Wpływ konfiguracji napędów na obciążenie łańcucha zgrzebłowego w miejscu zbiegania z bębna napędu zwrotnego w przenośniku ścianowym

Transkrypt

1 dr inż. PIOTR SOBOT mgr inż. NN BUJNOWSK Politechnika Śląska Instytt Mechanizacji Górnictwa Wydział Górnictwa i Geologii Wpływ konfigracji napędów na obciążenie łańccha zgrzebłowego w miejsc zbiegania z bębna napęd zwrotnego w przenośnik ścianowym Konieczność dojazd kombajn ścianowego do końca ściany przy napędzie zwrotnym wymsza zastosowanie rozwiązań konstrkcyjnych skracających dłgość kadłba napęd zwrotnego. Łańcch zgrzebłowy zbiegający z bębna łańcchowego napęd zwrotnego wprowadzany jest na krótkim odcink do gałęzi górnej rynnociąg przez ślizgi prowadzące zgrzebła. Docisk zgrzebeł do ślizgów prowadzących powodje wzrost oporów rch łańccha oraz zżywanie się ślizgów i wzrost ich temperatry. Jednym z najprostszych sposobów znaczącego zmniejszenia zżycia ślizgów może być zastosowanie w ścianowych przenośnikach zgrzebłowych zamiast trzech, tylko dwóch zespołów napędowych po jednym w napędzie wysypowym i w napędzie zwrotnym, przy tej samej mocy smarycznej zainstalowanej w przenośnik. Z analizy rozkład wartości obciążeń statycznych wzdłż kontr łańccha zgrzebłowego wynika możliwość zmniejszenia wartości siły w łańcch zbiegającym z bębna napęd zwrotnego, co jest zaletą takiej konfigracji napędów. 1. WPROWDZENIE Stosowane w górnictwie węgla kamiennego ścianowe przenośniki zgrzebłowe wyposażone są w dwa napędy: wysypowy i zwrotny, co w dłgich przenośnikach ścianowych pozwala na zmniejszenie wartości maksymalnych obciążeń statycznych w łańcch zgrzebłowym. Konfigracja napęd zwrotnego msi przy tym względniać możliwości dojazd kombajn ścianowego do końca ściany, co przy bezwnękowej eksploatacji związane jest z koniecznością minięcia kadłba napęd zwrotnego przenośnika przez ramię wychylne wraz z organem rabiającym kombajn. Z tego względ w napędach zwrotnych przenośników ścianowych stosje się wyłącznie pojedyncze zespoły napędowe (rys. 1). Natomiast napęd wysypowy przenośnika ścianowego najczęściej wyprowadzony jest do chodnika podścianowego, co możliwia zastosowanie w nim jednego lb dwóch zespołów napędowych. W związk z powyższym znacząca większość ścianowych przenośników zgrzebłowych w polskich kopalniach węgla kamiennego wyposażona jest w trzy silniki napędowe dwa w napędzie wysypowym i jeden w napędzie zwrotnym. Przy zastosowani silników jednakowej wielkości moc zainstalowana w napędzie wysypowym jest w tym przypadk dwkrotnie wyższa niż w napędzie zwrotnym. Możliwość dojazd kombajn ścianowego do końca ściany przy napędzie zwrotnym wymsza zastosowanie rozwiązań konstrkcyjnych skracających dłgość kadłba napęd zwrotnego. Łańcch zgrzebłowy zbiegający z bębna łańcchowego napęd zwrotnego wprowadzany jest na krótkim odcink do

2 6 MECHNIZCJ I UTOMTYZCJ GÓRNICTW gałęzi górnej rynnociąg przez ślizgi prowadzące zgrzebła (rys. 1). Kształt ślizgów zależy przy tym od wysokości kadłba napęd zwrotnego zdeterminowanej liczbą zębów bębna łańcchowego. Zastosowanie bębnów łańcchowych o dżej liczbie zębów jest korzystne ze względ na mniejszą liczbę zazębień i wyzębień ogniw poziomych łańccha z jednym gniazdem bębna w jednostce czas przy tej samej prędkości łańccha zgrzebłowego. Niestety znaczącą przeszkodą w zastosowani bębnów łańcchowych o dżej liczbie zębów w ścianowych przenośnikach zgrzebłowych jest ich średnica zewnętrzna determinjąca wysokość kadłbów napędów. W przypadk, gdy łańcch zbiegający z bębna napęd zwrotnego nie jest zlzowany, zgrzebła są dociskane do ślizgów prowadzących. Siła docisk zgrzebeł jest tym większa, im większe jest obciążenie łańccha zbiegającego z bębna zwrotnego. Docisk zgrzebeł do ślizgów prowadzących powodje wzrost oporów rch łańccha oraz zżywanie się ślizgów i zgrzebeł. Zżycie ślizgów, zwłaszcza w ścianach silniej nachylonych, jest znaczące. Z tych względów projektje się je jako elementy wymienne. Dodatkowo praca tarcia zgrzebeł o ślizgi powodje znaczący wzrost temperatry ślizgów tym większy, im większa jest wartość siły w łańcch zbiegającym z bębna napęd zwrotnego oraz im większa jest wartość współczynnika tarcia pomiędzy zgrzebłami i ślizgami. Poszkje się więc rozwiązań, które pozwoliłyby na zmniejszenie temperatry ślizgów i wzrost ich trwałości. Jednym z najprostszych sposobów znaczącego zmniejszenia zżycia tych elementów może być zastosowanie w ścianowych przenośnikach zgrzebłowych zamiast trzech, tylko dwóch zespołów napędowych po jednym w napędzie wysypowym i w napędzie zwrotnym, przy tej samej mocy smarycznej zainstalowanej w przenośnik. Rys. 1. Napęd zwrotny przenośnika ścianowego prodkcji Kopex Machinery [3] 2. CZYNNIKI WPŁYWJĄCE N ROZKŁD OBCIĄŻEŃ STTYCZNYCH WZDŁUŻ KONTURU ŁŃCUCH Rozkład obciążeń statycznych wzdłż kontr łańccha zgrzebłowego określa wartości sił w łańcchach nabiegających na bęben łańcchowy i zbiegających z bębna łańcchowego zarówno w napędzie wysypowym, jak i zwrotnym przenośnika ścianowego. Liczba czynników wpływających na wartość obciążeń statycznych wzdłż kontr łańcchów jest znaczna, a do najistotniejszych zaliczyć można: wartość napięcia wstępnego łańccha zgrzebłowego; wystąpienie stan lzowania bądź nielzowania łańccha zgrzebłowego; miejsce lzowania łańccha; opory rch gałęzi górnej, będące smą oporów rch robk i oporów rch łańccha zgrzebłowego, oraz zróżnicowanie tych oporów wzdłż łańccha zgrzebłowego (zależne od masy robk na przenośnik i jej rozłożenia na dłgości przenośnika, współczynnika tarcia robk o rynny przenośnika, masy łańccha zgrzebłowego, współczynnika tarcia zgrzebeł o rynny, kąta nachylenia po-

3 Nr 1(515) LUTY dłżnego przenośnika w wyrobisk i zmienności tego kąta wzdłż dłgości przenośnika); opory rch w gałęzi dolnej przenośnika (zależne od masy łańccha zgrzebłowego, współczynnika tarcia łańccha zgrzebłowego o rynny lb o spąg, kąta nachylenia podłżnego przenośnika i jego zmienności, ewentalnych oporów przemieszczania resztek robk w gałęzi dolnej); rozdział sił obwodowych na bębny napęd wysypowego i zwrotnego (zależny od konfigracji napędów przenośnika, zróżnicowania rzeczywistych podziałek ogniw wzdłż kontr łańccha zgrzebłowego, zróżnicowania rzeczywistych charakterystyk mechanicznych zespołów napędowych, zróżnicowania sprawności poszczególnych zespołów napędowych). Zmniejszenie wartości siły w łańcch zbiegającym z bębna napęd zwrotnego, powodjące zmniejszenie siły docisk zgrzebeł do ślizgów prowadzących, zależne jest przy tym od możliwości wystąpienia minimalnej wartości siły w łańcch zgrzebłowym właśnie w tym miejsc kontr łańccha. Zależy to głównie od możliwości wystąpienie stan lzowania bądź resztowego napięcia wstępnego w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna napęd zwrotnego. Napięcie wstępne łańccha jest to statyczne obciążenie kontr łańccha w czasie postoj przenośnika, mające na cel kompensację wydłżeń sprężystych pojawiających się w rch. Podczas rch przenośnika zgrzebłowego występją wydłżenia sprężyste łańccha o charakterze statycznym i dynamicznym. Pierwsze wywołane są oporami rch, natomiast drgie są wynikiem występjących drgań. W zależności od relacji występjących pomiędzy oporami rch a wartością napięcia wstępnego łańcch może się znajdować w stanie nielzowania, w stanie stałego lzowania lb w stanie okresowego lzowania [1]. Stanem nielzowania łańccha zgrzebłowego nazywamy taki stan, w którym nie występją lzy międzyogniwowe, co oznacza, że napięcie wstępne skompensowało całkowicie wydłżenia sprężyste. W stanie stałego lzowania lzy międzyogniwowe w łańcch występją stale w miejsc jego zbiegania z jednego z bębnów napędowych. Stany napięcia łańccha można również zdefiniować za pomocą resztowego napięcia wstępnego. Jest to ta część napięcia wstępnego łańccha, która pozostaje po skompensowani wydłżeń sprężystych. Dodatniej wartości resztowego napięcia wstępnego odpowiada stan nielzowania, natomiast wartości jemnej i zerowej stan stałego lzowania. Fizykalnie jemnej wartości resztowego napięcia wstępnego odpowiada zwisanie łańccha w miejsc jego zbiegania z napędowego bębna łańcchowego. Określenie miejsca wystąpienia lzowania łańccha dla danej wartości napięcia wstępnego bądź miejsca wystąpienia minimalnej wartości siły w kontrze łańcchowym w stanie nielzowania łańccha (czyli miejsca wystąpienia dodatniego resztowego napięcia wstępnego) jest niezbędne dla określenia rozkład sił statycznych wzdłż kontr łańccha. W ścianowym przenośnik zgrzebłowym przeswającym robek miejscami wystąpienia lzowania łańccha bądź miejscami wystąpienia dodatniego resztowego napięcia wstępnego mogą być miejsca zbiegania łańccha zgrzebłowego z napędowego bębna łańcchowego napęd wysypowego lb napęd zwrotnego. Wystąpienie lzowania łańccha bądź dodatniego resztowego napięcia wstępnego (nielzowania) w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna łańcchowego napęd zwrotnego ma miejsce, gdy [2]: przy czym: WG (1) W W W G W D (2) gdzie: W całkowite opory rch w gałęzi górnej (ładownej) i dolnej (powrotnej) przenośnika, W G opory rch w gałęzi górnej (ładownej) przenośnika, W D opory rch w gałęzi dolnej (powrotnej) przenośnika, współczynnik rozdział sił obwodowych określony jako: S (3) S S B gdzie: S siła obwodowa na bębnie napęd głównego, S B siła obwodowa na bębnie napęd pomocniczego. Możliwość wystąpienia lzowania łańccha bądź dodatniego resztowego napięcia wstępnego (nielzowania) w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna łańcchowego napęd zwrotnego zależy więc od dział oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośnika w ogólnych oporach przenośnika oraz od współczynnika rozdział sił obwodowych. Przy równomiernym obciążeni wszystkich silników napędowych teoretyczna wartość współczynnika rozdział sił obwodowych zależy przy tym w istotny sposób od proporcji mocy zainstalowanej w napędzie wysypowym i zwrotnym. W przypadk przenośnika napędzanego

4 8 MECHNIZCJ I UTOMTYZCJ GÓRNICTW dwoma silnikami o jednakowej mocy nominalnej (po jednym silnik w napędzie wysypowym i zwrotnym) = 0,5, zaś dla przenośnika napędzanego trzema silnikami o jednakowej mocy nominalnej (dwa silniki w napędzie wysypowym i jeden w napędzie zwrotnym) = 0,67. Tak więc między innymi od konfigracji napędów ścianowego przenośnika zgrzebłowego zależne są warnki występowania lzowania lb dodatniego resztowego napięcia wstępnego przy zbiegani łańccha z bębna napęd zwrotnego. 3. WRUNKI WYSTĄPIENI MINIMLNEJ WRTOŚCI SIŁY W ŁŃCUCHU PRZY ZBIEGNIU Z BĘBN NPĘDU ZWROTNEGO W cel określenia warnków wystąpienia minimalnej wartości obciążeń statycznych wzdłż kontr łańccha zgrzebłowego w miejsc jego zbiegania z bębna napęd zwrotnego wyznaczono wartość dział oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośnika w całkowitych oporach przenośnika W G /W, w zależności od stopnia załadowania przenośnika robkiem oraz kąta nachylenia podłżnego przenośnika w wyrobisk. Przykładowe obliczenia przeprowadzono dla przenośnika prostoliniowego o dłgości L = 200 m transportjącego robek w gałęzi górnej po padzie pod kątem α i załadowanego na całej dłgości robkiem o jednostkowej masie przypadającej na metr jego dłgości m. Opory rch łańccha zgrzebłowego w gałęzi dolnej przenośnika oraz opory rch łańccha zgrzebłowego z robkiem w gałęzi górnej przenośnika wyznaczono z zależności: W L m g ( f cos sin ) (4) W G D ł ł L mł g ( fł cos sin ) L m g ( f cos sin ) (5) Wyznaczoną w ten sposób wartość stosnk oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośnika do całkowitych oporów rch przenośnika W G /W, w zależności od stopnia załadowania przenośnika robkiem oraz kąta nachylenia podłżnego przenośnika w wyrobisk, zaprezentowano na rys. 2. Stosnek oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośnika do całkowitych oporów rch przenośnika W G /W maleje nieliniowo ze wzrostem kąta nachylenia podłżnego przenośnika w wyrobisk oraz rośnie ze wzrostem załadowania przenośnika robkiem. Dla pstego przenośnika poziomego (m = 0, α = 0) opory rch łańccha zgrzebłowego w gałęzi górnej i dolnej przenośnika są takie same (W G /W = 0,5), zaś w miarę wzrost kąta nachylenia podłżnego przenośnika wartość stosnk W G /W maleje (linia w kolorze czerwonym na rys. 2). Ze wzrostem załadowania przenośnika robkiem wartość stosnk W G /W wzrasta i dla przenośnika poziomego (α = 0) osiąga wartości W G /W > 0,5: W G /W = 0,625 dla m = 25 kg/m, W G /W = 0,700 dla m = 50 kg/m, W G /W = 0,786 dla m = 100 kg/m, W G /W = 0,864 dla m = 200 kg/m. 0,9 W G / W 0,8 0,7 0,6 0,5 m = 0 [kg/m] m = 10 [kg/m] m = 25 [kg/m] m = 50 [kg/m] m = 100 [kg/m] m = 150 [kg/m] m = 200 [kg/m] Wg/W=0,5 Wg/W=0,67 0,4 0,3 0, α [stopnie] Rys. 2. Stosnek oporów rch łańccha w gałęzi górnej do całkowitych oporów rch przenośnika w zależności od stopnia załadowania robkiem oraz kąta nachylenia przenośnika [opracowanie własne]

5 Nr 1(515) LUTY Z zależności (1) wynika, że warnkiem wystąpienia lzowania łańccha bądź dodatniego resztowego napięcia wstępnego (nielzowania) w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna łańcchowego napęd zwrotnego jest to, by wartość dział oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośnika w całkowitych oporach przenośnika W G /W była równa lb większa od wartości współczynnika rozdział sił obwodowych. Zaznaczono więc dla tego przypadk graniczne wartości stosnk W G /W dla konfigracji napędów z dwoma silnikami (W G /W = 0,5 linia przerywana pozioma w kolorze filetowym na rys. 2) oraz dla konfigracji napędów z trzema silnikami (W G /W = 0,67 linia przerywana pozioma w kolorze zielonym na rys. 2). Lzowanie łańccha bądź wystąpienie dodatniego resztowego napięcia wstępnego w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna napęd zwrotnego analizowanego przenośnika z dwoma silnikami napędowymi wystąpi: 0 α 2,0º, gdy m = 10 kg/m, 0 α 4,6º, gdy m = 25 kg/m, 0 α 7,6º, gdy m = 50 kg/m, 0 α 11,3º, gdy m = 100 kg/m, 0 α 13,5º, gdy m = 150 kg/m, 0 α 14,9º, gdy m = 200 kg/m, zaś dla analizowanego przenośnika z trzema silnikami napędowymi wystąpi: 0 α 1,4º, gdy m = 50 kg/m, 0 α 5,7º, gdy m = 100 kg/m, 0 α 8,5º, gdy m = 150 kg/m, 0 α 10,5º, gdy m = 200 kg/m. Z powyższego porównania wynika, że w przenośnik z dwoma silnikami napędowymi lzowanie łańccha bądź wystąpienie dodatniego resztowego napięcia wstępnego w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna napęd zwrotnego może wystąpić w większym zakresie nachylenia podłżnego przenośnika i przy mniejszym obciążeni robkiem gałęzi górnej przenośnika. Ze względ na lzowanie łańccha lb wystąpienie minimalnej wartości siły w łańcch w miejsc jego kontakt ze ślizgami prowadzącymi zżycie ślizgów będzie mniejsze dla konfigracji napędów z dwoma silnikami niż dla konfigracji z trzema silnikami. W przenośnikach z trzema silnikami lzowanie łańccha w miejsc jego zbiegania z bębna napęd zwrotnego może wystąpić przy niewielkim nachyleni podłżnym przenośnika i przy dżym stopni załadowania gałęzi górnej przenośnika robkiem. Jak wynika z przeprowadzonej analizy, przy takiej konfigracji napędów przenośnika lzowanie łańccha bądź wystąpienie dodatniego resztowego napięcia wstępnego w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna napęd zwrotnego w praktyce nie będzie występowało przy nachyleni podłżnym przenośnika przekraczającym α > 10º. Spełnienie warnk zapisanego w zależności (1) zależy nie tylko od wartości współczynnika rozdział sił obwodowych, lecz również od wartości współczynników oporów rch łańccha zgrzebłowego f ł i współczynnika oporów rch robk f. Ze wzrostem wartości współczynnika oporów rch łańccha zgrzebłowego zmniejsza się wartość stosnk W G /W, czyli zmniejsza się możliwość wystąpienia lzowania łańccha przy jego zbiegani z bębna napęd zwrotnego. Natomiast wzrost wartości współczynnika oporów rch robk zwiększa wartość stosnk W G /W, sprzyjając wystąpieni lzowania łańccha bądź wystąpieni dodatniego resztowego napięcia wstępnego w tym miejsc. 4. PODSUMOWNIE Konieczność dojazd kombajn ścianowego do końca ściany przy napędzie zwrotnym wymsza zastosowanie rozwiązań konstrkcyjnych skracających dłgość kadłba napęd zwrotnego. Łańcch zgrzebłowy zbiegający z bębna łańcchowego napęd zwrotnego wprowadzany jest na krótkim odcink do gałęzi górnej rynnociąg przez ślizgi prowadzące zgrzebła. Docisk zgrzebeł do ślizgów prowadzących powodje wzrost oporów rch łańccha oraz zżywanie się ślizgów i wzrost ich temperatry. Zmniejszenie wartości siły w łańcch zbiegającym z bębna napęd zwrotnego, powodjące zmniejszenie siły docisk zgrzebeł do ślizgów prowadzących, zależne jest od możliwości wystąpienia minimalnej wartości siły w łańcch zgrzebłowym właśnie w tym miejsc kontr łańccha. Warnkiem wystąpienia lzowania łańccha bądź dodatniego resztowego napięcia wstępnego w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna łańcchowego napęd zwrotnego jest to, by wartość dział oporów rch łańccha zgrzebłowego wraz z robkiem w gałęzi górnej przenośni-

6 10 MECHNIZCJ I UTOMTYZCJ GÓRNICTW ka w całkowitych oporach przenośnika W G /W była równa lb większa od wartości współczynnika rozdział sił obwodowych. Z przeprowadzonej analizy wynika, że w przenośnik z dwoma silnikami napędowymi lzowanie łańccha bądź dodatnie resztowe napięcie wstępne (nielzowania) w miejsc zbiegania łańccha zgrzebłowego z bębna napęd zwrotnego może wystąpić w większym zakresie nachylenia podłżnego przenośnika i przy mniejszym obciążeni robkiem gałęzi górnej przenośnika niż w przenośnikach z trzema silnikami. W przenośnikach z trzema silnikami lzowanie łańccha w miejsc jego zbiegania z bębna napęd zwrotnego może wystąpić przy niewielkim nachyleni podłżnym przenośnika i przy dżym stopni załadowania gałęzi górnej przenośnika robkiem i w praktyce nie będzie występowało przy nachyleni podłżnym przenośnika przekraczającym 10º. Jednym z najprostszych sposobów znaczącego zmniejszenia temperatry i zżycia ślizgów może być zastosowanie w ścianowych przenośnikach zgrzebłowych zamiast trzech, tylko dwóch zespołów napędowych po jednym w napędzie wysypowym i w napędzie zwrotnym, przy tej samej mocy smarycznej zainstalowanej w przenośnik. Literatra 1. Dolipski M.: Dynamika przenośników łańcchowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Sobota P.: naliza wpływ parametrów przenośnika zgrzebłowego na obciążenia statyczne metodą symlacji kompterowej. W: Zeszyty Nakowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo, z. 201, Gliwice Materiały promocyjne firmy Kopex Machinery S..