Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных проблем современного транспорта горных предприятий России является проблема экологической защиты окружающей среды от различных вредных воздействий транспортируемых грузов. Улучшить экологическую обстановку на шахтах и карьерах можно путём использования транспортных систем, в которых исключается взаимодействие груза с окружающей средой. К таким транспортным системам непрерывного действия относится ленточный трубчатый конвейер (ЛТК). Эти конвейеры могут использоваться на поверхностных комплексах шахт и карьеров, внутри обогатительных фабрик, при транспортировании по поверхности пылящих грузов на большие расстояния, при транспортировании грузов в условиях населенных пунктов и пр.
Ленточный трубчатый конвейер, обладая целым рядом ценных достоинств, не лишен и недостатков, среди которых одним из основных является неудовлетворительное использование ширины ленты по производительности. Так, например, при одинаковой ширине ленты В ~ 2000 мм и её скорости v = 3 м/с конвейер традиционной конструкции имеет производительность 5000 м3/ч, в то время как ЛТК - около 2000 м3/ч. Повысить производительность ЛТК до величины, сравнимой с производительностью конвейера традиционной конструкции, можно путём увеличения скорости движения ленты. Однако при этом неизвестно, как изменятся другие характеристики ЛТК, и в частности, его основная характеристика - тяговое усилие, определяющее мощность привода, прочность ленты и пр.
Высокая скорость ленты трубчатого конвейера может отрицательно повлиять на устойчивость её движения и сделать конвейер неработоспособным. Трубообразная лента, перемещаясь внутри кольцевых роликоопор става, может совершать два вида движения: продольное и вращательное, которое делает конвейер неработоспособным. Для каждого вида движения существует критическая скорость, при которой соответствующая обобщенная координата неограниченно возрастает. На ЛТК при продольном движении это вертикальный прогиб ленты z(x) между роликоопорами (рис. 1), при угловых отклонениях -
это угол закручивания ленты <р{х). При достижении какой-либо из критических скоростей конвейер становится неработоспособным.
Тяговое усилие ленточных конвейеров значительной протяженности (длиной >200 м) в существенной степени определяется распределенными силами сопротивления движению, возникающими на линейной части става, при этом влияние скорости ленты на распределенные силы сопротивления для ленточных конвейеров традиционной конструкции изучены достаточно детально. Однако характер нагружения и деформирования некоторых элементов ЛТК, в частности, деформирования ленты на ставе трубчатого конвейера отличен от её деформирования на ставе конвейера с желобчатыми роликоопорами, поэтому зависимости распределенных сил сопротивления движению ЛТК от различных факторов отличаются от подобных зависимостей, полученных для ленточных конвейеров традиционной конструкции. Таким образом, установление значений критических скоростей и оценка влияния скорости ленты на распределенные силы сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ЛТК является актуальной научной задачей.
Целью работы является разработка математических и цифровых моделей, позволяющих установить величины критических скоростей и оценить влияние скорости на распределенные силы сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ленточного трубчатого конвейера.
Идея работы состоит в том, что в разработанных математических и цифровых моделях оценено влияние скорости движения трубообразной ленты свыше 3 м/с на отдельные составляющие общей силы сопротивления движению на единичной роликоопоре, а затем и на распределенные силы сопротивления движению (ЛТК).
Научные положения, выносимые на защиту:
математические модели, позволяющие установить критические значения скоростей в зависимости от диаметра трубообразной ленты, её модулей упругостей, натяжения, погонной нагрузки, расстояния между роликоопорами и др.;
теоретически и экспериментально полученные зависимости основных составляющих общей силы сопротивления движению трубообразной ленты на
единичной роликоопоре от скорости движения трубообразной ленты, изменяющейся в диапазоне от 3,5 до 8 м/с;
математическая модель расчёта распределенных сил сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях при скорости движения ленты трубчатого конвейера выше 3,5 м/с, учитывающая натяжение ленты, её форму, модули упругости в продольном и поперечном направлениях, тип груза, расстояние между роликоопорами и др.;
методика расчета распределенных сил сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ЛТК, учитывающая скорость движения ленты выше 3,5 м/с.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются использованием классической теории упругости, теории колебаний, математического анализа, механики сыпучей среды, современных компьютерных технологий, а также экспериментальным моделированием, выполненным на ЭВМ.
Научная новизна выполненных исследований состоит в установлении величин продольной и угловой критических скоростей движения ленты трубчатого конвейера, оценке влияния высоких скоростей на основные составляющие общей силы сопротивления движению на единичной роликоопоре трубчатого конвейера и в установлении характера изменения распределенных сил сопротивления движению по длине грузовой и порожней ветвей трубчатого конвейера при скоростях движения ленты от 3,5 до 8 м/с.
Научное значение работы состоит в обосновании математических и цифровых моделей, позволяющих учесть влияние скорости ленты в диапазоне от 3,5 до 8 м/с на отдельные составляющие общей силы сопротивления движению на единичной роликоопоре и распределенные силы сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ленточных трубчатых конвейеров.
Практическое значение выполненных исследований заключается в разработке методики расчета распределенных сопротивлений движению на грузовой и порожней ветвях ленточного трубчатого конвейера с учетом влияния скорости движения ленты.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета распределенных сил сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ленточного трубчатого конвейера принята ФГУП "ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского" для использования при расчете ленточных трубчатых конвейеров со скоростями движения ленты от 3,5 до 8 м/с.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладьшались и получили одобрение на международных научно-технических симпозиумах «Неделя горняка» (Мі І У, Москва, 2008 - 2010 гг.), на кафедре «Горная механика и транспорт» (МГГУ, 2008 - 2011).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы три научных статьи.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 98 наименований и включает 47 рисунков и 15 таблиц.
