Расчет конвейеров при проектировании проводится в два этапа: предварительный расчет основных параметров конвейера в соответствии с техническим заданием на проектирование и поверочный расчет, определяющий прочность узлов и деталей и соответствие техническому заданию (в процессе поверочного расчета уточняются значения параметров конвейера, определенные в предварительном расчете).
Обобщенный расчет ленточного конвейера.
Исходными данными к расчету являются:
характеристика груза;
производительность (средняя и максимальная плановая);
схема трассы конвейера;
производственные условия эксплуатации;
характер загрузки и разгрузки.
Расположение насыпного груза на ленте (рис. 3.24) определяется профилем сечения рабочей ветви ленты.
а б
Рис. 3.24. Расположение насыпного груза:
а – на прямой роликоопоре; б – на желобчатой роликоопоре
Площадь поперечного сечения насыпного груза F на движущейся ленте зависит от ширины ленты и ширины находящегося на ней насыпного груза (рабочей ширины ленты) (рис. 3.24), типа роликоопоры, углов наклона боковых роликов и соотношения длин роликов (для желобчатой опоры), угла естественного откоса груза на движущейся ленте и его гранулометрического состава, угла наклона конвейера, способа подачи груза на ленту. Площадь поперечного сечения насыпного груза
F = b h k β / 2 = 0,25 b2 k β tg φ1, (3.14)
где b = (0,9B – 0,05) – грузонесущая ширина ленты, м;
h = 0,5 b tg φ1 – высота слоя груза, м;
k β – коэффициент уменьшения сечения груза на наклонном конвейере;
φ1 ≈ 0,35 φ – угол естественного откоса груза в движении;
φ – угол естественного откоса груза в покое.
Площадь сечения груза на желобчатой роликоопоре представляет собой сумму площадей равнобокого треугольника и трапеции, стороны которой определяются размерами роликов и углом их наклона.
Расчетная массовая максимальная производительность конвейера
Qр.м. = 3600 F v ρ = Kп v ρ k β b2, (3.15)
где F – площадь поперечного сечения груза на ленте, м2;
v – скорость движения ленты, м/с; скорость движения ленты выбирают в зависимости от характеристики груза, ширины ленты, наличия промежуточной разгрузки, назначения, местоположения конвейера;
ρ – плотность груза, т/м3;
Kп = 3600F / b2 – коэффициент площади поперечного сечения груза на ленте.
Необходимая расчетная ширина ленты
Вр = 1,1 (
+ 0,05), (3.16)
где kп – коэффициент типа роликоопор;
v – скорость движения ленты, м/с;
r – плотность груза, т/м3;
kb – коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера, для горизонтальных конвейеров kb = 1, для наклонных значение kb выбирается по справочнику.
При транспортировании кусковых грузов ширина ленты, определенная по расчетной производительности, проверяется по условию кусковатости груза
Вк = Ха + 200, (3.17)
где Вк – ширина ленты с учетом кусковатости груза, мм;
Х – коэффициент, зависящий от типа груза, для сортированного груза Х = 3,5; для рядового груза Х = 2;
а – размер наибольших кусков груза, мм.
Если вычисленная по формуле ширина ленты Вр < Вк, то принимают ширину Вк, которая округляется до ближайшего большего размера В из нормального ряда и принимается в соответствии с ГОСТ 20–85.
Нормальный ряд ширины ленты по ГОСТ 20–85: 300, 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2500, 3000 мм.
При транспортировании штучных грузов ширину ленты определяют в зависимости от габаритных размеров груза и способа его загрузки на ленту, на ленте с обеих сторон должны оставаться свободные от груза поля 50–100 мм.
Для обеспечения заданной расчетной производительности при принятой ширине ленты В скорость ленты определяется: vp = v×B2p / B2.
Окончательное значение скорости движения ленты выбирается из нормального ряда скоростей согласно ГОСТ 22644–77: 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3 м/с.
Для широких лент возможны более высокие скорости, чем для узких; для конвейеров, работающих в закрытых помещениях, принимают меньшие скорости, чем для конвейеров на открытой местности; для конвейеров с наибольшим углом наклона принимают меньшие скорости, чем для горизонтальных (во избежание просыпи груза).
Расчетное натяжение ленты, тяговое усилие и мощность двигателя определяются: по обобщенной формуле (предварительное вычисление параметров); по подробному тяговому расчету для точных поверочных расчетов.
Тяговый расчет ленточного конвейера выполняется в двух вариантах: при установившемся движении и в момент запуска при полной нагрузке конвейера. Подробный тяговый расчет выполняют методом последовательного суммирования сил сопротивления движению ленты на всей трассе конвейера. Линейные силы тяжести ленты и роликоопор принимают приближенно, затем уточняют. Контур трассы конвейера разбивают на отдельные участки по виду сопротивлений: прямолинейные (горизонтальные, наклонные); повороты (отклонения ленты на роликах или барабанах); узлы загрузки и разгрузки. Нумерацию и расчет начинают от точки сбегания ленты с приводного барабана по направлению движения по контуру трассы до конечной точки набегания ленты на приводной барабан.
Сопротивление движению ленты на прямолинейных участках:
на нижней (обратной) ветви
; (3.18)
на верхней (рабочей) ветви
Wв = ωв(qл + qг + qр.в.) ℓ ± (qл + qг) h, (3.19)
где ℓ и h – горизонтальная и вертикальная проекции длины рассматриваемого прямолинейного участка, м.
Для горизонтального участка h = 0; для незагруженной верхней ветви qг = 0.
В формулах знак «+» принимается для участков подъема, знак «– » – для участков спуска ленты и груза.
На конвейерах, имеющих наклонный участок с движением загруженной ветви вниз, коэффициент сопротивления движению в формуле 3.19 принимается равным 0,6ωв.
Натяжение ленты, сбегающей с отклоняющего или оборотного барабана
, (3.20)
где ξ – коэффициент сопротивления движению ленты на барабане (ξ = 1,02–1,06 в зависимости от угла обхвата и условий работы конвейера);
– натяжение ленты, набегающей на отклоняющий барабан, Н.
Натяжение ленты, сбегающей с роликовой батареи
, (3.21)
где λ – коэффициент сопротивления движению ленты на роликовой батарее (λ = 1,02–1,06 в зависимости от угла отклонения ленты и условий работы конвейера);
– натяжение ленты, набегающей на роликовую батарею, Н.
Сопротивление движению ленты в месте загрузки
. (3.22)
где Wз.у – сопротивление, возникающее от сообщения грузу ускорения при подаче его на ленту и трения частиц груза о ленту;
Wз.б. – сопротивление трению частиц груза о неподвижные борта направляющего лотка воронки;
Wз.л. – сопротивление трению уплотнительных полос загрузочного лотка о ленту.
Определение дополнительных усилий при пуске конвейера. Процесс пуска конвейера состоит из двух периодов: трогания с места и разгона всех движущихся масс до номинальной скорости.
Расчет основных пусковых характеристик включает последовательное определение следующих параметров:
максимальное натяжение ленты при пуске конвейера Sпуск;
проверка выбора прочности ленты по Sпуск с учетом запаса прочности;
ускорение пуска j;
минимальная продолжительность пуска tn min;
время пуска по пусковым характеристикам электродвигателя;
маховой момент движущихся частей конвейера;
максимальный пусковой момент Мпуск;
тормозной момент;
время торможения до полной остановки конвейера tт.
Выполненный тяговый расчет необходимо проверить по минимальному натяжению ленты на трассе конвейера. Для верхней загруженной ветви при транспортировании насыпных грузов
SВ min ≥ Kе (qг + qл) ℓр.в. cos β, (3.23)
где Kе – коэффициент (для конвейеров длиной до 100 м с простой трассой Kе = 5; для конвейеров длиной более 100 м и сложной трассой Kе = 8–10).
При транспортировании штучных грузов по одному массой mг в пролете между роликоопорами
SВ min ≥ 10 (qг ℓр.в. cos β + 2g mг). (3.24)
Минимальное натяжение ленты для нижней (обратной ветви)
SН min ≥ 8 qл ℓр.н. cos β. (3.25)