Введение к работе
Актуальность работы. Ленточные конвейеры находят широкое применение во многих отраслях промышленности: горной, металлургической, строительных материалов, химической и т.д. Наряду с постоянным расширением области применения, характерной тенденцией современного развития ленточных конвейеров в России и за рубежом является увеличение их производительности, длины, мощности привода, ширины и прочности ленты. Так, например, на открытых горных разработках применяют конвейеры с производительностью до 30 000 т/ч, с лентой шириной до 4000 мм, скоростью транспортирования 6-^-8 м/с, длиной става одного конвейера до 8-^12 км.
В связи с увеличением производительности и длины мощных ленточных конвейеров, а также их применением для доставки кусковых грузов и скальных пород крупностью до 500 мм, налипающей или примерзающей к ленте горной массы в суровых климатических и горногеологических условиях, к конвейерному транспорту предъявляются достаточно высокие требования. Показатели надёжности работы многих конвейерных установок, эксплуатируемых в сложных горно-геологических и климатических условиях, остаются пока ешё невысокими. Это обстоятельство отрицательно сказывается на применении ленточных конвейеров в высокопроизводительных транспортных системах.
Внедрение циклично-поточной технологии (ЦПТ) при разработке скальных пород и руд на ближайшие годы и перспективу является основным направлением технического прогресса на карьерах чёрной и цветной металлургии. Здесь, при углублении рабочих горизонтов, наиболее эффективно применение конвейерного транспорта в сочетании с автомобильным.
При добыче полезного ископаемого открытым способом ленточными конвейерами приходится транспортировать крупнокусковые грузы, вследствие чего особое значение приобретает правильный выбор скорости транспортирования и параметров конвейерной ленты. В этом случае она является наиболее дорогим и наименее долговечным элементом, от которого зависит эффективность работы ленточного конвейера.
В настоящее время на горных предприятиях России применяют три типа конвейерных лент: резинотканевые, резинотросовые и однопрок-ладочные (многоосновные), причём последние пока ещё имеют ограниченную область применения.
Резинотросовые ленты имеют большую прочность, но и большую стоимость по сравнению с резинотканевыми лентами; кроме того, при погрузке и транспортировании крупнокусковых грузов происходит разрушение отдельных проволок тросов сердечника, которое в дальнейшем прогрессирует и приводит к разрушению тросов и ослаблению прочности сечения ленты. Резинотканевые ленты, изготовляемые на основе синтети-
ческих материалов, имеют возможность: рассеивать энергию удара за счёт вязкоупругих свойств применяемых материалов; данное преимущество резинотканевых лент перед резинотросовыми лентами позволяет более эффективно использовать их при транспортировании крулнокусковых грузов.
Согласно экономическим расчётам, стоимость ленты составляет в среднем 50+60% стоимости конвейера, а для шахтных конвейеров достигает 67%. Ещё большие эксплуатационные расходы связаны с заменой и ремонтом лент. Затраты на амортизацию лент на шахтах составляют 70+80% всех затрат на амортизацию конвейера, поэтому изучение вопросов, связанных с ресурсом и оценкой влияния на него различных факторов, имеет большое практическое значение.
При транспортировании горной массы крупностью 0+400 мм количество изношенной ленты составляет: из-за общей потери прочности ленты (стыковка) — 43%, износа каркаса и нерабочей обкладки — 33%, износа рабочей обкладки — 24%.
Приведённые данные достаточно полно иллюстрируют многообразие факторов и причин, влияющих на техническое состояние и надёжность наиболее важного и дорогого элемента ленточного конвейера — ленты; в частности, тот факт, что одной из основных причин выхода ленты из строя является ударное разрушение рабочей обкладки и каркаса.
Возрастающая потребность в резинотканевых конвейерных лентах с одновременным снижением объёмов их производства промышленностью России, приводит к необходимости её закупки у зарубежных изготовителей, что увеличивает стоимость ленты (с учётом сертификации, растамо-живания, транспортных и складских расходов) и конвейерного транспорта.
В связи с этим, научная задача прогнозирования срока службы резинотканевых конвейерных лент при транспортировании крупнокусковых грузов на основе анализа механизма разрушения конвейерной ленты является актуальной.
Цель работы. Разработка модели надежности резинотканевой конвейерной ленты при транспортировании кусковых грузов, учитывающей конструктивные особенности и режимы эксплуатации ленты и позволяющей прогнозировать ее технический ресурс.
Идея работы состоит в учете случайного перекрытия очагов ударно-усталостных повреждений каркаса резинотканевой ленты и потенциально опасных сечений ленты при транспортировании крупнокусковых грузов:
Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна: 1. Математическая модель усталостного разрушения резинотканевой конвейерной ленты при ударных нагрузках от кусковых грузов в сочетании с абразивным изнашиванием рабочей обкладки; учитывающая гранулометрический состав транспортируемого груза, форму кусков и остроуголь-ность их вершин, переменное растягивающее напряжение, конструктивные параметры загрузочной секции и линейной части конвейера и позволяю-
щая определить предельное усталостное состояние, после которого эксплуатация ленты нецелесообразна;
-
Модель структурной надежности резинотканевой конвейерной ленты при транспортировании кусковых грузов различного гранулометрического состава, позволяющая определить технический ресурс ленты в зависимости от ее конструктивных особенностей, механических свойств материалов ее элементов, основных параметров конвейера.
-
Основными критериями отказа ленты являются снижение её прочности при растяжении ниже допустимого предела, выражаемого допустимым остаточным коэффициентом запаса прочности, а также полный износ рабочей обкладки.
-
Зависимость меры поврежденности каркаса резинотканевой конвейерной ленты при ударном усталостном разрушении от параметров конвейера, характеристик транспортируемого груза и свойств самой ленты представляет собой степенную функцию от этих параметров и характеристик. Такой же функцией выражается влияние подсыпки на взаимодействие крупных кусков груза с конвейерной лентой.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются:
широким использованием в качестве базового материала при разработке модели усталостного разрушения ленты результатов экспериментальных исследований ряда авторов;
использованием в математических моделях основных законов механики и статистики;
высоким уровнем сходимости (8-10%) распределения критерия повреждаемости конвейерной ленты при ударно-усталостном разрушении и распределения, полученного путем статистического моделирования на ЭВМ по экспериментальным данным;
результатами сопоставления данных расчета по полученным в работе зависимостям среднего срока службы ленты с обобщенными статистическими данными эксплуатационного ресурса лент в горной промышленности (уровень сходимости 7%).
Научное значение заключается в прогнозировании срока службы резинотканевых конвейерных лент при транспортировании крупнокусковых грузов, при учёте зависимости критерия отказа конвейерной ленты от ее параметров, уровня концентрации напряжений и запаса прочности при растяжении, а также зависимости статистических параметров критерия повреждаемости ленты от параметров конвейера, ленты и гранулометрического состава транспортируемого груза
Практическая ценность работы состоит в разработке программы для ЭВМ для оценки среднего срока службы ленты в зависимости от конструктивных параметров конвейера и ленты, типа груза и его гранулометрического состава, позволяющей расчитать средний срок службы ленты для
конкретных условий эксплуатации.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Предложенная методика статистического моделирования разрушающего эффекта от ударов крупных кусков груза по конвейерной ленте, а также пакет программ обеспечивающих расчёт по вышеупомянутой методике, принят к использованию в комплексном отделе мощных ленточных и специальных конвейеров института ВНИИПтмаш.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрения на следующих научных семинарах:
МГГУ «Неделя Горняка — 98» - семинар № 3;
МГГУ «Неделя Горняка — 99» - семинар № 4;
Семинар отдела «Мощных ленточных конвейеров» ОАО «ВНИИПтмаш», 1999 г.
Семинар отдела «Ленточных конвейеров» проектного института «Союзпроммеханизация», 1999 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 5 статей.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений, включает 35 рисунков, 18 таблиц, список использованной литературы из 51 наименования.
Автор выражает благодарность проф. д.т.н. кафедры ГМиТ МГГУ Дмитриеву В.Г. за содержательные консультации по теме диссертации.