Применение анализа в разработке стенда конвейерного трубопровода

Применение анализа в разработке стенда конвейерного трубопровода

Транспортерный конвейер представляет собой прогрессивную среду для транспортировки и обработки, которая разработана для непрерывной транспортировки сыпучих материалов. 

Этот специальный тип ленточного конвейера применяется в широком спектре различных промышленных технологий. Тем не менее, по-прежнему остается много вопросов без ответа, касающихся работы трубного конвейера, а также вопросов, касающихся обслуживания, надежности и долговечности ленты трубного конвейера. Ряд различных научных методов, вместе с их модификациями, используются для того, чтобы найти ответы на вышеупомянутые вопросы. 

Одним из наиболее часто используемых методов, который доказан в рамках количественного исследования, является экспериментальный метод.

Экспериментальный метод (или кратко «эксперимент») играет важную роль среди методов количественного исследования, ориентированных на область трубных конвейеров, потому что это единственный метод исследования, который способен проверить причинные последствия отдельных операций. параметры и характеристики [1, 2].

Этот метод способен продемонстрировать, как одно из рабочих явлений влияет на другое и т. Д. [3] Другие методы исследования, которые используются для исследования трубчатых конвейеров, позволяют определять взаимоотношения между отдельными явлениями, однако они не возможность проверить, являются ли эти взаимосвязи причинными или нет.

Выполнение экспериментальных измерений на текущих условиях эксплуатации реальных трубчатых конвейеров является очень сложной задачей, и иногда реальные измерения практически невозможны по разным причинам. Подходящее решение этой проблемы предлагает применение специального испытательного стенда, который позволяет проводить широкий спектр экспериментальных измерений [4, 5]. В процессе разработки и калибровки этого стенда была создана и применена модель FEM (метод конечных элементов), которая дает возможность имитировать реальный транспортерный конвейер.

1. Модель расчета

Модель расчета, основанная на FEM, была создана для того, чтобы определить условия или соотношения, касающиеся сил, возникающих во время реальной работы трубного конвейера, а вышеупомянутый испытательный стенд был спроектирован в соответствии с определенными соотношениями. В то же время измерительные тензометры были выбраны и откалиброваны.

Смоделированный прямой участок трубного конвейера. Расчетная модель представляет собой отдельный прямой участок реального трубного конвейераПроцедура расчета была реализована с помощью программного средства  в то время как при выполнении расчета он считался нелинейным процессом с использованием программного обеспечения. Процедура расчета была разбита на несколько этапов. Явный метод является подходящим инструментом для решения сложных задач [7]. Соответствующая геометрическая модель создается таким образом, чтобы она представляла собой линейный сегмент трубного конвейера, тогда как этот сегмент может быть расположен в любом месте на прямом участке траектории трубного конвейера.

В рамках геометрической модели моделируются промежуточные корпуса, которые являются типичными для трубчатого конвейера, то есть промежуточные корпуса с 6 установленными промежуточными роликами (три промежуточных ролика расположены на одной стороне, а три других промежуточных ролика находятся на противоположной стороне промежуточного корпуса). ).

2. Материальные характеристики конвейерной ленты

Для создания расчетной модели и проведения эксперимента был смоделирован реальный тип конвейерной ленты
ТК 200 / 3HP 5 + 3. Определение соответствующих характеристик материала ленты конвейерной основано на внутренней структуре самой ленты. Основным материалом конвейерной ленты, конечно же, является резина.

Таблица 1: Характеристики материала конвейерной ленты ТК 200 / 3HP.
Плотность материала конвейерной ленты ρ (кг / м 3 ) 1099.7132
Число Пуассона μ (-) 0,499
Модуль упругости при сдвиге G (МПа) 2,9
Модуль упругости Юнга ремня Е1 (МПа) 397.6429
Модуль упругости Юнга ремня Е2 (МПа) 6,501602047
Резина представляет собой материал с очень нелинейным поведением, которое трудно точно охарактеризовать. Вот почему любой математический процесс, который должен моделировать этот материал, очень проблематичен и сложен. Резина считается гиперэластичным материалом.

Кроме того, резиновая конвейерная лента также содержит внутренние усиливающие элементы, которые влияют на свойства локальной жесткости ленты и, таким образом, затрудняют определение характеристик конвейерной ленты в целом.

В общем, можно сказать, что конвейерная лента представляет собой композитный материал, т.е. это такой материал, который состоит из нескольких внутренних слоев, причем отдельные слои отличаются по своим характеристикам материала. Поэтому характеристики конвейерной ленты в целом изменяются в продольном и поперечном направлениях.

Таким образом, предоставленные характеристики материала были проверены путем испытания на износостойкость и определения максимального прогиба материала ремня.

Основным принципом испытания на устойчивость является измерение величины деформации для образца конвейерной ленты. Измеренная деформация вызвана собственным весом ремня, без реакции внешних сил. Образец подвешен с обоих концов так, чтобы боковые края находились в одной горизонтальной плоскости.

 Принцип теста на уязвимость (а) и результаты расчета (б).Во время испытаний максимальное отклонение в центре образца измеряется через 300 секунд. В рамках проверки результаты, полученные с помощью экспериментальных измерений, сравнивались с расчетом МКЭ, выполненным в программе Abaqus. Длина геометрической модели, которая использовалась в расчете, составляет 150 мм, а ее ширина составляет 800 мм (соответствует ширине реальной конвейерной ленты).

Модель была создана или собрана из конечных элементов типа. Это четырехузловая тонкая или толстая оболочка с двумя узлами, с пониженной интеграцией, контролем песочных часов и конечными напряжениями мембраны. Предельные условия были определены так, чтобы один конец образца имел уменьшенные степени свободы в направлении осей x, y, z, а другой конец образца имел уменьшенные степени свободы в направлении осей y, z.

Результатом расчета теста на износостойкость является вычисленное значение прогиба образца max = 266,3 мм. Значение прогиба образца, определенное экспериментальным измерением, составило max = 266,4 мм. Таким образом, доказано, что разница между результатами вычислительных и экспериментальных измерений составляет 0,0037%.

В расчетной модели для создания сети конечных элементов использовались элементы оболочки типа S4R (тонкая или толстая оболочка с четырьмя узлами с двойной кривизной, уменьшенная интеграция, контроль песочных часов, конечные деформации мембран).

В расчетной модели определены две контактные пары. Первая контактная пара создается из формующих роликов, размещенных в промежуточном корпусе, и из конвейерной ленты. Вторая контактная пара представляет собой саму конвейерную ленту, которая контактирует с обоими собственными концами друг с другом после формирования ленты в форме трубы.

Функция «Общий контакт» использовалась для определения вышеупомянутых пар контактов. Можно сказать, что контактные взаимодействия обычно определяются путем определения самоконтакта с помощью программного инструмента, который включает в себя все тела в модели и автоматически определяет поверхность на основе элементов. Общий алгоритм контакта, как правило, быстрее, чем алгоритм пары контактов, и он модифицирован для моделей с несколькими компонентами и со сложной топологией. Алгоритм контакта, созданный указан как часть модели. Это позволяет очень просто определить контактные отношения с очень немногими ограничениями относительно типов вовлеченных поверхностей. Он использует сложные алгоритмы отслеживания, чтобы гарантировать, что надлежащие условия контакта установлены эффективно.

Предельные условия, определенные в соответствии с вычислительной моделью, были определены таким образом, чтобы ролики холостого хода, представляющие корпус холостого хода, удалили все степени свободы. Конвейерная лента размещается перед корпусом холостого хода и из-за определенного смещения при расчете перемещается в указанное положение.

Модель конвейерной ленты была нагружена дополнительными крутящими моментами, которые обеспечивают формирование конвейерной ленты в форме трубопровода для правильного позиционирования ленты в корпусе холостого хода. После установки конвейерной ленты в требуемое положение в корпусе холостого хода ремень освобождается. Таким образом, натяжные ролики устанавливаются в правильное рабочее положение. Кроме того, конвейерная лента все еще нагружена силой натяжения и силой тяжести.

3. Эффекты контактной силы между ремнем и формирующими роликами - расчет

Результаты расчета описывают напряженное состояние напряжения в конвейерной ленте, а также величину искажений и, в частности, взаимодействие между ленточным конвейером и формирующими роликами, расположенными в кольцевом (или шестиугольном) корпусе натяжного ролика, который состоит из двух триплетов натяжного ролика.

Трубопроводная форма конвейерной ленты является результатом расположения ленты между формирующими роликами, расположенными в корпусе ролика. Взаимодействие между конвейерной лентой и формирующими натяжными роликами происходит в точке контакта между конвейерной лентой и каждым из натяжных роликов. В результате этого процесса создаются двигательные сопротивления, которые необходимо преодолеть. Чем выше значение сопротивления движению, тем выше также потребление энергии, которое требуется для привода трубного конвейера. Еще одним негативным влиянием двигательных сопротивлений является более интенсивный процесс износа конвейерной ленты и подшипников, поддерживающих формирующие натяжные ролики. Графическая иллюстрация рассчитанного воздействия силы контакта, которые представлены в виде значений контактного пресса между конвейерной лентой и отдельными формующими роликами, на фиг. 3 - 5

Значения контактного давления, вызванные силами, действующими перпендикулярно отдельным валкам холостого хода в 1-м корпусе холостого хода. Значения контактного давления, вызванные силами, действующими перпендикулярно отдельным валкам холостого хода во втором корпусе холостого хода.Рис. 5: Значения контактного давления, вызванные силами, действующими перпендикулярно отдельным роликам в третьем корпусе.Во время текущей работы трубчатого конвейера форма конвейерной ленты периодически изменяется от плоской формы (на головном шкиве и хвостовом шкиве) к трубной форме. Деформации кручения, возникающие в течение всего этого периодического процесса, показаны на фиг. 6 посредством частичных деформаций в направлениях осей X, Y, Z.

Иллюстрация деформаций ленточного конвейера, вызванных формой трубопровода.В то же время движение конвейерной ленты через круглый натяжной кожух вызывает силовые реакции, которые действуют на формующие ролики. Значения сил реакции (RF), возникающих на отдельных натяжных роликах в первом натяжном кожухе, представлены.

Значения силы реакции на валках холостого хода в 1-м корпусе холостого хода.

Вывод

Разработка и дизайн испытательного стенда, имитирующего реальный трубный конвейер, были реализованы благодаря информации, полученной из описанной расчетной модели FEM.

Испытательный стенд для исследования трубчатых конвейеров, разработанных в Техническом университете Кошице.Этот испытательный стенд позволяет определить контактные силы, которые возникают из-за формирования конвейерной ленты в форме трубы. Информация о значениях сил контакта между конвейерной лентой и формирующими натяжными роликами позволяет провести исследование, которое сфокусировано на взаимодействии между двумя объектами: конвейерной лентой и формирующими натяжными роликами, размещенными в промежуточном корпусе трубчатого конвейера.

Другое преимущество, которое вытекает из этой имитационной модели, заключается в том, что она позволяет проводить более глубокое исследование вместе с более подробным анализом образца трубного конвейера, а также проверять наличие сопротивления движению и контактных сил в трубном конвейере. натяжные кожухи. Вычислительная модель указана с учетом условий исследования, чтобы исследовать влияния, влияющие на величину сопротивления движению и контактных сил во время работы трубного конвейера. Таким образом, полученная информация может быть использована для определения размеров приводов трубного конвейера, для выбора конвейерной ленты, натяжных роликов и т. Д. Одновременно была разработана и другая вычислительная модель в соответствии с полученным опытом и знаниями. Тем не менее, это модель самого испытательного оборудования.

Эта модель вместе с испытательным стендом позволяет проводить более детальное научное исследование сопротивлений движению и сил контакта, возникающих в корпусах холостого хода конвейера. Знание сопротивлений движению и сил контакта имеет преимущественное влияние на конструкцию привода конвейера и выбор подходящей конструкции конвейерной ленты. Эти факторы актуальны в процессе проектирования трубного конвейера и оказывают непосредственное влияние на эксплуатационные расходы; однако существенным является также их влияние на долговечность конвейерной ленты.

Пример результата расчета, полученного из второй модели. Можно сказать, что правильное понимание сопротивления движению и контактных сил потенциально может принести значительную финансовую экономию оператору такой системы непрерывной транспортировки сыпучих материалов. Представленная модель и методика расчета также могут быть полезны в процессе новой конструкции конструкции конвейерных лент для труб, для выбора структуры внутреннего слоя конвейерной ленты, для выбора и состава резиновых смесей и т. Д.

Другой важной причиной для постоянного исследования контактных сил и сопротивлений движению в области трубчатых конвейеров является существенный факт, что эти аспекты очень существенно влияют на долговечность или технический срок службы конвейерной ленты.

Каждое возможное продление срока службы конвейерной ленты связано с соответствующей экономией, поскольку новая лента, как правило, является дорогостоящим финансовым продуктом, что часто представляет собой внеплановые расходы оператора ленточного конвейера. Необходимость замены конвейерной ленты может привести к соответствующим экономическим потерям, даже к временному закрытию данного технологического объекта.
Опубликовано: 02.06.2020 Статьи