Influence of reinforcement cross-section shape in composite tractive elements on compressive and shear resistance of elastomer shell
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/83.145Keywords:
composite, construction, tractive element, rope, belt, stay rope, reinforcement, elastomeric shell, cross-section, compression, shear, rigidity, mathematical model, numerical modeling, stress-strain stateAbstract
Purpose. Establish the dependency of elastomeric shell rigidity of the layer located between the reinforcement (cables) of a composite tractive element (rope) on the shape of their cross-section. Research methodology. Numerical solution of a mathematical model of stress-strain state of an elastomeric shell of a composite tractive element using the finite volume method with the application of CAD tools. Findings. Parameters of stress-strain state of an elastomeric shell located between the reinforcement (cables) of a composite tractive element are determined depending on the shape of their cross-section. Rigidity parameters of rubber interlayer under compression during cable convergence and mutual displacement of cables along the rope axis are obtained. It is established thatshear rigidity of elastomer interlayer influences the distribution of forces and displacements of cables in a rope. The change of distribution occurs along the rope length. At the same time, adopting a conventional (simplified – circular) shape of the cable cross-section leads to obtaining overestimated values. Under compression, the rigidity overestimation at small cable spacing reaches up to 2.5, and under shear – 1.3. Scientific novelty. The dependencies of influence of rigidity of the elastomeric shell layer of the composite tractive element on its stress-strain state is established, taking into account the cross-section shape of the reinforcement. Identical displacements of cables and distributions of their tensile forces in two types of ropes with the same mechanical and geometric parameters, except for shear rigidity, differ proportionally to the ratio of a square root of shear rigidity of the rubber interlayer. Practical significance. The established influence of a reinforcing cable cross-sectional shape on shear and compressive rigidity of the elastomeric shell of the rope should be taken into account in the design of composite tractive-carrying elements as one of the specific operating conditions in hoisting and transporting installations and permanent structures.References
1. Колосов, Д. Л. (Наук. кер.). (2017). Теоретико-прикладні основи створення енергоефективних та екологічно безпечних систем глибоководного підйому корисних копалин (Заключний звіт НДР, № держреєстрації 0116U004622). Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет».
2. Болотін, В. В., & Новичков, Ю. М. (1980). Механіка багатошарових конструкцій . Машинобудування.
3. Болотін, В.В. (1984). Прогнозування ресурсу машин і конструкцій . Машинобудування.
4. Бельмас, І. В., Колосов, Д. Л., & Колосов, А. Л. (2014). Дослідження напружено-деформованого стану гумотросового каната на ділянці переходу до трубчастої форми. Вісник ПНІПУ. Геологія. Нафтогазова та гірнича справа , (12), 48–55.
5. Бельмас, І. В., Сабурова, І. Т., & Задорожна, І. М. (2008). Попередження руйнування тягового органу крутопохилого підіймача. У Збірник наукових праць Керченського морського технологічного інституту. Механізація виробничих процесів рибного господарства, промислових та аграрних підприємств (Вип. 9, с. 132–136).
6. Блохін, С. Є., Колосов, Д. Л., & Колосов, А. Л. (2009). Напружено-деформований стан плоского гумотросового тягового органа на барабані. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна , (30), 88–91.
7. Білоус, О. І., & Колосов, Д. Л. (2010). Напружений стан гумової оболонки каната на барабані конвеєра подачі шихти в доменну піч. Металургійна та гірничорудна промисловість , (4(262)), 113–114.
8. Колосов, Д. Л., Білоус, О. І., & Танцура, Г. І. (2012). Модель та визначення напружено-деформованого стану гумотросового каната, стиснутого жорсткими плоскими плитами. У Збірник наукових праць Керченського державного морського технологічного університету та Дніпродзержинського державного технічного університету (13), 64–68.
9. Бельмас, І. В., Колосов, Д. Л., & Білоус, О. І. (2006). Динамічний вплив руйнування троса плоского гумотросового тягового органа. У Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету (Технічні науки). Машинобудування. Механіка , 146–150.
10. Колосов, Д. Л., Білоус, О. І., & Танцура, Г. І. (2009). Вплив пориву троса на міцність гумотросового тягового органа ступінчастої конструкції. У Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету (Технічні науки). Машинобудування. Механіка , (1(11)), 86–89.
11. Kolosov, D., Dolgov, O., & Kolosov, A. (2013). The stress-strain state of the belt on a drum under compression by flat plates. In Annual Scientific-Technical Collection: Mining of Mineral Deposits (pp. 351–357). CRC Press Taylor & Francis Group.
12. Блохін, С. Є., Колосов, Д. Л., & Танцура, А. І. (2005). Математична модель напружено-деформованого стану гумотросового гнучкого тягового органа з пошкодженнями тросової основи. У Форум гірників: матеріали міжнародної конференції (Т. 1, с. 111–115). Національний гірничий університет.
13. Блохін, С. Є., Колосов, Д. Л., & Танцура, А. І. (2007). Визначення допустимих пошкоджень тросової основи гумотросового головного каната шахтної підйомної машини зі шківом тертя. У Форум гірників: матеріали міжнародної конференції (Ч. 3, с. 32–35). Національний гірничий університет.
14. Бельмас, І. В., Колосов, Д. Л., Танцура, Г. І., & Конох, Ю. В. (2008). Напружений стан ступінчастого каната з пошкодженим тросом. У Форум гірників: матеріали міжнародної конференції (Ч. 3, с. 183–186). Національний гірничий університет.
15. Zabolotny, K., & Panchenko, E. (2010). Definition of rating loading in spires of multilayer winding of rubber rope cable. In New Techniques and Technologies in Mining (pp. 223–229). CRC Press Taylor & Francis Group.
16. Заболотний, К. С., Панченко, Є. В., & Жупієв, А. Л. (2011). Теорія багатошарової навивки гумотросового каната . Національний гірничий університет.
17. Zajczenko, W. (2013). Wpływ parametrów liny wyrównawczej płaskiej stalowo-gumowej na naprężenia i odkształcenia w powłoce gumowej na bębnie zawieszenia. In Bezpieczeństwo pracy urządzeń transportowych w górnictwie: Materiały na konferencję (pp. 1–17).
18. Колосов, Д. Л., Онищенко, С. В., Білоус, О. І., & Танцура, Г. І. (2020). Дослідження напруженого стану оболонки композитного тягового органа від дії дотичного навантаження. Гірнича електромеханіка та автоматика (технічні науки) , (103), 67–73.
19. Belmas, I., Kogut, P., Kolosov, D., Samusia, V., & Onyshchenko, S. (2019). Rigidity of elastic shell of rubber-cable belt during displacement of cables relatively to drum. E3S Web of Conferences, 109 , 00005. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900005
20. Belmas, I. V., Kolosov, D. L., Kolosov, A. L., & Onyshchenko, S. V. (2018). Stress-strain state of rubber-cable tractive element of tubular shape. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu , 2, 60–69. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-2/5
21. Колосов, Д. Л. (2015). Розвиток теорії шахтних підйомних установок з головними гумотросовими канатами (Докторська дисертація, спеціальність 05.05.06). Національний гірничий університет.
22. Дарія-Заде, С. (2013). Чисельна методика визначення ефективних характеристик односпрямовано армованих композитів. Вісник Національного технічного університету «ХПІ» , (58), 71–77.
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
