Разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

В последнее время при применении конвейерного транспорта на горных предприятиях одной из актуальных проблем стала защиты окружающей среды, связанная с негативным воздействием движущегося пылящего грузопотока горной массы. Одним из эффективных способов уменьшения этого воздействия является применение машин непрерывного транспорта закрытого типа, т. е. машин, в которых движение грузла происходит в замкнутом объеме. Исследуемый в данной работе трубчатый скребковый конвейер относится к таким машинам.

Начиная с 1950;х годов данный тип конвейера интенсивно исследовался институтами ВНИИПТмаш и ИГД им. А. А. Скочинского. Первоначально он изготавливался с контурными скребками, а затем со сплошнымиосновное назначение конвейера — транспортирование насыпных грузов по сложным пространственным криволинейным трассам с любыми углами наклона.

В конце 20 века, когда повысились требования к экологии, снижению энергозатрат и минимизации потерь груза, стало актуальным применение трубчатых скребковых конвейеров на горных предприятиях России и их число возросло. В связи с этим усилиями отечественных специалистов (ОАО «ПКБ Техноприбор» г. Чебоксары) была создана серия трубчатых скребковых конвейеров со сплошными скребками типа «Технокон», которые успешно применяются в горнодобывающих отраслях промышленности.

Однако существующие методы расчета параметров этих конвейеров основаны на результатах исследований, проведенных в 1950 — 60-х годах прошлого столетия применительно к конвейерам с контурными скребками, характерной особенностью которых является транспортирование груза сплошным, весьма длинным телом волочения. Поэтому, в связи с расширением области применения трубчатых конвейеров со сплошными скребками, возникают вопросы, связанные с особенностями формирования тела волочения конечной длины при загрузке конвейеров и определения сопротивления движению тягового органа с грузом в зависимости от основных факторов, в том числе от степени загрузки конвейера.

В связи с этим разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей формирования тела волочения в трубчатых конвейерах со сплошными скребками и определение распределенных сил сопротивления движению тягового органа с грузом в зависимости от его физико-механических свойств и степени загрузки конвейера для обоснования величины расчетного коэффициента сопротивления движению тягового органа трубчатого конвейера со сплошными скребками при транспортировании насыпных грузов.

Идея работы состоит в определении расчетного коэффициента сопротивлению движения тягового органа трубчатого конвейера со сплошными скребками в зависимости от переменного коэффициента подвижности сыпучего груза, закономерностей формирования неоднородного по длине тела волочения, физико-механических свойств и напряженно деформированного состояния насыпного груза.

Основные научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

— математическая модель объемного напряженно-деформированного состояния груза в трубчатом скребковом конвейере, учитывающая конечную длину тела волочения при любой степени загрузки конвейера;

— распределение давления тела волочения конечной длины вдоль трубы скребкового конвейера не является монотонным и имеет максимум в средней части его длины;

— установление закономерностей формирования и разработка метода расчета распределенных сил сопротивления движению тягового органа на горизонтальных и вертикальных участках трассы конвейера в зависимости от степени загрузки, позволяющего определить эти силы с учетом трёх возможных форм тела волочения: полное тело волочения естественной формытела волочения с усеченной формой в начале и конце интервала между скребками.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования. Достоверность научных положений подтверждается использованием общепринятых теорий напряженно-деформированного состояния сыпучей среды, анализом существующих экспериментальных данных о напряженном состоянии насыпного груза в скребковых конвейерах с различным типом скребков, корректным применением методов математического анализа и прикладной механики, уравнений напряженного состояния сыпучей среды, а также результатами экспериментальных исследований, проведенных на натурном стенде трубчатого скребкового конвейера.

Экспериментальные научно спланированные исследования проводились на макетном полноразмерном образце трубчатого скребкового конвейера типа «Технокон-159» на полигоне ОАО «ПКБ Техноприбор» (г. Чебоксары), а также на стенде такого же конвейера в лаборатории «Транспортных машин» на кафедре ГМТ МГГУ. Обработка результатов экспериментальных исследований производилась с использованием методов математической статистикидостоверность результатов теоретических исследований подтверждается достаточной сходимостью с экспериментальными данными (расхождение не превышает 20% при доверительной вероятности 0,85).

Научное значение работы состоит в разработке математической модели напряженно-деформированного состояния транспортируемого груза в закрытом грузонесущем органе трубчатого скребкового конвейера со сплошными скребками и разработке метода расчета распределенных сил сопротивления движению тягового органа на горизонтальных и вертикальных участках трассы конвейера в зависимости от степени загрузки грузонесущего органа, позволяющего определить эти силы с учетом возможных форм тела волочения, расположенного между скребками.

Практическое значение работы состоит в разработке методики тягового расчета трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой.

Реализация результатов работы. Разработанная на основании научных исследований методика тягового расчета трубчатого скребкового конвейера принята к использованию ОАО «ПКБ Техноприбор» .

Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка 2004», «Неделя горняка 2005» (г. Москва, ИПКОН РАН — МГГУ), на научно-технических советах в ОАО «ПКБ Техноприбор» 2005 г и в институте ОАО «ВНИИПТмаш» .

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 3 научные статьи.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 68 наименований, приложения и включает 41 рисунок и 8 таблиц.

4.4 Выводы по главе.

1. Как показали экспериментальные исследования основными факторами, определяющими коэффициент сопротивления движению груза в трубчатом скребковом конвейере, являются коэффициент заполнения конвейера и скорость движения. Влияние угла наклона конвейера в диапазоне углов 0°. 45° незначительно.

2. Полученные в главе 3 теоретические зависимости коэффициента сопротивления движению груза от коэффициента заполнения конвейера ф сходятся с данными экспериментальных исследований (расхождение не превышает 20% при доверительной вероятности 0,85).

3. Влияние скорости движения тягового органа на коэффициент сопротивления движению груза выражается изменением угла откоса груза в зависимости от уровня вибрации при движении тягового органа конвейера. Переход от угла откоса в покое к углу откоса в движении происходит для песка при скоростях свыше 0,1 м/с, а для глины — свыше 0,23 м/с. При этом в расчетах можно принимать угол откоса в движении примерно в 2 раза меньше, чем в покое — то есть в соотношении, ф предусмотренном рекомендациями по расчету конвейеров, транспортирующих сыпучие грузы.

Заключение

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Существующие методы расчета сопротивления перемещению сыпучего груза в трубчатом скребковом конвейере не учитывают формы реального тела волочения, зависящей от коэффициента заполнения конвейера, шага скребков и угла естественного откоса груза.

2. Сила трения полного тела волочения естественной формы о трубчатый грузонесущий орган конвейера зависит от средней по высоте длины тела, диаметра трубы, коэффициента трения о трубу и насыпной плотности транспортируемого груза. Для реального тела волочения имеющего усеченную форму, его средняя длина определяется шагом скребков, углом естественного откоса и коэффициентом заполнения конвейера.

3. На горизонтальном участке трубчатого скребкового конвейера коэффициент удельного сопротивления движению реального тела волочения зависит от его трёх возможных форм: полного тела волочения естественной формы, усеченного в конце интервала между скребками и усеченного в начале этого интервала. Коэффициент заполнения конвейера «нетто» больше значения (0,5-j-0,7) при коэффициентах кратности шага скребков (5 -г- 2) принимать не целесообразно, т.к. при этом коэффициент трения груза о стенки грузонесущего органа возрастает более чем в 3 раза.

4. Увеличение коэффициента внутреннего трения транспортируемого груза приводит к снижению коэффициента сопротивления движению тела волочения на вертикальных участках конвейера, а также на горизонтальных участках при малой степени загрузки конвейера {y/N = 0.1 -ьО.2). Увеличение степени загрузки конвейера вызывает интенсивный рост сопротивления движению тягового органа на горизонтальных участках.

5. Экспериментальные исследования показали, что скорость движения тягового органа влияет на величину коэффициента сопротивления движению груза, т.к. при этом изменяется его угол естественного откоса. Переход от угла откоса в покое к углу откоса в движении происходит для песка при скоростях более 0,1 м/с., а для глины — более 0,23 м/с. При расчетах угол естественного откоса в движении можно принимать примерно в 2 раза меньше, чем в покое.

6. На основании выполненного в работе анализа напряженного состояния груза, получены более высокие значения изменения давления груза на трубчатый грузонесущий орган конвейера, на горизонтальном, и вертикальном его участках, по сравнению с данными существующих теорий. Это объясняется тем, что процесс формирования тела волочения в трубчатом скребковом конвейере происходит в несколько этапов, в результате чего появляется уплотненное ядро груза перед толкающим скребком, за которым формируется зона выжимания груза к верхней образующей трубы конвейера, что может быть причиной образования «пробки» при перемещении груза в трубе и появления пика давления груза на трубу в верхней части её поперечного сечения.

7. Разработана методика тягового расчета трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой, которая принята ОАО «ПКБ Техноприбор» .