Обґрунтування допустимого відхилення робочої поверхні барабанів потужних конвеєрів від циліндра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національна гірнича академія України

УДК 621.876.212

Спеціальність: О 5.05.06 - Гірничі машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування допустимого відхилення робочої поверхні барабанів потужних конвеєрів від циліндра

Білоус Олена Іванівна

Дніпропетровськ - 2002

Дисертація є рукописом

Робота виконана на кафедрі механічного обладнання Дніпродзержинського державного технічного університету (м. Дніпродзержинськ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Коробочка Олександр Миколайович, зав. каф. автомобільного господарства Дніпродзержинського державного технічного університету.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Ропай Валерій Андрійович, Національної гірничої академії України (м. Дніпропетровськ) Міністерства науки і освіти України, професор кафедри теоретичної та будівельної механіки;

- кандидат технічних наук, Максютенко Валерій Юрійович, Інститут геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ), завідуючий відділом гірничого транспорту.

Провідна установа - Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра рудникового транспорту та логістики (м. Донецьк)

Захист відбудеться "21" травня 2002 р. о 1400годині на засіданні спеціалізованої вченої ради при Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ-27, пр. Карла Маркса, 19, тел. 47 24 11)

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національний гірничий академії України Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ-27, пр. Карла Маркса, 19.

Автореферат розісланий "20" квітня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, канд. техн. наук О.В. Анциферов

Анотації

Білоус О.І. Обґрунтування допустимого відхилення робочої поверхні барабанів потужних конвеєрів від циліндра. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю О 5.05.06 - гірничі машини. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2002.

Уточнено механізм взаємодії нециліндричного барабана зі стрічкою. Задача розв'язувалась з урахуванням комплексу факторів, що впливають на зусилля при якому можливе руйнування стрічки при її взаємодії з нециліндричним барабаном. До таких факторів відносяться: передача стрічці зусилля, будівля стрічки, пружність покриття барабана на зрушення, нерівність лінійних швидкостей точок, розташованих на утворюючих нециліндричного барабана і довжин кіл, що ці точки описують під час обертання барабана, а також конструкція конвеєра на перехідній ділянці.

Характер напружено-деформованого стану стрічок, посилених тросами і стрічок, посилених тканиною, якісно різний. Крайові ефекти в першому випадку діють на відстанях, що перевищують довжину контакту стрічки і барабана. Для їхнього розрахунку гіпотеза плоских перетинів не прийнятна. У другому випадку така гіпотеза прийнятна. Відхилення форми барабана від циліндра пропорційно знижує зусилля при якому можливе руйнування стрічки і стиків. Результати використовується в гірничій промисловості.

Ключові слова: стрічковий конвеєр, стрічка, барабан, знос, зусилля при якому можливе руйнування, напруження.

Белоус Е.И. Обоснование допустимого отклонения рабочей поверхности барабанов мощных конвейеров от цилиндра. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности О 5.05.06 - горные машины. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2002.

Установлено, в настоящее время влияние отклонения формы рабочей поверхности барабана от цилиндра не изучено на уровне, достаточном для нормирования этого отклонения. Диссертация посвящена вопросу определения допустимого отклонения рабочей поверхности барабана от цилиндра. Задача решалась с учетом комплекса факторов, влияющих на прочность ленты при ее взаимодействии с нецилиндрическим барабаном. К таким факторам относятся: передача ленте тягового усилия, композитное строение ленты, упругость футеровки барабана на сдвиг, неравенство линейных скоростей точек, расположенных на криволинейных образующих нецилиндрического барабана и длин окружностей, что эти точки описывают при вращении барабана, а также конструкция конвейера на прилежащем переходном участке.

Характер напряженно-деформированного состояния резинотросовых и резинотканевых лент качественно различный. Краевые эффекты в резинотросовых лентах, вызванные изгибом плоской ленты на барабане, действуют на расстояниях, которые превышают длину контакта ленты и барабана. Для расчета напряженного состояния резинотросовых лент гипотеза плоских сечений не приемлема. Краевые эффекты в резинотканевых лентах действуют на расстояниях, которые не превышают длину контакта ленты и барабана. Для расчета их напряженного состояния приемлемая гипотеза плоских сечений. Отклонение формы барабана от цилиндра снижает прочность ленты и стыков.

Увеличение диаметра барабана средний его части, отнесенное к диаметру на краях, приводит к вдвое меньшей дополнительной нагрузке, чем в случае вогнутой образующей барабана, что является следствием разности максимальных сил растяжения и сжатия, обусловленных формой барабана при общей уравновешенности сил в сечении ленты.

Относительные максимальные удлинения тяговых элементов конвейерной ленты пропорциональны относительному отклонению образующей барабана от прямой линии. Коэффициент пропорциональности близкий к 0,7 для резинотканевых лент. Для резинотросовых лент он на порядок меньший.

Лента проскальзывает по поверхности барабана с диаметром на всей дуге контакта. Ширина полосы скольжения достигает 30% ширины ленты и практически не зависит от коэффициента трения.

Изменение знака кривизны образующей барабана приводит к изменению участков скольжения ленты по барабану, изменению направления сдвига ленты по отношению к оси конвейера; скольжение происходит по поверхности барабана с меньшим радиусом, сдвиг ленты направлен в направления большего диаметра барабана.

Одноосное растяжение резинотросовой ленты предопределяет появление напряжений по поверхности склеивания резины и троса. Напряжения зависят от соотношения модулей Пуассона для резины и троса (приведенного). Деформации сдвига в плоскости, перпендикулярной тросам в такой же ленте, вызовут появление нормальных и касательных напряжений по поверхности склеивания троса и резины.

Допустимые отклонения формы барабанов должны устанавливаться отдельно для приводных и ведомых барабанов с учетом наличия участка лоткообразования, при условии отсутствия скольжение резиновой обкладки ленты по футеровке.

Экспериментальные исследования подтверждают полученные результаты. Погрешности уменьшения прочности ленты не превышают 23%. Прочность ленты функционально зависит от формы барабана (коэффициент корреляции не меньше, чем 0,95).

Установленные основные закономерности и механизм влияния отклонение от цилиндра рабочей поверхности барабана конвейера на напряженное состояние резинотросовых и резинотканевых лент, обоснована методика определения допустимых отклонений от цилиндра рабочей поверхности барабанов мощных конвейеров, разрешена важная научно-техническая задача обеспечения достаточной эксплуатационной прочности ленты и увеличение термина ее эксплуатации.

Ключевые слова: ленточный конвейер, лента, барабан, износ, прочность, напряжение. Результаты работы нашли применение в промышленности при диагностике состояния конвейеров.

Bilous E. I. Substantiation of an allowable deviation of a working surface of drums of powerful conveyors from the cylinder. - Manuscript.

Thesis for the applicotion of the Candidate of Technical Sciences on a speciality О 5.05.06 - mountain machines. - National Minin Academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2002.

The mechanism of interaction not of a cylindrical drum with a tape is specified. The task was decided in view of a complex of the factors influencing durability of a tape at its interaction with not a cylindrical drum. To such factors concern: transfer to a tape of effort, structure of a tape, elasticity of a covering of a drum on shift, not equality of linear speeds of points located on forming not of a cylindrical drum and lengths of circles, that these points describe at rotation of a drum, and also design of the conveyor on a transitive site.

Character is intense - is deformed condition of tapes strengthened by cables and tapes strengthenedby a fabric qualitatively various. The regional effects in the first case work on distances, which exceed length of contact of a tape and drum. The hypothesis of flat sections not acceptable for their account. In the second case such hypothesis is acceptable. The deviation of the form of a drum of the cylinder reduces durability of a tape and joints. Results is used in a minin industry.

Key word: the tape pipeline, fillet, drum, wear, durability, voltage.

Загальна характеристика роботи

Актуальність задачі. У гірничому виробництві широко застосовують стрічкові конвеєри як найбільш економічне обладнання для транспортування великих обсягів матеріалів на відносно невеликі (до десяти кілометрів) відстані. Основним елементом конвеєра є стрічка. Для стрічки під час проектування конвеєра призначають восьми - дванадцятикратні запаси міцності. Прогнозований термін використання в умовах гірничого виробництва відпрацьовує менше п'яти відсотків стрічки. Тільки через руйнування бортів міняють 18%, інколи до 30%, практично, нової стрічки.

Основними причинами таких явищ на підприємствах гірничої галузі є особливості конструкції конвеєрів для гірничих робіт: значна довжина конвеєра, відповідно, великі навантаження на стрічку; значна ширина стрічки та значні кути нахилу бортів конвеєра через потребу транспортування великих обсягів матеріалу та великих брил; значний нерівномірний знос барабанів по їх ширині, нерівномірно розподіленими по ширині стрічки силами та матеріалом; для стабілізації руху стрічки використовують опуклі барабани.

У процесі роботи окремі ділянки стрічки ковзають по нециліндричній поверхні барабана. Прискорено зношується стрічка та барабан. Навантаження по ширині стрічки розподіляється нерівномірно - зменшується зусилля, при якому можливе руйнування стрічки та її стиків. На напружений стан стрічки впливає також конструкція прилеглої до барабана перехідної ділянки конвеєра. Незначне зміщення стрічки з осі симетрії зносу барабана призводить до несталого руху стрічки та прискореного зносу бортів. Відсутність науково обґрунтованих значень відхилень форми барабанів конвеєрів від циліндра, які враховували б конструкцію конвеєра та стрічки, характер її взаємодії з нециліндричною робочою поверхнею барабана призводить до значного зниження міцності стрічки та її стиків. У цьому зв'язку визначення впливу форми барабана на величину зусилля, що може призводити до руйнування стрічки, розробка методики визначення допустимих відхилень форми барабанів потужних конвеєрів актуальна науково-технічна задача забезпечення достатньої експлуатаційної міцності стрічки.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась у відповідності з держбюджетною науково-дослідною роботою за темою № 220/2000 - г/б "Розробка теоретичних основ розрахунку напружено-деформованого стану стрічки крутопохилого конвеєра", номер державної реєстрації роботи 01 00 U 00 51 99.

Мета роботи полягає в обґрунтуванні значень допустимого відхилення форми робочої поверхні барабана від циліндра на основі дослідження напруженого стану стрічки на барабані з робочою поверхнею подвійної кривизни.

Об'єкт дослідження - передача зусилля від барабана подвійної кривизни стрічці.

Предмет дослідження - механізм взаємодії стрічки значної ширини та ециліндричного барабана при передачі тягового зусилля.

Ідея роботи полягає в ураховуванні впливу відхилень форми барабана від циліндра на спроможність стрічки передавати тягове зусилля при визначенні допустимої нециліндричності барабана.

Методи досліджень. У роботі використовувались положення будівельної механіки, теорії пружності, механіки композитних матеріалів, методи руйнівного контролю міцності, методи тензометричних досліджень, кореляційного аналізу.

Наукові положення, винесені на захист

- Відносні максимальні подовження тягових елементів пропорційні відносному відхиленню твірної барабана від прямої лінії та не залежать від інших параметрів конвеєра, коефіцієнт пропорційності близький до 0,7 для гумотканинних стрічок, на порядок менший для гумотросових.

- Збільшення діаметра барабана в середній його частині призводе до меншого додаткового навантаження, ніж у разі вгнутої твірної барабана, що є наслідком різниці максимальних сил розтягу та стискання, зумовлених формою барабана, при загальній врівноваженості сил в перерізі стрічки.

- Зміна знаку кривизни твірної барабана призводе до зміни ділянок ковзання стрічки по барабану, зміни напрямку зсуву стрічки по відношенню до осі конвеєра; ковзання відбувається по поверхні барабана з меншим радіусом, зсув стрічки спрямовано у напрямку більшого діаметра барабана.

Новизна роботи:

1. Вперше установлено, що для розрахунку напруженого стану гумотканинної стрічки, що взаємодіє з барабаном подвійної кривизни, прийнятна гіпотеза плоских перерізів, а для гумотросових така гіпотеза не може бути застосована.

2. Розвинуто механізм взаємодії стрічки та барабана з нециліндричною поверхнею, що призводить до її зсуву в напрямку більшого діаметра, при цьому встановлено, що на нециліндричному барабані напруження в стрічці розподіляються нерівномірно, при порушенні симетрії навантаження стрічки вона згинається та набігає на барабан не під прямим кутом, кут нахилу менший з боку більшого радіуса барабана та не залежить від напрямку обертання барабана.

3. Розвинуто механізм ковзання стрічки як гнучкого тягового органа по барабану, при цьому встановлено ковзання по поверхні барабана на ділянках з меншими діаметрами на усьому кутові контакту.

4. Вперше установлено, що зменшення діаметра середньої частини барабана призводить до зростання максимальних напружень розтягу, які вдвічі перевищують відповідні напруження у разі збільшення діаметра.

5. Вперше установлено, що при розтягу гумотросової стрічки по поверхні склеювання троса та гуми можуть виникати, як напруження розтягу так і стискання, напруження розтягу виникають, коли коефіцієнт Пуассона резини більший за відповідний умовний коефіцієнт для троса.

6. Вперше установлено, що у разі деформування стрічки, пов'язаного зі зсувом у площинах паралельних тросам, на поверхні склеювання тросів та резини виникають напруження зсуву, стискання і розтягу, напруження розтягу перевищують середні прикладені напруження зсуву у 1,6 раза.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень і результатів забезпечується врахуванням основних чинників, що впливають на напружений стан стрічки, застосуванням методів будівельної механіки, теорії пружності та підтверджується результатами тензометричних досліджень, досліджень на розрив (відносна похибка не перевищує 22%), відповідністю дотичних напружень в обкладинці стрічки, визначених аналітично в дисертації та експериментально встановлених іншими дослідниками (відхилення екстремальних значень не перевищують 20%, характери розподілу напружень збігаються).

Наукове значення роботи полягає в обґрунтуванні залежностей між формою твірної барабана та силами, що призводять до руйнування стрічки, з урахуванням конструкції стрічки та конвеєра на прилеглій перехідній ділянці, передачі тягового зусилля від барабана стрічці, у встановленні механізму взаємодії конвеєрної стрічки та барабана з криволінійною твірною, що супроводжується ковзанням в перерізах із меншими радіусами, теоретичному обґрунтуванні переміщення стрічки паралельно вісі барабана у бік більшого діаметра, обґрунтуванні допустимого відхилення форми робочої поверхні барабана від циліндра з урахуванням міцності стрічки.

Практичне значення роботи полягає в створенні методики інженерного розрахунку допустимого відхилення форми робочої поверхні барабана від циліндра, що враховує механічні параметри стрічки та конструкцію конвеєра на перехідній ділянці, призначення барабана.

Упровадження роботи: методика визначення допустимих зносів барабанів конвеєрів використовується ВАТ "Полтавський ГЗК", ДХК "Павлоградвугілля ", передана для впровадження ВО "Кривбасруда".

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на другій всеукраїнській науково-методичній конференції "Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій." (Дніпродзержинськ. 1998 р.), Міжнародних конференціях "Наука і освіта - 98." (Дніпродзержинськ. 1998 р.), "Наука й освіта - 99" (Дніпропетровськ, 1999 р.), "Наука й освіта - 2000" (Дніпропетровськ, 2000 р.), Всеукраїнській науковій конференції "Математичні проблеми технічної механіки" (Дніпродзержинськ, 2001 р.), Всеукраїнській науковій конференції "Проблеми створення нових машин і технологій " (Кременчук, 2001 р.),

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у десяти наукових працях, у фахових виданнях - п'ять, із них чотири без співавторів, у п'ятьох тезах доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, підсумків, списку літератури із 101 найменування, має 157 сторінок друкарського тексту, включно 62 рисунки, 3 таблиці, 3 додатки на 15 сторінках.

Основний зміст роботи

Розділ 1. Стан питання та задачі дослідження. Умови експлуатації конвеєрів у гірничому виробництві пов'язані з обмеженими габаритами виробок, складним доступом до обладнання, попаданням гірничої маси у зону контакту стрічки та барабана, використанням конвеєрів значної довжини та продуктивності, транспортуванням великих грудок матеріалу, застосуванням стрічок значної ширини, значними кутами нахилу бортів конвеєра, застосуванням багатоприводних конвеєрів. Такі умови призводять до інтенсивного зносу барабана та до роботи конвеєрів з нерівномірно зношеними барабанами.

Дослідженням напружено-деформованого стану стрічки присвячено роботи багатьох авторів Дмитрієва В.Г., Завгороднього Е.Х., Коваля О.В., Колосова Л.В., Максютенка В.Ю., Назаренка В.М., Полякова Н.С., Ропая В.А., Смірнова В., Чугреєва Л.І., Шпакунова І.О. та інших вчених. Питаннями дослідження впливу технічного стану конвеєра на його експлуатаційні властивості займались Монастирський В.Ф, Норенко І.І., Бондаренко Л.І., Дмитрієв В.Г. та інші дослідники.

Питання взаємодії широкої стрічки та барабана з нециліндричною поверхнею не вивчені на рівні достатньому для визначення допустимих зносів барабана. Так не обґрунтована модель взаємодії конвеєрної стрічки з веденим та приводним барабаном із криволінійними твірними, що призводять не тільки до надання стрічці форми складної поверхні, а й до змінності лінійних швидкостей точок, розташованих на криволінійних твірних барабана, не досліджено вплив характеру зв'язку широкої стрічки та барабана (кінематична та силова взаємодія), не вивчено питання розподілу зсувних напружень по ширині веденого та приводного барабанів, вплив зміни форми барабана на сталість руху стрічки, вплив конструкції конвеєра на прилеглій перехідній ділянці.

Виходячи з наведеного в роботі, поставлені та розв'язані наступні задачі:

встановити вплив характеру зносу барабана на конвеєрну стрічку;

встановити вплив передачі тягового зусилля зношеним барабаном стрічці за умови їх кінематичного з'єднання;

встановити вплив передачі тягового зусилля зношеним барабаном стрічці тертям;

розробити рекомендації щодо визначення відхилень форми барабана.

Розділ 2. Дослідження впливу форми робочої поверхні барабана на зусилля при якому можливе руйнування конвеєрної стрічки. Гумотросова і гумотканинна стрічки мають тягові елементи - троси та нитки діаметром d, запресовані з кроком t у матрицю, що їх зв'язує. Це дозволяє для обох типів стрічок застосувати загальну модель. У такій моделі властивості стрічки враховуються через її механічні параметри. Троси й нитки далі умовно, коли питання стосуватиметься обох типів стрічок, будемо називати нитками.

Відхилення твірних барабанів від прямих ліній перевищують товщину тягового осердя стрічки. Це дозволяє вважати, що усі прокладки стрічки деформуються однаково, за винятком перерозподілу зусиль від згину на циліндричному барабані, що вивчено раніше.

Напружено-деформований стан стрічки на нециліндричному барабані (рис. 1) розглянемо як стан, зумовлений трьома послідовними деформуваннями. Першим деформуванням будемо вважати набуття стрічкою форми поверхні барабана за умови відсутності деформацій перетину стрічки на межі початку та кінця її контакту з барабаном. Для позначення напружень та деформацій вжито верхній індекс І. Другим станом (переміщення та напруження позначено верхнім індексом ІІ) будемо вважати деформування, зумовлене зняттям вказаного обмеження. Третім станом будемо вважати навантаження стрічки силами розтягу Р 1 та Р 3. Стрічку будемо вважати безмежно довгою. Ділянки стрічки, що не взаємодіють із барабаном, позначимо як першу та третю, а ту, що взаємодіє з барабаном на довжині l, позначимо як другу. Відповідні цифри надано у нижніх індексах.

З боку барабана на стрічку діє розподілена сила Т. Її величина залежить від характеру взаємодії з барабаном.

Рис. 1.- Розрахункова схема деформування стрічки на не циліндричному барабані

Розташуємо початок осі х в площині симетрії згину стрічки на барабані. Напружено-здеформований стан на першому етапі, на що вказує верхній індекс, деформовано напружений стан стрічки на другій ділянці описується залежностями

(1)

де F(y) - функція залежності радіуса барабана від координати y спрямованої вздовж осі барабана; Rsr - середній радіус барабана; EF - жорсткість троса (нитки) на розтяг.

На перших двох стадіях деформування зовнішні сили відсутні. Задачі симетричні. На другій стадії граничні умови

коли х=0 u2,і =0 , коли х u1,i=P1,i=0. (2)

Умови сумісності деформування

коли х=l/2 u1,i= u2,i, P1,i= P2,i. (3)

Переміщення на другому етапі деформування стрічки визначимо за умови рівноваги і - тої нитки довжиною dx (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Відрізок нитки довжиною dx

Переміщення ниток для випадку Т=0 становлять

1 (4)

де

;

G - модуль зсуву матеріалу матриці; kG - коефіцієнт форми гуми розташовано поміж нитками; N - кількість ниток у стрічці.

Загальний напружено-деформований стан стрічки з урахуванням умов (3) та розв'язання системи рівнянь (4) на першій та другій ділянці описується наступними залежностями

(5)

(6)

(7)

де An, Bn, - сталі інтегрування;



Деформування на третьому етапі відбувається як на циліндричному барабані, його розглядати не будемо. В отриманих залежностях прийнята довільна форма барабану. Не порушуючи загальності розв'язання задачі, будемо вважати, що залежність радіуса барабана від координати у (від номера нитки і) може бути записана у вигляді суми косинусів

. (8)

Скориставшись такою формою запису радіусів барабана, з урахуванням граничних умов (2) та умов сумісності (3), визначили невідомі сталі у виразах (6, 7). Залежності (6, 7) мають по дві складові. Перші складові залежать тільки від параметрів барабана. Другі - тільки від механічних властивостей стрічки. Для оцінки величин поздовжніх зусиль будемо користуватись відносними деформаціями, які позначимо Р 0.

На рис. 3 показано графіки розподілу відносних подовжень ниток гумотросової (а) та гумотканинної (б) стрічок. Графіки побудовані для однієї четвертої частини поверхні контакту стрічки та барабана у відносних координатах для кута, по якому стрічка огинає барабан стрічкою =, при зносі поверхні барабана в середній частині 2% (для гумотросової стрічки), 2,5% (для гумотканинної стрічки).



Рис. 3. Відносні подовження тросів у гумотросовій стрічці (а) та ниток у гумотканинній стрічці (б)

З графіків видно, що відносні деформації розподілено нерівномірно. Максимальні зусилля розтягу мають місце в перерізі симетрії згину стрічки в крайніх тросах (при x=0, y=B/2). У розподілі сил поміж тросами спостерігаємо не тільки розтяг, але й стискання (від'ємні деформації).

Гумотросові та гумотканинні стрічки експлуатують при відносному подовженні, відповідно 0,2% та 24%. Оскільки відносне зменшення довжини не перевищує робочого подовження, то умов стискання тросів реалізовано не буде, й прийнята модель, яка допускає теоретичний опір тросів та ниток стисканню, прийнятна, коли знос середньої частини не перевищує 8% радіуса барабана.

До країв ділянки взаємодії стрічки з барабаном відносні деформації зменшуються для гумотросової стрічки при усіх значеннях х, для гумотканинної стрічки коли х<0,25. Це свідчить про те, що краєві збурення, зумовлені переходом стрічки від плоскої до здеформованої, діють на ділянках, довжина яких у першому випадку перевищує довжину контакту стрічки та барабана, а в другому менша. Останнє зумовлює неприйнятність гіпотези плоских перерізів для розв'язання задачі визначення напруженого стану гумотросової стрічки на барабані з нециліндричною поверхнею та її прийнятність для гумотканинної стрічки.

Переміщення (6) дозволяють визначати дотичні напруження в гумовій матриці. У гумотросовій стрічці дотичні напруження, що виникають поміж тросами становлять, 10% від межі міцності.

Виконані дослідження показують, що розміри діаметрів барабанів, ширина барабанів, тип стрічки несуттєво впливають на напружений стан стрічки, за винятком дотичних напружень.

З ділянкою стрічки, котра взаємодіє з барабаном межує ділянка стрічки перехідної форми. На цій ділянці стрічка набуває форми, наближеної до форми прямого гелікоїда. При цьому подовження ниток в стрічці, здеформованої за формою гелікоїда, збігаються з подовженнями ниток у стрічці, здеформованій на барабані з твірною, радіус якої описується квадратною параболою, встановленою експериментально R(y)=Rmin(1+ky2), якщо

де Rnom, Rmin - номінальний та мінімальний радіус барабана.

Це надає можливість враховувати вплив додаткового перерозподілу напружень у стрічці на ділянці лоткоутворення додатковим умовним зносом барабана. З метою визначення впливу форми барабана на характер руху стрічки приймемо, що вісь стрічки зсунута на незначну величину з осі конвеєра. Це призведе до порушення симетричності навантаження стрічки. Порушення симетричності розподілу навантажень (7) у перерізі стрічки призводить до виникнення моменту згину

М=, (9)

де - мала величина.

Момент призводить до згину стрічки. Згин - до зростання величини зсуву, оскільки стрічка на барабан намотується не під прямим кутом. При цьому стрічка зсувається до середини барабана, коли поверхня барабана опукла, та до країв у разі протилежної кривизни робочої поверхні барабана.

Вище не враховано деформації стрічки, пов'язанні зі зсувом тросів в напрямку, перпендикулярному площині стрічки, що призводить до перерозподілу напружень у гумі. Вказану задачу розв'язували для гумового зразка безмежних розмірів, армованого абсолютно жорстким циліндричним стрижнем та навантаженого зсувними зусиллями. Напруження визначали за допомогою бігармонійної функції напружень. При цьому було встановлено, що напруження та переміщення набувають максимальних значень на поверхні склеювання троса та гуми, не залежать від діаметра троса, пропорційні прикладеним напруженням та залежать від властивостей матеріалу. На поверхні троса діють не тільки дотичні напруження, а й нормальні, які в 1,6 раза перевищують дотичні напруження, прикладені до зразка у випадку плоского напруженого стану та дорівнюють їм у випадку плоского деформування.

Поздовжнє навантаження зразка, армованого стрижнем із коефіцієнтом Пуассона іншим, ніж для гуми, викликає додаткові напруження. Задача полярно симетрична, плоска. Встановлено, що напруження розтягу тросів у стрічці не дорівнюють таким напруженням в окремому тросі при однакових подовженнях, напруження зростають із збільшенням різниці поміж коефіцієнтами Пуассону для гуми та троса. На поверхні склеювання у гумі можуть виникати напруження розтягу. Напруження не залежать від діаметра троса.

Розділ 3. Дослідження впливу передачі тягового зусилля нециліндричним барабаном стрічці за умови їх кінематичної взаємодії. При наявності кінематичного з'єднання стрічки та барабана зовнішня розподілена сила визначається залежністю

 (10)

де tf - приведена товщина футерівки; і - переміщення точок поверхні барабана, розташованих під і-тою ниткою.

Переміщення та сили в нитках стрічки

(11)

(12)

де a, b - сталі інтегрування;

Із залежностей (11, 12) видно, що переміщення та напруження залежать від тих складових, що і в попередньому випадку та ще від розподілу сил зв'язку стрічки та футерованого барабана і розтягу, незмінною по ширині контакту стрічки та барабана силою.

Умова нерухомості приєднання стрічки до барабана може мати місце, коли сила тертя, що виникає поміж стрічкою та барабаном, вища за силу зсуву. Дослідження показують, що згадана умова не виконується в середній частині барабана, тобто в цій частині має місце ковзання стрічки по поверхні зношеного барабана. Ширина смуги ковзання не суттєво зменшується при зростанні коефіцієнта тертя та більша для гумотканинних стрічок. Таке ковзання, з урахуванням наявності решток абразивного матеріалу, що транспортується, прискорює знос поверхні барабана. У випадку, коли середня частина барабана має більший діаметр проковзування стрічки, буде мати місце у країв барабана. Зміна знака кривизни призводить до ковзання стрічки у країв барабана.

Розділ 4. Дослідження впливу передачі тягового зусилля тертям нециліндричним барабаном стрічці. Показано, що розглянуті вище випадки відсутності сил тертя та умови нерухомого приєднання стрічки до барабана фактично є граничними випадками, коли сила тертя дорівнює нулеві або безмежно велика. Для випадку ковзання стрічки по поверхні барабана, знехтувавши різницею радіусів барабана при коефіцієнті тертя f, зовнішня розподілена сила визначається залежністю

. (13)

Напружено-деформований стан описується залежностями

(14)

(15)

де f - коефіцієнт тертя;



Аналіз розподілу відносних подовжніх деформацій згідно до залежностей (14, 15) показав, що відносні деформації розподілені, практично, таким самим чином, що і для випадку нерухомого приєднання стрічки до поверхні барабана.

Відносні максимальні подовження тягових елементів пропорційні відносному відхиленню твірної барабана від прямої лінії та не залежать від інших параметрів конвеєра, коефіцієнт пропорційності близький до 0,7 для гумотканинних стрічок на порядок менший для гумотросових.

Збільшення діаметра барабана в середній його частині призводить до меншого додаткового навантаження, ніж у разі вгнутої твірної барабана, що є наслідком різниці максимальних сил розтягу та стискання, зумовлених формою барабана, при загальній врівноваженості сил в перерізі стрічки, як це має місце і для випадку показаного на рис. 3.

З наведеного маємо, що для визначення допустимих зносів приводних барабанів конвеєрів гірничих виробництв, слід спиратися на максимальні відносні подовжні деформації, що мають місце у випадку умовно приклеєної стрічки до барабана та на максимальні дотичні напруження, що виникають у гумі гумотросової стрічки.

Розділ 5. Розроблення рекомендацій щодо визначення граничних відхилень робочої поверхні барабанів від циліндра. Отримані результати перевіряли шляхом іспитів зразків гумотканинної стрічки на розрив та з використанням тензометричного контролю зусиль в тросах гумотросової стрічки, зумовлених зносом барабана. Похибка при реальних зносах не перевищує 22% для іспитів на розрив гумотканинної стрічки та 23% для максимальних навантажень в тросах гумотросової стрічки.

При розробці методики розрахунку допустимого зносу робочої поверхні барабана спирались на встановлену прийнятність гіпотези плоских перерізів при розрахунках напруженого стану гумотканинної стрічки на нерівномірно зношеному барабані, та на пропорційність максимальних сил розтягу тросів величині зносу барабана.

З урахуванням унормованих запасів міцності, кількості прокладок, наявності ділянки лоткоутворення отримано залежність для визначення допустимого зносу поверхні барабана конвеєра обладнаного гумотканинною стрічкою

, (16)

де - допустиме, відносне подовження стрічки; - кут нахилу бортів стрічки на конвеєрі; l - довжина ділянки лоткоутворення; - коефіцієнт, що набуває значень 4 - для приводного барабана, 8 - для веденого барабана та барабана відхилення стрічки, розташованого поряд із приводними барабаном конвеєра з одним приводним барабаном, 16 для барабана відхилення стрічки, встановленого біля приводного барабана конвеєра з двома приводними барабанами; Rnom - номінальний радіус барабана; N - кількість прокладок в гумотканинній стрічці.

Для конвеєра, обладнаного гумотросовю стрічкою, допустимий знос визначається залежністю

(17)

Барабан з більшим діаметром в середній частині сприяє сталості руху стрічки. Допустимі різниці радіусів для барабана із більшим діаметром середньої частини удвічі перевищують значення допустимих різниць при зменшеному діаметрі середньої частини.

Основні висновки

гірничий конвеєр деформований трос

Розв'язана наукова задача: уточнено механізм взаємодії нециліндричного барабана зі стрічкою та визначено вплив нециліндричності барабана на зусилля при якому можливе руйнування стрічки. Обґрунтовано методику визначення допустимих відхилень від циліндра робочих поверхонь барабанів потужних конвеєрів; розв'язано важливу науково-технічну задачу забезпечення достатньої експлуатаційної міцності стрічки та збільшення терміну її експлуатації. При дослідженні встановлено наступне:

питання впливу відхилення форми робочої поверхні барабана від циліндра не вивчались на рівні, достатньому для визначення допустимого відхилення форми робочої поверхні барабана від циліндра;

характер напружено-деформованого стану гумотросових та гумотканинних стрічок якісно різний. Для розрахунку напруженого стану гумотросових стрічок гіпотеза плоских перерізів не прийнятна та прийнятна для гумотканинних;

відхилення форми твірної барабана від прямої лінії збільшує відносне подовження окремих тягових елементів стрічки, відповідно зменшує зусилля при якому можливе руйнування та впливає на сталість руху стрічки по конвеєру. Для барабана, діаметр якого в середній частині менший, зростання відносного подовження становить 25% відносної різниці діаметрів барабана для гумотросових стрічок (67% для гумотканинних). У протилежному випадку, відносні подовження вдвічі менші. Обмеження максимальних напружень розтягу тросів збільшує прогнозований термін їх експлуатації у півтора раза;

частина стрічки на ділянці з меншим діаметром барабана проковзує по його поверхні на усьому кутові контакту. Ширина смуги ковзання сягає 30% ширини стрічки та, практично, не залежить від коефіцієнта тертя;

згин стрічки під дією моменту, зумовленого нерівномірно розподіленими силами в перерізі її набігання на барабан, впливає на сталість руху стрічки на конвеєрі. При кривизнах одного знаку він сприяє сталому рухові - рухові. При кривизнах із різними знаками він порушує цю сталість;

одновісний розтяг гумотросової стрічки зумовлює появу нормальних та дотичних напружень по поверхні склеювання гуми та троса. Напруження залежать від співвідношення модулів Пуассона для гуми та приведеного для троса. Деформації зсуву стрічки приводять до появи напружень розтягу, які у 1,6 раза вищі за середні напруження зсуву;

експериментальні дослідження підтверджують отримані результати. Похибки зменшення міцності стрічки не перевищують 23%. Зусилля при якому можливе руйнування стрічки залежить від форми барабана (коефіцієнт кореляції не менший за 0,95);

поставлена в дисертації задача розв'язувалась з комплексним урахуванням чинників, що впливають на зусилля при якому можливе руйнування стрічки за умови її взаємодії з нециліндричним барабаном. До таких чинників відносяться: передача стрічці тягового зусилля, композитна будова стрічки, пружність футерівки барабана на зсув, наявність різниці швидкостей точок, розташованих на криволінійних твірних барабана та конструкцію конвеєра на прилеглій перехідній ділянці;

на основі виконаних досліджень обґрунтовано застосування математичної моделі та уточнено механізм взаємодії конвеєрної стрічки з барабаном подвійної кривизни і розроблена методика визначення допустимого відхилення робочої поверхні барабана від циліндричної форми. Уточнений механізм може бути використаний при подальшому розвитку теорії передачі сил тертям гнучким тяговим органом. Розроблена методика використовується ВАТ "Полтавський ГЗК", ДХК "Павлоградвугілля ", передана для впровадження ВО "Кривбасруда".

Основні положення й результати дисертації опубліковані у наукових працях

1. Блоус О.I. Модель напружено-деформованого стану конвеєрної стрічки на поверхні зношеного барабана// Математичне моделювання. Науковий журнал. - 2000. - №5. - С. 42-45.

2. Білоус О.I. Вплив зносу барабана конвеєра на тягову спроможність стрічки. / / Системні технології. - 2000. - №1(9). - С. 90-93.

3. Білоус О.I. Експериментальне визначення впливу зносу барабана на тягову спроможність конвеєрної стрічки. // Системні технології. - 2000. - №2(10). - С. 64-67.

4. Коробочка А.Н., Белоус Е.И. Напряженное состояние конвейерной ленты на барабане с криволинейной образующей. //Системні технології. 2001. - №6(17). - С. 105-109.

5. Білоус О.І. Вплив форми барабана на міцність стрічки круто похилого конвеєра. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ, - Кременчук: КДПУ, 2001.- № 2(11).- С. 231-234.

6. Білоус О.I. Моделювання деформованого стану стрічки на поверхні нерівномірно зношеного барабану. //Тези доповідей I-й мжнародної конференц " Наука освта -98". Днпродзержинськ.: Наука освта. - 1998. - С. 2-3.

7. Білоус O.I., Танцура Г.І. Впровадження конвеєрного транспорту - шлях збереження довкілля копалин. /Тези доповідей ІІ-й Всеукраїнської науково - методичної конференції "Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій". Дніпродзержинськ.1998. - С.79.

8. Білоус О.І. Напруження в гумі гумотросового елементу від дотичних навантажень в площині, перпендикулярній тросам. //Тези доповідей. Матеріали третьої міжнародної конференції. "Наука і освіта 2000". Том 2. - Дніпропетровськ. : Наука і освіта. - 2000.- С. 15-16.

9. Бельмас І.В., Білоус О.І. Вплив зносу приводного барабану на напружений стан конвеєрної стрічки. //Тези доповідей. Друга міжнародна конференція. "Наука і освіта `99". Том 8. - Дніпропетровськ. : Наука і освіта. - 1999.- С. 3-4.

10. Бельмас І.В., Білоус О.І, Танцура Г.I., Розрахунок гумотросової стрічки по відомому здеформованому станові. // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції "Математичні проблеми технічної механіки", Дніпродзержинськ.: Редакційно-видавничий відділ Дніпродзержинського державного технічного університету. - 2001 - С. 58.

Особистий внесок автора в роботі, що опублікована у співавторстві:

/4/ - постановка задачі досліджень, розробка алгоритму розв'язання задачі та виконання розрахунків, /7/ - формулювання задачі, /10/ - побудова схеми розв'язання задачі для стрічки здеформованої по поверхні подвійної кривизни.

Размещено на Allbest.ru

...