Подробная информация об области применения [1, c.9] и характеристиках условий работы [1, c.15] ленточных конвейеров приводится в источнике [1].

Ленточные конвейеры широко применяются во многих областях: в производстве нерудных строительных материалов для транспортировки гравия и щебня, на открытых горных разработках для транспортировки полезных ископаемых от добывающих механизмов до мест переработки горной массы, на металлургических предприятиях, на машиностроительных предприятиях,  на тепловых электростанциях,  в гидростроительстве, в химической и  целлюлозно-бумажной промышленности.

Привод ленточного конвейера может включать в себя:  электродвигатель, зубчатый редуктор, цепную передачу, клиноременную передачу,  муфты, тормоза, приводной барабан, аппаратуру управления. Движущая сила ленте передается с помощью фрикционной передачи при огибании ею приводного барабана [1, с.163].

Таким образом, передача мощности от электродвигателя к приводному барабану может осуществляться по различным схемам, например:

Схема 1: электродвигатель, зубчатый редуктор, барабан.

Схема 2: электродвигатель, клиноременная передача, зубчатый редуктор.

Схема 3: электродвигатель, зубчатый редуктор, цепная передача.

На выбор схемы привода оказывает влияние большое число факторов в том числе: область применения и назначения конвейера, требуемая мощность, предпочтения заказчика, требования правил в области промышленной безопасности и т.д.

В заданиях на курсовой проект по дисциплине «Прикладная механика» для студентов направления «Горное дело»  используются все перечисленные выше схемы приводов с целью увеличения числа вариантов заданий.

В частности, в задании на курсовой проект для студентов «Горное дело -17» была выбрана схема привода, который включает в себя:  электродвигатель, клиноременную передачу, одноступенчатый зубчатый редуктор с цилиндрическими зубчатыми косозубыми колесами, приводной барабан.

При выполнении курсового проекта у студентов не возникает проблем с проектным и проверочным расчетами зубчатого редуктора.

А вот с расчетом клиноременной передачи возникла проблема, которую студенты самостоятельно не смогли решить.

Проектный расчет клиноременной передачи заключается в определении  тяговой способности, то есть способности ремня передавать заданную нагрузку без буксования. В результате рассчитывают целый ряд параметров передачи: диаметры шкивов, межосевое расстояние, длину ремня, угол обхвата, число ремней, натяжение ветвей ремня, нагрузку на вал шкива. Эти расчеты проводятся по известным формулам согласно: [2, 3, 4] и в данной статье не рассматриваются.

А проверочный расчет клиноременной передачи на долговечность (ресурс) вызвал у студентов затруднения.           Студенты попытались найти учебные пособия с простой и понятной методикой расчета долговечности клиноременной передачи, но оказалось, что таких пособий нет.

Например, в пособии [5, с.4] отмечается, что методические указания пригодны для студентов, выполняющих курсовой проект в течение одного семестра одновременно с прохождением лекционного курса. К сожалению, в данном пособии отсутствует проверочный расчет клиноременной передачи на долговечность.

В пособии [6, с.2], для расчета ременных передач применяется система автоматизированного расчета и проектирования машин и механизмов АРМ WinMachine   V8.1 (модуль APM Drive).     В пособии приводится формула для определения расчетной долговечности ремня, но ее вид и численные значения, входящих в нее параметров, значительно отличается от формул определения  долговечности ремней, приведенных в  учебных пособиях [7] и [8].

Численные значения долговечности клиновых ремней, рассчитанных по рекомендациям  пособий: [6, 7, 8], отличаются между собой на 2 порядка!

Как студенты  поступают в этом случае?

1. Самые дотошные студенты пытаются разобраться самостоятельно, но в итоге просят преподавателя сообщить им «верную» формулу для расчета долговечности клиноременной передачи,

2. Другая группа студентов видит, что в разных пособиях численные значения одних и тех же параметров, входящих в формулу определения долговечности ремня, значительно отличаются друг от друга, и просто подгоняют ответ под рекомендуемые значения.

3. Третья группа студентов, столкнувшись с трудностями расчета долговечности клиновой передачи, игнорирует этот расчет полностью.

Преподаватель обратился ко всему потоку направления «Горное дело»  (6 групп) с предложением: «Может ли кто-то  разработать простую, доступную и понятную методику расчета долговечности клиноременной передачи?». И такие два  студента нашлись!!! Это студент группы ГО-17 Степанов Степан Викторович и студентка группы ГГ-17 Мартышенко Анастасия Игоревна.

Необходимость разработки  простой, доступной и понятной для студентов методики расчета долговечности клиноременной передачи преподаватель попытался объяснить следующими факторами:

1.       Если определять долговечность (ресурс) клиноременной передачи по широко известной методике [7], то расчетный ресурс будет меньше «Гарантийной наработки ремней» по «ГОСТ 1284.2-89 Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Технические условия».

2.       Если определять   долговечность  клиноременной передачи по таким методикам, как [6] и им подобным, то расчетная величина ресурса превысит рекомендуемые заводами-изготовителями значения «Ресурса ремней в эксплуатации» в 2-3 раза и не будет соответствовать реальным ресурсам, наблюдаемым в эксплуатации.

3.       Не каждый студент может воспользоваться такой  «серьезной» литературой как: [9], [10].  В отличие от совсем недавнего прошлого, студенты направления «Горное дело» изучают курс «Прикладная механика», включающего дисциплины «Теория механизмов и машин» и «Детали машин» в течение ОДНОГО СЕМЕСТРА, выполняя при этом и курсовой проект.

4.       Но это еще не все трудности: у студентов направления «Горное дело», выполняющих курсовой проект по дисциплине «Детали машин», исключили такую дисциплину, как «Сопротивление материалов»!!! Получается, что при расчете деталей машин студенты  не знают: что такое напряжение, что такое предельное и допустимое напряжение и т.д.

5.       В настоящее время еще не разработан точный метод расчета клиновых ремней на долговечность. Однако ученые и инженеры-практики заметили определенные зависимости между ресурсом клиновых ремней и факторами, которые характеризуют: конструктивные особенности передачи, условия ее эксплуатации, характер технического обслуживания и т.д.: [11], [12]. Учет этих особенностей  позволил  вывести эмпирические зависимости, позволяющие с достаточной степенью точности рассчитать ресурс клиноременной передачи, в частности для привода механических прессов, режим работы которых относится к тяжелому режиму.

Используя уже известные эмпирические зависимости расчета ресурса клиновых ремней механических прессов, а также экспериментальные данные фактического ресурса ремней, полученные при эксплуатации приводов ленточных конвейеров в других областях промышленности с легким и средним режимами работы, авторы разработали и рекомендуют к использованию следующую методику проверочного расчета клиноременной передачи на долговечность.

Методика проверочного расчета клиноременной передачи ленточных конвейеров на долговечность. 

1.       При проектном расчете рекомендуется, если есть такая возможность,  выбирать большее значение диаметра ведущего шкива, ограничивая  выбор диаметра шкива  скоростью ремня не более 30 м/сек.

2.       При проектном расчете рекомендуется выбирать из стандартного ряда длину ремня, которая обеспечит частоту пробега ремня не более 10 сек-1. Частота пробега ремня определяется как частное от деления скорости ремня на длину ремня.

3.       В этом случае формула «Степанова», учитывающая конструктивные параметры передачи,  для  определения ресурса клинового ремня принимает вид:

Nчас = 1,9·10⁵ ·Lр / n·d,

где:

Nчас – долговечность (ресурс) клинового ремня в часах работы,

Lр  – стандартная длина ремня, мм.,

n – частота вращения ведущего шкива, об./мин.,

d – стандартный диаметр ведущего шкива, мм.

4.       Ресурс клинового ремня можно также определить и по формуле «Мартышенко», которая учитывает мощностные характеристики передачи:

Nчас = 240·Lр / ³√ n²· ³√P,

где:

Nчас – долговечность (ресурс) клинового ремня в часах работы,

Lр – стандартная длина ремня, мм.,

³√ – знак корень кубический,

n²  – частота вращения ведущего шкива, об./мин., в квадрате,

P – мощность на ведущем шкиву, кВт.

5. При курсовом проектировании студенты самостоятельно выбирают одну формулу из двух предлагаемых, по которой будут рассчитывать ресурс клиноременной передачи.

6. Полученные расчетные значения ресурса студент обязан сравнить с данными, приведенными в источнике [3, таблица 15, Приложение 3]: согласно «ГОСТ 1284.2-89 Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Технические условия», ресурс ремня не должен быть меньше 1500 часов (для районов с холодным климатом) и 2000 часов (для всех остальных районов эксплуатации), при заводской гарантии 500 часов. В  случае, если расчетные данные получатся меньше рекомендованных, студент обязан вернуться к проектному расчету и провести корректировку выбранных параметров клиноременной передачи.

Выводы:

1.       Рекомендуемая методика расчета долговечности клиноременной передачи хорошо  согласуется с фактическими данными ресурса клиновых передач приводов ленточных конвейеров для легких и средних режимов работы для всех районов эксплуатации Иркутской области.

2.       Рекомендуемая методика расчета долговечности клиноременной передачи позволит преподавателю, который руководит курсовым проектированием в группах студентов направления «Горное дело», однозначно оценить и сравнить качество спроектированной клиноременной передачи у большого числа студентов.

3.       Рекомендуемая методика расчета долговечности клиноременной передачи позволит инженерам-практикам оценить качество эксплуатации и технического обслуживания клиноременных передач в реальных условиях работы, сравнивая фактический ресурс с расчетным: если фактический ресурс клиноременной передачи будет выше расчетного, то, эксплуатация и техническое обслуживание оценивается на «хорошо».

4.       Данная работа будет продолжена путем сбора дополнительной информации о фактической долговечности клиноременных передач,  с целью  уточнения  эмпирической зависимости для  расчета долговечности.