|
|
Движение грунта с ковшами рабочего
органа и на транспортерной ленте происходит в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях. Поэтому начальная скорость грунта, поступившего на ленту, будет
зависеть только от положения последней. Кинетическая энергия падающего грунта
будет способствовать или препятствовать увеличению скорости движения грунта в
сторону разгрузки в зависимости от того, наклонена транспортерная лента в
месте падения грунта в сторону выгрузки или в сторону разгрузки. На
горизонтальном участке начальная скорость грунта будет нулевой, например, при
секционных транспортерах, у которых приемная (загрузочная) секция установлена
горизонтально. Рабочая ветвь криволинейного транспортера имеет форму
цилиндрической поверхности. В зоне загрузки она располагается симметрично
относительно срединной продольной плоскости рабочего органа с подъемами в обе
стороны от середины. Эти подъемы незначительны, а поэтому их влиянием на
величину начальной скорости грунта можно пренебречь. Таким образом, начальную
скорость движения грунта по ленте для транспортеров обоих видов можно
считать равной нулю.
Представление о взаимодействии транспортерной ленты с
грунтом в начальный период его движения можно получить из следующих
рассуждений. Падающая на транспортерную ленту грунтовая частица (или
грунтовое тело), имеющая конечную массу, размеры и форму, в момент встречи с
лентой обладает определенной кинетической энергией, которая вместе с работой
силы тяжести переходит в работу деформации грунтовой частицы, включая и ее
дробление, и деформации ленты транспортера. В дальнейшем упругие силы,
возникшие в результате деформирования ленты, восстанавливают ее прежнее
состояние, выталкивая грунтовую частицу вверх, т. е. происходит отскок грунта
от ленты. При повторном падении частицы процесс повторяется, но со
значительно уменьшенной амплитудой. Движение грунтовой частицы в вертикальном
направлении носит быстро затухающий колебательный характер, для которого
существенным можно считать лишь первый период, в течение которого происходят
первая деформация и восстановление транспортерной ленты. В процессе этого
движения нормальное давление грунта на ленту изменяется от нуля до максимального
значения в конце деформации ленты, превышающего силу тяжести частицы. Эта
добавка к силе тяжести тем больше, чем больше кинетическая энергия падающей
частицы, зависящая от высоты падения, или, что то же самое, чем больше
деформация ленты в вертикальном направлении. В период восстановления ленты
нормальное давление снижается и в конце периода может стать меньше силы
тяжести. Как и деформация ленты, колебания величины нормального давления
затухают, и уже после первого периода это давление незначительно отличается
от силы тяжести грунтовой частицы.
Сила трения связана с нормальным давлением прямой
пропорциональной зависимостью. В первый период она возрастает от нуля до
максимального значения в момент наибольшей деформации ленты, а затем убывает,
приближаясь к некоторому постоянному значению, соответствующему силе тяжести
частицы. Если пренебречь силами молекулярного сцепления между грунтом и
лентой, то силу трения можно считать единственной движущей силой для частиц
грунта вместе с транспортерной лентой. Поскольку ускорение прямо
пропорционально движущей силе, то движение грунта в сторону разгрузки в
течение первого периода можно считать возрастающе ускоренным — до момента
наибольшей деформации ленты и замедленно ускоренным — в период ее
восстановления. В дальнейшем сила трения становится постоянной, а движение —
равномерно ускоренным.
Характер этого движения изменяется под влиянием других
частиц, в результате чего его следует рассматривать как случайный процесс,
состоящий из спектра колебаний различных частот и амплитуд, не совпадающих по
фазам.
В случае непрерывной загрузки транспортера однородным (не
штучным) грузом рассмотренный процесс будет только при пуске транспортера, а
в дальнейшем он быстро стабилизируется.
Необходимо отметить, что падение грунтовых частиц на слой
грунта, находящийся на ленте, снижает влияние кинетической энергии на
характер движения грунта. Эта энергия в значительной степени расходуется на
деформацию нижележащих слоев грунта, включая их измельчение.
При изучении общего характера движения грунта по
транспортеру влияние кинетической энергии в период загрузки обычно не
учитывают. При этом считают, что нормальное давление грунта на ленту
достигает своего максимального значения, равного силе тяжести, не в течение
некоторого промежутка времени, а мгновенно. Это позволяет считать активную
силу (силу трения грунта о ленту) постоянной по всей длине горизонтального
участка. Обеспечить движение грунта в направлении разгрузки можно при
условии, если эти силы будут больше сил сопротивления в зонах боковых щитков.
Для характеристики последних рассмотрим более подробно конструктивную схему
транспортерного желоба (см. 3.1).
Для увеличения площади поперечного сечения последнего
боковые щитки 7 устанавливают с наклоном к транспортерной ленте 10. На участке
загрузки, кроме того, они играют роль загрузочного бункера. В нижней части
щитки заканчиваются гибкими фартуками 8, изготовленными из морозостойкой
резины. В криволинейных транспортерах фартуки служат для придания ленте
цилиндрической формы, а также для предотвращения осыпания грунта с ленты в
процессе транспортирования. В секционных транспортерах фартуки выполняют
только вторую функцию.
Экспериментально установлено, что наиболее вероятной
формой распределения грунта по поперечному сечению транспортерного желоба
является прямоугольная и трапецеидальная. Принимая поперечное сечение
грунтового потока в виде трапеции, Е. П. Ковалев выделяет в нем два участка в
зоне боковых щитков и фартуков с граничными поверхностями АВ и EF ( 3.3),
наклоненными к горизонту под углом внутреннего трения р. Эти участки
считаются неподвижными. Вероятный сдвиг грунта между этими участками и зоной
активного движения BCDE предполагается в пределах треугольников ABC и DEF.
Исследуя далее напряженное состояние в зоне возможного сдвига, Е. П. Ковалев
приходит к выводу, что сдвиг происходит по вертикальным плоскостям BG и ЕН.
При этом нормальные давления по площадкам, расположенным в этих плоскостях,
увеличиваются с ростом толщины слоя грунта.
Движение по наклонной секции будет отличаться от
рассмотренного выше начальными условиями и поправками на угол наклона а
секции к горизонту в движущих силах сопротивления. Если движущаяся грунтовая
частица в конце горизонтального участка достигнет скорости v=vu то ее
скорость в начале наклонного участка будет v 1 cos а. Для упрощения
пренебрегаем влиянием на характер движения переходного участка между двумя
секциями, который имеет цилиндрическую форму. Во всех случаях грунт поступает
на наклонную секцию со скоростью ниже скорости ленты vn.
Первой определяется движущая сила трения грунта о ленту, а
вторая является силой сопротивления этому движению. Сопротивление движению по
боковым граничным поверхностям элемента учитывается приведенным коэффициентом
трения.
Однако это состояние неустойчиво вследствие влияния
различных факторов (неоднородности грунта, динамических нагрузок и др.). Если
условие (3.18) не удовлетворяется, то скорость движения грунта вдоль
транспортера будет снижаться, а толщина слоя увеличиваться, что может
привести к его затовариванию и полной остановке. Если же это условие
удовлетворяется, то движение грунта получается ускоренным. Время и полный
путь разгона можно определить с помощью формул (3.16) и (3.17), если принять
v=vn. На коротких транспортерах этой скорости можно и не достигнуть. Это
свидетельствует о неполном использовании силы трения грунта о ленту.
Укажем теперь на некоторые особенности поведения грунта на
ленте транспортера, которые до сих пор игнорировались при изучении
взаимодействия грунта с лентой транспортера.
Если представить элемент грунта в виде отдельной глыбы, то
приложенные по ее нижней поверхности силы трения приведут к ее перекатыванию
в сторону, противоположную движению ленты. Характер этого движения может быть
изменен влиянием других элементов грунта. Подобная картина наблюдается при
работе ЭТР в неоднородных грунтах с каменистыми включениями, имеющими
округлые поверхности. Часто эти включения скатываются с наклонной части
транспортера, препятствуя движению грунта в сторону разгрузки.
Крупные глыбы, каменистые и другие включения нарушают организованный
поток грунта в зоне боковых щитков. Попадая в эту зону, они перекатываются
или застревают в ней, уменьшая поперечное сечение транспортерного желоба.
|