Исследование процессов загрузки и параметров работы ленточных конвейеров

Карамнов Е.И., Гончаревич И.Ф. Московская государственная академия водного транспорта.

Исследование процесса загрузки ленточного конвейера насыпными грузами.
Большую долю в грузообороте предприятий по добыче и производству строительных материалов занимают насыпные и навалочные грузы, поэтому большую важность и значимость имеют вопросы их перегрузки и транспортировки. Одной из самых эффективных и, вместе с тем, простых и широко распространённых машин, предназначенных для соответствующих работ, являются ленточные конвейеры.

Ленточный конвейер по сравнению с другими транспортными машинами имеет ряд существенных преимуществ, главный из которых - максимальная производительность. Однако наряду с неоспоримыми достоинствами имеются и недостатки, приводящие к некоторым проблемам в период эксплуатации. Предполагается проведение исследований, которые выявят причины возникновения некоторых из них для последующей минимизации этих факторов.

При транспортировке насыпных грузов на большие расстояния, и особенно на быстроходных конвейерах (скорость движения которых превышает 1 м/с), груз подвергается истиранию, из-за чего его стоимость снижается, нередко до 15 и более процентов. Так же сильному износу подвергается транспортирующая лента, которая представляет собой одну из наиболее дорогостоящих деталей ленточного конвейера. Всё это особенно важно в связи с тем, что широкое распространение принимают быстроходные машины с шириной ленты до нескольких метров, которые перемещают груз на значительные расстояния. Рассмотрим движение груза на разгонном участке конвейера под влиянием различных факторов.

Уравнения движения груза на ленте.
Решив систему уравнений, описывающих движение груза на разгонном участке конвейера, были получены графические зависимости, из которых видно, что вибрация, а в частности вибрация ленты конвейера, оказывает значительное влияние на движение груза. Было отмечено, что коэффициент трения при вибрации не принимает какого-то определенного значения, а изменяется. На рисунке приведен график, где эффект, создаваемый вибрацией, виден особенно четко.

В ходе проведения исследования определяется, какой из параметров, характеризующих движение груза на ленте, способен влиять на колебания, представленные на графике.

Также в ходе исследования был получен график изменения коэффициента трения при вибрации, на разгонном участке конвейера. В дальнейшем ставится задача определить факторы, влияющие на коэффициент трения, и выявить зависимости. Планируется изучение проблемы выбора электропривода для ленточных конвейеров и проектирование загрузочного узла, позволяющего подавать груз на ленту со скоростью близкой к скорости ленты и направлением движения груза по касательной к движению ленты. При решении этой задачи, в целях удешевления всего перегрузочного процесса в целом, планируется создать условия для преобразования потенциальной энергии загружаемого груза в кинетическую, то есть использовать имеющийся запас потенциальной энергии для ускорения груза в направлении движения ленты.

Благодаря этому создаётся возможность применения новых методов проектирования ленточных конвейеров, позволяющая учитывать вибрацию, а также усовершенствования конструкции некоторых узлов и деталей конвейера с целью повышения надежности и эффективности.

Определение параметров оборудования загрузочных и перегрузочных пунктов магистральных ленточных конвейеров для насыпных грузов.

Принимаются к рассмотрению две основные схемы загрузки магистральных ленточных конвейеров: насыпной груз подается питателем из бункера или перегружается с предшествующего конвейера.

В качестве погрузочно-перегрузочных устройств рассматриваются вибрационные питатели, как наиболее совершенные.
Вибрационный питатель погрузочного пункта для обеспечения наиболее благоприятных условий поступления груза на транспортирующую ленту должен подавать его со скоростью, по возможности близкой к скорости движения конвейерной ленты, как по величине, так и по направлению. Таким образом груз должен подаваться по касательной к транспортирующей поверхности. Так как современные конвейеры работают с высокими скоростями движения конвейерной ленты, нужно использовать все возможности для предварительного ускорения груза на рабочем органе вибрационного питателя.

Рассмотрим, какие возможности имеются для решения этой задачи. Серийные вибрационные питатели перемещают навалочные материалы со скоростями, не превышающими 1 м/с, что явно недостаточно. Поэтому, принимая во внимание, что загрузочный бункер находится на значительной высоте над полотном ленточного конвейера, целесообразно создать условия для преобразования потенциальной энергии загружаемого груза в кинетическую, т.е. использовать имеющийся запас потенциальной энергии для ускорения груза.

Таким образом, ставится задача подобрать конфигурацию грузонесущего органа и режим работы таким образом, чтобы груз сходил с него со скоростью, совпадающей по направлению и величине со скоростью движения конвейерной ленты.
В этом случае грузонесущий орган конвейера будет испытывать наименьшие сопротивления от подаваемого груза на месте погрузки, и конвейерная лента будет подвергаться минимальному износу на разгонном участке.

Перегрузочный вибрационный питатель, установленный на стыке двух магистральных конвейеров, должен решать те же задачи, однако условия его работы отличны от условий работы погрузочного вибрационного питателя.

На перегрузочный питатель груз поступает уже ускоренным предыдущим по линии конвейером. Однако, если период между лентами загружающего и загружаемого конвейера велик, груз под действием силы тяжести может поступать на нижележащую ленту под большим углом к поверхности. В данном случае груз имеет достаточно высокую скорость движения. Однако направлена она в основном не по движению ленты, а перпендикулярно ей. При этом лента испытывает сильные удары падающих кусков и подвергается интенсивному износу.

Таким образом, грузонесущий орган и режим работы перегрузочного вибрационного питателя должны быть подобраны так, чтобы сохранялась первоначальная скорость груза и направлена она была по касательной к конвейерной ленте загружаемого конвейера.
Разрабатываемая методика исследования закономерностей движения транспортируемого груза на погрузочных и перегрузочных пунктах должны позволять также проведение исследований закономерностей движения на разгонном участке ленточного конвейера. Здесь нас прежде всего интересуют вопросы износа конвейерной ленты и затраты на ускорение груза.

Для облегчения достоверного описания процесса перегрузки транспортируемого навалочного груза с одного магистрального конвейера на другой с помощью вибрационного питателя необходимо рассмотреть закономерности движения груза на разгрузочном конце подводящего конвейера. Свободное движение (падение) груза при сходе его с конвейерной ленты, соударение с грузонесущим органом вибрационного питателя, установившееся движение на вибрационном питателе, свободное движение после схода с грузонесущего органа вибрационного питателя, соударение с конвейерной лентой и амортизирующими роликами загрузочного конвейера, движение на конвейерной ленте на разгонном участке.

В процессе движения на конвейерной ленте слой груза постоянно подвергается динамическим воздействиям. Имеющимися экспериментальными исследованиями зафиксирован широкий спектр высокочастотных и низкочастотных колебаний груженой ленты при движении её по роликоопорам. Колебания эти носят пространственный характер. Особенно интенсивны они в продольной плоскости перпендикулярной к поверхности конвейерной ленты. Главной их причиной является перемещение груженой ленты по криволинейной траектории, обусловленной ее провисанием между соседними роликоопорами. Поперечные колебания ленты, вследствие ее деформации, приводят к возникновению ее продольных колебаний, однако их амплитуда ниже амплитуды поперечных.

Двигаясь по U-образным роликоопорам, лента, испытывает боковые деформации: на роликоопоре она обжимается, а между роликоопорами под действием упругих сил и нагрузки она несколько выпрямляется. Это приводит к возникновению боковых колебаний, которые происходят относительно продольной оси ленты; причем края ленты движутся в противофазе. Эти колебания также зависят от скорости движения ленты и расстояния между соседними роликоопорами.
Вследствие рассмотренных колебаний конвейерной ленты слой груза в процессе перемещения ленточным конвейером постоянно подвергается пространственным упруговязкопластичным деформациям. Внешне это воспринимается как постоянное "шевеление" груза на ленте конвейера. Деформации перемещаемого груза приводят к постоянным смещениям его относительно транспортирующей поверхности.

Деформации и относительные перемещения транспортируемого груза сопровождаются непроизводительными затратами энергии, истиранием материала и износом рабочей поверхности конвейерной ленты.

При перемещении в направлении транспортирования груз подвергается не только периодическим воздействиям, но и постоянным, обусловленным движением конвейерной ленты. Движение грузу передается силами упруговязкопластичной деформации контактного слоя. На участках относительного скольжения действуют силы трения.

Составлены дифференциальные уравнения, и с их помощью исследованы пространственные движения насыпного груза на ленточном конвейере.