Канатно-ленточные конвейеры

А.Л.Гребенешников, Н.В.Паламарчук, ЗАО «Метсо Минералз СНГ»

В эпоху научно-технического прогресса и высоких технологий развитие современной цивилизации по-прежнему характеризуется высокой степенью потребления минерально-сырьевых ресурсов и прямой зависимостью от объемов их добычи. Энергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, производство минеральных удобрений и строительных материалов, а также ряд других отраслей, которые составляют основу экономики любой индустриально развитой страны, полностью основаны на извлекаемых из недр полезных ископаемых.

Увеличение промышленного производства во многих странах мира и быстрая индустриализация стран Юго-Восточной Азии, прежде всего Китая и Индии, подняли потребление минерально-сырьевых ресурсов на качественно новый уровень, когда дефицит сырья, возникший на рынке из-за стремительно нарастающего спроса, не способны предотвратить ни рост его стоимости, ни увеличение объемов добычи на уже разрабатываемых месторождениях. И хотя эти показатели на протяжении достаточно продолжительного времени из года в год достигают все новых и новых максимальных значений, тенденции в развитии глобальной экономики указывают на то, что рынок по-прежнему далек от насыщения.

В процессе истощения уже давно освоенных месторождений и сокращения разведанных легко извлекаемых запасов одной из первоочередных задач, стоящей перед горнодобывающей промышленностью, является поиск качественно новых методов хозяйствования, которые бы позволили обеспечить эффективность разработки месторождений в условиях смещения основных центров добычи в труднодоступные и неосвоенные районы планеты, где полностью отсутствуют не только мощности по переработке сырья, но и какая-либо транспортная инфраструктура. В связи с нахождением перспективных месторождений не-

редко на значительном удалении от существующих промышленных центров по переработке минерально-сырьевых ресурсов, транспортировка добытого сырья среди всех звеньев технологического процесса приобретает одно из важнейших значений. Во многих случаях именно с эффективностью этого процесса связана эффективность всего производства. Таким образом, для обеспечения конкурентоспособности добычи на новых месторождениях в технологический процесс должны быть внедрены самые современные достижения в области транспортировки материалов и мировой опыт, которые бы позволили существенно снизить затраты на транспортировку.

В настоящее время в горной промышленности наиболее широко распространены схемы транспортировки железнодорожным, автомобильным и конвейерным транспортом. По мере развития технического прогресса автомобильный и железнодорожный транспорт, на совершенствовании которых были сфокусированы все основные усилия, стали эффективными, надежными и экономичными в эксплуатации.

Развитие конвейерного транспорта шло значительно медленнее, казалось, что простейший принцип работы, лежащий в основе конвейерного транспорта, полностью исчерпал все свои ресурсы. Однако появление в середине прошлого века технологии канатно-ленточных конвейеров не только существенно расширило такие характеристики конвейерного транспорта как производительность, дальность транспортировки, экономичность, но и поставили его в один ряд с наивысшими техническими достижениями человечества.

Становление и развитие, а также опыт эксплуатации канатно-ленточных конвейеров незаслуженно оставались в нашей стране без внимания на протяжении почти пятидесяти лет, в то время как они заняли прочные позиции во многих странах.

В связи с весьма скудной информацией в русскоязычной литературе о канатно-ленточных конвейерах, основной целью данной статьи является краткое описание основополагающих принципов этого вида транспорта, описание его основных конструктивных особенностей, а также преимуществ перед остальными способами.

История становления канатно-ленточных конвейеров

Эпоха, в которую появились канатно-ленточные конвейеры, во многом напоминает настоящее время. В конце 1940-х гг. перед многими странами Западной Европы стояли задачи скорейшего восстановления экономики, разрушенной Второй мировой войной. Как и большинство Европейских стран, Великобритания испытывала острый дефицит энергоресурсов, прежде всего угля, так как основная масса электростанций использовала именно это топливо. Задачи, которые предстояло решить угольной промышленности Великобритании, состояли в разработке и внедрении новых видов конвейерного оборудования, в котором бы отсутствовали конструктивные ограничения на длину и производительность, присущие традиционным ленточным конвейерам из-за относительно небольшой предельной разрывной прочности ленты.

Новая технология, исключающая все основные недостатки, присущие традиционным ленточным конвейерам, и существенно расширяющая область их применения, была изобретена шотландским инженером Чарльзом Томпсоном. Первый конвейер, построенный на основе этой технологии и имеющий длину всего 719 м и производительность 132 т/час при высоте подъема 174 м, наглядно показал свои возможности и преимущества перед ленточными конвейерами и положил начало эпохе развития канатно-ленточных конвейеров.

В настоящее время канатно-ленточные конвейеры заняли достойное место среди самых грандиозных инженерных сооружений человечества, а три самых протяженных одно-ставных конвейера занесены в книгу рекордов Гиннеса.

Конструктивные особенности

При первом беглом знакомстве с конструкцией канатно-ленточного конвейера его основные технические особенности не сразу бросаются в глаза. Как и традиционные ленточные конвейеры, он состоит из тех же основных элементов и узлов, таких как лента, барабаны, роликоопоры, приводной механизм, металлоконструкции става и т.д. Однако, несмотря на кажущееся сходство, принцип работы обоих видов конвейеров существенно отличается друг от друга. Главное отличие заключается в том, что в конструкции ка-натно-ленточного конвейера присутствует, помимо вышеперечисленных основных узлов, приводной канат. Посредством приводного каната и реализуется уникальный принцип канатно-ленточной технологии, основанный на разделении транспортной и тяговой функций в конвейере между лентой и приводными канатами соответственно.

На рис. 1 показано сечение магистральной части конвейера и наглядно проиллюстрирован основной принцип работы канатно-ленточного конвейера. Как видно из рис. 1, два приводных каната, к которым приложено создаваемое приводным механизмом тяговое усилие, движутся вдоль всей длины конвейера по роликоопорам, каждая из которых имеет форму шкива. Лента, имеющая с каждой стороны своей поверхности по два M-образных профиля с помощью двух из которых прочно удерживается на приводных канатах и выполняет только транспортную функцию.

Приводные канаты

Основным ограничением на дальность и производительность всех транспортных систем и механизмов, действующих по принципу передачи приводного усилия посредством тягового органа, является его разрывная прочность.

В традиционных ленточных конвейерах роль такого тягового органа выполняет сама лента, которая одновременно должна обладать и необходимой прочностью, и эластичностью. Единственной возможностью дальнейшего совершенствования таких лент является создание новых лент, которые были бы одновременно и высокопрочными и достаточно эластичными, и при этом оставаться экономически целесообразными.

Тяговым органом канатно-ленточного конвейера являются два замкнутых (бесконечных) каната, которые несут и приводят в движение ленту с транспортируемым материалом.

Современный приводной канат, используемый на канатно-ленточных конвейерах, имеет сложную структуру и представляет собой комбинацию металло-троссовых прядей с сердечником и высокомолекулярного пластика, обволакивающего их. На рис. 2 представлено сечение приводного каната марки Zebra, который пришел на cмену предыдущим поколениям канатов, таких как Triton и Dyform. В зависимости от условий эксплуатации конвейер может быть оснащен канатами диаметром от 30 до 60 мм.

Лента, с помощью М-образных профилей прочно удерживаемая приводными канатами, совершает плавное движение вдоль всей магистральной части конвейера без каких-либо волнообразных движений, свойственных традиционным ленточным конвейерам. В районе секции разгрузки приводные канаты выводятся из под ленты, (которая на коротком отрезке движется по роликоопорам подобно традиционному конвейеру), проходят через приводные шкивы и снова заводятся под ленту обратной ветви.

Использование канатов в качестве тягового органа дает канатно-ленточным конвейерам следующие неоспоримые преимущества перед традиционными ленточными конвейерами:

-    высокая разрывная прочность приводных канатов позволяет строить одноставные конвейера длиной до нескольких десятков километров и исключающих точки перегрузки по всей длине транспортировки;

-    благодаря приводным канатам лента совершает плавное движение, которое практически полностью исключает любые просыпи вдоль всей линии транспортировки;

-    отсутствие волнообразного движения ленты по ролико-опорам значительно уменьшает их трение между собой, что значительно сокращает износ ленты и энергопотребление.

Так как приводные канаты обеспечивают надежную поддержку ленте, то расстояние между магистральными роли-коопорами канатно-ленточного конвейера может достигать 10-15 м, что в 2-4 раза сокращает количество вращающихся частей, а также общую массу металлоконструкций магистральной части.

Лента конвейера

В отличие от традиционных ленточных конвейеров лента канатно-ленточного конвейера выполняет только транспортную функцию и не испытывает на себе воздействие тяговых нагрузок со стороны приводов. Концепция разделения тяговой и транспортной функции позволяет придать ленте канатно-ленточного конвейера свойства совершенно отличные от свойств традиционных лент. Единственным сходством обеих лент является только их внутреннее строение, представляющее собой слоистую структуру, которая состоит из двух обкладок (рабочей и нерабочей), между которыми находится слой материала, придающий лентам требуемые свойства.

Конструкция ленты канатно-ленточного конвейера имеет поперечное армирование и эластичность в продольном направлении, что позволяет ленте легко вписываться в повороты с малыми радиусами (до 400 метров). Поперечная

жесткость достигается использованием специального композитного материала Fleximat, представляющего собой поперечный стальной корд, переплетенный в продольном направлении (рис. 3).

Два непрерывных М-образных профиля отформованы в продольном направлении вдоль каждого края ленты для захвата приводных канатов. Груженая ветвь ленты опирается на профили, расположенные несколько ближе к продольной оси ленты для обеспечения надежной опоры на приводные канаты. Холостая ветвь опирается на профили, расположенные по краям обратной стороны ленты (см. рис. 1).

Верхняя и нижняя обкладки ленты изготавливаются из резиновых смесей в соответствии с условиями эксплуатации и окружающей среды. Так как лента не испытывает больших разрывных нагрузок, то для сращивания концов ленты (стыковки) применяются простые механические скобяные крепления, упрощающие монтаж и техническое обслуживание ленты.

Особая конструкция ленты открывает перед канатно-ленточными конвейерами следующие возможности:

-    эластичность в продольном направлении позволяет ленте выполнять повороты в горизонтальной плоскости с минимальными радиусами изгиба (около 400 м);

-    при осуществлении поворота с малым радиусом изгиба оба края ленты остаются на одном уровне, т.е. эффективное сечение ленты не изменяется;

-    отсутствие тяговых нагрузок, прикладываемых к ленте, полностью исключает возможность ее разрыва, увеличивая срок ее службы до 15 и более лет;

-    поперечная жесткость ленты исключает какие-либо существенные продольные порезы ленты;

-    поперечная жесткость и отсутствие тяговых нагрузок на ленте позволяет использовать для стыковки ленты простое механическое скобяное крепление.

Роликоопоры

Одним из самых ответственных элементов любого конвейера являются роликоопоры. На рис. 4 представлен общий вид роликоопоры поворотного участка (магистрального шкива) в сборе, которыми оснащается канатно-ленточный конвейер. Магистральный шкив является разборным и внутренняя часть его футерована сменной полиуретановой футеровкой. Используемые подшипники смазаны на весь срок эксплуатации и не требуют дополнительной смазки в процессе эксплуатации.

Конструкция роликоопор обеспечивает надежное движение каната по ним, а простота их конструкции позволяет легко и быстро осуществлять замену магистрального шкива. При этом сменная футеровка позволяет возвращать в строй значительную часть магистральных шкивов, снижая стоимость техобслуживания конвейера.

Промежуточные приводы

На любом участке канатно-ленточного конвейере лента и приводные канаты могут быть разъединены друг от друга, например, для того, чтобы установить промежуточный привод (рис. 5). Это позволяет в случае необходимости равномерно распределять по длине конвейера требуемую установленную мощность, тем самым снижая максимальные нагрузки в приводных канатах, что, в свою очередь, позволяет использовать приводные канаты меньшего диаметра.

Установка промежуточных приводов на канатно-ленточ-ном конвейере позволяет: - повысить надежность конвейера, т.к. при выходе из строя одной приводной станции канатно-ленточный конвейер по прежнему остается работоспособным хотя и с более низкой производительностью; - снизить мощность отдельных приводов, используя электрооборудование меньшей номинальной мощностью, что может оказаться определяющим фактором в условиях угольных шахт высокой категории опасности.

За историю существования ленточных конвейеров было предпринято немало попыток внести усовершенствования в эту достаточно простую конструкцию. Однако ни одна из них не получила широкого распространения и по своим техническим характеристикам так и не смогла приблизиться к канатно-ленточными конвейерам.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Andrew Lewis, А.Л. Гребенешников. Транспортирование насыпных материалов конвейерами большой протяженности, «Горная Промышленность», №5,2003. 3. Bert Langley. The Way Ahead - With Cable Belt, Colliery Guardian, февраль 1987

Журнал "Горная Промышленность" №4 2006