Введение к работе
Актуальность работы. В горнодобывающей промышленности в связи с непрерывным увеличением масштабов производства и вовлечением в разработку более бедных полезных ископаемых постоянно растут объемы перемещаемой горной массы. Это обстоятельство вынуждает предприятия внедрять более производительные, более экономичные, более экологичные, снижающие трудозатраты и энергоемкость виды транспорта. Одним из таких видов является конвейерный транспорт, обеспечивающий высокую производительность, автоматизацию конвейерных линий, транспортирование грузов под большими углами наклона к горизонту и, как следствие, уменьшение длины транспортных магистралей по сравнению с автомобильным и железнодорожным транспортом.
Одним из факторов, сдерживающих широкое применение конвейеров в горнодобывающей промышленности, является необходимость подготовки горной массы к транспортированию по гранулометрическому составу независимо от последующей технологии ее переработки. Практикой установлено, что на ленточных конвейерах традиционной конструкции (со стационарными роликоопорами) возможно транспортировать грузы, включающие куски размером до 500 мм. Однако гранулометрический состав горных пород, образующийся после буровзрывных работ, содержит от 15 до 30 % кусков размером более 500 мм, что предопределяет необходимость предварительного дробления для использования ленточных конвейеров в таких условиях. Поэтому доля конвейерного транспорта в общем объеме перевозок все еще невелика и не превышает 5-7 %.
Проблема использования конвейеров для транспортирования крупнокусковых скальных пород и руд на открытых и подземных горных разработках решается в двух направлениях. Первое из них основано на перемещении дробленой горной массы от забоя до поверхности при помощи ленточных конвейеров традиционной конструкции с некоторыми усовершенствованиями. Технико-экономический анализ показывает, что это направление эффективно только при транспортировании полезных ископаемых, которые в процессе дальнейшей обработки проходят несколько стадий дробления.
Второе направление заключается в использовании конвейеров специальных типов, обеспечивающих транспортирование рядовой взорванной горной породы из забоя на поверхность и в отвалы практически без ограничения, связанного с наличием весьма крупных кусков.
Для транспорта особо крупнокусковой горной массы (более 500 мм) создан специальный ленточно-тележечный конвейер (КЛТ) на ходовых опорах, принципиальная схема которого предложена в 1964 году чл.-кор. АН СССР А. О. Спиваковским (авторское свидетельство № 166272, Бюллетень изобретений, 1964, №21).
Согласно результатам работы промышленных и опытно-промышленных образцов конвейера можно сделать вывод, что конструкция ленточно-тележечного конвейера доказала свою способность перемещать крупнокусковый скальный груз с размером отдельных кусков до 1000 - 1500 мм и массой до 2 т (в зависимости от ширины ленты). Вместе с этим был выявлен и ряд недостатков в конструкции конвейера, сдерживающих его широкое применение в горнодобывающей промышленности. Одной из основных проблем является загрузка крупных кусков груза на ленточно-тележечный конвейер и последующая его разгрузка. Решение проблемы загрузки делает возможным широкое применение ленточио-тележечных конвейеров в горнодобывающей промышленности для транспортирования крупнокусковых скальных грузов без вторичного дробления при применении поточной и циклично-поточной технологий разработки месторождений.
Проблема загрузки ленточно-тележечного конвейера только в хвостовой его части, где лента до поступления па траверсы может опираться на специальные особо податливые опоры, которые являются довольно надежным поглотителем кинетической энергии падающих кусков груза, предохраняя ленту от повреждений, представляется уже решенной.
Массовый выход из строя опорных элементов конвейера (ходовых опор - тележек с траверсами) при его промышленной эксплуатации в подземных условиях (на Юкспорском руднике), с промежугочной загрузкой на линейной части става, свидетельствует о существенных ошибках, допущенных при расчете и конструировании грузонесущих элементов и загрузочных устройств ленточно-тележечного конвейера. Следовательно, проблема промежуточной загрузки, когда динамическому воздействию грузопотока подвергаются сами траверсы ходовых опор, является еще не решенной. Сложность этой проблемы в основном обуславливается двумя факторами: груз в данном случае выпускается прямо на ленту, движущуюся совместно с ходовыми опорами; загрузка может производиться под углом 90 градусов к продольной оси конвейера и невозможно уменьшить высоту загрузки ниже значений 400 - 500 мм, т. е. имеет место удар крупных кусков по ленге и траверсе ходовой опоры с энергией падения куска, доходящей до 3 - 4 кДж. Поэтому проблема загрузки крупнокусковым грузопотоком ленточно-тележечного конвейера на линейной части его става является актуальной задачей.
Целью работы является определение параметров амортизирующей системы ходовых опор ленточно-тележечного конвейера для транспортирования крупнокусковых скальных грузов.
Идея работы заключается в модернизации ходовых опор тележечно-цепного контура ленточно-тележечного конвейера и его загрузочного устройства по условию необходимой прочности грузонесущих элементов при загрузке крупнокусковым грузопотоком.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
-
Установлено, что при загрузке ленточно-тележечного конвейера на линейной части его става крупными кусками с энергией падения 3-4 кДж необходимое ограничение локализовашіьіх вблизи места соударения напряжений и деформаций в ходовой опоре и ленте достигается только при использовании двухступенчатой амортизирующей системы, состоящей из амортизирующего элемента на траверсе ходовой опоры и амортизирующего устройства под направляющими конвейера.
-
Установлено существование оптимальной области значений коэффициента жесткости и относительного демпфирования амортизирующих элементов "второй" ступени, в которой допустимые значения напряжений в траверсе ходовой опоры обеспечиваются при соблюдении условий устойчивого характера колебаний системы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов л рекомендаций подтверждаются:
использованием в качестве базового материала для исследования результатов, полученных при промышленной эксплуатации установок ленточно-тележечного конвейера и экспериментальных исследований ряда авторов;
использованием в конечноэлементных расчетных моделях основных законов механики;
использованием в качестве базового инструмента исследования программного обеспечения по МКЭ - MSC\NASTRAN for Windows V 4.5, выпущенного в 1998 год}'.
Научное значение работы состоит в разработке конечноэлементпой модели ударного взаимодействия в системе груз - лента - ходовая опора - амортизирующие устройства с учетом связей, обусловленных волновыми процессами в ленточном и тележечно-цепном контурах конвейера.
Практическое значение работы состоит в предложенной конструктивной схеме загрузочного узла и методике расчета, позволяющей определять прочностные характеристики ходовых опор и оптимальные параметры амортизирующей системы на стадии проектирования конвейера.
Использование результатов диссертационной работы позволяет повысить технико-экономические и эксплуатационные характеристики ленточно-тележечного конвейера для транспортирования крупнокусковых скальных грузов.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Предложенная методика расчета параметров амортизирующей системы ходовых опор ленточно-тележечных конвейеров для крупнокусковьгх скальных грузов принята к использованию в Государственном институте горно-химического сырья (ГИГХС).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на следующих научных семинарах:
МТУ "Неделя Горняка - 2000";
МТУ "Неделя Горняка -1999".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 60 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 86 наименований.
Автор выражает благодарность сотрудникам постоянного представительства фирмы MSC.Software в СНГ за научно-методическую помощь при проведении исследований,