Учебное пособие

О. С. Горфин, Фомин К. В.

КОНВЕЙЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ

Учебное пособие

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150400 «Технологические машины», специальности 150403 «Технологические машины и оборудование для разработки торфяных месторождений»

Тверь 2008

ВВЕДЕНИЕ

Машины непрерывного транспорта наиболее многочисленны среди оборудования торфоперерабатывающих заводов [6, 7]. Они используются не только для перемещения грузов по территории предприятия, но явля­ются распределительными и накопительными установками, позволяют решать вопросы механизации и автоматизации производственных про­цессов, повышать производительность труда и эффективность произ­водства. В торфяных машинах также применяются различные механизмы непрерывного транспорта, которые часто используются в качестве основного рабочего органа и наряду с транспортированием выполняют рабочие операции, соответствующие основному назначению машины [9].

В учебном пособии рассмотрены вопросы общей теории транспортирующих машин и конструкции основных типов машин непрерывного транспорта, наиболее широко используемых на предприятиях перера­ботки торфа и в машинах по добыче торфа.

В первой главе учебного пособия рассмотрены физико-механические свойства транспортируемых грузов и методы их определения.

Во второй представлены элементы конвейеров с гибким тяговым элементом их устройство, типы и принципы расчета.

Третья глава посвящена теоретическим основам расчета конвейеров. Рассмотрены методы определение производительности машин, мощности привода и коэффициента сопротивления движению, а также динамики цепных конвейеров.

В четвертой главе представлены транспортирующие машины с гибким тяговым элементом – ленточные, пластинчатые, скребковые конвейеры и ковшевые элеваторы. Рассмотрена их конструкция, применение, достоинства и недостатки, даны методы определения производительности, тягового расчета конвейеров и мощности привода.

В пятой главе рассмотрена конструкция, применение, достоинства и недостатки винтовых конвейеров. Представлены методы определения производительности и мощности привода, а также силового расчета.

Во втором издании все главы учебного пособия обновлены и расширены применительно к программы курса «Конвейерный транспорт» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150400 «Технологические машины», специальности 150403 «Технологические машины и оборудование для разработки торфяных месторождений». Добавлен раздел, посвященный ковшевым элеваторам, которые нашли широкое применение в торфяных машинах и оборудовании. Рассмотрены их конструктивные особенности и методы расчета. Также во второе издание включено значительное количество справочного материала по конструктивным элементам конвейерного транспорта. Эти данные будут полезны при выполнении курсовых и дипломных проектов студентами.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

a, a_max – размер соответственно типичного и максимального кусков

груза, мм;

a_k – расстояние между ковшами элеватора, м;

B – ширина грузонесущего органа, м;

F – площадь поперечного сечения материала на грузонесущем органе,

м²;

f_вн, f – коэффициенты трения, соответственно внутреннего и внешнего;

g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

H – высота подъема груза, м;

i₀ – емкость ковшей элеватора, л;

i_n – число прокладок конвейерной ленты;

L, L_Г – длина конвейера полная и по горизонтали, м;

l^/, l^// – расстояние между роликоопорами соответственно грузовой и

порожней ветвей ленточного конвейера, м;

N – мощность двигателя, кВт;

n – частота вращения, с^-1;

Q, V – производительность конвейера соответственно в единицах
массы и объем, т/ч и м³/ч;

q_гр – масса груза, находящегося на 1 м грузонесущего органа, кг/м;

q₀ – масса 1 м движущихся частей конвейера, кг/м;

S_max, S_i – максимальное натяжение тягового органа конвейера в i -й
точке контура, Н;

t_ц – шаг цепи;

υ – скорость движения, м/с;

W – сопротивление движению, Н;

W₀ – тяговое усилие на приводном органе, Н;

w – коэффициент сопротивления движению;

β – угол наклона конвейера;

ε– коэффициент бокового давления;

η _пр – кпд приводного механизма;

μ– коэффициент трения (сцепления) между лентой и приводным
барабаном;

ρ – насыпная плотность материала, т/м³;

φ, φ _д – углы естественного откоса соответственно в покое и движении;

р_в, р_бок – соответственно вертикальное и боковое давление, Н/м²;

ω – угловая скорость приводного органа, рад/с;

ψ – коэффициент использования объема (площади поперечного
сечения) грузонесущего органа.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.Классификация и направления развития

Все транспортирующие машины подразделяются на две группы: ма­шины непрерывного и периодического транспорта, отличающиеся тем, что в машинах первой группы происходит непрерывное перемещение гру­за в заданном направлении, а машины второй группы имеют раздельные рабочий (с грузом) и холостой (порожний) ходы. Благодаря совмещению рабочего и холостого ходов машины первой группы имеют более высо­кую производительность.

По способу передачи перемещаемо­му грузу движущей силы транспортирующие машины подразделяются на машины с механи­ческим приводом, – конвейеры; самотечные устройства, в которых груз перемещается под действием силы тяжести, – транспортирующие трубы, а также устройства пневматического и гидравлического транспорта (рис. 1) [1, 4].

Отдельную группу представляют машины для транс­портирования раскаленного жидкого металла под действием электроди­намических сил бегущего электромагнитного поля и конвейеры для пе­ремещения ферромагнитных грузов в бегущем магнитном поле.

Конвейеры, в свою очередь, подразделяются на два вида: имеющие тяговый элемент и без него.

В конвейерах первого вида происходит совместное перемещение груза с тяговым элементом. При этом груз может волочиться по не­подвижному желобу прикрепленными к тяговому элементу скребками – скребковые конвейеры; передвигаться на тележках или собственных колесах – тележечные, грузоведущие конвейеры, или располагаться непосредственно на тяговом элементе, являющемся также грузонесущим органом. На грузонесущем органе материал может находиться в виде сплошного потока – ленточные, пластинча­тые конвейеры, или отдельными порциями – ковшовые элеваторы и подвесные конвейеры.

В конвейерах без тягового элемента поступательное перемеще­ние материала происходит при вращательном (винтовые, роликовые) или колебательном (качающиеся) движении рабочих элементов машины. Основными направлениями развития транспортирующих машин яв­ляются: повышение производительности труда и снижение стоимости при перемещении груза, улучшение условий труда производственных рабочих.

Задачу повышения производительности труда можно решать путем увеличения производительности отдельных машин за счет увеличения скорости транспортирования и выбора более рациональной формы грузонесущего органа, роста коэффициента использования рабочего вре­мени при создании более надежных устройств, снижении времени об­служивания и ремонта, уменьшении количества обслуживающего пер­сонала, а также путем автоматизации погрузочно-разгрузочных работ. Повышение эффективности использования транспортирующих машин, снижение стоимости перемещения груза происходит при создании кон­вейеров большой длины, то есть при замене нескольких последова­тельно установленных устройств одной более длинной машиной.

Этому способствует также снижение металлоемкости, стоимости груза, уни­фикация используемого оборудования и, как следствие, уменьшение ко­личества запасных частей.

Условия труда обслуживающего персонала улучшаются при исполь­зовании герметичного транспорта для перемещения пылящих, газирую­щих грузов, при снижении шума и вибрации работающих машин.

1.2. Основы выбора типа транспортирующих машин

Для перемещения материала по технологической линии торфопере-рабатывающего предприятия используются транспортирующие установки разных типов. Для подъема материала с нижнего на верхний этаж применяют ленточный конвейер 4, ковшовый элеватор 11 или для этой же цели в сушилке – пневмотранспортер (рис.2) [7]. Материал распределяется по однотипным машинам с по­мощью ленточного 6, винтового 9 и скребкового 19 конвейеров. Торф из бункерной сырья в подготовительное отделение завода подается ленточным конвейером 4, из подготовительного в сушильное отделение – винтовым питателем, а из последнего в прессовое отделение – скреб­ковым конвейером 18. Такое разнообразие транспортирующих средств для решения одних и тех же транспортных задач обусловлено рядом требований.

Выбранная транспортирующая машина должна отвечать совокупно­сти технических факторов, требованиям техники безопасности и обес­печивать минимальные затраты на перемещение грузов. При этом необ­ходимо учитывать возможности дальнейшего расширения производства и вопросы унификации применяемого оборудования с целью сокращения количества запасных частей.

Условия работы конвейеров в торфяных машинах чрезвычайно разнообразны, они имеют свои особенности. Почти все торфяные машины являются подвижными, следовательно, они должны иметь сравнительно небольшие габариты и массу.

Во многих торфяных машинах в технологическую цепь включают последовательно несколько конвейеров. При этом для предохранения от перегрузок последующий конвейер должен иметь производительность на 1-15% выше предыдущего [9].

К техническим факторам выбора типа транспортирующей машины относятся: физико-механические свойства груза, потребная произво­дительность машины, направление, длина и конфигурация трассы пере­мещения груза, способ загрузки и разгрузки, а также возможность совмещения транспортирования материала с технологическими операци­ями.

Физико-механические свойства материала во многом предопреде­ляют выбор типа транспортирующей машины. Так, для перемещения влажного фрезерного торфа можно использовать ленточный конвейер, а для высушенного, как и для других пылящих грузов, необхо­дим герметичный транспорт. Именно поэтому для подачи сушенки в прессовое отделение (рис. 2) установлен скребковый конвейер.

Для предотвращения измельчения грузов, качество которых от этого ухудшается, следует использовать конвейеры, обеспечивающие их сохранность. Например, склад готовой продукции на торфобрикетном заводе (ТБЗ) загружа­ется с помощью системы ленточных конвейеров, на которых скорость движения ленты уменьшена.

Кроме этого, рассматривая влияния данного фактора на выбор транспортирующей машины, необходимо учитывать, что не все конвейеры можно использовать для транспорта вязких и липких материалов. Для таких грузов не рекомендуются винтовые и вибрационные конвейеры.

От производительности машины зависит количество типов конвейеров. Так, для возврата отсева сырья на пов­торную переработку в подготовительном отделении ТБ3 установлен компактный ковшовый элеватор. Применить такую машину для подачи всего потока фрезерного торфа, поступающего в цех, не представляется возможным из-за ограниченной производительности. По­этому для этой цели в специальной галерее установлен более длинный ленточный конвейер, который обеспечивает необходимый грузопоток.

Направление, длина и конфигурация трассы перемещения груза учитываются при выборе типа транспортирующей машину. Выбирают машину, которая обеспечивала бы перемещение ма­териала на всю необходимую длину без промежуточных перегрузок в местах изменения направления движения. В связи с этим при больших расстояниях ленточный конвейер имеет преимущества по сравнению с винтовым и скребковым конвейерами. Он также позволяет изменять на­правление движения в вертикальной плоскости, в то время как, на­пример, винтовой конвейер имеет прямолинейную трассу.

Способ загрузки и разгрузки накладывает дополнительные огра­ничения на возможность использования некоторых транспортирующих машин. Так, в нижней части приемных бункеров ТБЗ устанавливают пластинчатые конвейеры, прочность которых позволяет производить разгрузку вагонов, при которой материал на конвейер падает с боль­шой высоты. Но такие конвейеры нельзя разгружать в промежуточных точках трассы. В качестве распределительных наиболее часто приме­няют винтовые, скребковые, реже ленточные конвейеры (рис. 2).

Совмещение транспорта груза с технологическими операциями яв­ляется одним из главных требований при выборе транспортирующей ма­шины. Именно благодаря этому требованию широкое применение находят вибрационные конвейеры, которые дают возможность совместно с пере­мещением производить сушку материала (вибросушилки) или его класси­фикацию (виброгрохот). Пневмотранспорт также успешно совмещается с сушкой материала (в корпусах сушильных установок) и классификацией (пневмосепараторы). Пневмотранспорт позволяет так же легко выделять материал из потока воздуха в циклонах.

Окончательно выбирают транспортирующую машину на ос­новании технико-экономических расчетов по соответствующим методикам и прейскурантам.

1.3. Характеристика транспортируемых грузов

Транспортируемые грузы подразделяются на штучные и насыпные. Насыпные грузы перемещаются навалом и характеризуются размерами и формой частиц, плотностью, влажностью, углом естественного откоса и коэффициентами внутреннего и внешнего трения.

Насыпные грузы содержат куски разных размеров и подразделяют­ся на сортированные (однородные по размерам) и несортированные (рядовые).

Для рядовых грузов a_max/a_min > 2,5, для сортированных a_max/a_min ≤ 2,5, где a_{max ,} a_min – размеры максимальных и минимальных кусков, мм.

Сортированные грузы характеризуются размером типичного куска a:

,

а рядовые – размером максимального куска a = a_max при условии, что количество их по массе составляет > 10%, в против­ном случае a = 0,8a_max.

Наименование грузов	Размер типичных кусков а, мм
минималь­ный	максимальный
Кусковые: особо крупно­кусковые крупнокусковые среднекусковые мелкокусковые Зернистые: крупнозернисгые мелкозернистые Порошкообразные Пылевидные	0,5 0,05 -	-   0,5 0,05

Таблица 1 По крупности частиц насыпные грузы подразделяются на катего­рии (табл. 1).

Плотностью ρ (т/м³) груза называется отношение его массы к занимаемому объему. Величина плотнос­ти для большинства мате­риалов изменяется в широ­ких пределах в зависимос­ти от размеров частиц и влажности.

Плотность фрезерно­го торфа зависит от его вида, зольности, степени разложения, влажности, формы и размеров тары. Для фрезерного торфа зольностью до 15% плотность может быть определена по формуле, предло­женной Л. С. Аптом:

,

где K_T – коэффициент, характеризующий вид торфа; для верхового K_T =0,01, для низинного K_T = 0,04; R – степень разложения, %; w – относительная влажность торфа, %; h – средняя высота падения торфа при засыпке, м; b – толщина засыпаемого слоя, м.

Степень разложения, %	Верховой торф	Низинный торф
	0,035 0,062 0,088 0.111 0,135 0,155 0,177 0,197 0,215 0,233 0,267	0,058 0,085 0,118 0,134 0,158 0,180 0,201 0,221 0,240 0,258 0,292

Таблица 2 Плотность сухого фрезерного торфа, определенная с помощью пурки, приведена в табл. 2 [10].

Плотностью твердой фазы ρ _тф (г/см³) называется плотность абсолютно сухого и беспористого торфа. Плот­ность твердой фазы торфа, завися­щая (по исследованиям С.А.Сидякина) от вида торфа, его степени разложения и зольности, приведена в таблице 3.

В процессе механической под­готовки торфа – дробления и гро­хочения, его плотность уменьшает­ся (табл. 4) [7].

При плотности брикетов ρ _бр, равной (1,1÷1,2) т/м³, плотность насыпной массы брикетов мож­но принять 0,8 т/м³.

Таблица 3

Степень разложе­ния, %	Зольность, %
Верховой торф	Низинный торф
	1.57 1,56 1,54 1,51 1,48 1,45 1,41	1,59 1,57 1,56 1,53 1,50 1,47 1,43	- 1,56 1,55 1,52 1,50 1,47 1,45	- 1,59 1,57 1,55 1,53 1,50 1,48	- 1,62 1,61 1,58 1,56 1,53 1,51	- 1,65 1,65 1,61 1,59 1,56 1,54	- 1,71 1,70 1,67 1,65 1,62 1,60

Углом естественного откоса φ называется угол между образу­ющей конуса свободно насыпанного груза и горизонтальной плоскостью (приложение 1) [1, 2]. Угол естественного откоса движущегося мате­риала φ _д = 0,7φ.

Таблица 4

Степень разложения, %	Плотность, т/м3
до механической подготовки	после механической подготовки
20 - 30 30 – 35 40 - 45	0,227 0,363 0,385 0,442 0,440	0,203 0,336 0,359 0,430 0,432

Примечание. Массовая доля общей влаги в торфе в опытах составляла 50-55%.

Коэффициент внутреннего трения f_вн характеризует трение меж­ду частицами внутри слоя материала (прилож. 1) для сыпучих материалов, у которых отсутствует сцепление между частицами, угол внутреннего трения равен углу естественного откоса φ, при этом

.

Коэффициент наружного трения f в покое характеризует трение материала о поверхность соприкасающегося с ним твердого тела. Для строительных материалов ориентировочно можно принять коэффициент трения: по стали f_c = 0,75 tg φ; дереву f_д = 0,8 tg φ; резине f_д = 0,85 tg φ; бетону f_д ≈ tg φ. В движении коэффициент наружного трения f_дв уменьшается: f_дв = ( 0,7÷0,9 )f.

Коэффициент трения фрезерного торфа при скорости движения 0,02÷0,2 м/с, по данным ВНИИТП (табл. 5) [10].

Таблица 5

Влажность торфа, %	Давление, кПа	Материал поверхности
Сталь	Резина	Береза
вдоль слоев	поперек слоев
		0,72 0,80 0,80 0,72	0,6 - 0,77 0,76	0,6 0,63 0,79 0,76	0,56 0,59 0,79 0,75

Абразивность (режущая способность) – способность насыпных материалов изнашивать (истирать) соприкасающиеся с ним рабочие поверхности несущего органа: желобов, конвейерных лент, элементов тяговых цепей и др. По степени абразивности материалы подразделяются на группы: А – неабразивные; В – малоабразивные; С – сред­ней и Д – высокой абразивности (прилож. 1).

Кроме перечисленных основных физико-механических свойств сы­пучих материалов при выборе транспортирующей машины необходимо учитывать особые свойства грузов: хрупкость, слеживаемость, смерзаемость, наличие острых кромок и др.

2. ЭЛЕМЕНТЫ КОНВЕЙЕРОВ С ГИБКИМ ТЯГОВЫМ ОРГАНОМ

Основными частями машин непрерывного транспорта (конвейеров) являются тяговые и несущие элементы, опорные и натяжные устройст­ва, привод и поддерживающая металлоконструкция [1, 2]. Тяговые элементы воспринимают тяговое усилие, необходимое для перемещения транспор­тируемого груза. На несущем элементе располагается перемещаемый материал.

2.1. Тяговые элементы

В качестве тягового элемента в машинах непрерывного транспор­та используются конвейерные ленты, тяговые цепи и в некоторых слу­чаях канаты.

К достоинствам лент относится возможность сочетания двух фун­кций: тягового и несущего элементов; малая масса, простота устрой­ства и эксплуатации.

Недостатками лент являются относительно невысокая прочность по сравнению с цепями, сложность привода при больших тяговых уси­лиях, необходимость первоначального натяжения для создания опре­деленных сил трения между лентой и приводным барабаном, ограниченная возможность транспортирования горячих и пылящих грузов.

Преимущества тяговых цепей: высокая прочность, малые диаметры концевых звездочек, возможность передачи больших тяговых усилий и транспортирования горячих грузов. К недостаткам цепей относятся большая масса и стойкость, большое число шарниров, ус­ложняющих эксплуатацию, а также ограниченная скорость движения в связи с дополнительными динамическими нагрузками.

Канаты в качестве тягового элемента имеют ограниченное при­менение вследствие сложности создания надежного привода, сложнос­ти крепления рабочих элементов к канату и замены отдельных его участков, пришедших в негодность.

2.1.1. Конвейерная лента

Конвейерная лента – основной элемент конвейера. От правильного выбора, монтажа и эксплуатации ленты в большой степени зависит надежность работы и срок службы конвейера. Лента – наименее долговечный и наиболее дорогостоящий элемент, стоимость которого достигает 50 % общей стоимости конвейера. Ленты должны обладать прочностью, гибкостью, ограниченным удлинением (вытяжкой) под нагрузкой и износостойкостью рабочей поверхности. Резинотканевые конвейерные ленты, получившие наибольшее применение в ленточных конвейерах общего применения, изготовляют по ГОСТ 20–85. Конструкция резинотканевой ленты в общем виде представлена на рис. 3.

Резинотканевая лента имеет тяговый каркас из определенного количества тканевых прокладок (на рис.3 показан каркас из четырех прокладок), пропитанных резиново-каучуковой смесью и завулканизированных в единое целое, покрытый со всех сторон защитным эластичным заполнителем также из резиново-каучуковой смеси. Тяговый каркас воспринимает продольные растягивающие усилия в ленте и обеспечивает ей необходимую поперечную жесткость, а заполнитель предохраняет каркас от воздействия влаги, механических повреждений и истирания перемещаемым грузом, образуя над каркасом верхнюю (грузонесущую) и под каркасом – нижнюю (опорную) обкладки. Сверху над первой прокладкой каркаса в лентах, подвергающихся ударным нагрузкам, укладывают иногда грубую разреженную защитную (брекерную) ткань, предохраняющую каркас от повреждений при очень тяжелых грузах и тяжелых условиях эксплуатации. По бокам прокладки каркаса защищают борта из резиново-каучуковой смеси, которые в лентах для легких условий работы могут отсутствовать.

Ткань прокладки состоит из продольных нитей основы и поперечных нитей утка́. Для увеличения прочности используются ленты с синтетической тканью из полиэфирных лавсановых (типа ТЛ), капроновых (типа ТК), анидных или нейлоновых (типа ТА) и комбинированных лавсано-хлопчатобумажных (типа БКНЛ) волокон. Известны случаи применения лент с прокладками из грубой хлопчатобумажной ткани простого плетения (бельтинга) для перемещения абразивных насыпных грузов.

Прочность одной тканевой прокладки каркаса характеризуют номинальной прочностью при разрыве тяговой прокладки по основе , Н/мм, и указывают цифрами в обозначении ткани прокладки.

Типы лент. При выборе типа ленты учитываются условия работы конвейера (табл. 6), характеристики перемещаемого груза и необходимая прочность. При перемещении большинства грузов, в том числе пищевых, применяются ленты общего назначения.

По ГОСТ 20–85 предусмотрен выпуск гладких резинотканевых конвейерных лент для перемещения сыпучих, кусковых и штучных грузов типов 1 (подтипов 1.1 и 1.2), 2, 3 и 4 (табл. 6).

Лента типа 1 (подтип 1.1 – для очень тяжелых, подтип 1.2 – для тяжелых условий эксплуатации)– минимальная ширина ленты такого типа 800 мм; лента имеет резиновые обкладки рабочей и нерабочей поверхности и резиновые борта; каркас ленты изготавливается из тканей типов ТК-200, ТА-300, ТК-300, МК-300/100, ТА-400, ТК-400 и др. с нитями основы и утка из синтетического волокна с прочностью прокладки от 200 до 400 Н/мм. Минимальное число прокладок каркаса 3; между тканевыми прокладками каркаса должны быть резиновые прослойки; под резиновой обкладкой рабочей поверхности имеется защитная тканевая прокладка толщиной 3,2 ± 0,4 мм или брекерная ткань толщиной 1,5 ± 0,2 мм; минимальные толщины рабочей/нерабочей наружных резиновых обкладок 6/2 мм, причем толщина защитной прокладки или брекера в толщину обкладки рабочей стороны не входит; классы резины по физико-механическим показателям для наружных обкладок ленты А или Б; лента применяется в очень тяжелых (транспортирование высокоабразивных и абразивных крупнокусковых грузов, например руд черных и цветных металлов, крепких горных пород кусками размером до 500 мм, бревен диаметром до 900 мм) и тяжелых (транспортирование руд черных и цветных металлов кусками размером до 350 мм, известняка, доломита и других крупнокусковых материалов кусками размером до 500 мм, бревен диаметром до 900 мм) условиях эксплуатации. Лента может быть общего назначения (1.1 и 1.2), морозостойкая (1.1М и 1.2 М) и трудновоспламеняющаяся (1.2Ш и 1.2ШМ); температура окружающего воздуха от – 60 до +60 °С.

Пример условного обозначения:

Лента конвейерная типа 1, подтипа 1.1 общего назначения, шириной 1600 мм, с четырьмя прокладками из ткани ТК-300, с рабочей обкладкой 8 мм и нерабочей – 2 мм из резины класса А: