X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Разработка поворотных конвейеров в любой зоне их става, позволяет автоматизировать процессы выемки пластовых месторождений камерным способом, который становиться все более популярным в связи с исчерпанием запасов, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Мы рассмотрим конструкцию таких конвейеров и особенности технологии их использования, а также методы расчета нагруженности узлов и деталей в зоне поворота.

Поворотные конвейера также необходимы для транспортирования материалов в криволинейных выработках, это уменьшает необходимость дополнительных перегрузочных пунктов, а также сократит длину, а значит и затраты на их проходку и поддержание.

1 Известные конструкции

Известны поворотные ленточные конвейера с постоянно расположенной по длине става зоной поворота, например такие системы используются на фабриках, заводах для транспортирования сельскохозяйственной продукции [1], рис. 1 – 3. Во всех случаях полотно конвейера созданное в соответствии с требованиями для стационарных зон поворота работает стабильно. Однако приводные усилия не большие и никак не могут сравниваться с усилиями действующими для конвейеров в горной промышленности, транспортирующих твердые минеральные ископаемые на сотни метров, с общим тяговым усилием в десятки тс. Проблемы проектирования таких лент рассматривались ранее [2] и используемые ленты композитные. Так лента для конвейер – поезда ф. Joy выполнена в центре из кевлара, по бокам из мягкой резины, что позволяет ей сжиматься и рсатягиваться, обеспечивая поворот на 90 градусов, при ширине ленты 1 м. И радиусе не менее 6 м. Конвейер поезд применяется при камерной выемке угольных пластов

Рис. 1 Участок поворотного конвейера с возможностью поворота до 90 градусов: 1 ролик с приводом; 2 – выровненная часть; 3 – зона поворота

Рис. 2. Конвейер для легкой промышленности с зоной поворота со специализированной лентой.

Рис. 3 Поворотный конвейер для пишевой промышленности с пластиковой лентой.

Рис. 4 Испытания поворотного ленточного конвейера КЛИП с колесным ходом с углом поворота до 45 градусов с применение традиционных лент горной проммышленности конструкции КПТИ (70 – 80 г.г.)

Рис. 5. Поворот конвейер поезда ф. Joy в камере при выемке угольных пластов: 1 – композитная лента; 2 – кронштейны с дисковыми упорами

Рис. 6 один из варинтов решения в США, ф. Joy

Рис. 7 Конвейер – поезд в США, ф. Joy

а)

б)

Рис. 8 Варинт короткозабойной выемки с механизированной крепью

в США ф. Joy: а - начало выемки; б – конвейер поезд в лаве при

широкозахватной выемке

2 Разработки КарГТУ

Как следует из анализа работы в этих устройствах в отличии от заводских конвейеров зона поворота должна располагаться в любом месте става конвейера. Это связанно с тем что конвейер постепенно входит и заглубляются в камеру, находясь постоянно в движении. Впервые такие возможности были использованы в Караганде (КПТИ) при проектировании, испытании и изготовлении конвейера КЛИП для добычи калийной соли в ПО Уралкалий в 70- 80 годах. Использовалась обычная лента и угол поворота был ограничен 45 градусами, хотя производились работы для доведения его до 90 градусов.

В Кар ГТУ эти работы были продолжены в 2000 годы вначале для скребкового, а затем и для ленточного конвейера с использованием типовой поворотной рештачной базы, рис. 6. Причем известна его версия как для расположения в стационарных криволинейных выработках так и в версии конвейер – поезда с самостоятельной системой передвижения, рис. 6. Здесь 4 и 16 – рештаки, 8- поворотные шарниры с проушинами 15 с силовым смыканием и размыканием, 9- кронштейны рештака с прижимными роликами 10. 14- рабочая и холостая ветвь ленты, 12, 13 – захваты. 17 – ролико-опоры.

3 Особенности расчета и результаты

Расчеты особенностей напряженно-деформированного состояния ленты можно провести для систем на рис 1- 3, с учетом нелинейного характера деформирования сопряжения с бортами.

Ниже приведены основные элементы модели упругопластического деформирования материала, реализован критерий текучести Мизеса, ассоциативный закон течения и кинематическое упрочнение. Эквивалентные напряжения (уравнение (1)) определяются соотношением:= [3/2 ({s} – {})^T [M] ({s} – {})]^1/2 , (1)где {s} - вектор девиаторных напряжений,

	1	0	0	0	0	0
	0	1	0	0	0	0
	0	0	0	0	0	2

{s} = {} - _m 1 1 1 0 0 0^T , (4.1-25)где _m = 1/3 (_x + _y + _z) - среднее, или гидростатическое, напряжение;{} - вектор смещения поверхности текучести Эта модель упругопластического поведения материала использует критерий текучести Мизеса, ассоциативный закон течения и кинематическое упрочнение.

Рис. 7 Кинематическое упрочнение.

На рис 7 типовое поведение материала при кинематическом упрочнении. Траектории погружения ОА отвечает упругое деформирование . В т. А имеет начало пластического течения, и траектории погружения АВ соответствует упругопластическое кинематическое уплотнение. Переход поверхности текучести при этом погружении приводит к перемещению её центра из О в О’. Любая разгрузка из В вдоль ВС приводит к чисто упругому деформированию, пока траектория нагружения не достигнет С и материал снова не станет пластически деформироваться - теперь уже при меньшем пределе текучести.

Диаграмма растяжения гиперупругих материалов может быть весьма сложной и иметь одну или две точки перегиба. Автомобильные шины, резиновые ленты, поливочные шланги и подошва некоторых видов обуви сделаны из гиперупругих материалов. В программе ANSYS для гиперупругих материалов можно задать уравнение состояния трех видов: Муни-Ривлина, Арруда-Бойса и Блатц-Ко. Закон Муни-Ривлина является наиболее употребительным при моделировании гиперупругих материалов. Его соотношения базируются на выражении для функции плотности энергии деформаций, которая учитывает до девяти параметров в виде комбинации инвариантов тензора деформаций.

Анализ кода нелинейных решений

а)

б)

Рис. 6 Конвейер – поезд конструкции КАРГТУ (Ленты на виде б условно не показана)

здесь можно учесть размерность единиц длины, модулей для соответствия с параметрами пластического деформирования в строке tbdata

/PREP7 ! вход в препроцессор (чертит и выбирает материал)

ET,1,SOLID92 !

!выбор материала с учетом пластического деформирования

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e5

MPDATA,PRXY,1,,0.3

TB,BKIN,1,1,2,1

TBTEMP,0

TBDATA,,250,2500,,,,

/UNITS,SI ! решаем в си

antype,static!тип решения статический

k,10,0,0, !Ребро

k,1,-100,-300,

k,5,-100,130,

k,4,900,130,

k,3,900,70,

k,7,100,-100,

k,100,-100,-100,

k,101,100,130

Расшифровка строк относящихся к нелинейному решению

TB,BKIN,1,1,2,1 ! Lab=BKIN-билинеарное решение, использует пластичность фон Мизеса или !Хилла.MAT=1 - для материала с номером 1,NTEMP=1- Число температур, для которых данные !будут обеспечены (если !применимые) - учитывает температуру из команды из ТВТЕМП для !1(может для 1 объектов, у которых она учитывается), NPTS=2 - Для больше всего этикеток, где

!Npts определен, число данных указывает, связывается с температурой.

Предел текучести. Если охарактеризовать понятие предела текучести кратко, то это напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация. Предел текучести относится к характеристикам прочности. Текучесть - это макропластическая деформация с весьма малым упрочнением dτ/dγ. Физический предел текучести - это механическая характеристика материалов: напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести в диаграмме растяжения для материалов, имеющих эту площадку (рисунок), σ_Т=P_Т/F₀. Здесь P_Т - это нагрузка предела текучести, а F₀ - это первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Предел текучести устанавливает границу между упругой и упруго-пластической зонами деформирования. Даже небольшое увеличение напряжения (нагрузки) выше предела текучестивызывает значительные деформации. Условный предел текучести (он же технический предел текучести). Для материалов, не имеющих на диаграмме площадки текучести, принимают условный предел текучести - напряжение, при котором остаточная деформация образца достигает определённого значения, установленного техническими условиями (большего, чем это установлено для предела упругости). Под условным пределом текучести обычно подразумевают такое напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2%. Таким образом, обычно условный предел текучести при растяжении обозначается σ_0,2.Выделяют также условный предел текучести при изгибе и условный предел текучести при кручении. Предел текучести металла измеряется в кг/мм² или Н/м². На значение предела текучести металла влияют самые разные факторов, например: толщина образца, режим термообработки, наличие тех или иных примесей и легирующих элементов, микроструктура, тип и дефекты кристаллической решётки и др. Предел текучести металлов сильно меняется с изменением температуры. Предел текучести сталей в ГОСТах указывается с пометкой "не менее", единица измерения МПа. Приведём в качестве примера регламентируемые значения предела текучести σ _Тнекоторых распространённых сталей. Для сортового проката базового исполнения (ГОСТ 1050-88, сталь конструкционная углеродистая качественная) диаметром или толщиной до 80 мм справедливы следующие значения предела текучести сталей:

Предел текучести стали 20 (Ст20, 20) при T=20°С, прокат, после нормализации - не менее 245 Н/мм² или 25 кгс/мм².

Предел текучести стали 30 (Ст30, 30) при T=20°С, прокат, после нормализации - не менее 295 Н/мм² или 30 кгс/мм².

Предел текучести стали 45 (Ст45, 45) при T=20°С, прокат, после нормализации - не менее 355 Н/мм² или 36 кгс/мм².

Ниже приведены картины распределения напряжений в контактных зонах (фото с экрана) и на поверхности ленты с комментариями к графикам и картинам распределений программы Ansys слева. Для графиков указаны координаты их начальных и конечных точек

решение найдено

PPATH,1,0,-1500,500,200,0,!Первая координата !точки,определяющая путь

PPATH,2,0,-1500,-12000,200,0,!Вторая !координата точки,

PPATH,1,0,-500,500,200,0,!Первая координата !точки,определяющая путь

PPATH,2,0,-500,-12000,200,0,!Вторая !координата точки,

PPATH,1,0,-1 500,-3000,200,0,!Первая координата !точки, определяющая путь

PPATH,2,0,3000,1500,200,0,!Вторая !координата точки,

было трение 0,2

Теперь при трении 0

Заключение

Рассмотрены конструкции поворотных конвейеров и особенности технологии их использования, а также методы расчета нагруженности узлов и деталей в зоне поворота. В отличии от имеющихся систем особенно в легкой промышленности такие конвейера должны обеспечить поворот в любой зоне става при их непрерывном движении. В этом случае решается задача автоматизации процессов выемки пластовых месторождений камерным способом, который становиться все более популярным в связи с исчерпанием запасов, залегающих в сложных горно-геологических условиях

Поворотные ленточные конвейера особенно необходимы для транспортирования материалов в криволинейных выработках, это уменьшает необходимость дополнительных перегрузочных пунктов, а также сократит длину, а значит и затраты на их проходку и поддержание. Выполнен анализ элементов расчета ленточного конвейера в зоне поворота

Литература

https://uagro.info/hranenie-i-pererabotka/oborudovanie/lentochnye-transportjory-dlya-zerna.html

S. Kaczmarczyk and W. Ostachowicz, Transient vibration phenomena in deep mine hoisting cables part1: Mathematical model, Journal of Sound and Vibration, 2003, 262, pp. 219-244.

R. M. Chi and H. T. Shu, Longitudinal vibration of a hoist rope coupled with the vertical vibration of an elevator car, Journal of Vibration and Acoustics, 1991, 148 (1), pp. 154-159.

. https://www.joyglobal.com/ru/product-details/гибкий-конвейерный-поезд-joy

Алотин Л. М., Степанов П. Б. Моделирование и расчет транспортных систем горных предприятий. - Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1979. - 214 с.

Контактные задачи в Ansys Workbench 0 http://studblog.tmm-sapr.org/2014/01/ansys-workbench-140.html, 14. 07.01.2014

Код для цитирования: Скопировать