Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий

Ленточные конвейеры, являясь одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных видов конвейерного транспорта, нашли широкое применение на подземных и открытых горных работах. Применение ленточных конвейеров обеспечивает на горных предприятиях интенсивный путь развития, позволяя использовать поточную и циклично-поточную технологию, широко внедрять автоматизацию производственных процессов, соответствуя при этом современным экологическим требованиям.

Постоянно растут объёмы перевозок ленточными конвейерами в угольной 1 промышленности, черной металлургии, промышленности нерудных строительных материалов и других отраслях. По данным работы [74] объём вскрышных пород по угольным разрезам, перемещаемый различными видами транспорта к 2010 г. достигнет 650−670 млн. м3 в год. При этом объём перемещаемой горной массы в 2005;2010 гг., приходящийся на конвейерный транспорт, в процентах к общему объёму перевозок, в схемах циклично-поточной технологии составит 12−14%, и на конвейерный транспорт в схемах поточной технологии — 8−10%. В этой же работе отмечается перспективность использования комбинации автомобильного и конвейерного транспорта и приводятся следующие данные о значительном улучшении показателей процесса транспортирования по сравнению с применением «чистого» автотранспорта, В зависимости от размеров грузопотоков, глубины разреза и расстояния транспортирования, себестоимость транспортирования снижается на 25−35%, удельные энергозатраты сокращаются в 1,5−2,0 раза, трудоёмкость уменьшается, в зависимости от размера грузопотока, в 1,3−1,5 раза. Также приводятся сведения о том, что в Европе в связи с широким применением многоковшевых экскаваторов на угольных карьерах массовое распространение получил именно конвейерный транспорт.

Подземная добыча угля в настоящее время характеризуется высоким удельным весом применения конвейерного транспорта. Опыт эксплуатации и постоянное совершенствование конструкции позволяют считать ленточные конвейеры одним из наиболее применяемых видов транспорта не только сегодня, но и в перспективе.

Эффективность применения ленточных конвейеров во многом зависит от стабильной работы линейной части конвейера (става и роликоопор), поскольку именно на линейной части конвейера наблюдаются основные причины выхода из строя лент (самого дорогостоящего элемента конвейера) и роликов, которых, например, только на грузовой ветви конвейера длиной в 1000 м находится около 3000 шт.

Таким образом, конструктивное совершенствование ленточных конвейеров, их экономически эффективное применение невозможны без совершенствования и установления рациональных параметров элементов линейной части конвейера.

В отечественной и мировой практике всё большее применение находят ленточные конвейеры с подвесными роликоопорами. Например, из 11 типов конвейеров (с учетом модификаций) отечественного типажного ряда подземных ленточных конвейеров с шириной ленты 1000 мм, 10 типов (т.е. все, кроме специального грузолюдского 2ЛЛ100) выпускаются с канатным ставом и подвесными роликоопорами, причём роликоопоры могут крепиться к канатному или жесткому ставу [69].

В работах [17, 95] делается вывод, что конструкция ленточного конвейера с подвесными, шарнирными (или гибкими) роликоопорами, является наиболее прогрессивной при транспортировании крупнокускового груза. При этом снижаются динамические нагрузки на ленту и ролики и увеличивается срок службы ленты. Навеска подвесных роликоопор на канаты става уменьшает металлоемкость конструкции конвейера на 30−40%. В качестве недостатка отмечается некоторое увеличение коэффициента сопротивления движению ленты за счет дополнительного деформирования груза. В работе [49] на основании анализа конструкций обоснован более высокий обобщённый показатель качества конвейеров с подвесными роликоопорами.

Аналогичная тенденция широкого применения ленточных конвейеров с канатным ставом и подвесными роликоопорами имеет место и за рубежом. В работе [15] приводятся данные, согласно которым в США свыше 90% ленточных конвейеров, работающих в подземных условиях, имеют канатный став. Указываются преимущества и недостатки таких конвейеров (с канатным ставом и подвесными роликоопорами) по сравнению с конвейерами с жесткоуста-новленными роликоопорами. Среди основных преимуществ — следующие: 1) упрощается доставка конвейера и уменьшаются габариты узлов, а также снижается трудоёмкость монтажа, демонтажа и наращивания конвейера- 2) капитальные затраты на несущую конструкцию на 10−20% ниже, чем у конвейеров с жестким ставом. При этом эксплуатационные расходы (в пересчёте на конвейерную установку длиной в 500 м) ниже на 3−5%- 3) уменьшаются повреждения ленты и роликоопор и снижаются просыпи груза- 4) с применением гибких ро-ликоопор улучшается центрирование ленты.

Основными недостатками таких роликоопор, по мнению автора работы [15] являются: 1) необходимость перпендикулярного положения подвесных роликоопор несущим канатам, что не гарантируется конструкцией конвейера. При этом, различное натяжение канатов става также может привести к перекосам роликоопор- 2) при углах наклона конвейера свыше 9° гибкие роликоопо-ры следует закреплять перпендикулярно канатам става- 3) необходимость более тщательного монтажа и обслуживания конвейеров с канатным ставом.

Одной из важнейших проблем в конвейеростроенни является повышение срока службы ленты. Одной из основных причин выхода лент из строя является боковой сход ленты на грузовой и порожняковой ветвях и, как следствие, изнашиваются борта ленты, происходят её порывы, а также просыпается транспортируемый груз. В работе [38] приводятся данные по угольной промышленности по выходу лент из строя. Были обследованы повреждения лент: 2131 повреждение на подземных конвейерах, 978 на конвейерах обогатительных фабрик и на поверхности шахт. В процентном соотношении к общему количеству повреждений лент, в среднем по комбинатам, расслоение бортов составило л 13% (в отдельных случаях — свыше 30%), а поперечные порывы — 12%. Обе эти причины можно отнести к последствиям бокового схода ленты. Таким образом, в среднем по комбинатам выход лент из строя по причине аварийного (свыше допустимого) бокового схода ленты достигал значительной величины — 25%, превосходя все остальные причины.

В работе [35] приводятся сведения о том, что на магистральных конвейерах шахты «Павлоградская» резинотросовые ленты выходят из строя в основном из-за износа бортов и вырыва крайних тросов. При этом подчеркивается, что причины снятия лент с эксплуатации именно эти, а не износ обкладок. 1.

Аналогичное явление наблюдалось и на ленточных конвейерах, работающих в других отраслях промышленности. В работе [72] дан подробный анализ причин простоев роторно-конвейерных комплексов на горно-обогатительных комбинатах КМА. Простои комплексов, составляющие 60−70% календарного времени происходили из-за нарушения в работе конвейеров. И около двух третей простоев были вызваны выходом лент из строя, причём основной причиной этого послужил боковой сход ленты. Например, по Михайловскому карьеру (комплекс КГТО-2) за один год аварийные простои роторных комплексов по причине схода ленты, её порывов и заштыбовки става составили свыше 70% от общего количества простоев.

Одной из основных причин простоев комплексов называется боковой сход ленты на грузовой ветви. Количество просыпавшегося грунта (из-за бокового схода ленты на грузовой ветви) по всей длине конвейерной линии вскрышного комплекса КГТО-2 (Михайловский карьер) составляло в среднем 4ч-4,5 тыс. м3 в месяц, т. е. около 2% месячной производительности комплекса. В работе [79], также приводятся данные о значительных трудозатратах по уборке просыпей. Около 30% трудозатрат от общего количества по обслуживанию ленточных t конвейеров приходится на уборку просыпей и устранение других последствий бокового схода ленты.

Анализ причин бокового схода ленты проанализирован во многих работах [72, 79, 104, 105 и др.]. В качестве итога можно отметить, что предвидеть все причины, вызывающие боковой сход ленты, невозможно. Например, такие, как изменение гипсометрии почвы, неодинаковый коэффициент сопротивления — - У ¦ вращению боковых роликов и другие причины. По данным работы [79], при наиболее интенсивном пучении почвы периодичность выставления става для конвейера IJI80 составляла 25−40 суток. В той же работе делается вывод, что трудозатраты по выставлению става конвейера составляют около 60 человеко-часов на 1000 м.

Возвращаясь к проблеме применения ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами (о преимуществах применения которых говорилось выше), следует отметить, что вопросы устойчивости поперечного движения ленты на таких конвейерах должны рассматриваться ещё детальнее, ввиду специфических особенностей работы подвесных роликоопор, положение которых относительно ленты может меняться в зависимости от угла наклона конвейера или характера взаимодействия с движущейся лентой. Вопросы устойчивости поперечного движения ленты ранее рассматривались в основном применительно к конвейерам с жестким ставом и жесткоустановленными роликоопорами. Неисследованными остались вопросы влияния конструктивных вариантов подвески роликоопор на устойчивость поперечного движения ленты. Наблюдения за работой конвейеров с подвесными роликоопорами показали, что тип подвески и положение роликоопоры относительно ленты являются определяющими факторами влияющими на центрированное движение ленты. Например, в работе [139] приводятся данные о том, что подвесные роликоопоры на канатном ставе не всегда обеспечивают центрированное движение ленты. Так, на одном и том же конвейере, имеющем наклонные участки трассы, при движении вниз под уклон движение было неустойчивым, а вверх — устойчивым. Роликоопоры были шарнирно закреплены на канатах става и на участке, где лента двигалась вниз под уклон роликоопоры поворачивались относительно места крепления вперед по ходу движения ленты, создавая перекос роликов в плане конвейера. Данное положение роликоопоры, при боковом сходе ленты должно создавать децентрирующее ленту усилие. При отклонении роликоопоры назад (при движении ленты вверх по уклону), поперечная сила трения, при боковом сходе ленты, наоборот, центрирует ленту.

Таким образом, для разных конструктивных типов става с подвесными роликоопорами необходимо более углублённо исследовать поперечное движение ленты на основании разработки математической модели этого движения, учитывающей конструктивные особенности подвесных роликоопор и позволяющей устанавливать области устойчивого движения ленты. При этом для компенсации возмущающих сил, вызывающих боковой сход ленты и стабильной работы ленточных конвейеров, одной из первостепенных задач является создание и применение таких конструкций ставов ленточных конвейеров, которые обеспечивали бы достаточно хорошее самоцентрирование поперечного движения ленты.

Из-за возможности изменения положения подвесной роликоопоры при движении ленты или в зависимости от угла установки конвейера необходимо учитывать, при тяговом расчете, возникновение дополнительного сопротивлес ния движению ленты от перекоса боковых роликов в плане конвейера.

При нелинейном характере силы трения, возникающей между лентой и боковыми роликами подвесной роликоопоры с падающим участком кривой, могут возникать автоколебания подвесных роликоопор, приводящие к износу ленты, роликоопор и нестабильной работе конвейера (колебаниям канатов става, неустойчивому движению ленты, увеличению динамических усилий при транспортировании груза). Необходимо исследование автоколебаний подвесных роликоопор, установление условий их возникновения и определение областей автоколебательных режимов в зависимости от параметров конвейера, с расчетом частот и амплитуд этих колебаний.

На основании анализа приведенных в работе научных исследований и опыта эксплуатации ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами сформулирована следующая цель работы: развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для обоснования конструктивных параметров линейной части, повышающих срок службы ленты, роликов и других элементов конвейера.

Идея работы. Повышение срока службы ленты, роликов и других элементов конвейера достигается за счет определения рациональных параметров его линейной части, полученных на основании исследования силового взаимодействия движущейся ленты с роликоопорой и разработки методов расчета конвейеров с подвесными роликоопорами.

Основные научные положения, выносимые на защиту: математическая модель силового взаимодействия ленты с подвесной роликоопорой, позволяющая определить поперечные и продольные силы, действующие на ленту в зависимости от параметров конвейера и физико-механических свойств грузаметод расчета распределённых сопротивлений движению ленты на ветвях ленточного конвейера, оборудованных подвесными роликоопорами, с учетом дополнительных продольных сил, возникающих от взаимодействия ленты с роликами, имеющими перекос в плане конвейера, и участвующих в формировании тягового усилияматематическая модель поперечного движения ленты по подвесным роликоопорам, позволяющая определить критическую жесткость системы, при которой возникает неустойчивое движение (угол бифуркации поперечного движения ленты) и обосновать с использованием фазовой плоскости области и вид устойчивого движения лентыматематическая модель вращательного движения подвесной ролико-опоры относительно мест её крепления на ставе, с установлением условий возникновения автоколебаний подвесных роликоопор и определением областей автоколебательных режимов в зависимости от конструктивных параметров конвейера и расчетом частот и амплитуд этих колебанийметод расчета натяжения канатов става ленточного конвейера свободно лежащих на опорных стойках, с учетом силового взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами, а также температуры окружающей среды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями. Теоретические исследования базируются на известных методах теоретической и прикладной механики, математическом анализе, теории дифференциальных уравнений, теории устойчивости движения механических систем, теории автоколебательных процессов. Лабораторные и промышленные исследования подтверждают правильность теоретических положений и расчетов. Расхождения полученных в диссертации теоретических и экспериментальных данных не превышает 10—12%.

Научная новизна. Разработана математическая модель силового взаимодействия ленты с подвесной роликоопорой линейной части конвейера, отличающаяся тем, что при определении поперечных и продольных сил, действующих на ленту дополнительно учтены силы трения, возникающие от сопротивления движению ленты по роликам, имеющим перекос в плане конвейера, а также момент сил от натяжения канатов при варианте подвески роликоопоры с плечом крепления на канатах става.

Предложен метод расчета сопротивления движению ленты на линейной части конвейера с подвесными роликоопорами, отличающийся тем, что в нем учтены дополнительные продольные силы, возникающие от взаимодействия ленты с роликами, имеющими перекос в плане конвейера, и участвующие в формировании тягового усилия.

Разработана математическая модель поперечного движения ленты по ставу, оборудованному подвесными роликоопорами, представляющая собой механическую систему с распределенными параметрами, описываемую дифференциальным уравнением в частных производных пятого порядка, на основании которой определена критическая жесткость системы, характеризующая условия возникновения неустойчивого движения ленты и соответствующая углу бифуркации поперечного движения ленты. С использованием метода фазовой плоскости и построением фазовых портретов исследованы области и определен вид поперечного движения ленты для исследуемых конструктивных типов подвесных роликоопор с учетом угла наклона конвейера.

Разработана математическая модель вращательного движения подвесной роликоопоры относительно мест её крепления на ставе, с определением условий возникновения и областей существования автоколебаний подвесных роликоопор и расчетом частот и амплитуд этих колебаний в зависимости от конструктивных параметров конвейера.

Предложен метод расчета натяжения канатов става конвейера, свободно лежащих на опорных стойках, отличающийся тем, что учитывает продольные силы, возникающие в канатах от взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами при перекосе боковых роликов, а также температуру окружающей среды.

Научное значение работы состоит в новом развитии теории и разработке методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами, которые базируются: на исследовании силового взаимодействия ленты с подвесной ро-ликоопорой и определении поперечных сил, действующих на ленту при её боковом сходена исследовании устойчивости поперечного движения ленты на конвейерах, оборудованных подвесными роликоопорами, и построении на основе теории устойчивости по A.M. Ляпунову областей устойчивого движения лентына уточнении тягового расчета конвейера с учетом продольных сил трения, возникающих при взаимодействии ленты с роликами подвесных роликоопор, имеющими перекос в плане конвейерана определении областей, частот и амплитуд стационарных автоколебаний подвесных роликоопор и путей устранения этих автоколебанийна расчете натяжения канатов става, свободно лежащих на опорных стойках, в котором учтены продольные силы трения, возникающие при взаимодействии ленты с подвесными роликоопорами, боковые ролики которых, имеют перекос в плане конвейера, а также температура окружающей среды.

Практическое значение работы заключается в разработке: метода расчета поперечных сил, действующих на ленту при её боковом сходе на конвейере с подвесными роликоопорамиметодики расчета сопротивления движению ленты на линейной части конвейера с подвесными роликоопорами и метода расчета натяжения канатов ставаметодики определения областей устойчивого поперечного движения лентыметода определения областей и условий возникновения автоколебаний подвесных роликоопор.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика уточненного тягового расчета и Методика определения областей устойчивого поперечного движения ленты конвейеров с подвесными роликоопорами использованы институтами ИГД им. А. А. Скочинского, ВНИИПТМаш при проектировании ленточных конвейеров и при разработке транспортно-технологических схем, а также в учебном процессе в дисциплинах «Эксплуатация и расчет горнопроходческих машин и механизмов» и «Горнотранспортные и дорожно-строительные машины» в Московском государственном геологоразведочном университете.

Апробация работы. Работа и её отдельные положения докладывались на конференциях: «Повышение надёжности и производительности конвейерного транспорта на горнодобывающих предприятиях» (г. Челябинск, 1980 г.) — «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX—XXI вв.еков» (г. Москва, МГГА, 1998 г.) — IV международная конференция «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, МГГА, 1999 г.) — V международная конференция «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, МГГА, 2001 г.) — Четвертая международная научно-практическая конференция «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, МГГРУ, 2004 г.) — на научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Моеква, МГГУ, 2004 г.) — на заседании кафедры «Механизация и автоматизация горных и геологоразведочных работ» МГГРУ (г. Москва, 2005 г.) — на заседании кафедры «Горной механики и транспорта» МГГУ (г. Москва, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 работ, в том числе получено 9 авторских свидетельств и патентов.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 142 наименований, содержит 94 рисунка, 4 таблицы, 2 приложения.

Выводы по главе.

1. При работе ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами в горизонтальных, бремсберговых и уклонных выработках возможно возникновение автоколебаний подвесных роликоопор, относительно точки их крепления, которые вызывают повышенный износ нижней обкладки ленты, роликов, а также могут оказывать дестабилизирующее воздействие на ход движения ленты.

2. Автоколебания возникают из-за силы трения скольжения, появляющейся при перекосе боковых роликов в плане конвейера. Возможность автоколебаний обусловлена наличием падающего участка характеристики приведенного коэффициента трения f — f (y), когда накопленная энергия начинает отдаваться в колебательную систему. Наличие падающего участка характеристики f экспериментально подтверждено автором при исследовании на ленточном конвейере Гайского ГОКа и стенде института УкрНИИпроект.

3. Разработана математическая модель вращательного движения подвесной роликоопоры относительно мест её крепления на ставе, с установлением условий возникновения автоколебаний подвесных роликоопор, определением областей автоколебательных режимов в зависимости от конструктивных параметров конвейера и расчетом частот и амплитуд этих колебаний.

4. На горизонтальном конвейере нежелательно применение подвесных роликоопор с шарнирным креплением (тип 2, 3), поскольку, как показали расчеты, даже при разных типах грузовмассах роликоопор, загруженности ленты, её ширины и скорости и других параметрах — у таких роликоопор всегда может возникнуть режим автоколебаний.

На ставе с подвесными роликоопорами с плечом крепления к канатам става (тип 1) автоколебания отсутствуют, поскольку натяжение канатов препятствует уводу роликоопор в область автоколебательных процессов (на падающий участок характеристики fnp — f (у).

5. На бремсберговых конвейерах с позиции устойчивости поперечного движения ленты целесообразно применение подвесных роликоопор, имеющих плечо крепления к канатам става (с шарнирным креплением, как установлено в гл. 2, 5, возникает боковой сход ленты). При этом натяжение канатов и плечи крепления подвесных роликоопор (тип 1) не должны допускать перекос боковых роликов в плане конвейера на угол, при котором приведенный коэффициент трения f начинает уменьшаться, т. е. до падающего участка характеристики. Например, для конвейера с лентой шириной 1000 мм и угле наклона /? = -10° при натяжении канатов става SK =18 486 Н (при этом натяжении провес в центре пролета между стойками става составляет у = 0,01ст), вероятность автоколебаний отсутствует, а при натяжении канатов SK =9243 Н (у = 0,02/cm) отклонение роликоопоры, относительно места крепления, вперед по ходу движения ленты увеличивается и суммарный угол перекоса составляет У~Уп + уо =2°3,5' (при SKCp =18 486 Н, у = 1°7,6'). Значение приведенного коэффициента при у = 0,021ст соответствует падающему участку характеристики fnPf (у) и возникают автоколебания подвесных роликоопор. Практический расчет показал, что в этом случае частота стационарных колебаний равна со, =3,4 Гц при амплитуде, а и 0,1317 рад. Таким образом на бремсберговом конвейере с подвесными роликоопорами типа 1: при натяжении канатов става, с провесом в центре пролета у = 0,01ст — автоколебания отсутствуютпри у = 0,021 стс угла наклона конвейера /?>-8°20' - существует область автоколебанийпри у = 0,031ст — область автоколебаний начинается с /?>~4°40'.

6. На уклонных конвейерах подвесные роликоопоры с шарнирным креплением (тип 2, 3), как показали практические расчеты, при небольших углах наклона, за счет некоторого поворота в процессе движения ленты и увода внутренних концов боковых роликов вперед, могут перемещаться в область автоколебательных процессов. Например, при угле наклона конвейера ft ~ +6° и соответствующем перекосе боковых роликов в состоянии покоя уп =3°30', при начале движения ленты с грузом боковые ролики отклоняются от положения покоя на угол а0 «3°2Г, что соответствует углу перекоса боковых роликов от положения покоя у0 = 1°56'. Таким образом, суммарный угол перекоса боковых роликов по отношению к оси 02 (оси перпендикулярной плоскости ленты на среднем ролике) составит у = уп-у0= 3°30'-1о56' = 1°34 Подвесная роликоопора, таким образом находится в области автоколебаний. Практический расчет показал, что частота стационарных колебаний при этом составляет соа = 1,6 Гц, при амплитуде, а = ОД 147 388 рад.

Из анализа автоколебательных процессов, для разных углов наклона конвейера видно, что область возможных автоколебаний уклонных конвейеров с роликоопорами типа 2,3 находится при углах наклона конвейера /?"5°-7о (7°30').

На уклонных конвейерах с подвесными роликоопорами типа 1 автоколебания роликоопор практически отсутствуют и возможны только на предельных углах наклона конвейера /? = +18° при провесе канатов в центре пролета У = 0,03b.

7. Практические расчеты при разных параметрах конвейера, степени загрузки и режима работы показали, что при этом могут меняться параметры автоколебаний, а также, что такое изменение может инициировать возможность автоколебаний.

8. Наиболее существенным фактором, препятствующим возникновению автоколебаний может быть конструктивное предотвращение перекоса боковых роликов на угол при котором приведенный коэффициент трения имеет падающий участок, т. е. в большинстве случаев на угол больше 1°45' - 2°.

Заключение

.

В диссертационной работе теоретически обоснована и решена крупная научная проблема, заключающаяся в развитии теории и разработке методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами и обосновании конструктивных параметров става, повышающих срок службы ленты роликов и других элементов и снижающих эксплуатационные расходы.

В результате выполненных исследований получены следующие результаты и выводы:

1. Разработана математическая модель силового взаимодействия ленты с подвесной роликоопорой и определены величины поперечных и продольных сил, действующих на ленту на горизонтальных и наклонных конвейерах в зависимости от конструктивных параметров конвейера и физико-механических свойств груза.

На горизонтальных и бремсберговых конвейерах нежелательно применять роликоопоры с шарнирным креплением к ставу (тип 2, 3), из-за большого перекоса боковых роликов в плане конвейера и возникновения, при боковом сходе ленты, значительных децентрирующих сил трения.

2. Разработан метод расчета распределенных сопротивлений движению ленты на ветвях ленточного конвейера, оборудованных подвесными роликоопорами, в котором учтены дополнительные продольные силы, возникающие от взаимодействия ленты с роликами, имеющими перекос в плане конвейера, и участвующие в формировании тягового усилия.

На горизонтальном конвейере с применением подвесных роликоопор с шарнирным креплением к ставу (тип 2, 3), коэффициент сопротивления движению ленты на грузовой ветви w' возрастает по сравнению с жесткоустановлен-ными роликоопорами, из-за перекоса боковых роликов в плане конвейера (у = 2 + 3°) в ~ 3,6 раза — при расчете для конвейера длиной 500 м. Однако, коэффициент сопротивления движению ленты на конвейере той же длины с подвесными роликоопорами с плечом крепления (тип 1) превышает аналогичный коэффициент для става с жесткоустановленными роликоопорами примерно в 1,3 раза. Следовательно, при прочих значительных преимуществах подвесных роликоопор, став с плечом крепления подвесных роликоопор может быть рекомендован для применения на горизонтальных конвейерах.

На бремсберговом конвейере коэффициент сопротивления движению ленты w' — значителен (так, при /3 = -8°, для конвейера длиной 500 м и Q = 745 т/ч, он равен w' «0,057). Увеличение плеча крепления подвесных роликоопор значительно снижает перекос боковых роликов в плане конвейера и соответственно уменьшает коэффициент сопротивления движению ленты.

На уклонном конвейере коэффициент сопротивления движению ленты на ставе с подвесными роликоопорами типа 1 также значителен, например для конвейера с углом установки /? = +10° длиной 500 м и Q = 745 т/ч, он составляет wf = 0,051, примерно в три раза, превышая аналогичный коэффициент на ставе с жесткоустановленными роликоопорами.

Разработан алгоритм и составлена программа тягового расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами на ЭВМ.

3. Разработан метод расчета натяжения канатов става ленточного конвейера, свободно лежащих на опорных стойках, с учетом силового взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами, а также с учетом температуры окружающей среды. Данный метод значительно уточняет существовавший ранее расчет канатов става, например, для конвейера длиной 500 м и лентой шириной 1000 мм: для горизонтального конвейера ~ на 54%, для бремсбергового конвейера ~ на 34%, для уклонного конвейера ~ на 31%. Исследовано влияние температуры окружающей среды на натяжение канатов става — оно значительно, при изменении температуры с -40°Сдо +40°С натяжение канатов уменьшается в ~ 5,7 раза.

4. Разработана математическая модель поперечного движения ленты по подвесным роликоопорам, позволившая определить критическую жесткость системы, при которой возникает неустойчивое движение (угол бифуркации поперечного движения ленты) и обоснованы, с использованием фазовой плоскости, области и вид движения ленты.

Полученное решение уравнения поперечного движения ленты и введённые критерии, позволили выполнить детальный анализ влияния конструктивных параметров конвейера и угла его установки на устойчивость поперечного движения ленты.

Для конвейеров длиной менее 200−300 м критическая жесткость (которой соответствует угол бифуркации поперечного движения ленты) увеличивается, то есть коэффициент устойчивости поперечного движения ленты д повышается. На конвейерах длиной свыше 300 м, критическая жесткость становится достаточно малой, при которой даже небольшая децентрирующая сила может сместить ленту в боковом направлении за допустимую величину.

Значительное влияние на устойчивость поперечного движения ленты оказывает натяжение канатов става. Например, при провесе канатов в центре пролёта между стойками у = 0,02/сш, угол бифуркации, при практическом расчете составлял рб «-9°, а при у = 0,03/ст, Р6 * -4°50'.

5. На основании анализа поперечного движения ленты на фазовой плоскости, установлено, что на ставе с исследуемыми конструкциями подвесных роликоопор (тип 1, 2, 3) на горизонтальных и уклонных конвейерах движение ленты асимптотически устойчиво при любых углах установки, с устойчивым фокусом в начале координат. На бремсберговом конвейере при небольших углах наклона конвейера с подвесными роликоопорами типа 1 движение асимптотически устойчиво с устойчивым фокусом в начале координат фазовой плоскости. Далее, при увеличении угла наклона, движение ленты становится неколебательным, но асимптотически устойчивым с устойчивым узлом в центре координат фазовой плоскости. При дальнейшем увеличении угла наклона конвейера и возникновении условий, когда жесткость системы становится отрицательной, движение ленты неустойчиво с седлом в центре координат.

Выполненным исследованием самоцентрирующих возможностей различных конструкций подвесных роликоопор установлено, что лучшее центрирование ленты у става с подвесными роликоопорами типа 1. При одинаковой внешней возмущающей силе на горизонтальном конвейере, величина максимального бокового схода ленты составила на ставе с роликоопорами типа 1 — 0,052 м, на ставе с роликоопорами типа 3 — 0,0925 м и на ставе с роликоопорами типа 2 — 0,1 м.

6. Разработана математическая модель вращательного движения подвесной роликоопоры относительно мест её крепления на ставе, позволившая установить условия возникновения автоколебаний подвесных роликоопор и определить области существования автоколебательных режимов в зависимости от конструктивных параметров конвейера и расчитать частоты и амплитуды этих колебаний. Автоколебания подвесных роликоопор, вызывают повышенный износ нижней обкладки ленты и роликов, а также увеличивают расход электроэнергии. Причиной автоколебаний является сила трения скольжения, возникающая при перекосе боковых роликов в плане конвейера. Возможность автоколебаний обусловлена наличием падающего участка характеристики приведенного коэффициента трения / = /(/), экспериментально подтвержденного при проведении исследований на ленточном конвейере Гайского ГОКа и стенде ленточных конвейеров института УкрНИИпроект.

7. На горизонтальном конвейере нежелательно применение подвесных роликоопор с шарнирным креплением к ставу (тип 2, 3), поскольку, как показали расчеты, даже при разных типах грузов, массах роликоопор, загруженности ленты, её ширины и скорости движения — у таких роликоопор всегда может возникнуть режим автоколебаний. На ставе с подвесными роликоопорами с плечом крепления к канатам става (тип 1) при рекомендуемом натяжении канатов (у = 0,01/ст -0,021ст) возможность автоколебаний отсутствует.

На бремсберговых конвейерах, при применении подвесных роликоопор с плечом крепления на канатах става (тип 1), натяжение канатов и плечи крепления подвесных роликоопор не должны допускать перекос боковых роликов в плане конвейера на угол, при котором приведенный коэффициент трения f начинает уменьшаться, т. е. — до падающего участка характеристики.

Расчетами установлено, что на уклонных конвейерах, подвесные роликоопоры с шарнирным креплением к ставу (тип 2, 3), при небольших углах наклона конвейера могут перемещаться в область автоколебательных режимов, которая находится в пределах изменения угла наклона конвейера /?"5°-7°(7°30').

8. Основным фактором, препятствующим возникновению автоколебаний подвесных роликоопор является ограничение перекоса боковых роликов в плане конвейера до угла, при котором приведенный коэффициент трения имеет максимум, т. е. в большинстве случаев до угла у = 1°30' - 2°.

9. Разработаны: методика уточненного тягового расчета и методика определения областей устойчивого поперечного движения ленты конвейеров с подвесными роликоопорами использованные институтами ИГД им. А.А. Скочин-ского, ВНИИПТМаш, при проектировании ленточных конвейеров и при разработке транспортно-технологических схем, а также в учебном процессе в дисциплинах «Эксплуатация и расчет горнопроходческих машин и механизмов» и «Горнотранспортные и дорожно-строительные машины» в Московском государственном геологоразведочном университете.