Застосування аналізу в розробці стенду конвеєрного трубопроводу

Застосування аналізу в розробці стенду конвеєрного трубопроводу

Транспортерний конвеєр являє собою прогресивну середу для транспортування і обробки, яка розроблена для безперервного транспортування сипучих матеріалів. 

Цей спеціальний тип стрічкового конвеєра застосовується в широкому спектрі різних промислових технологій. Проте, як і раніше залишається багато питань без відповіді, що стосуються роботи трубного конвеєра, а також питань, що стосуються обслуговування, надійності і довговічності стрічки трубного конвеєра. Ряд різних наукових методів, разом з їх модифікаціями, використовуються для того, щоб знайти відповіді на вищезазначені питання.   
 

Одним з найбільш часто використовуваних методів, який доведений в рамках кількісного дослідження, є експериментальний метод.

Експериментальний метод (або коротко «експеримент») грає важливу роль серед методів кількісного дослідження, орієнтованих на область трубних конвеєрів, тому що це єдиний метод дослідження, який здатний перевірити причинні наслідки окремих операцій. параметри і характеристики [1, 2].

Цей метод здатний продемонструвати, як одне з робочих явищ впливає на інше і т. Д [3] Інші методи дослідження, які використовуються для дослідження трубчастих конвеєрів, дозволяють визначати взаємини між окремими явищами, однак вони не можливість перевірити, чи є ці взаємозв'язки причинними чи ні.

Виконання експериментальних вимірювань на поточних умовах експлуатації реальних трубчастих конвеєрів є дуже складним завданням, і іноді реальні вимірювання практично неможливі з різних причин. Відповідне рішення цієї проблеми пропонує застосування спеціального випробувального стенду, який дозволяє проводити широкий спектр експериментальних вимірювань [4, 5]. В процесі розробки і калібрування цього стенду була створена і застосована модель FEM (метод кінцевих елементів), яка дає можливість імітувати реальний транспортерний конвеєр. 

  1. Модель розрахунку

Модель розрахунку, заснована на FEM, була створена для того, щоб визначити умови або співвідношення, що стосуються сил, що виникають під час реальної роботи трубного конвеєра, а вищезгаданий випробувальний стенд був спроектований відповідно до визначених співвідношеннями. У той же час вимірювальні тензометри були обрані і відкалібровані. Змодельований пряма ділянка трубного конвеєра. Розрахункова модель являє собою окремий прямий ділянку реального трубного конвейераПроцедура розрахунку була реалізована за допомогою програмного засобу в той час як при виконанні розрахунку він вважався нелінійним процесом з використанням програмного забезпечення. Процедура розрахунку була розбита на кілька етапів. Явний метод є придатним інструментом для вирішення складних завдань [7]. Відповідна геометрична модель створюється таким чином, щоб вона представляла собою лінійний сегмент трубного конвеєра, тоді як цей сегмент може бути розташований в будь-якому місці на прямій ділянці траєкторії трубного конвеєра. В рамках геометричної моделі моделюються проміжні корпусу, які є типовими для трубчастого конвеєра, тобто проміжні корпусу з 6 встановленими проміжними роликами (три проміжних ролика розташовані на одній стороні, а три інших проміжних ролика перебувають на протилежному боці проміжного корпусу). ). 

  1. Матеріальні характеристики конвеєрної стрічки

Для створення розрахункової моделі і проведення експерименту був змодельований реальний тип конвеєрної стрічки
ТК 200 / 3HP 5 + 3. Визначення відповідних характеристик матеріалу стрічки конвеєрної засноване на внутрішню структуру самої стрічки. Основним матеріалом конвеєрної стрічки, звичайно ж, є гума. Таблиця 1: Характеристики матеріалу конвеєрної стрічки ТК 200 / 3HP.  


Щільність матеріалу конвеєрної стрічки ρ (кг / м )  

1099.7132

Число Пуассона μ (-)

0,499

Модуль пружності при зсуві G (МПа)

2,9

Модуль пружності Юнга ременя Е1 (МПа)

397.6429

Модуль пружності Юнга ременя Е2 (МПа)

6,501602047

Гума являє собою матеріал з дуже нелінійним поведінкою, яке важко точно охарактеризувати. Ось чому будь-який математичний процес, який повинен моделювати цей матеріал, дуже проблематичний і складний. Гума вважається гіпереластічность матеріалом. Крім того, гумова конвеєрна стрічка також містить внутрішні підсилюючі елементи, які впливають на властивості локальної жорсткості стрічки та, таким чином, ускладнюють визначення характеристик конвеєрної стрічки в цілому. Загалом, можна сказати, що конвеєрна стрічка представляє собою композитний матеріал, тобто це такий матеріал, який складається з декількох внутрішніх шарів, причому окремі шари відрізняються за своїми характеристиками матеріалу. Тому характеристики конвеєрної стрічки в цілому змінюються в поздовжньому і поперечному напрямках. Таким чином, надані характеристики матеріалу були перевірені шляхом випробування на зносостійкість і визначення максимального прогину матеріалу ременя. Основним принципом випробування на стійкість є вимірювання величини деформації для зразка конвеєрної стрічки. Виміряна деформація викликана власною вагою ременя, без реакції зовнішніх сил. Зразок підвішений з обох кінців так, щоб бічні краї перебували в одній горизонтальній площині. Принцип тесту на вразливість (а) і результати розрахунку (б) .Під час випробувань максимальне відхилення в центрі зразка вимірюється через 300 секунд. В рамках перевірки результати, отримані за допомогою експериментальних вимірювань, порівнювалися з розрахунком МСЕ, виконаним в програмі Abaqus . Довжина геометричній моделі, яка використовувалася в розрахунку, становить 150 мм, а її ширина становить 800 мм (відповідає ширині реальної конвеєрної стрічки). Модель була створена або зібрана з кінцевих елементів типу. Це четирехузловая тонка або товста оболонка з двома вузлами, із зниженою інтеграцією, контролем пісочного годинника і кінцевими напруженнями мембрани. Граничні умови були визначені так, щоб один кінець зразка мав зменшені ступеня свободи в напрямку осей x, y, z, а інший кінець зразка мав зменшені ступеня свободи в напрямку осей y, z. Результатом розрахунку тесту на зносостійкість є обчислене значення прогину зразка max = 266,3 мм. Значення прогину зразка, певне експериментальним вимірюванням, склало max = 266,4 мм. Таким чином, доведено, що різниця між результатами обчислювальних і експериментальних вимірювань становить 0,0037%. У розрахункової моделі для створення мережі кінцевих елементів використовувалися елементи оболонки типу S4R (тонка або товста оболонка з чотирма вузлами з подвійною кривизною, зменшена інтеграція, контроль пісочного годинника, кінцеві деформації мембран). У розрахункової моделі визначено дві контактні пари. Перша контактна пара створюється з формуючих роликів, розміщених в проміжному корпусі, і з конвеєрної стрічки. Друга контактна пара являє собою саму конвеєрну стрічку, яка контактує з обома власними кінцями один з одним після формування стрічки в формі труби. Функція «Спільний вміст» використовувалася для визначення вищезазначених пар контактів. Можна сказати, що контактні взаємодії зазвичай визначаються шляхом визначення самоконтакта за допомогою програмного інструменту, який включає в себе всі тіла в моделі і автоматично визначає поверхню на основі елементів. Загальний алгоритм контакту, як правило, швидше, ніж алгоритм пари контактів, і він модифікований для моделей з декількома компонентами та зі складною топологією. Алгоритм контакту, створений вказаний як частина моделі. Це дозволяє дуже просто визначити контактні відносини з дуже небагатьма обмеженнями щодо типів залучених поверхонь. Він використовує складні алгоритми відстеження, щоб гарантувати, що належні умови контакту встановлені ефективно. Граничні умови, визначені відповідно до обчислювальної моделлю, були визначені таким чином, щоб ролики холостого ходу, що представляють корпус холостого ходу, видалили всі ступені свободи. Конвеєрна стрічка розміщується перед корпусом холостого ходу і через певну зміщення при розрахунку переміщається в зазначене положення. Модель конвеєрної стрічки була навантажена додатковими крутять моментами, які забезпечують формування конвеєрної стрічки в формі трубопроводу для правильного позиціонування стрічки в корпусі холостого ходу. Після установки конвеєрної стрічки в необхідне положення в корпусі холостого ходу ремінь звільняється. Таким чином, натяжні ролики встановлюються в правильне робоче положення.  
Крім того, конвеєрна стрічка все ще навантажена силою натягу і силою тяжіння.

  1. Ефекти контактної сили між ременем і формують роликами - розрахунок

Результати розрахунку описують напружений стан напруги в конвеєрній стрічці, а також величину спотворень і, зокрема, взаємодія між стрічковим конвеєром і формують роликами, розташованими в кільцевому (або шестикутної) корпусі натяжної ролика, який складається з двох триплетів натяжної ролика.

Трубопровідна форма конвеєрної стрічки є результатом розташування стрічки між формують роликами, розташованими в корпусі ролика. Взаємодія між конвеєрною стрічкою і формують натяжними роликами відбувається в точці контакту між конвеєрною стрічкою і кожним з натяжних роликів. В результаті цього процесу створюються рухові опору, які необхідно подолати. Чим вище значення опору руху, тим вище також споживання енергії, яке потрібно для приводу трубного конвеєра. Ще одним негативним впливом рухових опорів є більш інтенсивний процес зносу конвеєрної стрічки і підшипників, що підтримують формують натяжні ролики. Графічна ілюстрація розрахованого впливу сили контакту, які представлені у вигляді значень контактного преса між конвеєрною стрічкою і окремі форми роликами, на фіг. 3 - 5 Значення контактного тиску, викликані силами, що діють перпендикулярно окремим валянням холостого ходу в 1-му корпусі холостого ходу. Значення контактного тиску, викликані силами, що діють перпендикулярно окремим валянням холостого ходу у другому корпусі холостого хода.Ріс . 5: Значення контактного тиску, викликані силами, що діють перпендикулярно окремим роликам в третьому корпусе.Во час поточної роботи трубчастого конвеєра форма конвеєрної стрічки періодично змінюється від плоскої форми (на головному шківі і хвостовому шківі) до трубну форму. Деформації кручення, що виникають протягом усього цього періодичного процесу, показані на фіг. 6 за допомогою часткових деформацій в напрямках осей X, Y, Z. Ілюстрація деформацій стрічкового конвеєра, викликаних формою трубопровода.В той же час рух конвеєрної стрічки через круглий натяжна кожух викликає силові реакції, які діють на формуючі ролики. Значення сил реакції (RF), що виникають на окремих натяжних роликах в першому натяжному кожусі, представлені. Значення сили реакції на валках холостого ходу в 1-му корпусі холостого ходу.       

Висновок

Розробка і дизайн випробувального стенду, що імітує реальний трубний конвеєр, були реалізовані завдяки інформації, отриманої з описаної розрахункової моделі FEM.

Випробувальний стенд для дослідження трубчастих конвеєрів, розроблених в Технічному університеті Кошіце.Етот випробувальний стенд дозволяє визначити контактні сили, які виникають через формування конвеєрної стрічки в формі труби. Інформація про значеннях сил контакту між конвеєрною стрічкою і формують натяжними роликами дозволяє провести дослідження, яке сфокусовано на взаємодії між двома об'єктами: конвеєрною стрічкою і формують натяжними роликами, розміщеними в проміжному корпусі трубчастого конвеєра. Інша перевага, яке випливає з цієї імітаційної моделі, полягає в тому, що вона дозволяє проводити більш глибоке дослідження разом з більш детальним аналізом зразка трубного конвеєра, а також перевіряти наявність опору руху і контактних сил в трубному конвеєрі. натяжні кожухи. Обчислювальна модель вказана з урахуванням умов дослідження, щоб досліджувати впливу, що впливають на величину опору руху і контактних сил під час роботи трубного конвеєра. Таким чином, отримана інформація може бути використана для визначення розмірів приводів трубного конвеєра, для вибору конвеєрної стрічки, натяжних роликів і т. Д. Одночасно була розроблена й інша обчислювальна модель у відповідності з отриманим досвідом і знаннями. Проте, це модель самого випробувального устаткування. Ця модель разом з випробувальним стендом дозволяє проводити більш детальне наукове дослідження опорів руху і сил контакту, що виникають в корпусах холостого ходу конвеєра. Знання опорів руху і сил контакту має переважне вплив на конструкцію приводу конвеєра і вибір відповідної конструкції конвеєрної стрічки. Ці фактори актуальні в процесі проектування трубного конвеєра і безпосередньо впливають на експлуатаційні витрати; проте істотним є також їх вплив на довговічність конвеєрної стрічки. Приклад результату розрахунку, отриманого з другої моделі. Можна сказати, що правильне розуміння опору руху і контактних сил потенційно може принести значну фінансову економію оператору такої системи безперервного транспортування сипучих матеріалів. Представлена модель і методика розрахунку також можуть бути корисні в процесі нової конструкції конструкції конвеєрних стрічок для труб, для вибору структури внутрішнього шару конвеєрної стрічки, для вибору і складу гумових сумішей і т. Д Іншою важливою причиною для постійного дослідження контактних сил і опорів руху в області трубчастих конвеєрів є істотний факт, що ці аспекти дуже істотно впливають на довговічність або технічний термін служби конвеєрної стрічки. Кожне можливе продовження терміну служби конвеєрної стрічки пов'язано з відповідною економією, оскільки нова стрічка, як правило, є дорогим фінансовим продуктом, що часто є позапланові витрати оператора стрічкового конвеєра. Необхідність заміни конвеєрної стрічки може привести до відповідних економічних втрат, навіть до тимчасового закриття даного технологічного об'єкта.
Опубликовано: 10.06.2020 Статті