книги из ГПНТБ / Эйдерман, Б. А. Методика исследования процесса формирования динамических нагрузок в тяговых цепях забойного конвейера при установившемся режиме работы
.pdfУгол подъема отрезка цепи в этом случае t z [ ( t - 2 d ) - 0 , 2 5 h - f \
а приращение усилия д F равно:
|
Д F. |
|
|
( t - 2 d - 0 , 2 5 k - f ) z -E0 |
|
|
|
( 2. 10) |
|||||
|
|
|
|
Z I 4 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
п а х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
д F |
« 0,£ |
|
Г ( t ~ 2 d - 0 , 2 5 - k - f ) |
■£ . |
' |
|
||||||
|
m a x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Результаты исследования |
свидетельствуют |
о |
необходимости |
||||||||||
учета |
кратковременных нагрузок, возникающих в местах |
изгиба |
сек |
||||||||||
ций. |
Теоретически |
&£mttX может достигать величины |
|
|
|
|
|||||||
|
&F |
0,5 |
Jт U-d-0,25k-f) |
• £ |
|
|
|
|
|||||
|
/п а х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приращение усилия может быть выражено |
и |
через |
радиус пово |
|||||||||
рота |
вертикального |
звена, |
|
а именно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д k = |
f ■f R zn - 0,25 k z |
'' . |
|
|
|
|
C2.II) |
||||
Подставляем значение дА из выражения (2 .И ) |
в |
(2,5 |
) |
(2.7). |
|||||||||
тогда |
|
|
|
|
|
Л 2 F |
мг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
&F = |
|
|
|
1 |
са |
j p r |
£ |
|
|
|||
|
|
/ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
или |
|
Гк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f Z(RZn |
- 0 , 2 5 f i Z ) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
&F = |
|
2 1 |
|
|
£' |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При прохождении места |
изгиба |
става контуром, |
|
состоящим из |
|||||||||
3-4 звеньев, наблюдается также |
приращение длины &£ в момент на |
||||||||||||
хождения вертикального |
звена |
на |
|
стыке (рис. |
2 .2 ) . Приращение |
||||||||
длины контура в зависимости от |
угла |
|
изгиба, |
полученное |
теорети |
||||||||
чески |
и экспериментально, |
|
представлено в табл. |
X. |
|
|
|
|
|||||
10
Рис. 2 .2 . Схема изменения периметра контура тяговой цени конвейера на стыке
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
I |
||
Верти |
0 |
I |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
кальный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
угол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изгиба г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
..град». _ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прира |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
длины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контура |
0 |
0,2 |
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 |
2,0 |
||||||||
д [ ,мм |
||||||||||||
|
3. |
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТЯГОВОЙ ЦЕПИ |
|
|
||||||||
Одним из |
основных ^акторов |
увеличения производительности |
за |
|||||||||
бойных передвижных конвейеров является повышение скорости движе ния тяговой цепи.
Исследования влияния скорости движения цепи на тяговое уси лие проводились на конвейере агрегата ОКА, частично состоящем из секций конвейера СП63.
При испытаниях производились замеры мощности привода, усилий в тяговых цепях, давления в напорной и сливной магистралях гидро
привода, |
а также учитывались обороты приводного вала. Запись по |
|||||
казаний |
тензодатчиков |
при |
исследовании |
конвейера |
производилась |
|
на осциллографе Н-700, запись мощности привода - |
регистрирующим |
|||||
ваттметром. Давления |
в |
магистралях гидросистемы |
записывались |
|||
специальными датчиками давления - |
тензоманометрами |
типа ТМ200. |
||||
Токосъем осуществлялся с гибкого |
зывода, |
снабженного электриче |
||||
ской полумуфтой. Обороты приводного вала записывались импульсным счетчиком. г.
Экспериментальные исследования конвейера проводились в следу
ющем порядке: |
|
|
|
|
|
|
|
1. |
С помощью отвеса |
замерялись |
изгибы секций |
става(относи |
|||
тельно |
друг друга) в вертикальной плоскости. |
|
|
||||
2. |
Замерялась мощность собственно электродвигателя |
без на |
|||||
грузки. |
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Замерялась мощность насосов без гидромотора. |
|
|||||
4. |
В тяговый орган |
включалось измерительное звено, |
которое |
||||
проходило по верхней ветви от |
концевой головки к разгрузочной. |
||||||
5 . |
Измерения производились |
на |
трассе с изменением характера |
||||
ее изгибов. |
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Все замеры |
делались |
при |
трех скоростях |
движения цепи: |
||
0,336; |
0,66; 0,963 м/сек. |
|
|
|
|
||
7. |
Замеры производились с пневмогидроаккумуляторами в напор |
||||||
ной магистрали и без |
них. |
|
|
|
|
||
8.Исследования проводились на конвейерах: незагруженном, загруженном оетонными плитами и загруженном углем.
9.Замеры производились при прямом ходе и реверсе.
Анализ |
осциллограмм и показаний |
ваттметра свидетельствует |
о том, что |
при возрастании скорости |
незагруженного конвейера |
тяговое усилие в цепи уменьшается. Так, при повышении скорости с 0,336 до 0,963 м/сек усилие в цепи понижается на 14%.
Зависимость энергозатрат от скорости движения цепи конвейера при различных нагрузках показывает,что удельная мощность привода, как и усилие ,в цепи, с повышением скорости уменьшается.
При введении двух дополнительных изгибов ( 3,5°) мощность привода незагруженного конвейера увеличивается на 8-10%.Загрузка бетонными блоками, частично лежащими на скребках ( 62 кг/м ), показала, что характер нарастания мощности при увеличении ско рости движения цепи аналогичен изменению мощности для незагру женного конвейера. Анализ осциллограмм усилий тяговой цепи неза груженного конвейера установил,что в месте плавного изгиба става на 14° в вертикальной плоскости усилие в тяговой цепи возрастало на 15-20%,а при изгибе секций на 1,5 -3° в вертикальной плоскости
усилие |
в тяговой цепи при прохождении |
изогнутого участка воз |
|||
растало |
на 4-5%. При. загрузке конвейера |
углем 40 кг/м |
(меньше |
||
той, которая |
создавалась |
бетонными блоками) мощность привода воз |
|||
растает |
более |
интенсивно, |
чем в предыдущих случаях. Это |
объясня- |
|
12 |
|
|
|
|
|
ется дополнительными сопротивлениями, возникающими при движении угля в направляющих цепи,и характером волочения материала.
При испытаниях наблюдались значительные пиковые (36-40 квт) нагрузки при реверсе конвейера(холостой ход),что свидетельствует 0 необходимости плавного сопряжения и округления стыков секций, запуск конвейера на всех трех скоростях был плавный. Установлено существенное влияние на мощность привода дополнительных сопро тивлений при изгибах става и заклиниваниях материала. Испытания показали существенное снижение усилий в тяговой цепи при повыше нии скорости конвейера.
В результате экспериментальных исследований, проведенных сотрудниками ИГТМ АН УССР, ИГД им.А.А.Скочинского, МГИ при рабо
те конвейеров типа СП63, |
СПМ87Д со скоростью движения цепи более |
|||||||||
1 м/сек, |
была выявлена зависимость |
изменения коэффициентов сопро |
||||||||
тивления |
движению цепи |
и |
угля от |
|
повышения скорости движения |
|||||
цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Введем коэффициенты |
уменьшения |
|
сопротивления движению цепи |
|||||||
и угля, |
полагая их равными |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
/ • |
■ |
к |
- |
с0' |
|
|
|
|
|
Кг = - L - |
—— > |
|
||||
|
|
|
|
t |
г |
’ |
& |
|
ы 0 |
|
|
|
|
|
|
то |
|
|
|
|
|
где f |
, со |
- |
коэффициенты сопротивления движению соответственно |
|||||||
0 |
|
0 |
|
цепи и угля |
при скорости тягового органа 0,336 м/сек; |
|||||
L |
со' |
- |
коэффициенты сопротивления соответственно движению |
|||||||
|
|
|
цепи, |
угля |
при скорости тягового |
органа более |
||||
|
|
|
|
0,336 |
м /сек. |
|
|
|
|
|
На рис. |
3.1 представлены |
графики |
зависимости |
коэффициентов |
||||||
Коэффициенты Kj и Ка могут быть выражены через мощность при
вода, затрачиваемую на транспортирование, |
и |
скорость |
движения |
|||
цепи. Тогда |
N |
А |
|
А |
|
|
|
|
% |
|
|||
|
|
/V/4 |
£4 |
|
гЬ |
|
где /V... и N,-,. |
- мощности, расходуемые только на перемещение цепи |
|||||
Щ |
Щ |
соответственно при скорости 0,336 м/сек |
и выше; |
|||
NJH .N: |
- мощности, расходуемые только на перемещение угля |
|||||
Ч ’ |
7 |
соответственно при скорости 0,336 м/сек |
и выше; |
|||
t |
^4 |
- скорости движения тяговой |
цепи Ы. = 0,336 м/сек; |
|||
Анализ графиков, построенных по результатам эксперименталь ных исследований ИГД им.А.А.Скочинского и ИГТМ АН УССР, свиде тельствует о некотором снижении сопротивлений движению цепи и угля при повышении скорости тягового органа до 1,5 - 1,6 м /сек.
При прохождении цепи по стыку в месте изгиба става время по ворота звена равно
где
где
£ m l
£Л01 ~ й.ср
?т1 - длина участка поворота; &Ср - средняя скорость движения цепи.
Скорость поворота вертикального звена цепи
со - |
угловая |
^ iwl = со - R /mg |
у |
|
скорость поворота |
|
|||
|
|
|
.яг-/г |
f - zf,ср |
|
|
|
СУ |
|
|
|
|
30 |
$/iol |
|
|
|
|
|
^ поб |
- |
радиус |
поворота звена; |
|
т - |
угол изгиба. |
|
||
Максимальный радиус поворота
R■■nol. пи* ~ h t - d f + |
0 , 2 5 k Z ' |
, |
где fi - высота звена; |
|
|
t - шаг звена цепи. |
|
|
Тогда скорость поворота вертикального звена цепи |
||
Т' ^ср Rао£ |
nal |
Т '^поI |
twl |
Тnol |
|
14
С увеличением скорости |
|
цепи инерционные |
силы выталкивают |
||||||
большую часть |
вертикального |
|
звена |
за |
стык, |
уменьшая радиус |
его |
||
поворота. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приращения инерционных сил равны: |
|
|
|
||||||
dF^ |
= ' ¥ / n ; |
|
|
dF2u* |
= |
x d m > |
|
||
где Ху, Х^ - ускорения движения цепи при повороте; |
|
||||||||
dm. - элементарное приращение массы. |
|
|
|||||||
Отношение приращений инерционных сил равно: |
|
||||||||
aIF, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ин |
|
|
|
|
|
|
|
|
cLF. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2иН |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
T'R-inot, . |
Т ' ^2 rwi |
|
|
X = |
|
или |
|
|
|
|
|||
|
|
|
х<~ |
тг |
* |
X = |
|
||
|
dTm l |
|
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
trwi |
2 rwi |
|
||
отношение ускорений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
1 /10& |
|
2 по& |
|
|
|
||
|
|
^2 по& |
|
Т,f rwi |
|
|
|
||
Величина радиуса |
поворота звена |
при увеличении скорости |
равна |
||||||
|
|
|
|
|
' L I T , • W |
|
|||
|
|
к2 rwi |
к |
|
|
'2 rwi |
|
|
|
|
|
X |
|
L1rwi |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 3 .2 . График зависимости относительного увеличения амплитуды колебания в стыке
от скорости движения тяговой цепи:
1~ конвейер не загружен;
2- нагрузка равна £6 кг на погонный метр
15
Таким образом, при увеличении скорости цепи динамические на грузки в местах изгиба става растут нелинейно (рис.3 .2 ). Это позволяет допускать увеличение скорости цепи в рекомендуемых пределах. Частота мгновенных нагрузок в стыке увеличивается одно временно с уменьшением радиуса поворота цепи.При транспортирова нии угля мгновенные нагрузки в местах изгиба става уменьшаются вследствие штыбовой подушки, имеющейся под звеном.
4. РАСЧЕТ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИЙ ДЕФОРМАЦИИ
ВТЯГОВОМ ОРГАНЕ
Врассматриваемом случае основной причиной затухания колеба ний являются мгновенные потери энергии при соударениях звеньев цепи. Кинетическая энергия при этом процессе
|
|
|
|
с |
й 1 |
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
ср |
|
|
|
|
|
|
где с - |
обобщенный коэффициент жесткости п |
|
звеньев, |
скребков |
и |
||||||
йср - |
груза; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средняя амплитуда колеоаний деформаций. |
|
|
|
||||||||
Перед динамическим ударом |
вертикальное |
|
звено, |
соскочив |
со |
||||||
стыка, |
приобретает |
отрицательное |
ускорение, в |
результате чего |
|||||||
происходит резкое накопление |
потенциальной |
энергии и уменьшение |
|||||||||
кинетической: |
+ |
П |
— |
/ |
С й |
г |
|
|
|
||
|
|
у |
тип |
|
|
|
|||||
|
|
|
нот |
|
Z |
Z |
|
|
|
|
|
Далее происходит |
удар - мгновенная |
потеря |
энергии, пропор |
||||||||
циональная энергии системы перед соударением. В этом случае мгно венную потерю энергии удобно представить через скорость ■& перед
соударением: |
-> |
¥ = £■ |
, |
где £ - некоторый постоянный |
коэффициент, имеющий размерность |
массы. |
|
Обозначим полупериод наибольших отклонений, численно равный деформации тела, величиной й(о).
Тогда в течение первой четверти периода система движется с постоянной энергией
u z = j - c / l z (o),
и квадрат скорости в конце этой четверти периода
16
|
|
tiz - — ■flz (o) |
, |
|
|
|
|
|
|
a. |
|
|
|
где С |
- |
обобщенный коэффициент жесткости в момент удара, |
завися |
|||
|
|
щий от формы и размеров тела; |
|
|
|
|
а |
- |
инерционный коэффициент (приведенная масса). |
|
|||
Затем происходит |
соударение и вследствие |
этого -мгновенная |
||||
потеря |
|
энергии на |
величину V = 6■ |
; далее |
система |
начинает |
движение, обладая энергией |
|
|
|
|||
с-Ял(в) 6с |
, |
сяЧо) / |
\ |
— г---------- — |
Г ( о ) = — ---------/ - — |
Ь |
|
которая остается постоянной в течение всей второй четверти пе риода. Поэтому потенциальная энергия в момент завершения этой четверти периода равна величине
^ ( f |
сДг(о) |
/ - |
|
26 |
|
,2 |
2 |
\ Z / |
Отношение наибольших отклонений выражается:
Д(о) |
/ |
|
|
Й |
& |
/■ |
~ 1 Г |
а |
|||
|
|
||
Отношение последовательных наибольших отклонений является постоянной величиной, так как огибающую кривую затухающих коле баний можно описать формулой
Д = й ( о ) - е ' н f
которая характеризуется логарифмическим декрементом
/
А ■Г = in
а
Ввиду того, что эти колебания накладываются на синусоидаль ные, формула принимает вид:
Я - й(о)е ^ ■sin ( a i + Ч1 ) \
17
й |
= й ( о ) ■е ' |
■sin. |
/ 5 , 3 - i |
r |
||
где Г - период |
одного |
колебания, равный 0,41сек при & =0,33м/сек |
||||
( Г- N = Г |
|
|
Л = |
/ |
= о , л / ) . |
|
’ |
Л ’ |
3,69 |
||||
|
||||||
При упругом ударе |
энергия |
расходуются следующим образом: |
||||
образуются усталостные явления в том случае, когда энергия рассеивается в металле звена, изменяя его внутреннюю структуру;
увеличивается |
выход электронов |
в |
пограничном |
слое |
звено- |
||||||
направляющие; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
энергия |
теряется в контакте звено - |
звено. |
|
|
|
||||||
При исследовании контактных усилий |
и пятна |
контакта |
- пере |
||||||||
хода |
энергии с |
одного |
звена |
на другое |
- установлено, что жест |
||||||
кость |
звена |
в сечениях равна: а) в |
прямолинейном |
участке |
размер |
||||||
цепи |
(18x64 |
мм) |
Е0 = 510* |
Е ( Е - |
модуль упругости; б) в |
изогну |
|||||
том участке |
Е0 ~ |
1000 £ . |
|
|
|
|
|
|
|
||
С увеличением местной жесткости энергия колебания деформаций |
|||||||||||
передается |
более |
полно |
от |
звена |
к звену, что |
и |
обусловливает |
||||
увеличение |
амплитуды колебаний |
с |
увеличением |
скорости |
и натя |
||||||
жения. Однако при определенном соотношении скорости движения тя гового органа и периодических параметрических изменениях потеря энергии V может происходить значительно быстрее.
В результате исследований колебаний деформаций в звеньях тя гового органа забойного скребкового конвейера мы приходим к вы воду о том, что колебания возникают вследствие прохождения верти кальным звеном стыка между двумя рештаками.
Колебания деформаций тяговой цепи конвейера можно разделить на высокочастотные и низкочастотные. Частота изменения колебаний деформаций прямо пропорциональна скорости движения цепи конвейе
ра. Зависимость прирощения скорости л ТУот вертикальных углов |
из |
||||
гиба секций показана |
в табл. 2. |
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
|
|
|
|||
Скорость тягового |
Вертикальный угол |
изгиба |
секций, |
град |
|
органа, м/сек |
I |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
||||
0,33 |
0,087 |
0,090 |
0,107 |
0,110 |
|
0,63 |
0,175 |
0,184 |
0,198 |
0,2125 |
|
0,99 |
0,284 |
0,308 |
0,330 |
0,339 |
|
18
Анализ данных, полученных при стендовых и шахтных испытания^
позволил установить, |
что |
о увеличением |
скорости движения тяго- |
||||
Jbopo органа от 0,33 |
до 1,0 |
н/сек & |
(динамическая |
составля- |
|||
^^вдая) ; двеличивается на 12-17# при;; средней |
нагрузки 20 кг/м; |
||||||
Коэффициент жесткости при этом изменяется в |
течение 0 ,беек после |
||||||
•динамического удара„Основное |
его изменение происходит |
в первые |
|||||
0,2:С ек, |
Изменение коэффициента жесткости происходит по апериоди |
||||||
аеокому |
закону 'Ф е " '2»'2'* |
д |
где |
|
). - |
|
|
Величина коаффрщента жесткости довольно ощутимо изменяет контактные усилия между звеньями тягового органа, заставляя де формацию низкой частоты колебаться не 1Г-образ ной форме.
Увеличение угла изгиба в .вертикальной плоскости до 4° не линейно увеличивает д Проведенные исследования показали, что с увеличением горизонтального угла изгиба в стыке также воз растает динамическая составляющая усилий. Чистых горизонтальных изгибов в практике не бывает, поэтому увеличение изгиба става в горизонтальной плоскости демпфирует продольные колебания де формации в звеньях тягового органа, возникающие от вертикального изгиба рештаков. На основе статистических данных была выведена эмпирическая формула для определения динамического коэффициента:
Зф * &SffuH |
S. |
<ин |
— |
1 |
|
где Sши |
|
кг |
9 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Подученный экспериментальным путем динамический коэффициент |
|||||||||||
Где |
Кн - |
коэффициент |
нагрузки, |
|
|
• * * : I i0 3 г " . '. |
||||||
равный 0 ,8 3 | |
при Р |
=20кг/м; |
||||||||||
|
' А , |
- коэффициент |
скорости, |
принимающий значения при ■&= |
||||||||
|
|
|
0,33; 0,63, 1,0 м/сек соответственно 1,0; 1,02; |
|
||||||||
|
|
|
1,04; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/,47 |
- |
динамический коэффициент |
для |
прямолинейного кон |
||||||||
|
|
|
вейера (в горизонтальной и вертикальной плоскостях!). |
|||||||||
|
При |
|
более внимательном рассмотрении |
процесса формирования |
||||||||
ударного |
импульса |
выяснилось, |
что вначале, |
|
перед |
динамическим |
||||||
ударом, |
|
происходит |
кратковременное |
нарастание |
усилий деформации |
|||||||
за |
счет |
подъема вертикального |
звена |
на |
стык и |
его |
поворота |
|||||
вокруг стыка; затем происходит |
сброс - |
резкое |
падение |
скорости |
||||||||
движения вертикального звена |
при |
его |
сходе |
со стыка - |
за счет |
|||||||
уменьшения периметра контура тягового органа. А так как основная
масса звеньев и угля продолжает движение, то через |
определенное |
время происходит динамический рывок - возникновение |
упругой про- |
дольной деформации в звеньях цепи. |
19 |