета улавливающих устройств
- Математическая модель процесса улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой
- Определение вида функции, определяющей зависимость тормозного усилия от смещения ленты до срабатывания ловителя
Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии с правилами безопасности на горных предприятиях все наклонные ленточные конвейеры с углом наклона более б градусов, подъемные, уклонные и бремс-берговые подземные конвейеры, а также ленточные конвейеры поверхностного комплекса шахт и рудников должны быть оборудованы техническими средствами для улавливания лент в случае их обрыва в процессе эксплуатации. Аналогичное требование предъявляется к наклонным ленточным конвейерам на дробильно-сортировочных заводах, обогатительных и агломерационных фабриках горно-металлургической, нерудной и других отраслей промышленности.
Для существующих и разрабатываемых конвейеров с подвесной лентой отсутствуют эффективные конструкции улавливающих устройств. Их недостатки: ограниченная величина тормозного усилия, что связано с увеличением числа ловителей и соответственно увеличением капитальных затрат и эксплуатационных расходов для поддержания их в работоспособном состоянии, и невозможностью обеспечения их синхронного срабатывания; возможность разрыва ленты при одностороннем захвате поперечно смещенной ленты.
Это вызывает снижение надежности улавливания при увеличенных материальных затратах, связанных с установкой и обслуживанием системы улавливающих устройств. Для конвейеров с подвесной лентой эффективные улавливающие устройства отсутствуют, в связи с этим есть необходимость их конструктивной разработки с обоснованием и оптимизацией параметров.
Цель работы заключается в установлении закономерностей формирования тормозного усилия в зависимости от параметров улавливающего устройства канатного типа, продольного и поперечного профиля загруженной ленты в зоне ее взаимодействия с рабочим органам ловителя для разработки методики расчета и выбора его параметров, что позволяет повысить надежность срабатывания улавливающих устройств, эффективность и безопасность эксплуатации конвейеров с подвесной лентой на горных предприятиях.
Идея работы заключается в том, что параметры улавливающего устройства канатного типа для конвейеров с подвесной лентой выбираются на основе сравнительного анализа тормозных характеристик при различных сочетаниях поперечного и продольного профилей конвейерной ленты и поперечного профиля рабочего органа улавливающего устройства, различных натяжениях конвейерной ленты и степени ее заполнения транспортируемым грузом в зоне ее взаимодействия с рабочим органом ловителя.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи исследования:
Выполнить анализ существующих конструкций улавливающих устройств конвейеров и принципов их действия, произвести анализ литературных и патентных источников по данной проблематике.
Разработать стенд и методику экспериментального исследования параметров канатного улавливающего устройства.
Выполнить экспериментальные исследования канатного улавливающего устройства для установления закономерностей формирования тормозного усилия в зависимости от конструктивных параметров улавливающего устройства, продольного и поперечного профиля конвейерной ленты и ее заполнения транспортируемым грузом.
Обосновать компоновочную схему и конструкцию улавливающего устройства с оптимизированными конструктивными параметрами.
Уточнить математическую модель системы улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой при использовании ловителей с канатно-петлевым рабочим органом.
Разработать методику расчета и выбора параметров улавливающего устройства канатного типа для конвейеров с подвесной лентой.
Методы исследований: В основу проведенных исследований положен системный подход к изучаемому объекту. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий патентно-информационный анализ, анализ существующих конструкций и методик расчета улавливающих устройств,
теоретический анализ с использованием методов классической теоретической механики и экспериментальные исследования на лабораторной модели.
Научные положення, выносимые на защиту:
Уточнена математическая модель улавливающего устройства канатно-петлевого типа с установлением аппроксимируемых линейными и экспоненциальными уравнениями функциональных связей между величиной тормозного усилия, обратным смещением ленты при срабатывании ловителя, поперечной и продольной деформацией лотка конвейерной ленты в зоне ее взаимодействия с рабочим органом ловителя, его поперечным профилем в момент захвата ленты и ее натяжением.
Экспериментально установлено, что тормозное усилие при максимальной загрузки лотка ленты транспортируемым грузом 250 кг/м, при значениях коэффициента обхвата рабочим органом ловителя лотка ленты от 0,865 до 0,925 и деформации лотка ленты ловителем в вертикальной плоскости от 0 до 100 мм изменяется в пределах от 0,52 кН до 21,55 кН, что свидетельствует об эффективности предлагаемой конструкции ловителя.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей формирования величины тормозного усилия при улавливании оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой с использованием ловителей канатно-петлевого типа, что позволяет оценить величину тормозного пути при затормаживании ленты и минимизировать нагрузки на конвейерную ленту и рабочие органы улавливающего устройства оптимизацией конструктивных параметров улавливающего устройства.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается лабораторными экспериментальными исследованиями на полномасштабном стенде и статистической обработкой экспериментальных данных с использованием стандартных методик.
Практическая значимость работы:
Предложена технически эффективная конструктивная схема улавливающего устройства канатного типа для конвейера с подвесной лентой, позволяющая надежно улавливать оборвавшуюся ленту наклонного конвейера с подвесной лентой при минимальном тормозном пути и максимальной величине тормозного усилия.
Разработана методика расчета и выбора параметров улавливающего устройства канатного типа для конвейеров с подвесной лентой.
Разработан алгоритм и программа на его основе для расчета улавливающего устройства канатного типа, рекомендации по их расстановке по грузонесущей ветви тягово-несущего контура конвейера в зависимости от его продольного профиля и выбору необходимого их количества для конвейеров с подвесной лентой.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2006,2007,2008 годах в СПГГИ (ТУ);
на 5-ой Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута 11-13 апреля 2007г.;
на научной конференции «Неделя горняка - 2008», Москва (МГГУ) 28.01.-01.02.2008г.
Личный вклад автора:
разработана уточненная математическая модель системы улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой;
предложена технически эффективная конструктивная схема улавливающего устройства канатного типа для конвейера с подвесной лентой, исключающая возможность дополнительного разрыва поперечно смещенной ленты;
разработан и изготовлен экспериментальный стенд для исследования параметров улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой, выполнены экспериментальные исследования на нем;
установлены закономерности формирования тормозно-
го усилия при улавливании оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой улавливающим устройством канатного типа.
Публикации: По результатам диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 4 патента РФ на изобретения. Из них 2 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных «Перечнем ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук» Высшей аттестационной комиссии.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 112 страницах, содержит 33 иллюстрации, 4 таблицы, список литературы из 98 наименований.
Анализ существующих конструкций улавливающих устройств и разработка критериев их сравнительной оценки
Существующие в настоящие время, и разрабатываемые, улавливающие устройства для ленточных конвейеров, основанные на различных принципах действия, можно классифицировать по следующим основным признакам [24, 42,90,95]: по области использования - ловители для грузовых конвейеров; ловители для грузолюдских конвейеров; по характеру приложения тормозного усилия к улавливаемой ленте по ее длине - ловители с местным приложением тормозного усилия; ловители с распределенным приложением тормозного усилия; по характеру приложения тормозного усилия по ширине улавливаемой ленты - ловители с приложением тормозного усилия по всей ширине ленты (к всему поперечному сечению ленты); ловители с приложением тормозного усилия к большей части ширины ленты; кромочные ловители с приложением тормозного усилия к боковым свободным от транспортируемого груза кромкам конвейерной ленты; по направлению захвата конвейерной ленты - ловители с захватом ленты в вертикальной плоскости; ловители с захватом ленты в горизонтальной плоскости; по направлению воздействия на ленту для создания тормозного усилия - ловители с верхним активным и нижним пассивным воздействиями; ловители с верхним пассивным и нижним активным воздействиями; ловители с боковым активным воздействием (симметрично продольной оси ленты); ловители с нижним активным воздействием; ловители с верхним и нижним активным или пассивным воздействиями; по способу создания тормозного воздействия - механические, вакуумные, магнитные; по виду рабочего органа механического типа - ловители с подвижными рычажным, эксцентриковым, клиновым, маятниковым, барабанным, роликовым, канатным, туннельно-клиновым, поперечным рамочным, продольно ограничительным (жестким или гибким) рабочими органами; по способу включения - ловители с непосредственным автоматическим включением при обрыве ленты; ловители с включением от соответствующих датчиков обрыва или других сигнальных устройств; по виду привода подвижного рабочего органа - от ленты при изменении направления ее движения при обрыве; от ленты при ее провисании; от противовеса (непосредственно или через редуктор) с включением стопора от сигнала датчика обрыва ленты; от привода с внешним источником энергии с включением от датчика обрыва ленты; по возможности использования на конвейерах в зависимости от направления транспортирования груза - используемые только на конвейерах, транспортирующих груз на подъем (уклонные конвейеры); используемые на конвейерах, транспортирующих груз вниз (бремсберговые конвейеры) и на конвейерах при любом направлении транспортирования груза; по длине тормозного пути при улавливании ленты - ловители с нулевым тормозным путем; ловители, улавливающие ленту при средней, а также при значительной длине тормозного пути (до 30-50 % длины конвейера); по степени подвижности рабочих органов ловителя - ловители с неподвижными, а также с сочетанием подвижных и неподвижных рабочих органов; по возможности захвата и улавливания ветвей оборвавшейся конвейерной ленты - ловители для грузовой ветви; ловители для холостой ветви; ловители для одновременного улавливания обеих ветвей конвейерной ленты; по характеру приложения тормозного усилия - ловители с жестким захватом; ловители податливые.
В ООО «Конвейер» г. Брянск в 2000 году был разработан наклонный конвейер с подвесной лентой, содержащий бесконечно замкнутую в вертикальной плоскости ленту, образующую верхнюю грузонесущую и нижнюю нерабочую ветви с прикрепленными к бортам ленты кронштейнами, на которых установлены сдвоенные ходовые катки с возможностью их взаимодействия с трубчатыми направляющими, закрепленными на стойках (рис. 2.1) [45]. Модификации конвейера с подвесной лентой представлены в работах Тарасова Ю.Д., Подопригора Ю.А., Бабай В.Я., РІвченко В.Н., Вершинина А.В., Куркина С.А., Селинова В.И., Лунева Д.Е. и других [44, 45, 46, 48, 51, 52, 54, 57, 58, 61, 64, 69]
Недостатком данного конвейера является возможность скатывания грузонесущей и холостой ветвей ленты при ее обрыве при использовании конвейера в качестве уклонного или подъемного.
В данной работе решается проблема, связанная с обрывом конвейерной ленты и ее последующим улавливанием канатно-петлевыми ловителями, т.е. использование конвейера в качестве уклонного, подъемного или бремсбергового за счет обеспечения возможности улавливания грузонесущей и холостой ветвей ленты при ее обрыве.
Результат улавливания оборвавшейся ленты достигается тем, что на наклонном конвейере с подвесной лентой, между грузонесущей и нерабочей ветвями ленты размещены гибкие элементы, свободные концы которых закреплены на стойках конвейера [66, 67, 71].
Наклонный конвейер с подвесной лентой (КсПЛ) представлен на рис. 2.2, а - в поперечном разрезе, на рис. 2.2, б - вид сбоку при нормальной работе конвейера, на рис.2.2, в - вид сбоку, но после обрыва ленты.
Анализ существующих методик расчета улавливающих устройств
Наклонный конвейер с подвесной лентой (рис. 2.2, а) содержит бесконечно замкнутую в вертикальной плоскости ленту, образующую верхнюю грузонесущую 8 и нижнюю нерабочую 14 ветви с прикрепленными к бортам ленты кронштейнами 4, на которых установлены ходовые катки 9 с возможностью их взаимодействия с направляющими 5 и 10 для грузонесущей 8 и нерабочей 14 ветвей ленты. Направляющие 5 и 10 закреплены на стойках 2 и 11. Между грузонесущей 8 и нерабочей 14 ветвями ленты размещены гибкие элементы 17, расположенные с одинаковым шагом по продольной оси 7. Свободные концы 13 и 18 гибких элементов 17 закреплены на стойках 2 и 11 конвейера. При этом стрела провеса гибких элементов 17, измеренная по нормали к плоскости наклонного участка 1 конвейера, принята из соотношения: h l hi cos Р, где / - стрела провеса гибкого элемента 17, h - стрела провеса грузонесущей ветви 8 ленты, измеренная от точки 13(18) подвеса гибкого элемента 17 по нормали к плоскости наклонного участка 1 конвейера, /? - угол наклона конвейера, а все стойки 2 и 11 соединены между собой поперечными связями 12, размещенными с минимальными зазорами под нерабочей ветвью 14 ленты. Гибкие элементы 17 выполнены из отрезков стальных проволочных канатов. Поперечные связи могут быть выполнены криволинейной формы 3 с охватом с зазором 16 нижней-стороны нерабочей ветви 14 ленты. 6 - транспортируемый груз, 21 и 19 -направления движения грузонесущей ветви 8 ленты при нормальной работе конвейера и после обрыва ленты, 20 - вертикаль, 15 - зазор между грузонесущей ветвью 8 ленты и гибкими элементами 17 при нормальной работе конвейера.
При нормальной работе конвейера на подъем груза 6 обе ветви, грузонесущая 8 и нерабочая 14, движутся в противоположных направлениях 21 и 19. При этом за счет взаимодействия с нижней частью грузонесущей ветви 8 ленты гибких элементов 17 они постоянно отклонены в направлении 21 от вертикали 20 (рис.2.2, б) и не препятствуют движению грузонесущей ветви 8 ленты за счет постоянного минимального зазора 15. Нерабочая ветвь 14 ленты также свободно движется с зазорами 16 над поперечными связями 3 или
После обрыва ленты ее нерабочая ветвь 14 продолжает двигаться в прежнем направлении (19) под действием синусоидальной составляющей собственного веса, а рабочая ветвь 8 после остановки под действием синусоидальных составляющих веса самой ленты и веса транспортируемого груза 6 начинает скатываться вниз в направлении 19, что и нерабочая ветвь 14. При движении грузонесущей ветви 8 ленты вниз вместе с ней относительно точек 13 и 18 под действием силы тяжести начнут проворачиваться (рис. 2.2, в) гибкие элементы 17. После входа в контакт с грузонесущей ветвью 8 ленты за счет возникших между ними сил трения гибкие элементы 17 будут продолжать проворачиваться, подпирая грузонесущую ветвь 8 ленты снизу при все увеличивающимися силами трения. За счет этих сил трения происходит улавливание грузонесущей ветви 8 ленты. Скатывающаяся вниз в направлении 19 нерабочая ветвь 14 ленты, которая имеет практически нулевое натяжение, немного провисает. За счет минимального зазора 16 нерабочая ветвь 14 ленты входит в контакт с поперечными связями 3 или 12, по которым она начинает перемещаться при коэффициенте трения скольжения, в результате чего также затормаживается. Таким образом происходит улавливание обеих ветвей 8 и 14 ленты после ее обрыва.
Математическая модель процесса улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой Процесс улавливания конвейерной ленты в общем случае при размещении натяжного барабана в хвостовой части конвейера (рис. 2.3) может быть описан следующим дифференциальным уравнением [90]: +2Г + ИГт(Г) = 0, (2.1) где т к - приведенная масса поступательно движущихся элементов грузовой или холостой ветви, кг; dv - приращение скорости движения ленты, м/с; dt -приращение времени, с; Т - натяжное усилие, постоянно создаваемое тележечным натяжным устройством, приходящееся на один ловитель, Н; YW -статические сопротивления движению грузовой или холостой ветви при скатывании ленты, Н; WTO) - тормозное усилие, создаваемое ловителем, Н; / -текущая координата тормозного пути (функция времени і), м.
Ориентировочное значение Т можно получить, зная натяжное усилие конвейера Тк и прогнозируемое число ловителей лл, которые будут установлены на конвейере: Т = ТкКн/пл, где Кн - коэффициент, учитывающий неравномерность захвата ленты при ее улавливании несколькими (пл) ловителями, Кн 1.
При длине тормозного пути /т, значительно превышающей остаточный ход натяжного (концевого) барабана конвейера, можно принимать Т = 0. А при выборе прогнозируемого числа ловителей и их распределении по длине конвейера можно руководствоваться следующей формулой [84]: где LK - длина конвейера, м; L - длина ленты, улавливаемая одним ловителем, м.
При этом улавливаемая длина ленты L может быть принята исходя из тормозных возможностей улавливающего устройства при условии обеспечения прочности конвейерной ленты, следовательно, нельзя превышать допустимое давление на площади контакта между рабочим органам улавливающего устройства и конвейерной лентой. Что касается коэффициента, учитывающего неравномерность захвата ленты при ее улавливании несколькими улавливающими устройствами - К „, то его значение может быть уточнено только по результатам специальных экспериментальных исследований. Но из выше сказанного можно сделать вывод, что чем больше число ловителей устанавливается, тем должно быть больше значение этого коэффициента.
При любом тормозном усилии, развиваемом одним улавливающим устройством, даже в том случае, если L = L& следует устанавливать в особо ответственных случаях по крайней мере не менее двух ловителей, с их размещением в верхней части конвейерного става [95]. Это в большей степени относится к мощным ленточным конвейерам большой протяженности, чтобы максимально снизить вероятность развития аварийной ситуации при обрыве ленты ниже места установки верхнего ловителя.
По поводу распределения ловителей по длине конвейера существуют два мнения: по одному - ловители распределяются равномерно, с одинаковым шагом [90], по другому - с увеличивающимся шагом в сторону нижней части конвейера [95]. В данной работе рассмотрена первая точка зрения, так как на данный момент отсутствуют убедительные доводы в пользу варианта с неравномерной расстановкой ловителей по длине конвейера. Но определенная логика есть и у второй точки зрения, поскольку, чем ближе к нижнему концевому барабану, тем меньше натяжение ленты и тем меньше вероятность обрыва ленты в этой зоне. Поэтому увеличение шага расстановки ловителей позволит уменьшить затраты на их установку, поддержание в рабочем состоянии и вообще эксплуатационные затраты по конвейеру, так как при любой конструкции ловителя обслуживание конвейера так или иначе усложняется. Что касается места размещения первого ловителя и минимального шага между ловителями с большими значениями развиваемых ими тормозных усилий, то пролет LQ перед ловителем в направлении скатывания ленты при обрыве должен быть больше пути, проходимого лентой за время схватывания и полного срабатывания ловителя, то есть должно выполняться условие: где L0 - длина участка конвейерной ленты перед улавливающим устройством, м; /0- величина скатывания ленты до начала торможения.
В качестве дополнительных улавливающих средств, размещаемых ниже по тракту конвейера и выполняющих в значительной мере лишь дублирующие функции при ловителе с увеличенной тормозной силой, для которого, как правило, справедливо соотношение L = L& целесообразно использовать более простые и дешевые ловители с длиной улавливаемого участка ленты V (рис. 2.4) [90].
Математическая модель процесса улавливания оборвавшейся ленты наклонного конвейера с подвесной лентой
Позиция 1 (рис. 3.12) описывает зависимость тормозного усилия от степени загрузки конвейерной ленты грузом, при деформации оборвавшейся конвейерной ленты канатно-петлевым ловителем - 25 мм, расстоянии между бортами ленты - 0,35 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,89 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н, более подходящей является аппроксимация данных зависимостью линейного вида, так как величина достоверности аппроксимации в этом случае равна 0,978 и функция имеет вид WT = 1,34 +465,1; позиция 2 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 175 Н, и величине достоверности аппроксимации равной 0,984, функция имеет вид WT = 1,75 +594,1; позиция 3 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 580 Н, и величине достоверности аппроксимации равной 0,983, функция имеет вид =3,58 + 1309,7; позиция 4 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 830 Н, и величине достоверности аппроксимации равной 0,976, функция имеет вид WT = 5,45д +1828,5.
Графики зависимостей тормозного усилия WT ОТ степени загрузки лотка конвейерной ленты грузом q при расстоянии между бортами ленты b = 250 мм (коб = 0,865)
Позиция 1 (рис. 3.13) описывает зависимость тормозного усилия от степени загрузки конвейерной ленты грузом, при деформации оборвавшейся конвейерной ленты канатно-петлевым ловителем - 25 мм, расстоянии между бортами ленты - 0,25 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,865 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н, более подходящей является аппроксимация данных зависимостью линейного вида, так как величина достоверности аппроксимации в этом случае равна 0,991 и функция имеет вид WT = 1,68 +456,8; позиция 2 - при тех же условиях, но при натяжении 175 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,994, функция имеет вид WT = 2,09q + 568,7; позиция 3 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 580 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,976, функция имеет вид WT =4,2 + 1270; позиция 4 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 830 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,969, функция имеет вид WT = 5,29 + 1802,4;.
При проседании оборвавшейся конвейерной ленты на канатно-петлевой ловитель на h = 40 мм имеем следующие зависимости (рис. 3.14 - рис. 3.16): Графики зависимостей тормозного усилия WT ОТ степени загрузки лотка конвейерной ленты грузом q при расстоянии между бортами ленты b = 650 мм (кой = 0,925)
Позиция 1 (рис. 3.14) описывает зависимость тормозного усилия от степени загрузки конвейерной ленты грузом, при деформации оборвавшейся конвейерной ленты канатно-петлевым ловителем - 40 мм, расстоянии между бортами ленты - 0,65 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,925 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н, более подходящей является аппроксимация данных зависимостью линейного вида, так как величина достоверности аппроксимации в этом случае равна 0,983, функция имеет вид WT =2,92 7 + 816,4; позиция 2 - при тех же условиях, но при натяжении 175 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,986, функция имеет вид WT = 3,21 +1046,9; позиция 3 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 580 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,988, функция имеет вид WT = 6,72д + 2284,2; позиция 4 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 830 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,983, функция имеет вид WT = 9,99 + 3202,2. 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
Графики зависимостей тормозного усилия WT ОТ степени загрузки лотка конвейерной ленты грузом q при расстоянии между бортами ленты b = 350 мм (коб = 0,89)
Позиция 1 (рис. 3.15) описывает зависимость тормозного усилия от степени загрузки конвейерной ленты грузом, при деформации оборвавшейся конвейерной ленты канатно-петлевым ловителем - 40 мм, расстоянии между бортами ленты - 0,35 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,89 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н, более подходящей является аппроксимация данных зависимостью линейного вида, так как величина достоверности аппроксимации в этом случае равна 0,987 и функция будет иметь вид WT = 2,32q + 796,8; позиция 2 - при тех же условиях, но при натяжении 175 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,983, функция имеет вид WT = 2,97 +1018,3; позиция 3 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 580 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,961, функция имеет вид WT = 6,13 + 2245,2; позиция 4 -при тех же условиях, но при натяжении ленты 830 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,982, функция будет иметь вид WT 9,36д + 3134,5.
Графики зависимостей тормозного усилия WT ОТ степени загрузки лотка конвейерной ленты грузом q при расстоянии между бортами ленты b = 250 мм (коб = 0,865)
Позиция 1 (рис. 3.16) описывает зависимость тормозного усилия от степени загрузки конвейерной ленты грузом, при деформации оборвавшейся конвейерной ленты канатно-петлевым ловителем - 40 мм, расстоянии между бортами ленты - 0,25 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,865 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н, более подходящей является аппроксимация данных зависимостью линейного вида, так как величина достоверности аппроксимации в этом случае равна 0,997 и функция будет иметь вид WT = 2,89д + 782,8; позиция 2 - при тех же условиях, но при натяжении конвейерной ленты 175 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,992, функция имеет вид WT = 3,59 +974,7; позиция 3 -при тех же условиях, но при натяжении ленты 580 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,977, функция имеет вид =6,44 + 2183,7; позиция 4 - при тех же условиях, но при натяжении ленты 830 Н, и величине достоверности аппроксимации линейного вида равной 0,974, функция будет иметь вид WT = 9,09 + 3088,5.
Далее на основании полученных выше результатов были найдены зависимости тормозного усилия канатно-петлевого ловителя от величины деформации лотка ленты в зоне ее взаимодействия с ловителем при обрыве конвейерной ленты, при максимальной загрузке лотка конвейерной ленты qmax=250 кг/м (максимальная загрузка конвейерной ленты шириной 800 мм была рассмотрена в работе Лунева Д.Е. [41]) (рис. 3.17 - рис. 3.19):
На графике (рис. 3.17) кривая 1 описывает зависимость тормозного усилия от величины деформации лотка ленты в зоне ее взаимодействия с канатно-петлевым ловителем, при максимальной линейной массе груза 250 кг/м, расстоянии между бортами ленты - 0,65 м, коэффициенте обхвата ловителем ленты - 0,925 и натяжении конвейерной ленты - 75 Н. Экспериментальные данные были аппроксимированы различными видами кривых с экстраполяцией зависимостей, что позволило подобрать наиболее подходящую зависимость для дальнейшего расчета и выбора параметров улавливающих устройств канатного типа. В данном случае более подходящей является аппроксимация данных с экстраполяцией зависимостью экспоненциального вида:
Определение вида функции, определяющей зависимость тормозного усилия от смещения ленты до срабатывания ловителя
Определяются статические сопротивления движению грузонесущей ветви ленты при ее улавливании после обрыва, то есть при движении вниз за счет синусоидальной составляющей веса транспортируемого груза по формуле (2.4). Значения q при использовании ловителей канатного типа равны q=q или q=q" по формуле (4.2), в зависимости от решаемой задачи.
Определяется необходимое количество улавливающих устройств канатного типа (4.4) где W и ]V - статические сопротивления движению по формуле (2.4), подсчитанные при q=q" и q=q соответственно; Тк - натяжное усилие, создаваемое натяжным устройством; W\, WT - тормозное усилие, развиваемое ловителем при q=q" и q=q соответственно. При этом значение W T или W/ принимается при заданной величине коэффициента обхвата, характеризующего поперечный профиль канатного рабочего органа ловителя и определяющего соотношение между длиной участка рабочего органа ловителя, контактирующего с конвейерной лентой при ее захвате, и шириной конвейерной ленты (формула 3.1). Этот параметр зависит от способа закрепления свободных концов канатного рабочего органа - непосредственно на раме конвейера или на поворотных рычагах, обеспечивающих при их повороте дополнительную деформацию ленты с ее боков в процессе улавливания оборвавшейся ленты.
Определения числа ловителей при минимальной и максимальной линейной нагрузке от веса транспортируемого груза позволит не только обеспечить надежное улавливание оборвавшейся ленты при работе конвейера в указанных режимах, но и обеспечивает необходимый запас суммарного тормозного усилия при максимальном заполнении лотка конвейерной ленты транспортируемым грузом.
Дифференциальное уравнение (2.1), описывающие процесс улавливания оборвавшейся конвейерной ленты и указанные выше его параметры, применительно к режиму улавливания с использованием ловителей канатного типа может быть представлено в следующем виде: m L-Ik+YjW + nWT(l) = 0, (4.5) где dv, dt - приращение скорости движения ленты и времени в процессе улавливания ленты; Тк - натяжение конвейерной ленты, создаваемое натяжным устройством грузового типа и приложенное к ветвям ленты в зоне их набегания и сбегания с натяжного барабана. При использовании натяжного устройства винтового типа Тк-0; п - число принятых к установке ловителей; WT - тормозное усилие, развиваемое единичным ловителем при максимальной линейной нагрузке, на конвейерную ленту, при q=q (4.2). Значение WT принимается также как и W T с учетом способа закрепления рабочего органа ловителя на раме конвейера (непосредственно или с помощью поворотных рычагов); JV - статические сопротивления движению ленты, определенные при q=q , то есть при максимально возможной загрузке лотка конвейерной ленты транспортируемым грузом.
При этом необходимо отметить, что в отличии от ловителей других типов ловитель канатного типа, как показали выполненные экспериментальные исследования, срабатывает практически мгновенно, так как процесс нарастания величины тормозного усилия до его максимального значения происходит при смещении ленты на величину не более 50 - 500 мм. Поэтому расчетное значение тормозного усилия WT может быть принято постоянной величиной, то есть срабатывание ловителя можно считать практически мгновенным.
Начальная скорость движения ленты при ее скатывании вниз после обрыва зависит от направления движения транспортируемого груза при нормальной работе конвейера (подъемный, уклонный или бремсберговый конвейеры) и величины обратного хода (для подъемных и уклонных конвейеров) или величины смещения ленты в прежнем направлении (для бремсберговых конвейеров) до момента срабатывания ловителя.
Величина смещения ленты Lo при ее скатывании после обрыва определяется расчетной величиной h проседания нагруженной ленты в пролете между опорными устройствами и ее провисания с обоих сторон от рабочего органа канатного ловителя. L0=Jl2+4h2-Al, (4.6) где / - расстояние между опорными устройствами для конвейерной ленты; Я -коэффициент, учитывающий провисание ленты между опорными устройствами при движении ленты после обрыва.
Прикладная программа для расчета необходимого количества канатных ловителей на конвейере с заданными исходными данными
В ходе подготовки диссертационной работы за основу прикладной программы была взята ранее написанная на кафедре горных транспортных машин СПГГИ (ТУ) программа по расчету конвейера с подвесной лентой [41]. Данная программа имеет открытую структуру, поэтому в нее отдельным модулем был добавлен программный код позволяющий рассчитать необходимое количество улавливающих устройств канатного типа для конвейера с подвесной лентой.
В качестве исходных данных в программе указываются следующие: тип конвейера - с подвесной лентой; производительность в т/ч или м3/ч, а также присутствует возможность определения расчетной производительности по заданной ширине ленты; параметры груза - плотность в т/м3, угол откоса в движении в градусах; ширина ленты конвейера в мм; скорость движения ленты и коэффициент обхвата ленты ловителем. Интерфейс программы показан на рисунке 4.1.
После ввода этих исходных данных, в программе производится компоновка схемы конвейера, в расчет включаются все составляющие его узлы - приводная станция, линейные секции, загрузочное устройство, натяжная станция, канатные улавливающие устройства и т.д. Каждый из элементов обладает свойствами, необходимыми для расчета, которые можно изменять в широких пределах.
