Технические науки

В свете реализации «Индустриально- инновационной стратегии» перед машиностроителями ставятся задачи по усовершенствованию, производственных комплексов с прогрессивной технологией, используемой в горной, строительной, химической и дорожной индустрии.

Использование существующей ранее техники и технологии не в полной мере создает условия для повышения качества продукции, снижения материальных, энергетических затрат и себестоимости продукции. При таком подходе продукция отечественной промышленности республики не может быть конкурентоспособной на международном рынке.

Современное состояние и перспективы развития горнодобывающей, химической, строительной и других отраслей промышленности, связанных с транспортировкой сыпучих крупнокусковых грузов требуют разработки и внедрения циклично-поточной технологии добычи и транспортировки. Одной из проблем широкого внедрения этой технологии является решение вопросов непрерывной транспортировки грузов с использованием высокоэффективного конвейерного транспорта.

Важным направлением работы по повышению эффективности производства является использование конвейеров для транспортировки крупнокусковых горных пород без промежуточного дробления.

Одним из таких конвейеров, способных транспортировать скальную горную породу непосредственно из забоя после буровзрывных работ, является ленточный конвейер на ходовых опорах (ЛКХО) [1]. В ЛКХО конвейерная лента, служащая тяговым и грузонесущим органом, поддерживается дугообразными траверсами, снабженными ходовыми колесами и соединенными между собой двумя замкнутыми цепями, которые огибают концевые звездочки. Привод и натяжное устройство используются от обычного ленточного конвейера. Порожняя ветвь поддерживается двухроликовыми опорами. Транспортируемый груз в таком конвейере при движении ленты находится в неподвижном состоянии. Основным элементом линейной части ЛКХО является подвижный поддерживающий контур, включающий траверсы с ходовыми роликами и цепями, фиксирующими расстояние между опорами.

В ходе эксплуатации этого конвейера были выявлены некоторые недостатки: а) ограниченная скорость движения ленты у ЛКХО, составляющая 1-1,7 м/с из-за наличия в их конструкции замкнутых цепных контуров, что влияет на производительность; б) сход ходовых роликов с направляющих, что влияет на эффективность и надежность конвейера.

Эти конструктивные недостатки конвейера были устранены в специальном конвейере конструкции КазНТУ, [2] отличающимся тем, что содержит траверсы, снабженные ходовыми роликами, движущимися по трем направляющим, соединенными между собой двумя замкнутыми стальными проволочными канатами, огибающими на концевых участках обводные блоки, и фиксирующие ролики, закрепленные по центру траверс и опирающиеся на направляющую верхней ветви. Привод конвейера представляет собой многомассовую механическую систему с упругими связями, в которых при нагружении возникают относительные колебания масс. Добавочные динамические нагрузки, вызванные колебаниями, могут превосходить по величине статические нагрузки приводов и часто вызывают внезапные поломки элементов конвейера. Поэтому вопросы совершенствования математического описания систем, а также анализ их динамических свойств и определения наиболее простых расчетных схем машин, достаточно полно отражающих основные динамические свойства, являются актуальными.

Расчетная схема конвейера представлена в виде систем двух стержней разной жесткости, взаимодействующих друг с другом посредством фрикционных связей, расположенных в местах контакта ленты с траверсами. При анализе такой системы принимаются следующие допущения: а) для стационарного режима работы конвейера движение ленты и канатного контура считается установившимся; б) груз по всей длине конвейера распределен равномерно; в) сопротивление движению распределено по длине тягового (ленточного) и канатного контуров на участке совместного движения ленты и каната; г) лента связана через траверсы силами трения непосредственно с канатами.

При исследовании динамики гибкого тягового органа конвейера рассмотрено движение системы подвижных нагрузок по многопролетной неразрезной балке постоянного поперечного сечения, описываемое дифференциальными уравнениями.

Гибкий тяговый орган конвейера при исследовании динамики представлен двумя видами моделей: а) с непрерывным распределением нагрузок, массы, жесткости и диссипативных свойств, т.е. как упруго-вязкие системы с бесконечным числом степеней свободы; б) с дискретно-непрерывным распределением нагрузок, масс, жесткости и демпфирующих элементов, т.е. как системы с конечным числом степеней свободы и упруго-вязкими связями между дискретными массами.

Для этих двух моделей получены математические описания в виде дифференциальных уравнений второго порядка, описывающие абсолютное и относительное движения выделенных на динамической модели дискретных масс. Решение этих уравнений позволило получить зависимость для определения относительной деформации ленты и динамических усилий при пуске конвейера. Экспериментальные исследования конвейера в производственных условиях с достаточной точностью подтверждают результаты теоретических исследований.

Эффективное использование ленточных конвейеров для крупнокусковых грузов требует совершенствования загрузочных устройств (ЗУ). Основным требованиям, предъявляемым к ЗУ, является безударная подача транспортируемого груза на конвейерную ленту. Потому эти устройства должны подавать груз по возможности с минимальной высоты, а направление поступающего на ленту грузопотока и его скорость должны совпадать со скоростью движения грузонесущего органа. Этими требованиям удовлетворяют далеко не все ЗУ.

Применение ЗУ: наклонные лотки, лотки с вибратором (вибрационные питатели), питатели с ленточным и пластинчатым полотном, обеспечивают подачу груза, однако имеют существенные недостатки, снижающие эффективность использования ленточных конвейеров. Одни из них неудовлетворительно работают при наличии влажных и липких грузов, не обеспечивают скорость выхода транспортируемого материала с лотка при изменении физико- механических свойств груза, другие имеют большую высоту подачи груза на ленту.

Лопастной роторный питатель в наибольшей степени удовлетворяет предъявляемым к ЗУ требованиям, однако при их эксплуатации выявлены недостатки, заключающиеся в застревании кусков средней крупности между кромкой лопасти и поверхностью лотка.

Новая конструкция ЗУ [3] созданная в КазНТУ, устраняет отмеченные недостатки, обеспечивает загрузку грузопотока на выше описанный ленточный конвейер для крупнокусковых грузов.

Отличительной особенностью новой конструкции ЗУ для насыпных грузов, перемещаемых ленточными конвейерами по сравнению с известными конструкциями лотковых ЗУ является то, что лоток криволинейного профиля состоит из двух связанных между собой подпружиненных и качающихся на осях частей. Из них верхний установлен на неподвижной раме с катками (тележке), соединенной гибкой связью с верхней качающейся частью.

Механизм перегрузки состоит из трех связанных друг с другом подвижных частей: верхнего поворотного лотка, гибкой нерастяжимой связи между лотком и тележкой и установленным на ней качающегося лотка.

Такая конструкция обеспечивает гашение ударных импульсов от падающих на верхнюю часть лотка кусков перегружаемого материала, которые при падении на нее поворачивают верхнюю часть. Она в свое очередь ударяя по нижней части, будет встряхивать ее, тем самим, устраняя налипание мелкой фракции перегружаемого материала.

Повышение эффективности работы ЗУ достигается за счет обеспечения центрирования и регулирования скорости грузопотока сыпучего материала на выходе с лотка изменением формы желоба нижнего лотка и дополнительной установки, направляющих из гнутого профиля вдоль продольной оси этого лотка. Для нового ЗУ предложены расчетные схемы и получены зависимости для определения движущих сил и перемещений механизмов ЗУ, использованных для расчета их статических и кинематических параметров, разработана математическая модель для исследования динамики механизмов ЗУ, разработана методика динамического расчета ЗУ ленточных конвейеров.

1. 
   А.О. Спиваковский. Ленточный конвейер. Авторское свидетельство СССР № 166272. Бюллетень изобретений, 1964, №21.
   
2. 
   Джиенкулов С.А., Саргужин М.Х. и др. Ленточный конвейер для крупнокусковых грузов. Республики Казахстан. Авторское свидетельство №5792 от 12.05.1993.
   

В то же время, уравнение Смолуховского обладает недостатком, присущим многим модельным кинетическим уравнениям. Это уравнение не учитывает временную нелокальность агрегационных процессов [3]. Однако, без учета времен релаксации процесса, а именно, временного запаздывания агрегации, кинетическое уравнение не описывает влияние характерного времени образования агрегата на интенсивность процесса.