Обоснование геометрических параметров футеровочных пластин приводного барабана ленточного конвейера

Ленточные конвейеры широко применяются в горной промышленности при открытой и подземной добыче полезных ископаемых для перемещения насыпных грузов в горизонтальном и наклонном направлениях до мест их переработки. Для создания наилучших условий фрикционного контакта ленты с барабаном применяют различные способы футеровки приводных барабанов. Основными футеровочными материалами служат резины различных марок, обеспечивающие должный коэффициент сцепления барабана с лентой, величина которого находится в пределах 0,6–0,62. Материал футеровки приводных барабанов должен иметь высокую износостойкость, термостойкость, механическую прочность, способность не накапливать на поверхности электрических зарядов и при нагреве не образовывать опасных концентраций ядовитых токсических составляющих, например, хлорные газы, окись углерода. Широкие возможности в направлении повышения долговечности футеровок и повышения ресурса тяжелонагруженных конвейеров большой мощности открывает применение керамических футеровок. В статье представлены результаты исследования напряженно-деформированного состояния керамических футеровочных пластин приводного барабана ленточного конвейера. Исследование проводилось с использованием среды Solid Work Simulation на основе принятой расчетной схемы контакта пластины с лентой для приводного барабана диаметром D = 1250 мм с шириной ленты L = 1000 мм и величиной натяжения набегающей ветви ленты Sнб = 25400 даН с учетом величины, направления и характера действующих нагрузок. На основе анализа напряженно-деформированного состояния футеровочных пластин из алюмооксидной керамики выявлены благоприятные геометрические параметры выступов и требуемые свойства футеровочного материала, обеспечивающие им должную несущую способность при контакте с резиновой обкладкой ленты. Установлено, что диаметр выступов пластин для тяжелых условий эксплуатации должен составлять не менее 4,5 мм, при этом радиус скругления торцевой кромки R желательно выдерживать в пределах 0,5…0,6 мм, у основания – 0,3…0,4 мм при высоте выступа 1,0…1,4 мм, что предотвращает появление концентрации напряжений в опасных сечениях. Установлено, что для эффективной эксплуатации резинокерамических футеровок предел прочности при изгибе алюмооксидной керамики должен быть не менее 350 МПа. Симуляция напряженно-деформированного состояния пластины при воздействии на нее знакопеременных нагрузок позволила выявить характерные участки с максимальной концентрацией напряжений, являющиеся очагами зарождения трещин. Таким образом, появилась возможность прогнозировать ресурс футеровки.

ленточный конвейер, приводной барабан, керамическая футеровка, геометрические параметры, рабочий профиль, концентрация напряжений, свойства, ресурс

1. Галкин В. И., Дмитриев В. Г., Дьяченко В. П. и др. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий. М.: Горная книга; 2005. 543 с.

2. Андреев А. В., Дьяков В. А., Шешко Е. Е. Транспортные комплексы открытых разработок. Учебник. М.: Недра; 1975. 464 с.

3. Волков Р. А., Гнутов А. Н., Дьячков В. К. и др. Конвейеры. Справочник. Под общ. ред. Ю. А. Пертена. Л.: Машиностроение; 1984. 367 с.

4. Dmitrieva V. V, Aung K. P., Pevzner L. D., Htay W. Z. Development of a mathematical model of belt conveyor with twin-engine drive. In: International Academic Conference on Engineering, Technology and Innovations (IACETI-2016). Beijing, China. 2016. Pp. 5–8. URL: https://worldresearchlibrary.org/up_proc/pdf/454-14765147035-8.pdf

5. Aung K. P. Maintaining traction factor value of belt conveyor with two-engine drive. In: Third International Conference on Advances in Mechanical and Automation Engineering – MAE 2015. Rome, Italy. 2015. Pp. 45–48. https://doi.org/10.15224/978-1-63248-080-4-73

6. Полунин В. Т., Гуленко Г. Н. Эксплуатация мощных конвейеров. М.: Недра; 1986. 344 с.

7. Хачатрян С. А. Проблемы надежности конвейерного транспорта угольных шахт. СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет); 2004. 182 с.

8. Галкин В. И., Шешко Е. Е. Современные ленты для специальных ленточных конвейеров. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(S1):382–395.

9. Соловых Д. Я. Моделирование на ЭВМ напряженного состояния приводного барабана ленточного конвейера для оценки долговечности сварных швов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(1):3–11.

10. Дмитриев В. Г., Асаенко В. В. Характер нагружения обечайки приводного барабана ленточного конвейера при переменном коэффициенте сцепления ленты с его поверхностью. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(2):375–378. URL: https://giab-online.ru/files/Data/2011/2/Dmitriev_2_2011.pdf

11. Вержанский А. П., Соловых Д. Я. Оценка долговечности сварных соединений барабанов ленточных конвейеров. Уголь. 2016;(4):32–36. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2016-4-32-36

12. Дьяков В. А., Шахмейстер Л. Г., Дмитриев В. Г. и др. Ленточные конвейеры в горной промышленности. Под редакцией чл.-кор. АН СССР А. О. Спиваковского. М.: Недра; 1982. 349 с.

13. Mathaba T., Xia X. Optimal and energy efficient operation of conveyor belt systems with downhill conveyors. Energy Efficiency. 2017;10(2):405–417. https://doi.org/10.1007/s12053-016-9461-8

14. Trufanova I. S., Serzhan S. L. Improving Transportation Efficiency Belt Conveyor with Intermediate Drive. Journal of Mining Institute. 2019;237:331–335. https://doi.org/10.31897/pmi.2019.3.331

15. Ушанова С. Е., Зиборова Е. Ю. Повышение долговечности узлов трения горного оборудования и конвейерного транспорта. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;5(S15):3–8. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-5-15-3-8

16. Моссаковский В. И., Рудяков Г. З., Салитренник В. Б. Исследование взаимодействия конвейерной ленты и упругой футеровки барабана. Известия Днепропетровского горного института. 1967;(48):55–67.

17. Жариков В. С. Исследование футеровок приводных барабанов для ленточных конвейеров угольных шахт. [Дисс... к.т.н.]. М.; 1973 г.

18. Вознесенский А. С., Кидима-Мбомби Л. К. Формирование синтетических структур и текстур горных пород при их моделировании в среде COMSOL Multiphysics. Горные науки и технологии. 2021;6(2):65–72. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-2-65-72

19. Mihailidis A., Bouras E., Athanasopoulos E. FEM analysis of a belt conveyor driving drum. In: 6 BETA CAE International Conference. 2015. URL: https://www.beta-cae.com/events/c6pdf/2C_2_AUTH.pdf

20. Marasova D., Ambrisko L., Andrejiova M., Grincova A. Examination of the process of damaging the top covering layer of a conveyor belt applying the FEM. Measurement. 2017;112:47–52. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.08.016

21. Rozbroj J., Necas J., Gelnar D., et al. Validation of movement over a belt conveyor drum. Advances in Science and Technology-Research Journal. 2017;11(2):118–124. https://doi.org/10.12913/22998624/71183

22. Rybak J., Khayrutdinov M. M., Kuziev D. A., et al. Prediction of the geomechanical state of the rock mass when mining salt deposits with stowing. Journal of Mining Institute. 2022;253:61–70. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.2

23. Gubanov S., Petsyk A., Komissarov A. Simulation of stresses and contact surfaces of disk rolling cutters with the rock when sinking in mixed soils. In: XVIII Scientific Forum “Ural Mining Decade” (UMD 2020). 2020;177:03008. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017703008

24. Перекутнев В. Е., Зотов В. В. Моделирование приводных шкивов подъемных установок с резинотросовыми канатами. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(6):105–114. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-6-0-105-114

25. Melezhik R. S., Vlasenko D. A. Load simulation and substantiation of design values of a pin flexible coupling with a flexible disk-type element. Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(2):128–135. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-2-128-135