Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время ленточные конвейеры являются наиболее эффективным
высокопроизводительным видом конвейерного транспорта. Их
пользование в шахтах позволяет концентрировать горные работы, повысить ігрузки на забой. Для открытых горных работ именно ленточные конвейеры в шьшинстве случаев наиболее полно соответствуют техническим и :ономическим параметрам горных машин и позволяют использовать уточную и циклично-поточную технологию. Основное направление развития ірньїх работ на карьерах строительных материалов также связано с іедрением конвейерного транспорта. Доказано, что поточная технология с пользованием конвейерного транспорта позволяет существенно поднять юизводительность труда в отрасли и снизить себестоимость добычи.
Эффективность работы ленточных конвейеров во многом определяется :хническим состоянием лент и, прежде всего, состоянием стыковых іединений. Только на предприятиях черной металлургии эксплуатируется злее 25 тысяч ленточных конвейеров и ежегодно изготавливается более 75 лсяч соединений концов лент.
По данным ВНИИМЕХЧЕРМЕТА до 70 % простоев и трудоемкости Зслуживания ленточных конвейеров вызваны восстановлением стыковых зединений. Более 50 % аварий на ленточных конвейерах угольных шахт роисходит из-за разрыва стыковых соединений.
При выборе конвейерных лент во многом из-за ненадежности соединений :пользуют одни из наибольших в технике запасы прочности. Однако їдежность и долговечность ленточных контуров остается низкой.
Опыт эксплуатации и испытаний различных типов соединений зидетельствует об их недостаточной агрегатной прочности, составляющей коло 50 % от прочности цельной ленты, и малой долговечности, едостаточная надежность и долговечность соединений конвейерных лент зязана с тем, что существующие теоретические модели и методы расчетов не огут учесть ряд важных факторов и имеют недостаточную точность, кспериментальные исследования не в состоянии охватить всю гамму эчетаний параметров и условий эксплуатации.
Поэтому широкое использование ленточных конвейеров, широкий иапазон условий их эксплуатации и режимов работы предопределяют ктуалыюсть разработки высокоэффективных моделей и методов расчета гыковых соединений.
Тема диссертации соответствует направлениям и задачам комплекси целевой программы О.Ц. 039 ГКНТ СССР "Развитие техники и тсхнолоп добычи и обогащения полезных ископаемых", программы "Создані прогрессивных технологий и средств механизации вспомогательных и ручнь работ на шахтах и обогатительных фабриках" (Росуголь, 1994 г.), програм» "Конвейер" (Росуголь 1994 г.).
Цель работы заключается в разработке методов расчета и проектирован: соединений конвейерных лент, обеспечивающих повышение прочност долговечности и снижение затрат на эксплуатацию соединений.
Идея работы состоит в использовании детального анализа напряженно состояния и комплексного подхода для проектирования соединений с учете условий эксплуатации, планируемого срока службы, возможності технологического оборудования.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1) Математическая модель распределения усилий в механических и кле
механических соединениях резинотканевых конвейерных лент, основанная і
представлении соединений статически неопределимыми дискретны»
системами и положенная в основу теории расчета напряженного состояния
учетом нелинейных свойств конвейерной ленты и соединительных элементов.
-
Математическая модель напряженного состояния вулканизированш соединений резинотканевых конвейерных лент, учитывающая нелинейш свойства соединений как многослойных систем, прилегающие к соединена участки ленты и являющиеся теоретической основой расчетов напряженії деформированного состояния (НДС) и прочности ступенчатых, бесетупенчаті и профильных соединений.
-
Метод расчета напряженного состояния соединений резинотросові конвейерных лент, основанный на совместном использовании двух-трехмерных конечноэлементных моделей и позволяющий рассчитывать НДС моделировать процесс разрушения резинотросовых соединений с учете прилегающих участков ленты, изменяющихся факторов окружающей сред режима работы, физико-механических свойств компонент соединения.
-
Метод проектирования соединений конвейерных лент, основанный использовании структурированных наборов данных и оптимизируемо комплекса критериев, учитывающих технологию и возможности оборудован для изготовления соединений, условия эксплуатации.
Методология и методы исследований.
Методологической основой работы является комплексный подход исследованию основных механических, прочностных и эксплуатационш свойств соединений конвейерных лент, моделей и методов их расчета
юектирования с учетом горно-технических условий эксплуатации.
Теоретические исследования базируются на основных положениях теории ругости и пластичности, строительной механики с применением алитических и численных методов решения краевых задач.
Экспериментальные исследования базируются на теории планирования сперимента, апробированных методах статистической обработки спериментальных данных.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и коменданті подтверждена результатами теоретических исследований, оведенных с использованием современных методов, представительным ьемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и омышленных условиях, а также всесторонней апробацией полученных 5ультатов на горных и промышленных предприятиях. Расхождение учетных и экспериментальных результатов не превышает 15.4% с верительной вероятностью 0.98. Научная новизна:
Математическая модель и расчетные схемы многорядных механических и ге-механическлх соединений резинотканевых конвейерных лент, шолившие установить основные закономерности работы и рассчитать эчность элементов соединений с учетом их нелинейных свойств.
Математическая модель вулканизированных соединений резинотканевых івейерньїх лент, учитывающая различие характеристик соединительного >я и межпрокладочных сквиджей, изгиб соединений на приводных )абанах, нелинейные свойства компонент соединений.
Установлена существенность влияния на НДС вулканизированных :динений прилегающих участков ленты, получены зависимости для учета ілегающих к соединению участков без существенного увеличения мерности задачи.
Метод расчета НДС соединений резинотросовых конвейерных лент, юванный на совместном использовании объемной и плоской гечноэлементных моделей, и позволяющий моделировать локальные и ітяженньїе дефекты.
Установлена закономерность разрушения резинотросовых соединений в іцессе эксплуатации.
Метод комплексного проектирования соединений конвейерных лент, рудования и технологии изготовления с учетом условий эксплуатации, воляющий всесторонне оценивать проектируемое соединение с ользованием оптимизируемого комплекса критериев. Научное значение работы состоит:
в создании методов расчета и математических моделей механическ клее-механических и вулканизированных соединений резинотканев конвейерных лент, вулканизированных соединений резинотросов конвейерных лент, позволяющих рассчитать детальное распределение нагру: и напряженное состояние с учетом нелинейных свойств соединен параметров конвейера, оценить прочность соединений с учетом гор; технических условий эксплуатации;
в установлении основных закономерностей напряженного состояния прочности соединений конвейерных лент, влияния конструктивных механических параметров соединений и конвейеров;
в разработке метода проектирования соединений, являющегося осної создания математического, методического и программного обеспечеі проектирования соединений лент конвейеров горных предприятий. Практическое значение работы заключается:
в разработке методик расчета и программно-методических комплек (ПМК) расчета механических и вулканизированных соединеї резинотканевых и резинотросовых конвейерных лент, учитывающих основі горно-технические факторы эксплуатации и позволяющих определ характеристики НДС соединений с высокой точностью;
в разработке рекомендаций по выбору конструктивных парамет ступенчатых, клиновых и профильных соединений резинотканеї конвейерных лент, вулканизированных соединений резинотросої конвейерных лент;
в создании методики и ПМК проектирования соединений конвейєрі лент и оборудования для их изготовления;
в разработке установки механизированной разделки резиноткане
конвейерных лент, позволяющей изготавливать ступенчатые, клиновьи
профильные соединения. \
Реализация результатов работы. \
Методика расчета напряженного состояния и коэффициентов заі прочности вулканизированных соединений одно- и двухпрокладочных лі методические рекомендации по выбору параметров соедине резинотросовых конвейерных лент, методика расчета и рекомендаци проектированию профильных соединений резинотканевых конвейерных леї оборудования для их изготовления, ПМК проектирования транспорті оборудования, ПК «База данных технических решений» приняты использованию ИГД им. А.А. Скочинского в качестве рабочих програм» методических материалов (г. Люберцы, 1997 г.).
ПМК проектирования конвейерного оборудования и соедине
конвейерных лент, ПК «База данных технических решений» приняты ВНИИПТМАШ в качестве рабочих программно-методических материалов (г. Москва, 1996 г.).
Методика расчета и рекомендации к проектированию профильных соединений резинотканевых конвейерных лент и оборудования для их изготовления, ПМК проектирования соединений конвейерных лент внедрены в НПО "Машиностроитель" (г. Брянск). Экономический эффект от их использования при проектировании и изготовлении установок для разделки концов конвейерных лент в 1995 г. составил 230 млн. руб.
ПМК расчета механических и вулканизированных соединений резинотканевых конвейерных лент, ПМК проектирования соединений конвейерных лент внедрены в Научно-техническом центре промышленности строительных материалов (г. Москва, 1996 г.).
Рекомендации по выбору конструктивных параметров соединений резинотросовых конвейерных лент, рекомендации по конструктивным параметрам ступенчатых соединений резинотканевых конвейерных лент, рекомендации по выбору конструктивных параметров соединений резинотканевых конвейерных лент П-образными скобами, методика расчета и рекомендации к проектированию профильных соединений резинотканевых конвейерных лент и оборудования для их изготовления приняты к использованию ОАО «Союзпроммеханизация» в качестве рабочих программно-методических материалов (г. Москва, 1999 г.).
Установка для механизированной разделки резинотканевых конвейерных лент принята к внедрению на обогатительных фабриках Лебединского ГОКа.
Разработанные и защищенные авторскими свидетельствами СССР конструкции соединений конвейерных лент внедрены на предприятии П.Я. Г-4915 г. Чебоксары, 1988 г. (А.С. 1325211), на торфопредприятии "Пельгорское" Ленинградской обл., 1988 г. (А.С. 1383038). Фактический экономический эффект составил 26 тыс. руб. (1989 г.).
Апробация работы. Работа и отдельные ее положения докладывались:
на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в подъемно-транспортном машиностроении " (Ml'ГУ им. Н.Э. Баумана, 1991 г.); на Международной научной конференции "Адаптивные методы и контроль ошибок в численных методах строительной механики " (Трондхеймский университет, Норвегия, 1992 г.); на научном семинаре "Проблемы и перспективы развития горной техники" (МГГУ, 1994 г.); на научном семинаре лаборатории рудничного транспорта ВостНИИ (г. Кемерово, 1994 г.); на научном семинаре кафедры "Стационарные и транспортные машины" КузГТУ (г. Кемерово, 1994 г.); на техническом совещании Сектора N12 АО НИИРП
(г. Сергиев Посад, 1995 г.); на совещании Технического отдела А Михайловский ГОК (г. Железногорск, 1995 г.); на совещании Техническо отдела АО Лебединский ГОК (г. Губкин, 1995 г.); на совещаниях Лабораторі рудничного транспорта ИГД им.А.А.Скочинского (г. Люберцы, 1985 - 1997 гг на заседаниях кафедры "Горная механика и транспорт" МГГУ (г. Москва, 19! - 1999 гг.); на технических совещаниях НПО "Машиностроение" (г. Брян 1996 - 1997 гг.); на техническом совещании ОАО "Союзпроммеханизаци (г. Москва, 1998г.); на заседаниях кафедр "Прикладная механика", "Подъемн транспортные машины", научных конференциях профессорск преподавательского состава БГТУ (г. Брянск, 1985 - 1999 гг.), на семина Межотраслевого научно-технического комплекса РАН (г. Москва, 1999г.).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе авторских свидетельств и патентов.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключен! списка литературы из 227 наименований, содержит 81 рисунок, 33 таблицы приложений.
Автор выражает благодарность коллективу кафедры «Горная механика транспорт» МГГУ за содержательные консультации по теме диссертационно работы.