Введение к работе
Актуальность работы. Конвейерный транспорт является основным перспективным видом как внутришахтного н вну-
трнкарьерпого транспорта, так п транспорта на большие расстояния для подачи полезного ископаемого до обогатительной фабрики, места погрузки или переработки. В горной промышленности эксплуатируются самые мощные, длинные и высокопроизводительные конвейерные установки, оснащенные специально изготовленными трудновоспламеняющимися, морозостойкими лентами в шахтном исполнении для тяжелых и очень тяжелых условий эксплуатации. В горном производстве транспортные расходы составляют более трети затрат на до>бычу полезного ископаемого.
Наиболее дорогим и наименее долговечным элементом ленточного конвейера является лента, стоимость которой составляет 50—70% стоимости конвейера. Разрушение лепт вызывает производственные потерн, (превышающие их стоимость в несколько раз, и может привести к человеческим жертвам. Поэгому эффективность конвейерного транспорта в существенной мере зависит от свойств и конструкции ленты. Лента определяет не только надежность, долговечность и эксплуатационные характеристики конвейера, но и его производительность, металлоемкость, энергоемкость, конструктивные особенности (диаметры барабанов и роликов, шаг установки роликоопор, угол пак.тона боковых роликов, ход натяжного устройства, максимальную длину транспортирования и т. д.)-
Специфика условий эксплуатации конвейерных лент в горной промышленности выдвигает к ним ряд требований, важнейшими из которых являются высокая прочность и малое удлинение при рабочей нагрузке (т. е. высокий модуль упругости при растяжении), малая масса, гибкость, негорючесть, прочность связи каркаса с обкладками, устойчивость к воздействию шахтных вод, агрессивных сред, естественному и температурному старению, медленная вытяжка при эксплуатации.
/Применяемые в настоящее время резинотканевые и рези-нотросовые ленты в полной мере не отвечают всему комплексу предъявляемых к ним требований.
Поэтому проблема обоснования эксплуатационных свойств и разработки высокомодульных лент для конвейеров горной промышленности является актуальной.
Цель работы. Исследование напряженно-деформированного состояния конвейерных лент при эксплуатации на конвейерах торной промышленности с целью создания высокомодульных лент, наиболее полно отвечающих требованиям торного производства.
Идея работы. Каркасы лент мощных ленточных конвейеров, эксплуатирующихся в горной промышленности и наиболее полно отвечающих требованиям горного производства, могут быть созданы из материалов, обладающих максимальной удельной прочностью и максимальным удельным модулем упругости при растяжении, а также минимальными пластическими деформациями при циклическом нагружепин.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
критериями, характеризующими соответствие материалов 'каркасов конвейерных лент требованиям, предъявляемым условиями горного производства, могут служить удельная прочность и удельный модуль упругости при растяжении;
прочностные характеристики конвейерных лент существенным образом зависят от режима нагружения и условий окружающей среды: предел прочности и модуль упругости при растяжении конвейерных лент прямо пропорциональны логарифму скорости нагружения и обратно пропорциональны температуре окружающей среды;
все многообразие режимов нагружения, которым подвергается лента, проходящая по ставу конвейера, включая статическое, динамическое нагружение и ползучесть, списывается интегральным определяющим уравнением, позволяющим рассчитать помимо упругой, также вязкую и пластическую деформации, зависящие от времени действия нагрузки, режима ее приложения и вязкоупругих свойств ленты;
величина необратимых пластических деформаций, отражающих накопление внутренних 'Повреждений, при деформировании конвейерных лент с каркасом из высокомодульных арамидных волокон существенно меньше, чем у лент с каркасом из полиамидных волокон, следствием чего является меньшее снижение прочности арамидных лент при циклическом нагружении.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована достаточным объемом экспериментальных исследований с применением апробированных методов планирования и проведения экспериментов, а также обработки результатов; использованием математического аппарата теории вязкоупругости, проверенного в области исследования композиционных материалов; удовлетворительной сходи-
мостыо (расхождение не более 10%) результатов теоретических н экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния конвейерных лент.
Научная новизна работы:
разработка модели напряженно-деформированного состояния ленты, движущейся по ставу конвейера, учитывающей скорость нагружения, время действия нагрузки и вязко-упругие свойства ленгы;
разработка критериев, позволяющих оценить степень соответствия материалов каркасов конвейерных лент требованиям, предъявляемым условиями эксплуатации па конвейерах горной промышленности;
выявление влияния пластической деформации, развивающейся при циклическом нагружении конвейерной ленты, на ее прочность и учет эшго влияния при установленії'!/ запаса прочности конвейерных лент;
установление аналитических зависимостей прочности и .модуля упругости при растяжении конвейерных лент от скорости нагружения и температуры окружающей среды;
установление характера изменения напряжения конвейерных лент по длине прямолинейных участков холостой и рабочей ветвей конвейера с учетом скорости нагружения и определение численных значении скорости нагружения лент конвейеров в горной 'Промышленности.
Научное значение работы:
разработка метода расчета и выбора конвейерных лент, учитывающего вязкоупругпе свойства .тент;
установление аналитических зависимостей между напряжениями и деформация-ми .тент в условиях п режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным;
выявление влияния скорости, режима нагружения, температуры окружающей среды и реологических свойств ленты на ее напряженно-деформированное состояние;
разработка методов экспериментальных исследований конвейерных .тен;, .позволяющих разделить упругие и пластические составляющие деформации лент, возникающие при их циклическом нагружении на ставе конвейера.
Практическое значение работы заключается в следующем:
обосновании конструкции экспериментальной высокомодульной арамидной ленты СП-50, по результатам испытаний которой разработаны рекомендация но созданию аралшдных лент для конвейеров горной промышленности;
получении конкретных сведений о поведении арамндных и полиамидных резинотканевых лент в интервале скоростей нагружения, температур и режимов нагружения, свойственных конвейерным' лентам для горной промышленности;
разработке методики расчета и выбора конвейерных лент с учетом их наследственных вязкоупругих свойств;'
о О
установлении запасов прочности высокомодульных ара-мидных конвейерных лент;
разработке «Руководства по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент», позволяющего контролировать их качество и обеспечивающего получение необходимого набора данных для расчета и выбора конвейерных лент в конкретных условиях эксплуатации;
разработке рекомендаций по методам стыковки и расчету параметров стыка арамидных конвейерных лент. Реализация результатов исследований. Разработанные автором «Руководство по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент» и «Методика расчета параметров и выбора конвейерных лент с учетом их вязкоупругих свойств» попользованы АО «РТИ-Каучук», АО «Курокрезинотехника», АО «Курская фабрика технических тканей» при испытании и создании технических тканей и конвейерных лент. По результатам 'испытаний образцов конвейерных лент 2.2 1000X4 ТЛА 4,5X3,5 и 2.2. 1000X4 ТК-200 5X2 АО «РТИ-Каучук» был опроведено совершенствование технологии 'Производства и конструкции лент, в результате чего количество выбра'КОЕашшх лент сократилось на 10%. Расчетный экономический эффект от внедрения результатов работы на АО «РТИ-Каучук» равен 341,058 млн. руб. і(в ценах 1993 г.).
Исследования напряженно-деформированного состояния ткани ТК-100, яопользуемой для производства прокладок конвейерных лент, которые были проведены в соответствии с «Руководством по проведению испытаний технических тканей и конвейерных лент», позволили заменить ткань ?. линейной /плотностью 187 текс на ткань с линейной плотностью 93,5 текс. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований, .проведенных в диссертационной работе, на АО «Курская фабрика технических тканей» равен 4,636 імлн. руб. (в ценах 1993 г.).
Испытания тканей ТК-200, ТЛК-200МА и ТЛА-200МА для прокладок огнестойких конвейерных лент выявили ткани с пониженным относительным удлинением при рабочей нагрузке, использование которых снизило количество лепт, не соответствующих научно-технической документации, на 10%. Величина расчетного эффекта от внедрения результатов исследований, проведейных в диссертационной работе, на АО «Курокрезинотехника» равна 1258,371 млн. рмб. (в ценах 1994 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на 1 Всесоюзном научно-техническом семинаре «Применение полимерных композиционных материалов в машиностроении» (Ворошиловград, 1987), на научно-технической конференции «Методы расчета
изделий из высокоэластичных материалов» (Рига, 1989), на научно-технической конференции «Экологические проблемы горного производства» (Москва, 1994), на семинаре «Проблемы и перспективы горной техники» (Москва, 1994).
Результаты работы докладывались в ИГД им. А. А. Око-чпнского, ВНИИПТмаше, АО «Курскрезннотехниха», АО «РТИ-Каучук», АО «Курская фабрика технических тканей».
Основные результаты диссертации опубликованы в 19 научных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, изложенных па 284 страницах машинописного текста, включает 72 рисунка, 48 таблиц, описок литературы из 134 наименований и три приложения.