Основы динамики и разработка конструкций и методов расчета ленточно-колесных конвейеров для крупнокусковых грузов

Актуальность работы. В настоящее время на открытых разработкахны ежегодно добывается около 10 млрд. т горной массы, из них полу скальные и скальные породы составляют по угольным месторождениям 15%- железорудным месторождениям 85%- коренным месторождениям цветных металлов 95%- месторождениям горнохимического сырья 90%- месторождениям нерудных ископаемых 90%.

В процессе разработки полускальных и скальных горных пород занято большое количество горнотранспортного оборудования. Однако степень использования его составляет всего 40 — 60% вследствие цикличности производства, сложности организации и управления технологическим процессом, наличия немеханизированных и маломеханизированных операций Й ].

Наибольшее распространение в качестве средств поточного транспорта получили ленточные конвейеры. Высокая производительность, малая энергоемкость, возможность полной автоматизации транспортных процессов и экологическая чистота делают этот вид транспорта наиболее эффективным для предприятий с большим грузооборотом.

Вместе с тем ленточные конвейеры в обьгчном исполнении не приспособлены к перемещению горных грузов с кусками, имеющими размеры свыше 300 мм. Это связано с тем, что при перекатывании ленты с грузом по роликоопорам на них передаются динамические ударные нагрузки, вызывающие их разрушение. Использование амортизирующих роликоопор, гибкого канатного става, уменьшение шага расстановки роликоопор, увеличение натяжения ленты — все эти известные средства снижения динамических нагрузок недостаточно эффективны, хотя и позволяют увеличить допускаемую крупность кусков до размеров 400 — 500 мм.

Анализ гранулометрического состава горной массы, подготовленной буровзрывным способом, показывает, что выход негабаритных кусков вследствие природной слоистости и трещиноватости составляет такой удельный объем, который требует применения дробильных агрегатов или комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта, что существенно увеличивает стоимость транспортирования. Доля конвейерного транспорта в общем объеме перевозок все еще невелика и не превышает 5 — 7%.

Перекатывание груженой ленты по стационарным роликоопорам полностью исключается в ленточно-колесном конвейере, который был разработан проф. Спива-ковским А.О. (кафедра транспортных машин и комплексов Московского горного института). Особенностью ленточно-колесного конвейера является то, что груженая ветвь ленты перемещается на ходовых опорах при свободном опирании ленты на траверсы ходовых опор.

Как показали опытно-промышленные испытания ленточно-колесный конвейер способен перемещать горную массу с кусками, имеющими размеры 1000 — 1200 мм и более. Выход негабарита после проведения буровзрывных работ при этом не превышает 2 — 3%, что исключает применения дорогостоящих дробильных агрегатов или дополнительного автомобильного транспорта.

Помимо основного преимущества ленточно-колесного конвейера — способности перемещать крупнокусковые грузы — в сравнении с обычными ленточными конвейерами он обладает и следующими дополнительными достоинствами:

— практически исключается износ ленты конвейера от воздействия груза на линейной части конвейера;

— уменьшается сопротивление движению конвейера;

— на 3 — 4 градуса увеличивается допускаемый угол наклона подъемных конвейеров;

— устраняется измельчение груза на конвейере, что имеет значение для угля, флюсов, железной руды и т. д.;

— существенно уменьшается влаговыделение при наличии в транспортируемой массе тиксотропных материалов.

Однако ленточно-колесные конвейеры имеют и недостатки, связанные, главным образом, с динамическими процессами, сопровождающими движение контура с ходовыми опорами на концевых участках. При огибании концевых звездочек на соединительные цепи передаются значительные динамические нагрузки, вызываемые действием центробежных сил инерции ходовых опор. Кроме того, происходит изменение направления вращения ходовых катков при переходе с верхних направляющих на нижние и наоборот. Как показали опытно-промышленные испытания, скорость движения ленточно-колесного конвейера не должна превышать 0,8 — 1,0 м/с. Следует отметить, что и такие значения предельных скоростей движения могут в определенных случаях оказаться недопустимо большими вследствие возникновения резонансных состояний при продольных или поперечных колебаниях цепей, вызываемых периодическими действиями центробежных сил инерции ходовых опор, а также пульсирующим характером движения цепей, обусловленным кинематикой зацепления цепей с концевыми звездочками. Исследование динамики движения контура с ходовыми опорами позволяет установить условия, при которых возникают такие нежелательные резонансные состояния.

Успешная эксплуатация первых образцов конвейера послужила основанием для разработки и внедрения конвейерно-отвального комплекса с ленточно-колесными конвейерами на открытом руднике «Джанатас» горно-химического комбината «Кара-тау». Комплекс был изготовлен Ждановским заводом тяжелого машиностроения и включал полустационарные передаточные и подъемный ленточно-колесные конвейеры, а также отвальный ленточный конвейер и отвалообразователь. Таким образом, в состав комплекса вошли как ленточно-колесные конвейеры, так и ленточные конвейеры в обычном исполнении. Это потребовало установки дробильного агрегата между подъемным ленточно-колесным конвейером и отвальным ленточным конвейером, что, по существу, сводит на нет преимущество ленточно-колесных конвейеров|2−6],.

Движение грузонесущей ленты на ходовых опорах создает благоприятные предпосылки для установки прижимных лент и управляемых прижимных рычагов на траверсах ходовых опор в крутонаклонном ленточно-колесном конвейере. Кроме того, контур с ходовыми опорами может выполнять роль промежуточного привода, что обеспечивает возможность бесперегрузочного подъема грузов одним конвейером из глубоких карьеров.

Эффективность применения ленточно-колесных конвейеров во многом зависит от условий подачи грузопотока на конвейерную ленту. Специальный лопастный перегружатель способен загружать ленточно-колесные конвейеры с минимально возможной высоты и со скоростью, близкой к скорости конвейера.

Вместе с тем ленточно-колесные конвейеры могут быть эффективным средством транспорта не только на горных предприятиях, но и в ряде других областей, например, в гидротехническом строительстве при возведении каменно-набросных плотин, в портах при загрузке и разгрузке барж и судов, а также при выполнении различных земляных работ, связанных с перемещением большого объема скальных и полускальных пород.

Целью работы является исключение резонансных колебаний тяговых цепей ленточно-колесного конвейера, благодаря определению рациональных параметров ленточно-колесного конвейера, и определение параметров лопастного перегружателя для безударной подачи крупнокусковых горных грузов на конвейерную ленту из условия обеспечения заданной степени неравномерности вращения лопастного колеса, а также разработка конструкций ленточно-колесных конвейеров, обеспечивающих существенное повышение скорости движения и угла наклона конвейера.

Идея работы заключается в рассмотрении параметрических поперечных и продольных колебаний тяговых цепей контура с ходовыми опорами, вызываемых как действием периодических центробежных сил инерции ходовых опор, так и пульсирующим характером изменения продольной скорости движения цепей в зависимости от шага расстановки ходовых опор, натяжения цепей и конструктивных особенностей ленточно-колесного конвейера.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Периодические приращения натяжения тяговых цепей ленточно-колесного конвейера, обусловленные действием центробежных сил инерции ходовых опор при огибании ими концевых звездочек, вызывают поперечные параметрические колебания цепей. Анализ устойчивости полученных уравнений поперечных колебаний цепей позволил определить области устойчивости малых колебаний (рабочий режим) и параметрического резонанса в зависимости от параметров конвейера. При этом натяжение тяговых цепей не должно быть менее амплитудного значения центробежной силы инерции ходовой опоры, приходящейся на одну ветвь цепи.

2. При поочередной установке опорных траверс и ходовых опор в ленточно-колесном конвейере возникают поперечные колебания самих траверс на нижней ветви конвейера. Получено уравнение поперечных колебаний траверсы и определены зоны устойчиво малых и резонансных колебаний, анализ которых показал, что для исключения резонансных состояний необходимо дополнительное увеличение натяжения тяговых цепей на 10−30% по сравнению с ленточно-колесным конвейером в обычном исполнении.

3. При значительных натяжениях тяговых цепей причиной параметрических резонансных колебаний цепей может стать пульсирующая продольная скорость движения цепей, обусловленная кинематикой зацепления цепей со звездочками. Получено уравнение поперечных колебаний цепей в форме уравнение Матье, анализ которого, проведенный по диаграмме Айнса-Стретта применительно к параметрам ленточ-но-колесных конвейеров, позволил установить узловые точки, в области которых наступает параметрический резонанс, на основании этого найдена аналитическая зависимость, определяющая условия резонанса.

4. Получены уравнения продольных перемещений тяговых цепей, исследование которых позволило установить, что продольные деформации цепей, вызываемые действием центробежных сил инерции ходовых опор, происходят в дорезонансном режиме и пренебрежимо малы в сравнении с удлинением цепей за счет выборки провеса в пролетах между опорами. Анализ уравнений для определения удлинения цепей за счет выборки провеса показал, что и при небольшой длине конвейера обе концевые станции контура с ходовыми опорами должны выполняться как подвижно-натяжные для исключения схода цепей со звездочек. Так, при шаге расстановки ходовых опор 4 м и более, соскакивание цепей со звездочек для горизонтальныо установленного конвейера может начинаться при длине контура свыше 30 м.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются сходимостью результатов теоретических исследований с использованием методов классической механики, теории колебаний, математического анализа, с результатами экспериментальных исследований опытно-промышленного ленточно-колесного конвейера и лабораторных моделей высокоскоростного ленточно-колесного конвейера с дополнительными катками, секции крутонаклонного ленточно-колесного конвейера с управляемыми прижимными рычагами и лопастного перегружателя. По основным положениям даны численные примеры динамических расчетов.

Научное значение и новизна работы состоят:

— в установлении характера и причин поперечных колебаний тяговых цепей в пролетах между ходовыми опорами ленточно-колесного конвейера, вызываемых периодическими приращениями натяжения цепей от действия центробежных сил инерции ходовых опор и анализе устойчивости малых поперечных параметрических колебаний (рабочий режим) и областей параметрического резонанса;

— в установлении условий возникновения поперечных параметрических колебаний опорной траверсы в пролете между ходовыми опорами при поочередной установке опорных траверс и ходовых опор в ленточно-колесном конвейере;

— в определении характера и причин поперечных колебаний тяговых цепей, вызываемых пульсирующей продольной скоростью движения тяговой цепи, обусловленной кинематикой зацепления цепей с концевыми звездочками, и получении аналитической зависимости, устанавливающей условия параметрического резонанса;

— в определении зависимости продольных удлинений тяговых цепей за счет выборки провеса в пролетах между ходовыми опорами, позволяющей установить длины контуров с ходовыми опорами, для которых требуется использование подвижно-натяжных устройств на обеих концевых станциях с целью исключения соскакивания цепей со звездочек;

— в определении рационального места установки дополнительных маховых масс в лопастном перегружателе для безударной загрузки ленточно-колесных конвейеров в зависимости от применения жесткой или упругой муфты в приводе;

— в определении зависимостей для расчета потребных моментов инерции лопастного колеса или маховика из условия обеспечения заданной степени неравномерности вращения лопастного перегружателя.

Новизна работы подтверждена двенадцатью авторскими свидетельствами СССР на изобретения.

Практическая ценность работы заключается:

— в разработке конструкции и испытании в лабораторных условиях высокоскоростного ленточно-колесного конвейера с дополнительными катками, допускающего увеличение скорости движения до 3 — 5 м с" 1, что обеспечивает возможность установки ленточно-колесных конвейеров на отвалообразователях и транспортно-отвальных мостах и исключить при этом дорогостоящее дробление пород в дробильных агрегатах;

— в получении расчетных формул для определения перемещений дополнительных катков на упругих элементах и динамических реакций на катки;

— в разработке методики определения оптимального числа приводных контуров с ходовыми опорами и их параметров, включающей алгоритм и блок-схему решения задачи на ЭВМ;

— в разработке конструкции крутонаклонного ленточно-колесного конвейера с подвижными управляемыми прижимными рычагами и прижимными лентами, закрепленными на ходовых опорах, которая позволяет увеличить угол наклона подъемного конвейера до 40 — 45 ° и дает значительный экономический эффект за счет сокращения объемов горно-капитальных работ при строительстве транспортных траншей и уменьшения длины конвейера;

— в разработке конструкции и испытании в лабораторных условиях пространственного сферического шарнирно-рычажного механизма для управления прижимными рычагами на концевых станциях крутонаклонного ленточно-колесного конвейера, который позволяет применить плоские копирные направляющие и не ограничивает скорость движения конвейера;

— в разработке конструкции и испытании в лабораторных условиях специального лопастного перегружателя для безударной загрузки ленточно-колесных конвейеров крупнокусковыми горными грузами со скоростью, близкой к скорости движения конвейера, и исключающей заклинивание кусков скальных грузов между лопастями и направляющим лотком.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Основные положения работы и рекомендации по расчету, определению параметров и проектированию ленточно-колесных конвейеров приняты к использованию: институтами «Кавказцветметпроект», «Югцветметавтоматика» (г ВлсхОик-сж^а^) — ОАО ЗНИИЛТМАЫ '?, «?громт^ансНИИп0оемгт «Гг. Моск&а).

Ленточно-колесныи конвейер и лопастный перегружатель для крупнокусковых горных грузов, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения, включены в план разработки и внедрения новой техники на Садонском свинцово-цинковом комбинате.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзной конференции «Проблемы повышения надежности и долговечности и совершенствования методов эксплуатации подъемно-транспортной техники», МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1981; на Международной конференции «Безопасность и экология горных территорий», г. Владикавказ, 1995; на объединенном заседании кафедры технологических машин и оборудования, кафедры технологии разработки месторождений и кафедры деталей машин СКГТУ, 2000 — на заседании кафедры горной механики и транспорта Московского горного университета, 2000; на ежегодных научно-технических конференциях СКГТУ (ранее СКГМИ) 1975 — 2000.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 38 публикациях автора, в числе которых 2 монографии, 12 изобретений, 24 статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения изложенных на 265 страницах с 61 рисунками, 7 таблицами. Библиография содержит 136 наименований отечественных и зарубежных работ.

3. Выводы.

1. При перегрузке крупнокусковых горных грузов на лопастное колесо передаются значительные динамические нагрузки, обусловливающие неравномерность его вращения, которая является причиной повышенного износа конвейерной ленты.

2. Обеспечение заданного коэффициента неравномерности вращения лопастного колеса может потребовать введения дополнительных маховых масс. При использовании жесткой муфты в приводе перегружателя регулирование коэффициента неравномерности вращения лопастного колеса целесообразно осуществляется за счет установки маховика на быстроходном валу привода, а при.

— наличии упругой муфты в приводе — за счет увеличения момента инерции лопастного колеса (преимущественно за счет увеличения масс лопастей).

3. На основании динамического анализа специального лопастного перегружателя получены формулы для определения момента инерции маховика при применении жесткой муфты в привода и потребного момента инерции лопастного колеса при применении упругой муфты в приводе из условия обеспечения заданного коэффициента неравномерности вращения лопастного перегружателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Опытно-промышленные испытания первых образцов ленточно-колесных конвейеров подтвердили их способность транспортировать крупнокусковые скальные породы и руды с размерами кусков до 1200−1500 мм, что позволяет исключить дорогостоящее вторичное дробление пород и руд в дробильных агрегатах и существенно повысить производительность труда. Вместе с тем эксплуатация конвейеров нового типа в промышленных условиях поставила ряд вопросов, связанных главным образом с неизученностью динамических процессов, сопровождающих работу ленточно-колесных конвейеров. Так, при определенных сочетаниях параметров конвейеров возникали недопустимо большие поперечные и продольные колебания тяговых цепей на нижний ветви контура с ходовыми опорами. При этом колебания заметно возрастают при приближении ходовых опор к концевым звездочкам. Поперечные колебания ветвей тяговых цепей в пролетах между опорами обуславливают ударное вхождение цепей в зацепление со звездочками. Колебания тяговых цепей могут не только увеличивать динамические нагрузки и шум при взаимодействии цепей со звездочками, но и приводить к нарушению нормального зацепления цепей со звездочками, а в отдельных случаях и к соскакиванию цепей со звездочек и возникновению аварийных ситуаций.

Эффективность эксплуатации ленточно-колесных конвейеров во многом определяется условиями загрузки. Подача крупнокусковых горных грузов должна осуществляться с минимально возможной высоты и со скоростью, близкой к скорости конвейера. Таким требованиям в наибольшей степени отвечают вибрационные питатели, однако они не могут использоваться при наличии липких фракций в грузе, и, кроме того, скорость виброперемещения грузопотока на питателе может быть недостаточно высокой.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования ленточно-колесных конвейеров, а также лопастного перегружателя для безударной загрузки позволили обосновать следующие научные положения (п. 1−4), а также сделать научные и практические выводы и рекомендации:

1. Одной из причин поперечных колебаний тяговых цепей в пролетах между ходовыми опорами являются периодические приращения натяжения цепей, вызываемых действием центробежных сил инерции ходовых опор при огибании ими концевых звездочек. Эти поперечные колебания относятся к параметрическим колебаниям и становятся недопустимыми в случае возникновения резонансных состояний. Полученное уравнение колебаний имеет форму известного в теории колебаний уравнения Матье. Анализ устойчивости решений уравнения поперечных колебаний цепей позволил определить области устойчиво малых поперечных колебаний (рабочий режим) и области параметрического резонанса. При этом натяжение тяговых цепей контура с ходовыми опорами не должны быть менее амплитудного значения центробежной силы инерции ходовой опоры, приходящейся на одну ветвь цепи.

2. Поочередная установка опорных траверс и ходовых опор в ленточно-колесном конвейере обеспечивает снижение собственной массы движущихся частей конвейера, но при этом появляется опасность возникновения поперечных параметрических колебаний опорной траверсы в пролете между ходовыми опорами. Получено уравнение поперечных параметрических колебаний траверсы и определены зоны устойчиво малых и резонансных колебаний. Анализ решений уравнения колебаний траверсы показал, что при использовании поочередной установки траверс и ходовых опор для исключения резонансных состояний может потребоваться дополнительное увеличение натяжения тяговых цепей на 10−30% по сравнению с ленточно-колесным конвейером в обычном исполнении (п.1).

3. Другой причиной возникновения поперечных параметрических колебаний тяговых цепей в пролетах между ходовыми опорами является пульсирующая продольная скорость движения цепей, обусловленная кинематикой зацепления цепей с концевыми звездочками. Полученное уравнение поперечных параметрических колебаний в данном случае имеет форму уравнения Матье. Графический анализ устойчивости малых и резонансных колебаний, проведенный по известной диаграмме Айнса-Стретта, применительно к параметрам ленточно-колесных конвейеров позволил установить узловые точки, в области которых наступает состояние параметрического резонанса. На основании этого получена аналитическая зависимость, определяющая условия параметрического резонанса.

4. Исследование продольных колебаний тяговых цепей контура с ходовыми опорами позволило получить уравнения продольных колебаний нижней ветви контура в зависимости от типа натяжного устройства и места его установки. На основании решения характеристических уравнений получены собственные частоты колебаний нижней ветви контура с ходовыми опорами, сравнение которых с частотами возмущающей силы от периодического действия центробежных сил инерции ходовых опор на концевых звездочках подтвердило то, что указанные продольные колебания происходят в дорезонансном режиме. Решение уравнений колебаний цепей показывают, что деформации самой цепи от сил инерции ходовых опор пренебрежительно малы в сравнении с удлинением цепи за счет выборки провеса в пролетах между опорами. Получены зависимости для определения удлинения тяговых цепей контура с ходовыми опорами за счет выборки провеса в пролетах между опорами, анализ которых показал, что эти удлинения могут приводить к соскакиванию цепей со звездочек и при небольших длинах конвейера, в том случае если контур с ходовыми опорами выполнен с одним концевым натяжным устройством. Так, при шаге расстановки ходовых опор 4 м и более для горизонтально установленного конвейера сход цепей со звездочек может начинаться при длине контура с ходовыми опорами свыше 30 м. В этом случае обе концевые станции со звездочками должны выполняться как подвижно-натяжные.

5. Как показали опытно-промышленные испытания, скорость движения ленточно-колесных конвейеров в обычном исполнении не может превышать 0,8−1,0 м • с" 1, что связано в основном с действием центробежных сил инерции ходовых опор на концевых участках. Вместе с тем оснащение отвалообразователей и перегружателей ленточно-колесными конвейерами требует повышения скорости движения до 3−5 м/с. С этой целью был разработан высокоскоростной ленточно-колесный конвейер (A.c. 516 583), в котором ходовые опоры снабжены дополнительными катками, а верхние и нижние направляющие замкнуты на концевых станциях переходными участками, воспринимающими центробежные силы инерции ходовых опор. При этом соединительные органы ходовых опор разгружаются от действия указанных сил инерции. Испытания действующей модели высокоскоростного ленточно-колесного конвейера, проведенные в лабораторных условиях, показали возможность увеличения скорости движения до 5 м/с.

6. Движение ходовых опор на концевых станциях высокоскоростного ленточно-колесного конвейера происходит при одновременном перемещении дополнительных катков по переходным участкам направляющих и соединительного органа опор на звездочке или барабане. Такое двойное, центрирование является причиной перенапряжения и поломок узлов крепления ходовых опор к соединительному органу или дополнительных катков. Для исключения указанного состояния крепления соединительного органа с ходовыми опорами выполняются с компенсирующим зазором в радиальном направлении, а дополнительные катки подпружинены к направляющим с помощью упругих элементов. На основании динамического анализа уравнений движения ходовых опор на концевых станциях получены формулы для определения перемещений дополнительных катков на упругих элементах и динамических реакций на катки.

7. Для обеспечения бесперегрузочного транспортирования контур с ходовыми опорами может выполнять, как известно, роль промежуточного привода. При проектировании таких многоприводных конвейеров возникает вопрос об установлении оптимального числа отдельных приводных контуров. Разработана методика определения оптимального числа приводных контуров и их параметров, включающая алгоритм и программу решения задачи на ЭВМ.

8. С целью повышения допускаемого угла наклона разработана конструкция крутонаклонного конвейера (A.c. 1 613 396), основной отличительной особенностью которого является размещение прижимных элементов и прижимных лент на ходовых опорах, что позволяет исключить известные недостатки крутонаклонных конвейеров с прижимными лентами, связанные со стационарным расположением прижимных элементов вдоль трассы конвейера. Лабораторные испытания отдельной секции такого конвейера подтвердили возможность увеличения угла наклона до 40−45°.

9. Предложен и разработан пространственный сферический шарнирностержневой механизм для управления прижимными элементами на концевых станциях крутонаклонного ленточно-колесного конвейера. Использование такого механизма позволяет установить плоские копирные направляющие.

5ы вместо спиралевидных, применение которых было^е только крайне затруднено в данном случае, но и существенно ограничивало бы скорость движения конвейера. Проведено кинематическое исследование предложенного механизма и получены зависимости, необходимые для расчета и проектирования как самих прижимных механизмов, так и копирных направляющих. Полученные зависимости были проверены на лабораторной модели ходовой опоры с механизмом управления прижимными элементами.

10. Одной из основных причин, сдерживающих распространение ленточно-колесных конвейеров, является отсутствие загрузочного устройства, обеспечивающего подачу груза на ленту конвейера с минимально возможной высоты (100−150 мм), формирующего грузопоток в поперечном сечении в форме, соответствующей желобчатой форме грузонесущей ленты, и сообщающей грузопотоку скорость, близкую к скорости конвейера, при транспортировании горных грузов, содержащих как крупные куски, так и липкие фракции, что характерно для перемещения вскрышных пород. Этим требованиям отвечает специальный лопастный перегружатель (А.с. 440 493), в котором также исключается заклинивание кусков скальных грузов между лопастями и направляющим лотком. Создана и прошла лабораторные испытания модель лопастного перегружателя.

11. При перегрузке крупнокусковых горных грузов на лопастное колесо передаются значительные динамические нагрузки, обусловливающие неравномерность его вращения, что вызывает износ конвейерной ленты, вследствие колебания скорости подачи грузопотока на ленту конвейера. Обеспечение заданного коэффициента неравномерности вращения лопастного колеса может потребовать введения дополнительных маховых масс. При этом, если в приводе перегружателя установлена жесткая муфта, то регулирование степени неравномерности вращения колеса следует осуществлять с помощью маховика, устанавливаемого на наиболее быстроходном валу привода, а в случае использования упругой муфты в приводе — за счет увеличения момента инерции лопастного колеса (главным образом за счет увеличения масс лопастей).

12. На основании исследований динамики предлагаемого лопастного перегружателя получены формулы для определения момента инерции маховика (при жесткой муфте в приводе) и потребного момента инерции лопастного колеса (при упругой муфте в приводе) из условия обеспечения заданной степени неравномерности вращения лопастного колеса. Разработана методика динамического расчета перегружателя.

Технико-экономические расчеты, проведенные в ряде работ, показывают существенные преимущества ленточно-колесных конвейеров в сравнении с другими видами транспорта.

Оценка экономической эффективности конвейерного транспорта в сравнении с железнодорожным и автомобильным показывает, что в ряде случаев конвейерные системы оказываются более дорогими по капитальным вложениям. Тем не менее, даже если капитальные затраты на создание конвейерной системы и превышают на 10−15% капитальные затраты на другой вид транспорта, то, как правило, более низкие эксплуатационные расходы оправдывают применение конвейеров [15].

Наиболее полное технико-экономическое сопоставление ленточно-колесных конвейеров с различными видами транспорта, в том числе и комбинированных вариантов выполнено в работе — [135]. Эффективность использования ленточно-колесных конвейеров, транспортирующих крупнокусковую горную массу с максимальным размером куска 1.2 м, и ленточных конвейеров, перемещающих горную массу с размером куска до 0,4 м, сопоставлялась с учетом затрат на механическое дробление в линиях, составленных из ленточных конвейеров.

На горизонтальных линиях ленточные конвейеры обладают более высокими экономическими показателями, чем ленточно-колесные конвейеры при производительностях до 1000−1500 т/ч и расстоянии перемещения, превышающем 4−5 км.

С увеличением расстояния уменьшается влияние стоимости дробления пород на транспортные расхода. Кроме того, применение ленточно-колесных конвейеров с небольшими производительностями нерационально по той причине, что ширина ленты по грузопотоку существенно не используется, так как она определена по максимальной крупности куска и составляет не менее 1.6 м. В наклонных линиях область эффективного использования ленточно-колесных конвейеров сужается. Их предпочтительно применять в линиях длиной до 2−4 км в зависимости от производительности.

Проведенные расчеты показали, что при изменении производительности в диапазоне 1000−6000 т/ч и расстояниях перемещения до 1,5 км ленточно-колесные конвейеры обеспечивают снижение транспортных расходов на 1т-км до 35% в сравнении с ленточными конвейерами и дробильным агрегатом.

В работе [136] проведено сравнение различных видов транспорта для подъема руды на руднике «Центральный» объединения «Апатит». На рис. 7.1 графически показана подсчитанная зависимость стоимости транспортирования Сп от глубины Н рудника -" Центральный" для различных вариантов: 1 -полностью автомобильный транспорт БелАЗ-549 (базовый вариант) — 2-е конвейерными штольнями с борта карьера- 3 — со штольни с борта карьера при использовании автосамосвалов- 4-е дополнительными рудоспусками и ленточно-колесными конвейерами, установленными в квершлагах.

Из графика рис. 7.1 видно, что наиболее экономичными вариантом является вариант с использованием ленточно-колесных конвейеров. Использование этого варианта экономически целесообразно начиная от глубины карьера 60 м и больше, срок окупаемости дополнительных капитальных затрат составляет 3,5 года с момента ввода комплекса по этому варианту в эксплуатацию.

Использование результатов исследований динамики базовой модели ленточно-колесного конвейера будет способствовать не только расширению применения таких конвейеров, но и увеличению сроков службы цепей, ходовых опор и концевых звездочек конвейера.

Высокоскоростной ленточно-колесный конвейер с дополнительными катками позволяет исключить дробление породы (и связанные с ним расходы) перед поступлением грузопотока на отвалообразователь.

Крутонаклонный ленточно-колесный конвейер с прижимными лентами и подвижными прижимными рычагами даст значительный экономический эффект за счет сокращения объемов горно-капитальных работ при строительстве транспортных траншей.

Применение лопастного перегружателя для безударной загрузки ленточно-колесных конвейеров крупнокусковыми грузами обеспечивает возможность существенного повышения срока службы грузонесущей ленты конвейера (составляющей 30−35% стоимости конвейера).

Следует отметить и экологические преимущества конвейерного транспорта. При работе горной техники вообще и транспортировании автосамосвалами по карьерным дорогам и отвалам в частности выделяется огромное количество пыли (обладающей нередко токсичными свойствами), частично остающейся в карьере, частично оседающей в прилегающей к карьеру зоне с радиусом в десятки километров. Известно, что загрязнение воздушного бассейна, влечет за собой загрязнение водного бассейна, почв, гибель растительного покрова и вымирание отдельных видов животных в регионах, имеющих горнодобывающие предприятия.

Ленточно-колесные конвейера открывают возможность для перехода на наиболее совершенную и эффективную циклично-поточную и поточную технологию разработки месторождений со скальными горными породами и рудами. Кроме того, такие конвейера могут быть высокоэффективными средствами непрерывного транспорта и в других отраслях народного хозяйства, например, в металлургической промышленности, строительстве, в возведении каменно-набросных плотин и т. д.