Введение к работе
Актуальность темы исследования. Машины непрерывного транспорта являются неотъемлемой частью технологических процессов промышленных предприятий, порой вытесняя машины периодического действия из таких областей применения, как транспортные, погрузочно-разгрузочные и складские работы. Конвейерный транспорт регулирует темп производства, способствует повышению производительности труда, эффективно решает вопросы комплексной механизации и автоматизации. Не меньшее распространение конвейеры получили при использовании их тяговых и грузонесущих элементов в качестве транспортирующих и подающих частей сельскохозяйственных, строительно-дорожных и прочих машин.
На протяжении многих лет широкое применение в различных отраслях промышленности находят ленточные конвейеры, обеспечивающие высокую производительность и технико-экономическую эффективность по сравнению с транспортом периодического действия. Однако принципиальные особенности конструкции таких конвейеров обуславливают возникновение трудно устранимых недостатков, главные среди которых: энергоемкость транспортирования, недостаточный ресурс ленты и поддерживающих роликовых опор, наличие просыпей, пыления и дробления груза при его транспортировке. В тоже время повышающиеся требования к показателям надежности, безопасности и эффективности промышленного оборудования ведут к необходимости технического перевооружения предприятий и перехода к усовершенствованным технологиям в области конвейерного транспорта.
В соответствии с основными направлениями развития конвейерного транспорта к настоящему времени разработан альтернативный вид ленточного конвейера – конвейер с подвесной грузонесущей лентой. Обладающий рядом преимуществ по отношению к традиционным ленточным конвейерам, он продолжает конструктивно совершенствоваться. Одно из направлений – разработка конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом. Оснащение подвесок индивидуальным приводом позволяет исключить из конструкции приводную и натяжную станции, а также существенно снизить продольную нагрузку на ленту от ее натяжения. Такое техническое решение не только приводит к сокращению металлоемкости и габаритных размеров концевых участков конвейера, но имеет предпосылки для снижения энергоемкости транспортирования, повышения долговечности ленты и надежности в работе конвейера. Поэтому дальнейшее конструктивное усовершенствование, а также развитие методов и подходов в проектировании конвейеров с подвесной лентой и распределенным приводом является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. Вопросы проектирования конвейеров с подвесной лентой освещаются в трудах П.В. Бословяка, И.А.Волина, К.А. Гончарова, С.В. Давыдова, В.П. Дунаева, В.П. Дьяченко, В.Н. Ивченко, Д.Ю. Кулешова, С.В. Курова, А.В. Лагерева, Д.Е. Лунева, Ю.А. Подопригоры, В.И. Сакало, Ю.Д. Тарасова и др. Работы указанных авторов содержат варианты конструкций, результаты теоретических и экспериментальных исследований прочностных характеристик основных элементов конвейера, методики расчета, пути создания систем автоматизированного параметрического проектирования деталей и узлов, рекомендации
по технологии изготовления и эксплуатации конвейеров. В то же время, в научно-технической литературе имеется ограниченное количество работ, посвященных принципиально отличающимся конвейерам с подвесной лентой и распределенным приводом, имеющим определенный потенциал развития ленточных конвейеров, а вопросы проектирования и расчета таких конвейеров не раскрыты.
Объектом исследования является конвейер с подвесной лентой, распределенным приводом и вертикально-замкнутой трассой.
Цель работы – совершенствование оборудования для транспортирования насыпных грузов – конвейера с подвесной грузонесущей лентой и распределенным приводом за счет выбора его рациональных конструктивных параметров на основе математического моделирования динамики конвейера.
Для достижения цели необходимо решить рад взаимосвязанных задач:
-
Разработать технические решения конструкций приводных подвесок конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом, направленные на повышение тяговых и сцепных характеристик, и устройство промежуточной разгрузки конвейера.
-
Разработать математическую модель движения дискретного участка подвесок конвейера и выявить условия обеспечения движения приводной подвески без проскальзывания приводного ролика, выполнить численный анализ математической модели и оценить влияние конструктивных параметров ведущих и ведомых подвесок на тяговые и сцепные характеристики.
-
Разработать математическую модель для расчета динамических характеристик конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом и реализовать ее в специализированном программном комплексе для ЭВМ, позволяющем автоматизировать моделирование динамики конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом, выполнить численный анализ математической модели и оценить влияние условий работы и конструктивных параметров конвейера на основные технические характеристики.
-
Определить рациональные конструктивные параметры элементов конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом и дать практические рекомендации по его проектированию.
-
Выполнить сравнение разработанного конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом с альтернативными конструкциями ленточных конвейеров по основным техническим характеристикам.
Научная новизна работы:
-
Разработана математическая модель движения подвесок дискретного участка и определены условия эффективной работы ведущей подвески дискретного участка, заключающейся в реализации тягового усилия на всем протяжении трассы конвейера без проскальзывания приводного ролика.
-
Разработана математическая модель конвейера с подвесной лентой и рас-пределенным приводом, учитывающая параметры конфигурации вертикально-замкнутой трассы, конструктивные особенности подвесок, механические характеристики индивидуальных приводов подвесок, инерционные и силовые характеристики элементов конструкции, продольную деформацию грузонесущей ленты.
3. Установлены закономерности влияния режимных и конструктивных параметров конвейера на его основные технические характеристики. Теоретическая и практическая значимость работы:
-
Разработана методика динамического анализа конвейера с подвесной лентой, распределенным приводом и вертикально-замкнутой трассой произвольной конфигурации.
-
Разработаны практические рекомендации по выбору рациональных параметров подвесок дискретного участка конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом.
-
Получены расчетные зависимости влияния условий работы, параметров конфигурации трассы, типа ленты и сочетания подвесок на основные технические характеристики конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом, даны рекомендации по выбору рациональных параметров конвейера.
-
Разработан программный комплекс «Моделирование динамики конвейеров с подвесной лентой и распределенным приводом», защищенный свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2016618964.
-
Разработаны конструкции приводных подвесок, обеспечивающих движение без проскальзывания по направляющей качения прямоугольного и круглого поперечного сечения, и устройства для промежуточной разгрузки конвейера с подвесной лентой, защищенные патентами РФ № 153945, № 164247, № 164798.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе положений и методов теоретической механики, методов математического моделирования, численного анализа, основ конструирования, проектирования и расчета ленточных конвейеров.
Положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель, описывающая динамику подвесок дискретного участка конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом.
-
Условия обеспечения необходимого для преодоления сопротивлений движению тягового усилия ведущей подвески дискретного участка и отсутствия проскальзывания приводного ролика на всем протяжении трассы.
-
Результаты исследования влияния конструктивных параметров подвесок дискретного участка на тяговые и сцепные характеристики ведущей подвески.
-
Математическая модель конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом, учитывающая параметры конфигурации вертикально-замкнутой трассы, конструктивные особенности подвесок, механические характеристики индивидуальных приводов, встроенных в подвески, инерционные и силовые характеристики элементов конструкции, а также продольную деформацию грузонесущей ленты.
-
Результаты исследования влияния конструктивных и режимных параметров конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом на его главные технические характеристики.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием апробированных методов теоретической механики, теории упругости, колебаний и динамики машин.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях: V и VI международных научно-практических конференциях «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке и образовании» (Брянск, 2013 г. и 2014 г.); Международной научно-технической конференции молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» (Могилев, 2014 г.); 18 и 19 Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и ро-бототехнические комплексы» (Москва, 2014 г. и 2015 г.); VII и VIII Всероссийских конференциях молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2014 г. и 2015 г.); I Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие подъемно-транспортной техники» (Брянск, 2015 г.); IХ и XII Международных молодежных научно-практических конференциях «Научные исследования и разработки молодых ученых» (Новосибирск, 2016 г.).
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского.
Научные исследования поддержаны РФФИ в рамках научного проекта № 16-38-00058 мол_а «Разработка комплекса математических моделей и вычислительных алгоритмов для автоматизированного оптимального проектирования конвейеров с подвесной лентой и распределенным приводом».
Публикации. По теме исследования опубликовано 25 работ (в том числе 4 статьи в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК, 1 в зарубежном издании, индексируемом в базе SCOPUS, получено 3 патента РФ на полезные модели и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 177 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 198 страницах, содержит 125 рисунков, 10 таблиц.