ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО УГЛА РАЗГРУЗОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ КОНТЕЙНЕРОВ

УДК 622 Тлеукенов Т.А., Найзабеков А.Б.

Тлеукенов Т.А.

магистрант кафедры высшей школы металлургии и горного дела Рудненский индустриальный университет

Найзабеков А.Б.

доктор технических наук, профессор Рудненский индустриальный университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО

УГЛА РАЗГРУЗОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ КОНТЕЙНЕРОВ

Аннотация: в научной статье предложен новый вариант контейнера с боковой разгрузкой, которая осуществляется благодаря дну, расположенному под углом в сторону разгрузки горной массы. На основании проведенного расчета и выполненного эксперимента был определен угол дна контейнера, который обеспечиваем максимальную производительность при разгрузке.

Ключевые слова: открытые горные работы, контейнер, разгрузка, конструкция, надежность, простота, дно, угол.

Целью проводимого научного исследования является создание нового оборудования для контейнерной технологии на открытых горных работах. В данной статье предложен вариант контейнера с боковой разгрузкой и дном, расположенным под углом в сторону высыпания горной массы. Конструкция контейнера с боковой разгрузкой по сравнению с контейнерами при нижней разгрузке обладает упрощенной конструкцией и следовательно, большей надежностью.

Ранее предлагаемые конструкции контейнеров обладали существенным недостатком, который связан с его способом разгрузки. Так при нижней разгрузке контейнера главной проблемой было создание системы по открытию и закрытию разгружаемого дна. Сложность данной системы заключалась в том, что после открытия дна контейнера, для осуществления его закрытия было необходимо соблюдать множество условий [1, 2]. На рисунках 1 и 2 представлены версии контейнеров с нижней разгрузкой, осуществляемой при помощи рычажных механизмов.

Рис. 1. Контейнер с нижней разгрузкой.

Недостатком данной конструкции является необходимость в размещении на захватном устройстве дополнительных гидравлических цилиндров, которые надавливали на рычаги для разгрузки породы [1].

Рис. 2. Контейнер с нижней разгрузкой.

Вторая схема контейнера не нуждается в дополнительных установках, расположенных на захватном механизме, однако конструкция контейнера усложнена множеством рычагов, выполняющих разгрузку створчатого дна. При данной схеме контейнера закрытие дна требовало дополнительных установок, расположенных у места разгрузки, которые были необходимы для закрытия стенок [2].

Поэтому в рамках проектирования нового оборудования был предложен новый вариант контейнера с боковой разгрузкой, при которой дно расположено под необходимым углом, для обеспечения свободной разгрузки емкостей от горных масс. На рисунке 3 показана модель контейнера с боковой разгрузкой.

Рис. 3. Модель контейнера с боковой разгрузкой.

Данный тип контейнера обладает, следующими преимуществами по сравнению с рассмотренными ранее моделями, имеющими нижнюю выгрузку горных масс: простота конструкции и упрощенная схема запирания (так как при его постановке на дно боковая стенка возвращается в пределы контура контейнера под действием силы тяжести и срабатывают фиксаторы). Однако для достижения хорошей производительности необходимо определить оптимальный угол скольжения различных пород по поверхности дна.

При проектировании угла наклона днища контейнера необходимо учитывать, что большой угол приведет к уменьшению геометрических размеров контейнера и будет негативно влиять на прочностные характеристики.

Небольшое значение угла приведет к снижению производительности при разгрузке. Согласно этому определяется наиболее оптимальный угол дна, обеспечивающий нормальную выгрузку горных масс. Для определения оптимального угла наклона была составлена расчетная схема, которая приводится на рисунке 4.

Рис. 4. Схема по определению угла днища контейнера.

На горную массу оказывают действие следующие силы: сила тяжести С, сила трения Ртр и нормальная реакция опоры N. Образцы породы находятся в состоянии предельного равновесия. Состояние предельного равновесия формулируется при предельном равновесии в материальной точке сумм проекций всех сил на координатных осях х и у, а также должны быть равны нулю. Условия состояния предельного равновесия записаны по формулам 1 и 2.

I N

= 0

= 0

Формула силы трения скольжения определяется по формуле 3.

FTp = f • N

Составим сумму проекций всех сил на оси x и y по формулам 4 и 5.

0 - FTp + G • sina = 0 (4) 0 + N - G • cosa = 0 (5) где a - это угол наклона поверхности.

В полученных равенствах 4 и 5 необходимо выделить силу трения и нормальную реакцию опоры. Данные показатели определены под формулами 6 и 7.

FTp = G • sina

Путем подстановки показателей из 3 формулы преобразовываем решение по формуле 8.

f • N = G • sina

Подставив в решение равенство нормальной реакции опоры получим формулу 9.

f • G • cosa = G • sina

Сократив в решении величину силы тяжести, получим формулу 10.

f • cosa = sina

Из полученных условий равновесия можно определить коэффициент трения скольжения f по формуле 11.

е sina f .

f =-= tga

cosa

Исходя из полученной формулы коэффициента трения скольжения, можно определить минимальные углы скольжения горных масс. Данный коэффициент получают при помощи лабораторных испытаний различных материалов и его величины записаны в различных литературных источниках. Так как коэффициент трения скольжения дан в справочниках, из вышеуказанного равенства можно определить тангенс угла наклона, который определяет предельное состояние равновесия. Исходя из этого условия при нарушении условий равновесия в большую сторону будет достигаться оптимальная разгрузка горнотранспортных емкостей. Расчет углов скольжения можно произвести за счет открытых источников и различных справочников по коэффициентам трения скольжения. Однако стоит учитывать то, что для каждого отдельного месторождения свойства горных пород отличаются. Это связано с условиями залегания и формирования горных пород в разных регионах. Поэтому необходимо экспериментальное испытание пород для определения их углов скольжения [3].

Для лабораторного испытания пород возникла необходимость в создании испытательного стенда [4]. Был сконструирован простой стенд из небольшого количества деталей. Основу стенда составляют: металлическая изогнутая балка П-образной формы, в которой имеются прорези под ход шпильки с резьбой, рабочий стол из нержавеющей стали, на которой закреплена шпилька и гайки-барашки, которые фиксируют рабочий стол при достижении необходимого угла.

Замеры производились последовательно для каждого типа пород начиная от самого малого угла, до момента полного высыпания горной породы, при этом угол измерялся при помощи транспортира. На рисунке 5 изображен испытательный стенд для определения угла скольжения горных масс.

Рис. 5. Испытательный стенд для определения угла скольжения пород.

Замеры угла скольжения производились на испытательном стенде для следующих типов пород: гематит, лимонит, магнетит, скальная вскрыша, глина, песок.

На первом опыте были получены данные по углу скольжения песка. На рисунках 6 и 7 изображены образец песка и его испытание на стенде.

Рис. 6. Образец песка.

Рис. 7. Испытание по определению угла скольжения песка.

Было выявлено что при расположении рабочего стола под углом в 22° песок свободно высыпается.

Также были проведены замеры углов скольжения и по другим горным породам, результаты которых изложены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытаний на угол скольжения.

№ опыта Образцы пород Угол скольжения горной массы, °

1 Песок 22

2 Глина 22

3 Гематит 19

4 Магнетит 18

5 Лимонит 20

6 Скальная вскрыша 18

Для обеспечения нормальной бесперебойной работы всего транспортного комплекса при контейнерной технологии необходимо принять единый угол дна контейнера. При испытаниях были получены углы скольжения пород, которые находятся в пределах от 18-22°. Принимаются конструкции контейнеров с разными углами дна. Так контейнера будут работать в наиболее оптимальном режиме и более производительными. Необходимо создать 4 типа контейнеров.

Заключение.

При лабораторном эксперименте были получены результаты по углам скольжения различных пород. Так у песка это значение равно 22°, у глины 22°, у лимонита 20°, у гематита 19°, у магнетита и скальной вскрыши 18°. Согласно испытаниям, максимальное значение угла скольжения наблюдается у образцов песка и глины, а минимальные у скальной вскрыши и магнетита. В условиях работы горнотранспортного оборудования необходимо применять такой угол дна контейнера, который будет способен обеспечивать нормальную разгрузку определенного типа породы. В контейнерах, транспортирующих скальную вскрышу и магнетит, дно будет расположено под 18°, гематит под 19°, лимонит под 20°, а глину и песок под 22°.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Sladkowski A., Utegenova A., Kuzmin S., Rakishev B., Stolpovskikh I. Energy advantages of container transport technology in deep careers. // Naukovyi Visnyk Nationalnoho Hirnychoho Universytetu. - 2019 - №5 - pp. 29-34;

2. Kuzmin S., Kadnikova O., Altynbayeva G., Turbit A., Khabdullina Z. DevelopmentofaNewEnvironmentally-Friendly Technology for Transportation of Mined Rock in the Opencast Mining // Environmental and Climate Technologies -2020/24 - pp.341 - 354;

3. https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsDensity/PlotnostUgolOtkosa TreniyaSypuchihMaterialov/;

4. Дерюшев А. В., Будников П. М. Физика горных пород: Методические указания к практическим занятиям для студентов очной формы обучения/ КузГТУ им. Горбачева. - Кемерово 2017, с. 55-61

Tleukenov T.A., Naizabekov A.B.

Tleukenov T.A.

Rudnensky Industrial University

Naizabekov A.B.

Rudnensky Industrial University

DETERMINATION OF RATIONAL ANGLE OF UNLOADING SURFACE FOR CONTAINERS

Abstract: scientific article proposes a new version of a container with lateral unloading, which is carried out thanks to the bottom located at an angle in the direction of unloading the rock mass. Based on the calculations and experiments performed, the container bottom angle was determined, which ensures maximum productivity during unloading.

Keywords: open pit mining, container, unloading, design, reliability, simplicity, bottom,

corner.