Введение к работе
Актуальность работы. Постоянное увеличение производительности и длины ленточных конвейеров предъявляет повышенные требования к надежности их работы. Показатели надежности большинства узлов современных ленточных конвейеров являются весьма высокими. В то же время наиболее слабым и ненадежным элементом продолжают оставаться стыковые соединения конвейерных лент. Вследствие их разрушения нарушается ритмичная работа конвейеров, увеличивается расход конвейерных лент и стоимость транспортирования полезного ископаемого.
В настоящее время эксплуатационные характеристики стыковых соединений, выполненных методом горячей вулканизации гораздо выше, чем у соединений, выполненных другими способами, а для резинот-росовых лент этот способ соединения вообще является единственно допустимым. Применяемые на горных предприятиях прессы с жесткими плитами, в которые вмонтированы электрические нагревательные элементы из проволочной спирали не могут обеспечить равномерного распределения давления и необходимой стабильности температуры нагрева по всей площади вулканизации. Вследствие разности толщины подготовленного к вулканизации соединения, достигающей 4 - 5 мм, разности с толщине отдельных плит, а также прогибов элементов конструкции прессов по площади вулканизации неизбежно возникают участки с разными давлениями, на которых происходит либо "пережог", либо не-довулканизация резины. Участки с такими дефектами стыкового соединения являются очагами, с которых начинается их разрушение, а следовательно, снижается их общая прочность и надежность. В среднем в год на шахтах России выполняются тысячи стыковых соединений методом горячей вулканизации.
Таким образом, создание шахтного переносного вулканизационного пресса для конвейерных лент, обеспечивающего необходимую равномерность распределения рабочего давления по площади стыкового соединения, при котором обеспечиваются его большие прочность и долговечность, является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей силового взаимодействия элементов вулканизационного пресса со стыковым соединением конвейерной ленты, разработка конструктивной схемы вул-
3Jb#//
і сп<
о»
канизационного пресса, обеспечивающей необходимую равномерность рабочего давления по площади стыкового соединения, при которой обеспечивается его большая прочность и долговечность, является актуальной задачей.
Идея работы состоит в создании необходимой равномерности распределения давления по поверхности стыкового соединения путем использования элементов специальной конструкции, а также путем создания предварительного давления при помощи винтового нажимного устройства с последующим доведением этого давления до номинальной величины за счет применения диафрагмы давления.
Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично автором, и их новизна:
математическая модель силового каркаса вулканизационного пресса с внешним, внутренним и комбинированным замыканием силового каркаса, позволяющая определить напряженно-деформированное состояние элементов пресса и стыкового соединения в зависимости от их конструктивных параметров и физико-механических свойств;
физико-механические свойства резины и их изменение в процессе вулканизации существенно влияют на напряженно-деформированное состояние пресса при вулканизации резинотканевых лент и незначительно - при вулканизации резинотросовых;
распределение напряжений в элементах пресса и давления на стыковое соединение ленты определяется краевыми эффектами, зависящими от сочетания граничных и начальных условий деформирования на контурах диафрагмы и стыкового соединения, а также от материала диафрагмы;
существует рациональная величина предварительной внешней нагрузки на силовой каркас пресса, зависящая от типа и конструкции вулканизируемой ленты, ее физико-механических свойств и геометрических размеров, обеспечивающая необходимую равномерность передаваемого от диафрагмы гидростатического давления на стыковое соединение ленты.
Обоснованность и достоверность научных положений, методология и методы исследования.
Достоверность основных научных положений подтверждена анализом существующих экспериментальных и теоретических данных, данных
моделирования на ЭВМ основных математических моделей, анализом значимости и практической интерпретацией выявленных эффектов, возникающих при взаимодействии элементов силового каркаса пресса со стыковым соединением конвейерной ленты.
Теоретические исследования основаны на теории упругости, сопротивления материалов, математическом анализе, прикладной механике, математической статистике.
Экспериментальные исследования основаны на моделировании на ЭВМ методом конечных элементов работы различных узлов вулканизационного пресса (силовых балок, нагревательных плит, диафрагмы и др.), а также пресса в целом; определение закономерностей распределения давления по поверхности стыкового соединения выполнено на промышленном образце вулканизационного пресса Боровичского завода «Полимермаш».
Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается также удовлетворительной корреляцией теоретических исследований и экспериментальных данных (расхождение 10 %).
Научное значение работы заключается в разработке математической модели вулканизационного пресса, обосновании рациональной расчетной схемы силового каркаса пресса и процесса его нагружения, обеспечивающих необходимую равномерность распределения давления по поверхности стыкового соединения вулканизируемой ленты.
Практическое значение работы заключается в разработке конструктивной схемы и рекомендаций по выбору геометрических параметров элементов шахтных переносных вулканизационных прессов, а также рациональных режимов нагружения его силового каркаса.
Реализация результатов работы. Разработанные конструктивные схемы и рекомендации по выбору геометрических параметров элементов шахтных переносных вулканизационных прессов и рациональных режимов нагружения силового каркаса реализованы при изготовлении Боровичским заводом «Полимермаш» шахтных переносных вулканизационных прессов для конвейерных лент шириной 1000 мм.
Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2002, 2003» в МГГУ, на первой и третьей Международной научно-практической конференции по проблемам конвейерного транспорта в г. Боровичи в 2000 и 2003 гг., в отделе подземного транспорта ИГД им. А.А.
Скочинского в 2001 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы пять статей, одно свидетельство на полезную модель и один патент на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 63 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 65 наименований.
