Разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Громов, Сергей Викторович

• Громов, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Громов, Сергей Викторович

Введение.

Глава 1. «Современное состояние теории и методов расчета скребковых трубчатых конвейеров».

1.1. Сравнительный анализ конструктивных схем и эксплуатационных свойств скребковых конвейеров.

1.2. Методы обоснования и расчета основных параметров скребковых конвейеров.

1.3. Состояние теории напряженного состояния груза и формирования энергозатрат при транспортировании скребковыми конвейерами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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 сплошными; основное 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 формы; тела 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 статистики; достоверность 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" 2005г 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.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Громов, Сергей Викторович

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".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Громов, Сергей Викторович, 2006 год

1. Барон JI.A. Характеристики трения горных пород. М.: Наука, • 1967.-208 с.

2. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М.: Гостехиздат, 1953-115с.

3. Березанцев В.Г. Расчет прочности оснований сооружений. JL: Стройиздат, 1969.-200с.

4. Берман А.В., Берман Д.В. Формирование тела транспортирования скребками забойного конвейера. Научн. сообщ. ИГД им. А.А. Скочинского, вып. 137, 1976, с. 55-59.

5. Богданов А.А. Надежность узлов загрузки ленточных конвейеров ® для угольных шахт. Автореферат дисс. канд. техн. наук. М.: - МГГУ,2002.-22 с.

6. Верменчук И.П. Исследование процесса транспортирования насыпных грузов забойными скребковыми конвейерами: Диссертация канд. техн. наук. -Днепропетровск, 1974. 154 с.

7. Генералов М.Б. Механика твердых дисперсных сред в процессах химической технологии. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. - 592 с.

8. Голушкевич С.С. Статика предельных состояний фунтовых массф

9. М.: Гостехиздат, 1957.-189с.

10. Гмурман В.Е. Теория Вероятностей и математическая статистика.-М.: Высшая школа, 1972. 368с.

11. Гущин В.М. Сопротивление движению тягового органа с лентой глубокой желобчатости для повышения углов наклона./ Шахтный и карьерный транспорт, вып.2. -М.: Недра, 1975, с. 113-117.

12. Дуброва Г.А. Взаимодействие грунта и сооружений. М.: Речной транспорт, 1963.-168с.

13. Елманов В. Д. Обоснование параметров и разработка функциональных элементов шахтных скребковых конвейеров нового уровня качества. -, Автореферат диссертация докт. техн. наук. -Кемерово, 1995. 38с.

14. Зеленин А.Н., Баловнев В.Н., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975.-424с.

15. Зенков P.JI. Основы теории расчета конвейеров с погруженными скребками/ Труды ВНИИПТмаш, вып.8. М.: Машиностроение, 1960,с. 128-141.

16. Зенков P.JI. Теория и расчет вертикальных конвейеров с погруженными скребками. В кн.: Новые конструкции подъемно-транспортных машин. -М.: Машгиз, 1948.

17. Зенков Р.Д., Ивашков И.И., Колобов J1.H. Машины непрерывного транспорта. -М.: Машиностроение, 1980.-367с.

18. Зенков P.JI., Остольский В.О. Конвейеры с погруженными скребками.- М.: Машгиз, 1954. 59 с.

19. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964.-256с.

20. Кальницкий Я.Б., Пинский B.JI. Основные закономерности перемещения и разгрузки сыпучих тел ограниченной длины донным конвейером. В кн.: Шахтный и карьерный транспорт, вып. 2. М.: Недра, 1975, с. 131-138.

21. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. -М.:ГИФМЛ, 1961. 703с.

22. Картавый А.Н. обоснование основных параметров крутонаклонного конвейера с прижимной лентой для карьеров с большими грузопотоками. Диссертация канд.техн.наук. - М., МГГУ, 2000.-211с.

23. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956.

24. Конвейеры./ Под. Ред. Ю.А.Пертена. -Л.: Машиностроение, 1984.-367с.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Мир, 1973.-702с.

26. Кост Г.Н., Артёмова Г.Д. К вопросу повышения угла наклона ленточных конвейеров для угольных шахт./ Транспорт горных предприятий. -М.: МГИ, 1968, с.208-215.

27. Леонов А.П. К теории расчета зацепления сварных круглозвенных цепей с приводными звездочками скребковых конвейеров. — Сб.: «Разработка месторождений полезных ископаемых», вып. 5. — Киев: Техника, 1965.

28. Леусенко А.В. Нагрузки при транспортировании угля забойными скребковыми конвейерами с направляющими. Горный журнал, Изв. вузов, 1988, №5, с.45

29. Леусенко А.В., Высоцкий Г.В., Репетенко М.В. Тяговые органы забойных скребковых конвейеров. ЦНИЭИУголь, 1991.

30. Леусенко А.В., Высоцкий Г.В., Репетенко М.В. Цепные замки и цепи тяговых органов скребковых конвейеров. ХЦНТИ, 1991.

31. Методика расчета производительности передвижного конвейера в механизированном комплексе. М., ИГД им. А.А. Скочинский, 1987.

32. Михайлов Ю.И., Тищенко Л.Д., Святошник В.И. Конвейеры с погруженным рабочим органом.- М.: Машиностроение, 1984,-176с.

33. Михайлов Ю.И. Карьерный транспорт при подземной добыче руды. М.: Недра, 1966. - 308 с.

34. Момот Д.И. Исследование энергетического баланса забойных скребковых конвейеров. Автореферат диссертация докт. техн. наук. - Днепропетровск: ИГТМ АН УССР, 1970. - 24с.

35. Новиков М.Е. Исследование и совершенствование забойных конвейеров с целью повышения их производительности: Автореферат диссертации канд. техн. наук. -М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 197616 с.

36. Определяющие законы механики грунтов. М.: Мир, 1975.-323с.

37. Папильский Р.Я., Кондрашов Ф.В. Прессование керамических порошков. -М.: Металлургия, 1968.-272с.

38. Перминов Г.И. Влияние скорости транспортирования на сопротивление движению тягового органа скребкового конвейера. В кн.: Транспорт шахт и карьеров. -М.: Недра, 1971.-е. 164-167.

39. Пертен О.А. Крутонаклонные конвейеры. Л.: Машиностроение, 1977.-216с.

40. Полосухин А .Я. Установка для транспортирования сыпучих материалов по трубопроводам без несущей среды/ Механизация и автоматизация в горной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1963, с. 191-197.

41. Полянин А.Д., Зайцев В.Ф. Справочник по линейным уравнениям математической физики: Точные решения. М.: Физматлит, 2002.-432с.

42. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М.: ГИФМЛ, 1962,- 456с.

43. Рекомендации по планированию экспериментальных исследований горных машин. Донецк, ДонНИГРИ, 1975. - 55с.

44. Роза С.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1962.-256с.

45. Сагидуллин Г.Г., Балабанов А.А., Анциферов В.Д Определение интегрального усилия волочения непрерывного цилиндрического тела из «пластического газа». -М.: Труды МИХМ, вып. 56, 1974, с. 56-63.

46. Сагидуллин Г.Г., Балабанов А.А., Условия обжатия сыпучего материала в непрерывной цилиндрической оболочке при волоченииф его через конический канал. М.: Труды МИХМ, вып. 65, 1975, с. 107114.

47. Самойлюк В.Н. О формировании насыпного груза перед движущимся скребком. В кн.: Транспорт горных предприятий. - М.: Недра, 1968, с. 326-333.

48. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Физматгиз, 1960. -243 с.

49. Солод Г.И., Шахова К.И., Мотовилова Л.Л. Исследование износа тяговых круглозвенных цепей забойных скребковых конвейеров. Вкн.: Транспорт шахт и карьеров.-М.: Недра, 1971.-е. 164-172.

50. Спиваковский А.О., Дьячков Г.К. Транспортирующие машины. — М.: Машиностроение, 1968.-502с.

51. Стрекачинский Б.А., Солод Г.И. Определение тяговой способности скребка и скребкового тягового органа. В кн.: Механизация и автоматизация рудничного транспорта. М.: Недра, 1965, № 17, с. 8390.

52. Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. М.: Мир, 1976. -256с.

53. Тимошкин В.А. Исследование вопросов производительностиподземных скребковых конвейеров: Автореферат диссертация канд. техн. наук. Днепропетровск, 1958. - 16с.

54. Тихонов Н.В. Транспортные машины горных предприятий. М.: Недра, 1985.-336с.

55. Труды ВНИИПТмаш, вып. 8(35).- М.: Машиностроение, 1960.-130с.

56. Труды ВНИИПТмаш, вып. 9(41).- М.: Машиностроение, 1963.-148с.

57. Фролов А.Г. Основы транспорта сыпучих материалов по трубам без несущей среды. М.: Наука, 1966. - 118 с.

58. Харр М.Е. Основы теоретической механики грунтов. М.: Стройиздат, 1971. - 319 с.

59. Черненко В.Д. разработка методов расчёта крутонаклонных конвейеров. Автореферат дисс. Черненко В.Б., докт. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1992.-31с.

60. Чугреев Л.И. Динамика конвейеров с цепным тяговым органом. -М.: Недра, 1976.- 160 с.

61. Шахмейстер Л.Г., Солод Г.И. Подземные конвейерные установки.-М.: Недра, 1976.

62. Шешко Е.Е., Гущин В.М. Крутонаклонный конвейер с лентой, имеющей форму глубокого желоба. В кн.: Развитие и совершенствование шахтного и карьерного транспорта. - М.: Недра, 1973, с. 120-125.

63. Шешко Е.Е., Курятников А.В. Устойчивость слоев внутри насыпного груза на крутонаклонном конвейере с прижимными элементами. В кн.: Шахтный и карьерный транспорт, вып. 6, -М.-Недра, 1980, с. 111-115.

64. Штокман И.Г., Эппель Л.И. Прочность и долговечность тяговых органов. М.: Недра, 1967. - 219 с.

65. Эйдерман Б.А. .Закономерности формирования грузопотока и энергозатрат на скребковых конвейерах. М.: Наука, 1984. - 133 с.

66. Эйдерман Б.А., Высоцкий Г.В., Леусенко А.В., Скребковые конвейеры. Справочное пособие. М "Недра" 1993.

67. Guder Н. Untesuchungen zu Fragen der Auslegung und Konstruktion von Kettenkratzerforderer. Gluckauf-Forschung, 1969, № 30, S.426-430.

68. Skiba Т., Bresnickey T. Opory ruchu przenosnikow zgreblowych. -ZKM, 1968, №60, p. 16-30.