Характеристика транспортируемых грузов

ТЕМА X Транспортирующие машины

Характеристика и классификация транспортирующих машин

 

Машины и оборудование, предназначенные для перемещения насыпных грузов непрерывным потоком, а штучных грузов — с определенным интервалом, называют транспортирующими машинами непрерывного действия.

Характерной особенностью этих машин является то, что их загрузка и разгрузка происходят без остановки при непрерывном движении рабочего органа.

Транспортирующие машины можно разделить на три класса: конвейеры, пневматические установки и гидравлические установки(рисунок 10.1). По конструктивному признаку рабочего органа конвейеры делят на две основные группы: конвейеры с гибким тяговым органом и без гибкого тягового органа.

К конвейерам с гибким тяговым органом относятся (рисунок 10.2): а — ленточные; б — цепные пластинчатые; в — скребковые; г — ковшовые; д — элеваторы ленточные, цепные и др.

Рисунок 10.1 – Классификация транспортирующих машин

Рисунок 10.2 - Транспортирующие машины с гибким тяговым органом

К конвейерам без гибкого тягового органа (рисунок 10.3) относятся: а — винтовые; б — роликовые; в — инерционные.

Схема пневматической установки показана на рисунке 10.3, г, гидравлической — на рисунке 10.3, д.

 

Рисунок 10.3 - Транспортирующие машины без гибкого тягового органа, пневмо- и гидротранспорт

 

Конвейеры и пневмотранспортные установки перемещают грузы потоком, постоянным по производительности. Эти машины применяются для перемещения сыпучих материалов (гравий, щебень, цемент, грунты и т.п.) и пластических (бетонная смесь, растворы), а иногда мелкоштучных (камень, кирпич).

 

Характеристика транспортируемых грузов

 

Транспортируемые грузы разделяют на штучные и насыпные. На выбор способа транспортирования грузов и расчета машин оказывают существенное влияние физико-механические свойства грузов (крупность, объемная плотность, подвижность и др.). Размеры штучных грузов колеблются от нескольких сантиметров до нескольких метров (лесоматериал, прокат и др.), а масса — от долей килограмма до десятков тонн.

По крупности (мм) насыпные грузы делят на следующие 8 категорий: пылевидные (0,05), порошкообразные (0,05....0,5), мелкозернистые (0,5...2), крупнозернистые (2...10), мелкокусковые (11....60), среднекусковые (60... 160), крупнокусковые (160...320), особо крупные (более 320).

Насыпная плотность (объемная масса, т/м³) свободно насыпанных грузов зависит от плотности частиц материалов, гранулометрического состава, пористости и степени заполнения пор водой (влажности): антрацит сухой — 0,8...0,95; бурый уголь — 0,65....0,78; гравий — 1,5....1,9; железная руда — 2,1....3,5; земля — 1,2....1,7; пшеница — 0,7....0,83.

Степень подвижности материалов зависит от значения внутренних сил трения и сцепления между частицами. Хорошо сыпучие материалы те, у которых отсутствует сцепление.

Подвижность сыпучих грузов определяется углом естественного откоса, который находится в пределах 45....50° (покоя) и 27....35° (движения); коэффициент трения 0,58....1,2 (покоя) и 0,29....0,7 (движения).

Абразивность — свойство истирать соприкасающиеся поверхности при их относительном скольжении. Это свойство особенно характерно для острокромочных грузов.

Хрупкость — свойство грузов разрушаться при падении, толчках.

Слеживаемость — способность насыпных грузов терять сыпучесть при длительном хранении в штабелях, бункерах и пр. (цемент, известь, гипс и др.).

Смерзаемость — свойство насыпных грузов, содержащих влагу, образовывать монолит при низких температурах (уголь, руда, глина, песок и др.).

Липкость — способность грузов прилипать к соприкасающимся поверхностям твердого тела (мокрые и влажные грузы).

Кроме этих основных свойств, грузы обладают и другими: повреждаемость, взрывоопасность, самовозгораемость, коррозионная активность, ядовитость и другие, которые могут в ряде случаев решающим образом повлиять на выбор способа транспортирования.

 

Конвейеры

 

Конвейерами перемещают сыпучие кусковые материалы, штучные грузы, а также сыпучие смеси бетонов и растворов. Рассмотрим конвейеры ленточные, цепные, ковшовые, винтовые и вибрационные. В ленточных и ковшовых конвейерах транспортируемый материал перемещается бесконечной лентой или цепью; в винтовых и вибрационных – вращением или колебанием твердого рабочего органа в виде винта или желоба.

Ленточные конвейеры. Их широко применяют для непрерывного транспортирования различных материалов в горизонтальном или наклонном направлениях. Они обеспечивают высокую производительность (до нескольких тысяч тонн в час) и значительную дальность транспортировки (до нескольких десятков километров). В строительстве используют передвижные и стационарные ленточные конвейеры, перемещающих грузы на сравнительно небольшие расстояния.

Передвижные ленточные конвейеры изготовляют длиной 5, 10 и 15 м. Они оборудуются колесами для перемещения вручную или в прицепе к тягачу. Стационарные ленточные конвейеры для удобства монтажа составляют из отдельных секций длиной 2..3 м и общей длиной 40..80 м. Ленточные конвейеры широко используются как транспортирующие органы в конструкциях траншейных и роторных экскаваторов, бетоноукладчиков и других машин, где их параметры определяются параметрами основной машины. Основным транспортирующим и тяговым органом ленточного конвейера (рисунок 10.4, а) является бесконечная прорезиненная лента 4, огибающая два барабана - 6 приводной и натяжной 2. Поступательное движение ленты с грузом создается силами трения, действующими в зоне контакта ленты с приводным барабаном. Вращение барабан получает от приводного электродвигателя 10 через редуктор 9. Для увеличения тягового усилия рядом с приводным барабаном устанавливают отклоняющий барабан 7, который увеличивает угол обхвата. Верхняя рабочая и нижняя холостая ветви ленты поддерживаются верхними 5 и нижними 8 роликоопорами. С целью получения наибольшей производительности конвейеров их верхние роликоопоры изготавливают желобчатой формы, при прохождении по которым лента той же ширины способна нести больше материала в сравнении с плоской (рисунок 10.4).

Рисунок 10.4 – Ленточный конвейер:

а – схема конструкции; б – роликоопоры; в – схема усилий на приводном барабане

Для предотвращения провисания ленты между роликоопорами, а также для увеличения тягового усилия лента предварительно натягивается при помощи винтового или грузового натяжного устройства.

Загрузка материала, транспортируемого на ленте, производится через специальную воронку 3. Разгрузка материала может производиться через приводной барабан или в промежуточных пунктах с помощью специальных сбрасывающих устройств. Для предотвращения самопроизвольного обратного хода ленты после остановки конвейера на валу приводного барабана устанавливается тормоз. Угол наклона конвейера зависит от подвижности транспортируемого материала и коэффициента трения движения материала по транспортной ленте. Для таких материалов, как шлак, песок, щебень, он обычно составляет .

Для транспортирования строительных материалов применяют прорезиненные ленты, которые состоят из нескольких слоев (прокладок) ткани (бельтинга). Ширина ленты ленточных конвейеров зависит от производительности и ее скорости. У серийно выпускаемых конвейеров она составляет 0,4...1,6 м. Скорости конвейеров, которые используются для транспортирования наиболее распространенных строительных материалов, находятся в пределах 0,8...2,5 м/с. Конвейеры специального назначения, которые являются транспортирующим органом многоковшовых экскаваторов, землеройных комплексов и других машин, имеют ширину ленты до 3,2 м при скорости 8 м/с.

В конвейерах большой длины и производительности прочность прорезиненной ленты с прокладками из синтетического волокна оказывается недостаточной. В этих случаях применяют несколько последовательно расположенных самостоятельных конвейеров, которые составляют общую длину трассы, а для тягового и несущего органов в ряде случаев применяют резинотросовые ленты, в которых в качестве прокладок используют тонкие стальные проволочные канаты при 6...8-кратном запасе прочности.

При транспортировании на дальние расстояния применяют также конвейеры с отдельным тяговым и несущим органами. В качестве тягового органа используют стальные канаты или цепи, а несущего - облегченную прорезиненную ленту специальной формы, которая опирается на тяговый канат или тяговый цепь.

Производительность ленточных конвейеров (т/час)

 

, (10.1)

 

где А - площадь поперечного сечения потока материала, м²; - скорость движения материала, м/с; - плотность материала, т / м³.

Для обеспечения необходимой производительности необходимо, чтобы ширина ленты (м)

 

, (10.2)

 

где k - коэффициент, учитывающий изменение площади поперечного сечения материала на желобчатой ленте (для трехроликовой опоры с углом наклона боковых роликов = 20 и 30⁰ соответственно принимают равным 0,05 и 0,04).

При транспортировании крупнокусковых материалов ширина ленты должна исключить их рассыпания и удовлетворять следующей требованию:

 

, (10.3)

 

где - максимальный размер кусков, м.

Таким образом, при известной ширине ленты ее прочность определяется количеством прокладок в ней и допустимой нагрузкой на единицу ширины одной прокладки:

 

, (10.4)

 

где Т - усилие в ветви ленты, набегающей на барабан, Н; К - допускаемое усилие на разрыв 1 см ширины одной прокладки, Н/см.

При эксплуатации конвейерная лента вытягивается. Относительное удлинение при разрыве ленты прокладок доходит до 20...30%. Поэтому для устранения большого вытяжки ленты применяют 10...12-кратный запас прочности. Допускаемое усилие на разрыв принимают 60 Н/см для хлопчатобумажных и 300 Н/см - для синтетических бельтингов.

Тяговое усилие на приводном барабане (Н) можно определить через потребляемую им мощность N, т.е.

 

(10.5)

 

По теории Эйлера, тяговое усилие на приводном барабане (Н) равна разнице между натяжениями в ветвях ленты, набегающей Т и сбегающий t, т.е. S=T-t, а натяжения в ветвях ленты определяются следующими зависимостями:

 

(10.6)

, (10.7)

 

где f - коэффициент трения ленты о приводной барабан; - угол охвата приводного барабана лентой, рад.

Лента не должна проскальзывать на барабане. Это условие определяется неравенством . Для устранения пробуксовки ленты увеличивают угол обхвата барабана или коэффициент трения, а при недостаточности этих мер применяют дополнительное натяжение каждой ветви ленты.

 

Цепные конвейеры. В тex случаях, где невозможно применить ленточные, применяют цепные конвейеры, обладающие такими достоинствами, как высокая надежность, возможность транспортировать большой ассортимент груза в тяжелых условиях и др.

Тяговым органом этой группы конвейеров являются цепи, приводимые в движение звездочками или реже гусеничным приводом.

В зависимости от конструкции рабочих органов, прикрепленных к цепям, конвейеры делятся на пластинчатые, скребковые, ковшовые, тележечные и подвесные. Трассы цепных конвейеров более разнообразны, чем ленточных, и позволяют транспортировать грузы на большие расстояния без перегрузки.

Пластинчатые конвейеры. При транспортировке материалов с острыми краями, например для подачи крупнокускового камня в дробилки, применяют пластинчатые конвейеры (рисунок 10.5, а), в которых тяговым органом являются две бесконечные цепи 3, огибающие приводные 4 и натяжные 2 звездочки. К тяговым цепям прикрепляют металлические пластины 1, перекрывающие друг друга, которые исключают просыпание материала между ними. Пластинчатые конвейеры применяют также для перемещения горячих материалов, деталей и изделий на заводах строительных конструкций.

Скребковые конвейеры. Разновидностью конвейеров с цепным тяговым органом является скребковые конвейеры (рисунок 10.5, б). Они отличаются от пластинчатых тем, что на тяговых цепях 3 закреплены скребки 5, а нижняя рабочая ветка погружена в открытый неподвижный желоб и при своем движении перемещает материал.

 

Рисунок 10.5 – Конвейеры с цепным тяговым органом

 

Ковшовые конвейеры. Как правило, такие конвейеры перемещают материал в ковшах в вертикальном или крутонаклонном (под большим углом) направлениях на высоту до 50 м и называются они ковшовыми элеваторами. Ковшовый конвейер (рисунок 10.6) представляет собой замкнутый тяговый орган 4 в виде ленты или двух цепей, огибающей 6 приводной и натяжной 1 барабаны (при цепном органе - звездочки), на котором закреплены ковши 3 с шагом Т. Рабочий орган вместе с ковшами размещен в металлическом кожухе 5. Загрузка материала осуществляется через загрузочный 2, а разгрузка - через разгрузочный 7 башмаки.

Различают быстроходные со скоростью 1,25...2,0 м/с конвейеры для транспортировании порошкообразных и мелкокусковых материалов и тихоходные со скоростью 0,4...1,0 м/с для транспортировании крупнокусковых материалов. В зависимости от вида транспортируемого материала, применяют мелкие и глубокие полукруглые ковши, которые монтируются на тяговом органе с шагом 300...600 мм, и остроугольные ковши расположены вплотную друг к другу. Заполнение ковшей быстроходных конвейеров происходит при прохождении ими загрузочного башмака зачерпыванием, а тихоходных - путем засыпания материала в ковш.

Разгрузка ковшей быстроходных конвейеров осуществляется при огибании ими приводного барабана под действием центробежных сил, а в тихоходных - под действием силы тяжести (гравитационная разгрузка). При гравитационной разгрузке остроугольных ковшей материал скатывается по передней стенке впереди ковша, в результате чего снижается сила удара его о разгрузочный башмак.

Производительность ковшового конвейера (т/ч) определяется по формуле производительности для машин непрерывного действия с порционной выдачей материала:

 

, (10.8)

 

где q - вместимость одного ковша, м³; - коэффициент наполнения ковша, принятый для мелких 0,6, для глубоких - 0,8 и для остроугольных ковшей - 0,8; r - плотность материала, ; п= 60×u/Т - число разгрузок в минуту; υ - скорость ковшей, м/с; Т - шаг размещения ковшей, м.

Ковшовые конвейеры имеют малые габариты, но требуют постоянного контроля за равномерностью загрузки их материалом.

 

 

Рисунок 10.6 – Ковшовый конвейер:

а – схема конструкции; б – мелкий полукруглый ковш для сыпучих малоподвижных материалов; в – глубокий полукруглый ковш для сыпучих подвижных материалов; г – остроугольный для кусковых материалов

 

Винтовые конвейеры. Винтовые конвейеры применяются для горизонтального или наклонного (под углом до 20⁰) транспортирования сыпучих, кусковых и тестообразных материалов на расстояние до 30...40 м и имеют производительность 20...40 м³/ч. Винтовой конвейер (рисунок 10.7, а) представляет собой желоб 4 полукруглой формы, внутри которого в подшипниках 5 вращается винт 3. Электродвигатель 1 передает вращение винту через редуктор 2. Загрузка материала происходит через загрузочное отверстие 6, а разгрузка - через выходное отверстие 7 с защелкой. Конструкция винта, частота его вращения, а также коэффициент заполнения желоба зависят от вида транспортируемого материала.

Сплошной винт (рисунок 10.7, б) применяют для хорошо сыпучих материалов (цемента, мела, песка, гипса, шлака, извести в порошке) при коэффициенте заполнения желоба =0,25...0,45 и частоте вращения винта 90...120 мин^-1. Ленточный и лопастный винты (рисунок 10.7, в, д) применяют для транспортирования кусковых материалов (крупного гравия, известняка, негранулированого шлака) при =0,25...0,40 и частоте 60...100 мин^-1. Для транспортирования тестообразных, слежавшихся и влажных материалов (мокрой глины, бетона, цементного раствора) применяют фасонный и лопастный винты (рисунок 10.7, г, д) при частоте вращения 30...60 мин и =0,15...0,30. Производительность горизонтального винтового конвейера (м³/ч) зависит от средней площади сечения потока материала и скорости его движения вдоль оси:

(10.9)

где D - диаметр винта, м; υ - скорость движения материала вдоль оси конвейера, м/с.

 

 

Рисунок 10.7 – Винтовой конвейер и его винты

 

В случае перемещения материалов при угле наклона конвейера 5⁰ производительность снижается на 10%, при угле наклона 10⁰ - на 20 %, при угле наклона 20⁰ - на 35 %. Диаметры винтов стандартизированы и составляют 0,15...0,6 м. Шаг винта t = D - для горизонтальных и t=0,8D - для наклонных конвейеров. При частоте вращения двигателя n и шаге винта t=D (где D - диаметр винта) скорость движения материала (м/с) вдоль оси υ=tn/60.

Для пропуска через конвейер кускового материала необходимо, чтобы шаг винта был больше максимального размера куска в 4...6 раз для рядового материала и в 8...10 раз - для сортированного.