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

• Автор: Мулухов, Казбек Казгериевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Владикавказ
• Количество страниц: 267 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время на открытых разработках страны 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 [1].
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 обычном 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 автомобильноконвейерного 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 превы-

шает 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 ходовьми 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 12-6] ,

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 полу-скальных 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 ленточноколесном конвейере возникают поперечные колебания самих траверс на нижней вет-

возможность пересечения транспортных и других поверхностных коммуникаций, лучше сохраняется трасса от влияния сдвижения горных пород и нарушений при массовых взрывах, исключается влияние наружных температур, осадков и др. Туннели, как правило, проходятся на отдельных участках с целью спрямления трассы и снижения объема горно-капитальных работ. При проходке наклонных стволов обычно предусматривается их постепенное углубление в процессе разработки, а также проходка горизонтальных выработок, расположенных или на уровне подошвы карьера, или ниже ее. На рис. 1.7. приведены варианты сечений наклонных стволов для конвейерных подъемников [14]. Устройство наклонных стволов для установки в них ленточных конвейеров можно рекомендовать преимущественно в крепких, устойчивых, ненарушенных породах при значительном заглублении ствола от поверхности борта карьера. Преимуществом размещения конвейеров в наклонных стволах является возможность укрытия конвейеров от влияния атмосферных условий. В тех случаях, когда проходка траншей и стволов становится весьма дорогой, для размещения ленточных конвейеров устанавливаются эстакады.
Решением проблемы транспортирования скальных пород и руд должно стать создание в карьерах полностью конвейризированного производства с применением выемочно-погрузочной машины непрерывного действия. Осуществление этой идеи является задачей ближайшего будущего.
Комплексы конвейеризации представляют многозвенную конвейерную систему, состоящую из ряда конвейерных ставов в их различном сочетании и расположении. Конвейерные системы бывают однолинейными, многолинейными (из двух или нескольких параллельных и совместно расположенных конвейеров), разветвленными (из нескольких расходящихся в разные стороны конвейерных линий) и сложными (сочетание одно- и многолинейных конвейеров с разветвлениями).
Наибольшее распространение имеют однолинейные системы. Многолинейные системы применяются редко (при необходимости повышения надежно-