авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Подуст Сергей Сергеевич

МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КАНАТНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

Специальность: 05.05.04 – «Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины»

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск 2010 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы»

Научный руководитель: Хальфин Марат Нурмухамедович

доктор технических наук

заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты: Евстратов Владимир Александрович

доктор технических наук

Сорокина Елена Владимировна

кандидат технических наук

Ведущая организация: Северо-Кавказский государственный

технологический университет

(Северо-Кавказский горно-

металлургический институт),

г. Владикавказ

Защита состоится «2» апреля 2010 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д.212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, ауд. 107 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ЮРГТУ(НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан «___» февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук В.С. Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный период развития рыночной экономики Российской Федерации предъявляет новые требования к транспортно-складским системам и логистике предприятия. В этих условиях необходимо стремиться к снижению затрат на транспортирование груза, путем сокращения количества подъемно-транспортного оборудования, оптимального функционально-стоимостного отбора оборудования с учетом всех имеющихся альтернативных технических и организационных решений, снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности и продления жизненного цикла машин за счет оптимизации их конструкции.

Винтовые конвейеры в настоящее время широко применяются в строительстве, машиностроении, химической промышленности и сельском хозяйстве. К существенным недостаткам винтовых конвейеров относится невозможность транспортирования грузов по криволинейной траектории, большая вероятность возникновения заторов транспортируемого груза в местах установки промежуточных опорных подшипниковых узлов, загрязнение транспортируемого груза маслом из опорных промежуточных подшипников.

Помимо винтовых конвейеров с жесткими рабочими органами распространение получили так же винтовые конвейеры, в качестве рабочего органа которых применяется цилиндрическая винтовая спираль. Винтовые конвейеры с гибким рабочим органом используются для непрерывной подачи цементного раствора при строительстве, разгрузке железнодорожных вагонов, погрузке ядохимикатов в самолеты и их сброса на полях при борьбе с вредителями сельского хозяйства, подаче кормов в животноводческих комплексах, загрузке сырья в литьевые машины, экструдеры и реакционные аппараты в химической промышленности, для транспортирования смесей в пищевой промышленности, медикаментов в фармацевтической промышленности. К основным недостаткам винтовых конвейеров с гибким рабочим органом относятся: низкая производительность (максимальный рекомендуемый внутренний диаметр желоба гибкого шнека составляет 100 мм.), низкая надежность, высокая изгибная жесткость транспортирующей спирали, приводящая к ускоренному износу желоба и увеличению потребляемой мощности.



Таким образом, задача повышения производительности и вероятности безотказной работы винтовых конвейеров, уменьшения допустимого радиуса изгиба путем совершенствования структуры гибкого рабочего органа является весьма актуальной.

Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления «Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и механических устройств и систем», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ), по госбюджетной теме кафедры ПТМиР П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности» и государственным контрактам № 6078 р/8683 в 2008 г. и № 7275 р./ 10127 в 2009 г. в рамках программы фонда содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника).

Цель работы. Повышение производительности и снижение вероятности отказа винтовых конвейеров путем использования в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки и разработки метода расчета его напряженно-деформированного состояния.

Идея работы заключается в использовании в качестве гибкого рабочего органа винтового конвейера пряди или каната двойной свивки взамен однопроволочной винтовой транспортирующей спирали.

Методы исследования. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа проведены на основании теоретических положений строительной механики каната, теоретической механики и теории машин непрерывного транспорта с применением математического моделирования, интегрального и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, скоростных режимов и потребляемой мощности винтового конвейера проведены дифференциальным методом измерений параметров с применением контрольно-измерительных приборов.

Научные положения работы, выносимые на защиту

1. Использование в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки позволяет увеличить диаметр винтового конвейера на 25-50% за счет снижения изгибной жесткости канатного рабочего органа, что обеспечивает повышение производительности в 1,5 - 2 раза.

2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, различия способов закрепления и переменности нагрузки по его длине, позволяющий получить рациональные геометрические параметры винтового конвейера.

3. В качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа принята абсолютная деформация кручения его хвостовой части, учитывающая различные схемы закрепления, конструктивные, технологические и свивочные параметры, прочностные свойства, переменность нагрузки по длине и позволяющая оценить комплексное воздействие эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.

4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера из условия отсутствия пластических деформаций.

Научная новизна работы

1. Повышение вероятности безотказной работы и производительности винтового конвейера достигается использованием в качестве гибкого рабочего органа пряди или каната двойной свивки, обеспечивающим существенное увеличение диаметра конвейера за счет снижения изгибной жесткости рабочего органа винтового конвейера и снижение вероятности отказа за счет появления нагруженного резерва, состоящего из параллельно работающих элементов (проволок).

2. Метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа, который в отличие от известных учитывает линейное изменение нагрузки по длине и радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом, позволяющий определить рациональные конструктивные параметры канатного рабочего органа.

3. Использование в качестве обобщенного показателя напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа абсолютной деформации кручения его хвостовой части, определенной с учетом различных схем закрепления, конструктивных, механических, свивочных параметров, вида транспортируемого груза, позволяет оценить удельное влияние эксплуатационных, конструктивных и режимных факторов.

4. Метод определения минимально-допустимого радиуса кривизны канатного рабочего органа винтового конвейера в отличие от известных учитывает механические свойства материала, конструктивные параметры, геометрические характеристики его элементов и позволяет исключить возникновение пластических деформаций, приводящих к отказу винтового конвейера.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается применением современных апробированных методов исследований, таких как анализ научных трудов по теме исследования, методы планирования теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с помощью современного программного обеспечения ЭВМ (MathCad, Excel, Visual Basic), использованием приборного комплекса, а так же действующей физической моделью, оснащенной контрольно-измерительными приборами, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не превышает 15%).

Значение работы

Научное значение работы состоит в том, что получен и обоснован метод расчета напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа винтового конвейера с учетом линейного изменения нагрузки по длине и радиальной податливости от взаимодействия с транспортируемым грузом, получен способ уточнения функциональных зависимостей расчетных параметров винтового конвейера нахождением экспериментальных поправочных коэффициентов для различных условий и режимов работы с учетом конструктивных особенностей его рабочего органа.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- предложенная методика позволяет выбрать рациональную конструкцию канатного рабочего органа, определить параметры его напряженно-деформированного состояния и геометрические характеристики поперечного сечения, оценить влияние особенности формы поверхности канатного рабочего органа на производительность винтового конвейера;

- алгоритм и программа расчета позволяют определить рациональные параметры канатного рабочего органа, обеспечивающие повышение производительности и вероятности безотказной работы винтового конвейера для транспортирования сыпучего груза;

- разработана и изготовлена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов, защищенная патентами РФ на изобретение.

Реализация результатов работы:

  1. На ООО «ПК «НЭВЗ» прошла производственные испытания экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом для транспортирования сыпучих грузов.
  2. На ООО «ПК «НЭВЗ» и ОАО «Замчаловское карьероуправление» внедрена методика расчета винтового конвейера с канатным рабочим органом.
  3. В учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 190205 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» специализации «Подъемно-транспортные машины» и специальности 190602 – «Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов» внедрена экспериментальная установка винтового конвейера с канатным рабочим органом и методика его расчета.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всероссийском конкурсе научно-технического творчества ВУЗОВ «Эврика-2005», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на 8-ой Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.; на IVом Международном научно-практическом коллоквиуме «Мехатроника-2008», г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2008 г.; при прохождении зарубежной стажировки в рамках программы «Леонард Эйлер» в техническом университете г. Дрездена (TU Dresden), Германия, 2006 г., при прохождении зарубежной стажировки в Рейнско-Вестфальском техническом университете г. Аахена (RWTH Aachen), Германия, 2007 г., при прохождении зарубежной практики на Henschel Antriebstechnik GmbH Kassel (Производитель технологического оборудования для машиностроения и химической промышленности), г. Кассель, Германия, 2009 г; на молодежных инновационных конкурсах с присуждением научных грантов.





Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение и одно положительное решение на выдачу патента на изобретение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цель, научная новизна, практическое значение работы, приведены сведения об апробации работы и научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературных источников по вопросам повышения эффективности, надежности, снижения энергопотребления винтовых конвейеров, определения рациональных конструктивных и режимных параметров для различных эксплуатационных условий, получения математического описания процесса транспортирования грузов, их взаимодействия с рабочими органами.

Процессы взаимодействия рабочих органов транспортирующих машин с грузом исследованы в работах Г.М. Водяника, Г.Ш. Хазановича, Ю.М. Ляшенко, А.С. Носенко, И.Ф. Рюмина, В.Г. Полежаева, В.Д. Ерейского, В.П. Максимова и других. В основном при рассмотрении этих процессов были получены функциональные зависимости конструктивных, режимных и технологических параметров рабочих органов от сил и моментов сопротивления, содержащие уточняющие коэффициенты, в зависимости от вида транспортируемого груза.

Исследованию процесса транспортирования груза в винтовом конвейере, получению математического описания винтового движения груза, повышению эффективности транспортирования грузов в винтовых конвейерах посвящены труды А.М. Григорьева, Д.Н. Башкатова, В.Я. Белецкого, Б.А. Катанова, М.Ф. Никифорова, В.А. Евстратова, Н.Н. Евстратовой, А.В. Евстратовой, Г.М. Симилейского, К.А. Адигамова, Б.В. Лихарева, П.В. Чеботарева.

Исследованием транспортирующих машин с гибким винтовым рабочим органом занимались А.М. Григорьев, П.А. Преображенский, В.П. Желтов, С.Н. Михайлов, В.В. Курманаевский, Ю.Л. Шкляр, А.Г. Новширванов. В большинстве работ этих ученых ставится задача определения требуемых конструктивных и режимных параметров винтовых конвейеров с гибким рабочим органом в зависимости от вида транспортируемого груза и эксплуатационных условий. Для винтовых конвейеров с гибким рабочим органом помимо малой производительности остро ставится проблема надежности транспортирующей спирали. В своей монографии H. Herrmann отмечает, что существенные перегрузки транспортирующей спирали могут длиться до 15 с. после запуска шнека и могут привести к разрушению гибкого рабочего органа. В связи с этим усовершенствование конструкций винтовых конвейеров с гибким рабочим органом происходило так же за счет добавления независимых винтовых элементов к рабочему органу. Известен гибкий шнек с двумя цилиндрическими спиралями, который запатентовал A. Taupin.Различные конструктивные исполнения приводов двухспиральных гибких шнеков с противоположным вращением спиралей обоснованы в диссертационной работе Курманаевского В.В. Трехспиральные гибкие шнеки, обоснования которым дал Преображенский П.А., обладают большей производительностью, но не позволяют транспортировать грузы по криволинейной траектории с большими углами перегиба. E.A. Wahl предложил в качестве рабочего органа применить стальную ленту, деформированную по винтовой линии.

Большинство работ по винтовым конвейерам с гибким рабочим органом направлено на повышение производительности и получение требуемых конструктивных решений для конкретных эксплуатационных условий в зависимости от вида транспортируемого груза. При этом мало внимания уделяется повышению надежности винтового конвейера с гибким рабочим органом, снижению потребляемой мощности при транспортировании груза по криволинейной траектории без потери производительности. Кроме того, для спиральных винтовых конвейеров малые углы перегиба криволинейной траектории предпочтительнее по причине высокой изгибной жесткости рабочего органа, приводящей к потерям мощности на трение о внутреннюю поверхность желоба и преждевременному износу трущихся поверхностей. Таким образом, вопрос повышения эффективности винтового транспортирования груза по криволинейной траектории, надежности винтового конвейера с гибким рабочим органом, увеличения допускаемых углов перегиба, позволяющего транспортировать грузы по сложной пространственной траектории, изучен не достаточно.

Проведенный обзор литературных источников позволил установить потребность в усовершенствовании конструкции винтового конвейера с гибким рабочим органом с целью повышения его надежности, производительности, снижения энергопотребления, выбрать направления работы и сформулировать задачи исследований. Анализ научных трудов показал, что в настоящее время отсутствует математическое описание напряженно-деформированного состояния гибких рабочих органов винтовых конвейеров, представляющих собой пряди или канаты двойной свивки.

Во второй главе представлены теоретические положения диссертационной работы, получена математическая модель напряженно-деформированного состояния гибкого рабочего органа, учитывающая переменность нагрузки по длине и его радиальную податливость от взаимодействия с транспортируемым грузом. При перемещении груза гибкий рабочий орган находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, вызванным воздействием внешнего крутящего и внешним растягивающим усилием (рис. 1).

 а б Расчетные схемы параметров-0

а

 б Расчетные схемы параметров-1

б

Рис. 1. Расчетные схемы параметров напряженно-деформированного состояния канатного рабочего органа (а – в виде пряди; б – в виде каната двойной свивки)

Для расчета канатного рабочего органа применены уравнения статики профессора М.Ф. Глушко, которые были решены им с учетом постоянства воздействия внешних рабочих нагрузок по длине. Гибкий рабочий орган в виде пряди (Рис. 1, а) подвержен радиальной податливости от взаимодействия с транспортируемым грузом, поэтому уравнения статики имеют вид:

(1)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.