Крутонаклонные и вертикальные конвейеры для горных предприятий

В.Ф. Монастырский, Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец, Г.П. Двойченкова, Д.А. Номеровский






        КРУТОНАКЛОННЫЕ
        И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ ДЛЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ




Учебное пособие


    3-е издание, стереотипное




Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Гороное дело»










Москва Издательство «ФЛИНТА» 2021

УДК 622.647.21(075.8)
ББК 33.16я73
     М77
Р е ц е и з е и т ы :
     д-р техи. иаук, проф., зав. отделом Яутского иаучиого центра А.М. Ишков;
д-р техи. иаук, проф., зав. кафедрой «Горных машин» Северо-Восточного федерального уииверситета М.С. Викулов




     Монастырский В.Ф.
М77 Крутонаклонные и вертикальные конвейеры для горных предприятий : учебное пособие / В.Ф. Монастырский, Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец, Г.П. Двийченкова, Д.А. Номеровский. — 3-е изд., стер. — Москва : ФЛИНТА, 2021. — 155 с. — ISBN 978-5-9765-2530-6. — Текст : электронный.

         Впервые для студентов, обучающихся в условиях Крайнего Севера, для горных предприятий, где традиционно применяются средства цикличного транспорта, подробно изложены конструкции конвейеров, условия их эксплуатации, методы расчета параметров, критерии выбора для условий карьеров, рудников, шахт западного региона Якутии. В пособии приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на базе математических (вероятностных), эвристических и многопараметрических моделей, которые описывают дифферентов, напряженно-деморфированным состоянием сыпучей среды, что дает возможность студентам ознакомиться на практике с принципами Даламбера, Даламбера-Лагранжа, Ларгаижа первого и второго ряда.
         Для студентов, обучающихся по специальностям «Горные машины», «Электроснабжение», «Разработка полезных ископаемых», «Обогащение полезных ископаемых» и «Нефтегазовое дело». Пособие может быть использовано преподавателями при выполнении практических работ, РГР, дипломных работ и в научной работе.
УДК 622.647.21(075.8)
                                                  ББК 33.16я73

ISBN 978-5-9765-2530-6

© Коллектив авторов, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ......................................................5
РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО ВОПРОСАМ
КОНСТРУИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ КРУТОНАКЛОННЫХ
И ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОНВЕЙЕРОВ.....................................9
1.1. Особенности конструкций крутонаклонных конвейеров........9
1.2. Новые направления и тенденции создания крутонаклонных конвейеров. 18
1.3. Обзор научно-исследовательских работ по вопросам обоснования параметров крутонаклонных и вертикальных конвейеров..........22
РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ НАСЫПНОГО
ГРУЗА НА ЛЕНТЕ КОНВЕЙЕРА И ПАРАМЕТРОВ КНК....................28
2.1. Обоснование структуры и основных характеристик насыпного груза..28
2.2. Факторный анализ процесса транспортирования насыпных грузов ленточными конвейерами.......................................33
2.3. Обоснование критериев выбора крутонаклонного конвейера для различных условий эксплуатации...........................36
    2.3.1. Критерий сложности эксплуатации крутонаклонного конвейера.36
    2.3.2. Критерий безопасности транспортирования крупнокусковых грузов.41
    2.3.3. Относительные критерии выбора крутонаклонного конвейера для различных условий эксплуатации.......................45
    2.3.4. Относительный критерий стоимости..................47
2.4 Определение взаимосвязи значимых факторов с выходными параметрами.47
    2.4.1. Определение устойчивости груза на ленте конвейере общего назначения в зависимости от физико-механических свойств груза....48
    2.4.2. Определение устойчивости груза на конвейере с рифлёной лентой (перегородками)..........................................53
    2.4.3. Устойчивость груза на ленте в зависимости от угла наклона конвейера с перегородками и сегрегации насыпного груза...54
    2.4.4. Устойчивость насыпного груза на ленте крутонаклонного конвейера с глубокой желобчатостью.......................57
    2.4.5. Определение устойчивости груза на ленте конвейеров специальной
    конструкции от динамики их взаимодействия с опорными элементами.... 60
2.5. Определение закономерностей изменения параметров и показателей КНК
от значений критериев........................................65
    2.5.1. Определение закономерностей изменения показателей надежности крутонаклонного конвейера от критерия сложности эксплуатации.....65

3

РАЗДЕЛ 3. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КРУТОНАКЛОННОГО КОНВЕЙЕРА И СОЗДАНИЯ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОНВЕЙЕРОВ................................................78
3.1. Основные принципы конструирования крутонаклонных и вертикальных конвейеров.................................78
    3.2.1. Определение производительности крутонаклонного конвейера.86
    3.2.2. Определение мощности привода крутонаклонного конвейера...87
    3.2.3. Определение натяжения тягового органа..........89
    3.2.4. Определение жесткости упругой системы....................91
    3.2.5. Определение коэффициента динамического взаимодействия крупных кусков с поперечинами...................................96
    3.2.6. Обоснование параметров загрузочных устройств для крутонаклонного конвейера...................................98
РАЗДЕЛ 4 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРУТОНАКЛОННОГО И ВЕРТИКАЛЬНОГО КОНВЕЙЕРОВ...............113
4.1. Задачи экспериментов, методика их выполнения, конструкции стендов и аппаратурное обеспечение...............................113
4.2. Результаты экспериментальных исследований определения устойчивости
груза на ленте конвейера.................................119
    4.2.1. Методика выполнения эксперимента..............119
    4.2.2. Обоснование параметров внешнего воздействия насыпного груза на
    элементы КНК.........................................123
    4.2.3. Определение параметров карманов...............127
    4.2.4. Определение колебаний металлокордовой полосы в пункте погрузки КНК................................132
4.3. Экспериментальные исследования взаимосвязи факторов и параметров 133
    4.3.1. Методические основы определения взаимосвязи факторов и параметров.........................................133
РАЗДЕЛ 5. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУТОНАКЛОННЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ
КОНВЕЙЕРОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ИХ КОНСТРУКЦИЙ.......................140
5.1 Разработка «Методики выбора и расчета параметров крутонаклонных и вертикальных конвейеров».................................140
5.2 Создание крутонаклонных и вертикальных конвейеров и их промышленная
проверка.................................................141
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ......................................143
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ...........................................145
ТЕМЫ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ..........................146
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.........................147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................152

4

ВВЕДЕНИЕ


     Тенденции развития техники и технологии горнодобывающей и перерабатывающей отраслей промышленности в настоящее время во многом определяются интенсификацией добычи горной массы при увеличении глубины и масштабов горных работ, а также применением ресурсосберегающих технологий. В этих условиях появились приоритетные направления развитии средств конвейерного транспорта на карьерах, шахтах, рудниках и обогатительных фабриках. Ленточные конвейеры общего назначения, которые обеспечивают транспортирование горной массы при циклично-поточной технологии открытых и подземных разработок, в настоящее время получили распространение в условиях глубоких карьеров с большой производительностью [1, 2]. Установлено, что эффективность их работы существенно зависит от соответствия параметров конвейера (длины транспортирования, мощности привода, надежности оборудования и угла наклона) условиям эксплуатации на горных предприятиях.
     На горных предприятиях России, Казахстана, Белоруссии, Узбекистана для перемещения насыпных грузов различного гранулометрического состава применяется средства непрерывного транспорта, отличающееся от других видов (автосамосвалов, вибромашин, железнодорожного транспорта) большей производительностью, надежностью и непрерывной подачей груза от забоя до бункеров перерабатывающих предприятий. Согласно [1-3], повысить эффективность работы ленточных конвейеров на горных предприятиях возможно сокращением расстояния транспортирования путем применения крутонаклонных конвейеров (КНК) различной конструкции.
     Крутонаклонные конвейеры (КНК) в настоящее время широко применяются на открытых разработках [1, 2], на рудниках, шахтах [3] и обогатительных фабриках рудных и нерудных материалов [4]. Наибольшее распространение получили конструкции КНК с перегородками [2], с лентой глубокой же-лобчатости [2], с прижимной лентой [1, 2,3] и с карманами или специальными сосудами фирмы Metso Minerals [5]. По способу удержания насыпного груза на ленте конструкции КНК подразделяются на следующие группы [1, 2, 4]:
     А - увеличение сил сцепления между насыпным грузом и лентой осуществляется путем создания на ее поверхности рифов, выступов, перегородок;
     В - создание дополнительного давления на насыпной груз происходит за счет изменения желобчатости ленты и применения прижимных ленты и роликов;
     С - создание специальных КНК с карманами на ленте, сосудами на приводной и несущей лентах, скрепленных между собой.

5

      В России, странах СНГ и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию ленточных конвейеров с высоким уровнем надёжности и эффективности работы, а также исследования процессов, происходящих в их элементах под нагрузкой, с целью их адаптации к заданным условиям и создания новых конструкций конвейеров и методов их расчета. Однако, несмотря на большой объем выполненных исследований, недостаточно полно научно обоснованы показатели эффективности работы конвейеров во взаимосвязи с различными условиями их эксплуатации на горных предприятиях Якутии. В связи с этим остаются нерешенными вопросы выбора значимых факторов, влияющих на эффективность работы конвейеров; взаимосвязи между параметрами ,критериями выбора КНК и значимыми факторами; применения и опыт эксплуатации конвейеров на карьерах, рудниках, шахтах. Институт Якутнипроалмаз в настоящее время разрабатывает современные технологии с использованием вертикальных перегружателей с уступа на уступ в карьерах, заменой подъемных машин в слепых стволах рудников и применение конвейерных линий для транспортирования горной массы в выработках рудников и шахт.
      Анализ существующих и запатентованных конструкций [2, 3], а также опыт эксплуатации КНК на горных предприятиях [1-4] свидетельствуют об ограничении области их применения в зависимости от крупности кусков, предельного угла транспортирования и устойчивости насыпного груза на ленте. Так по данным зарубежных источников [6] КНК с лентами разнообразного профиля рифов или невысокими перегородками могут применяться в условиях обогатительных фабрик, карьеров, рудников (шахт) для транспортирования насыпных грузов с максимальной крупностью куска до 250 мм и при угле наклона 22-25°. Конвейеры с лентой замкнутого контура (трубчатые) [2, 6] позволяют повысить максимальный угол транспортирования насыпных грузов до 30°. Однако их эффективное применение ограничивается крупностью груза (не более 0,2Dₘₚ, где Dₘₚ - диаметр замкнутого контура) и долговечностью ленты и роли-коопор. Особенностью таких КНК является необходимость создания элементов для сворачивания ленты в трубу и скрепление ее бортов разъемными соединениями. Предельный угол транспортирования насыпных грузов можно повысить путем применения КНК с лентой глубокой желобчатости [2] и перегородками [2, 4]. Как показал опыт эксплуатации указанных конвейеров [3, 6], они, в основном, применяются для транспортирования мелкокусковых насыпных грузов при сравнительно небольших производительностях.
      На открытых разработках нашли применение КНК с прижимной лентой [1]. Такие конвейеры отечественного и зарубежного производства могут транспортировать грузы крупностью до 250 мм при углах наклона от 30 до 70 градусов. В условиях рудников (шахт) КНК с прижимной лентой возможно заменить

6

подъемные машины в капитальных наклонных выработках или «слепых стволах». Однако сложность конструкции и большие геометрические размеры, недостаточная надежность основных элементов и ограниченная тяговая способность привода снижают применение КНК с прижимной лентой на горных предприятиях. Многих из указанных выше недостатков лишены конструкции КНК фирмы Metso Minerals [5], которые оснащены ковшовым транспортером, состоящим из двух бесконечных металлокордовых лент, соединенных между собой поперечинами треугольной формы. К поперечинам жестко прикреплены ковши из резинотканевого материала. Конвейеры фирмы Metso Minerals нашли широкое применение на открытых разработках, обогатительных фабриках, рудниках, шахтах для транспортирования насыпных грузов крупностью до 300 мм при углах наклона 0-90°. С повышением крупности груза эффективность применения таких конвейеров резко снижается из-за малой долговечности ковшей и недостаточной надежности опорных элементов.
     В то же время на горных предприятиях Западного региона Якутии разрабатываются месторождения с прочными и крепкими породами и рудами, отбойка которых от массива требует больших энергий воздействия. При этом крупность горной массы при добыче взрывным способом остается достаточно большой и требует дополнительной переработки дроблением для последующей транспортировки конвейерами от забоя до бункеров обогатительной фабрики груза различного грансостава с крупностью кусков свыше 300 мм. Научные публикации по проектированию и эксплуатации КНК (рис. 1) с рифленой лентой (1), с перегородками (2), с повышенной желобчатостью (3), с прижимной лентой (4), с повышенной желобчатостью и прижимной лентой (5), трубчатые конвейеры (6) и вертикальные с карманами (7) и специальными сосудами фирмы Metso Minerals (8) свидетельствуют об ограничениях, определяющих область применения КНК в зависимости от крупности груза. Так, например, в [2, 5, 7, 8] доказано, что устойчивость насыпного груза на ленте КНК зависит главным образом от степени заполнения поперечного сечения ленты, гранулометрического состава насыпного груза, бокового давления груза и влажности и может быть обеспечена при углах транспортирования 15-70°.
     При этом применение специальной прижимной ленты и роликов [1] позволяет создать дополнительную силу трения между лентой и грузом и увеличить предельный угол транспортирования до 70° при крупности до 0,2 Вл, где Вл - ширина конвейерной ленты; вертикальные конвейеры с карманами, специальными сосудами фирмы Metso Minerals работают надежно также при крупности насыпного груза не более 0,2Вл [5]. Таким образом, вопросы транспортирования насыпных грузов крупностью свыше 0,2Вл исследованы недостаточно и практически отсутствуют в технической литературе КНК для


7

крупнокусковых грузов. Ниже приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований определения предельного угла транспортирования насыпных грузов, при которых не наблюдается потеря их устойчивости на ленте конвейера.


Рис. 1. - Взаимосвязь предельных углов КНК различных конструкций в зависимости от крупности транспортируемого груза

      Поэтому настоящая работа является актуальной научной зпроблемой, имеющей важное отраслевое значение, так как направлена на определение значимых факторов, влияющих на эффективность работы конвейеров, и методов расчета параметров с учетом грансостава материала, его крупности, крепости, прочности, а также показателей надежности, характеристик вибрации и экономической целесообразности.

РАЗДЕЛ 1
ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ И НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО ВОПРОСАМ КОНСТРУИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ КРУТОНАКЛОННЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

1.1. Особенности конструкций крутонаклонных конвейеров

     В последнее время появились новые тенденции совершенствования конвейеров общего назначения с целью повышения угла их наклона до 22-25°. При этом главными направлениями развития конструкции конвейеров являются [914 ];
     - применение конвейерных лент специальной конструкции;
     - создание конвейерного става повышенной желобчатости до 60°;
     -      создание конвейеров с двойным и замкнутым контуром ленты (трубчатые конвейеры);
     -      применение ленточных конвейеров на тележках (на ходовых опорах конструкции МГИ);
     -      конвейеры с карманами, перегородками и различными элементами, повышающими угол наклона конвейера.
     На рис. 1.1 представлены ленты крутонаклонных конвейеров, позволяющие повысить коэффициент трения груза о ленту. Как видно из рис. 1.1, ленты таких конвейеров могут быть выполнены с рифами разнообразного профиля или невысокими перегородками, допускающими движение обратной ветви по роликоопорам.
     По данным зарубежных источников [8,15,16] такие конвейеры могут транспортировать отдельные крупные куски с максимальным размером до aₘₐₓ =250 мм, а угол наклона не может превышать угла внутреннего трения и, соответственно, угла естественного откоса груза в движении, который находится в пределах 22-25°. При этом производительность конвейеров с углом 22-25° снижается на 30-40 % по сравнению с производительностью конвейеров общего назначения. Конвейеры с лентой, имеющей гофрированные борта (см. рис. 1.1,в) и перегородки высотой 80-100 мм, изготавливаются с шириной ленты 1000 мм и выше. По данным [5, 8, 15] общая стоимость конвейерной установки возрастает на 20 %, а стоимость транспортирования 1 т руды уменьшается в 1,6 раза.


9

a)

б)

в)

Рис.1.1 - Конструкции лент крутонаклонных конвейеров

      а) лента с рифами; б) лента с низкими перегородками; в) лента с гофриро


ванными бортами


     На рис. 1.2 представлена конструкция одноконтурного конвейера с лентой глубокой желобчатости.Глубокий желоб образуется, как правило, подвесными роликоопорами.Загрузка груза производится на участках конвейера с углом наклона 12°. Повышение угла наклона конвейера в этом случае обусловлено обжатием лежащего на ленте груза (эффект самозатягивания), которое зависит от расположения узлов подвеса роликоопор с каждой стороны конвейера. К достоинствам конвейеров с глубокой желобчатостью можно отнести высокую производительность, унификацию узлов с конвейером общего назначения и возможность применения 2-х барабанного привода. Однако такие конвейеры имеют свободную поверхность груза на ленте, и их угол наклона ограничивается углом естественного откоса груза в движении и не превышает 22-25°.


10