Обоснование параметров лопастного перегружателя для безударной загрузки конвейеров крупнокусковыми грузами

Актуальность работы. Создание поточной технологии и специальных средств непрерывного транспорта при разработке скальных и полускальных пород и руд представляет собой качественное изменение технологического уровня развития горнодобывающей промышленности. Наибольшее распространение в качестве средств поточного транспорта получили ленточные конвейеры. Это объясняется малыми энергетическими и эксплуатационными затратами, высокой производительностью, возможностью полной автоматизации транспортных процессов и экологической чистотой.

Анализ гранулометрического состава горной массы, подготовленной буровзрывным способом, показывает, что выход негабаритных кусков вследствие природной слоистости и трещиноватости составляет такой удельный объём, который требует применения дробильных агрегатов или комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта, что существенно увеличивает стоимость транспортирования.

Как известно, дробление вызывает не только большие капитальные и эксплуатационные затраты, но и в ряде случаев существенно ухудшает качество полезного ископаемого вследствие переизмельчения (флюсы, уголь, строительные камни и т. д.). Поток груза после первичного дробления отличается неравномерным грансоставом.

В качестве средств непрерывного транспорта крупнокусковых скальных грузов возможно применение специальных типов ленточных конвейеров:

1) ленточный конвейер с гибким канатным ставом и подвесными шарнирными роликоопорами;

2) ленточный конвейер с жестким ставом и шарнирными роликоопорами;

3) ленточный конвейер с канатным ставом и жесткими роликоопорами.

Созданный по предложению профессора А. О. Спиваковского ленточно-колесный конвейер позволяет транспортировать грузы с кусками, размеры которых достигают 1000−1500 мм. Опытно-промышленная эксплуатация нового конвейера на руднике «Аксай» горно-химического комбината «Каратау» показала его высокую эксплуатационную надежность.

Однако эти конвейеры могут эксплуатироваться только тогда, когда груз подается на них с высоты 100−150 мм и со скоростью, близкой к скорости ленты.

Как показывает опыт эксплуатации ленточных конвейеров, причиной преждевременного выхода из строя конвейерной ленты в большинстве случаев является ее разрушение на погрузочных пунктах. Подача крупнокусковых скальных грузов характеризуется большими ударными нагрузками на ленту, могущими вызвать пробой рабочей обкладки, а иногда и каркаса ленты. Кроме того, крупные куски вызывают продольные прорывы рабочей обкладки ленты при ускорении на ней груза до скорости движения ленты. Следовательно, создание эффективных загрузочных устройств, обеспечивающих подачу груза на конвейерную ленту с минимально возможной высоты и со скоростью, близкой к скорости ленты, как по величине, так и по направлению занимает исключительно важное место для использования конвейеров для крупнокусковых горных грузов.

Основное применение получили пластинчатые, скребковые, валковые и вибрационные питатели. Однако все, за исключением вибрационных питателей, подают груз с высоты около 1 м, что может создавать сквозной пробой ленты. Вибрационные питатели способны подавать горную породу на ленту с минимально возможной высоты (100−15 0мм) и при этом рабочий орган питателя, выполненный в форме желоба, позволяет формировать грузопоток в форме, соответствующей поперечному сечению ленты с грузом на опорных траверсах. Однако вибропитатели не могут применяться при наличии липких фракций в транспортируемом грузе. Кроме того, скорость вибропитателей существенно меньше чем 1−1,5 м/с (скорости ленточно-колесного конвейера), а разность скоростей вызывает продольные раздиры.

В наибольшей степени поставленным требованиям отвечают лопастные перегружатели.

Известные лопастные питатели имеют тот существенный недостаток, что лопасти при своем вращении внедряются в грузопоток. При загрузке крупнокусковых скальных грузов это неизбежно влечет заклинивание отдельных кусков между лопастями и направляющим лотком. С целью исключения этого недостатка был предложен специальный лопастный перегружатель.

Обоснование параметров лопастного перегружателя на основании исследований динамики явилось темой диссертации.

Цель работы — обоснование параметров лопастного перегружателя для безударной загрузки конвейеров крупнокусковыми грузами.

Идея работы заключается в рассмотрении динамики взаимодействия лопастного колеса с перегружаемым грузопотоком и влияние этого процесса на основные параметры перегружателя.

Основные научные положения, выносимые на защиту;

1. Характер взаимодействия обода лопастного колеса с опорными катками показывает, что величина контактных напряжений незначительно зависит от увеличения диаметра опорных катков, а численная оценка глубины распространения напряжений не превышает 5−6 мм, что и определяет толщину поверхностного слоя термообработки.

2. При проектировании упругой муфты привода лопастного перегружателя упругий элемент следует выбирать с таким расчетом, чтобы работа обеспечивалась в дорезонансном режиме, причем наименьшая частота собственных колебаний должна быть удалена от частоты вынужденных колебаний не менее чем на 30%.

3. На основании исследований неравномерности вращения лопастного колеса перегружателя получено соотношение для определения коэффициента неравномерности, включающее моменты инерции электродвигателя и лопастного колеса, переменную составляющую амплитуды возмущающей силы и число лопастей.

Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования, сформулированных в диссертации, подтверждаются сходимостью результатов теоретических исследований с использованием методов классической механики, теории колебаний, математического анализа, с результатами экспериментальных исследований модели специального лопастного перегружателя, а также численными примерами расчетов по полученным формулам.

Научное значение и новизна работы состоят:

• в установлении численной оценки глубины распространения напряжений в зоне контакта обода колеса и катков, пути увеличения долговечности обода колеса и катков, снижении размеров катков и надежной работы контактирующих поверхностей;

• в установлении величины деформации упругого элемента привода лопастного перегружателя, обеспечении условий для работы в дорезонансном режиме и определении параметров соотношения наименьшей частоты собственных колебаний от частоты вынужденных колебаний.

• в проведении исследований неравномерности вращения лопастного колеса перегружателя и определении условия обеспечения заданной степени неравномерности, установлении зависимости для расчета степени неравномерности вращения лопастного колеса.

Практическое значение работы заключается:

• в разработке конструкции и испытании модели 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;

• в получении расчетных формул для определения напряжений в сечениях лопасти, а также контактных напряжений в зоне контакта лопастного колеса и опорных катков;

• в получении формулы для определения мощности привода и экспериментальной проверки полученной формулы;

• в получении расчетной формулы для определения неравномерности вращения лопастного колеса.

Реализация результатов работы.

Основные положения работы и рекомендации по расчету, определению параметров и проектированию специального лопастного перегружателя приняты к использованию научно-производственным комплексом «Югцветметавтоматика» (г. Владикавказ).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на объединенном заседании кафедры технологических машин и оборудования, кафедры технологии разработки месторождений и кафедры деталей машин СКГМИ 2006, а также на ежегодных научно-технических конференциях СКШИ в 2004;2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 111 страницах машинописного текста, 27 рисунков, 1 таблицы, списка литературы из 76 наименований.

Выводы.

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

2. На основании исследований неравномерности вращения лопастного колеса получено соотношение, определяющее степень неравномерности вращения лопастного колеса и включающее моменты инерции двигателя и лопастного колеса, переменную составляющую амплитуды возмущающей силы и число лопастей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой приводится решение научной задачи разработки методов расчета и проектирования специального лопастного перегружателя для безударной загрузки ленточно-колесных конвейеров, для внедрения прогрессивной поточной технологии разработки месторождений со скальными породами и рудами.

В работе проведено исследование напряженного состояния в сечениях лопасти и в зоне взаимодействия обода лопастного колеса с опорными катками, теоретическое и экспериментальное исследование динамики привода лопастного перегружателя, исследование неравномерности вращения лопастного колеса.

Выполненные исследования позволили сделать следующие основные научные и практические выводы и рекомендации:

1. Установлено, что в зоне контакта происходит концентрация напряжений, и возникают наибольшие контактные напряжения в тонком поверхностном слое материала обода колеса и катков. Численная оценка глубины распространения напряжений показывает, что величина эта не превышает 5−6мм. Для обеспечения надежной работы контактирующие поверхности обода лопастного колеса и катка должны иметь высокую поверхностную прочность. Для увеличения долговечности обода и катков и снижения размера катков рекомендуется поверхностная закалка. В данном случае наиболее целесообразным с учетом габаритных размеров лопастного перегружателя является газопламенная закалка. Получены расчетные формулы для определения напряжений в сечениях лопасти, а также контактных напряжений в зоне контакта лопастного колеса и опорных катков.

2. Теоретически установлено, что изменение диаметра катков лопастного перегружателя d при постоянном диаметре колеса D влияет на изменение контактных напряжении незначительно. Поэтому при проектировании лопастного перегружателя диаметр катка следует принимать в зависимости от других факторов.

3. Для защиты элементов привода от перегрузок соединение вала электродвигателя с валом редуктора осуществляется с помощью упругой муфты. Установлено, что деформация упругого элемента привода достигает 0,24 радиан (приблизительно 14°). Такая значительная деформация упругого элемента может вызвать разрушение муфты и последующее разрушение всего привода. Поэтому при проектировании упругой муфты следует выбирать упругий элемент с таким расчетом, чтобы работа обеспечивалась в дорезонансном режиме, причем наименьшая частота собственных колебаний должна быть удалена от частоты вынужденных колебаний не менее чем на 30%.

4. Получена формула для определения мощности привода лопастного перегружателя. В результате сравнения экспериментальных данных с теоретическим расчетом расхода мощности расхождение не превышает 4%. Для реальных условий работы лопастного перегружателя это расхождение может быть большим. Поэтому при проектировании первых натурных образцов лопастных перегружателей рекомендуется принимать установочный коэффициент в диапазоне ?=1,1+1,3. Причем большее значение установочного коэффициента принимать при загрузке грузов с максимально допускаемыми размерами кусков (1+1,2 м) или при высоких окружных скоростях лопастного колеса (свыше 0,8−1 м/с).

5. При перегрузке крупнокусковых грузов на лопастное колесо передаются значительные динамические нагрузки. На основании исследований динамики предлагаемого перегружателя получено соотношение, определяющее степень неравномерности вращения лопастного колеса и включающее моменты инерции двигателя и лопастного колеса, переменную составляющую амплитуды возмущающей силы и число лопастей.

6. 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).