КОНВЕЙЕРЫ БЕЗ ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА
Винтовые конвейеры
Общие сведения, классификация и области применения
Винтовые конвейеры относятся к группе транспортирующих машин без тягового органа и используются в химической и мукомольной промышленности, при производстве строительных материалов для транспортирования пылевидных, порошкообразных и реже мелкокусковых грузов на небольшое расстояние в горизонтальном или вертикальном направлении [2].
Винтовыми конвейерами не рекомендуется перемещать липкие и влажные, сильно уплотняющиеся и высоко абразивные грузы, а также грузы, дробление которых снижает их качество. Транспортирование абразивных материалов винтовыми конвейерами приводит к быстрому изнашиванию винта и желоба; очень липкие грузы налипают на винт и вращаются вместе с ним, не перемещаясь вдоль желоба. Длина горизонтальных винтовых конвейеров достигает 60 м, высота наклонных и вертикальных конвейеров – до 30 м, производительность до 100 т/ч.
К достоинствам винтовых конвейеров относятся компактность, простота конструкции и обслуживания, надежность в эксплуатации, удобство промежуточной разгрузки, герметичность и пригодность для транспортирования горячих, пылящих и токсичных материалов. Недостатками являются: повышенная энергоемкость, измельчение грузов в процессе транспортирования, повышенный износ винта и желоба, ограниченная длина, высокая чувствительность к перегрузкам, возможность образования заторов.
В зависимости от конфигурации трассы различают винтовые конвейеры: горизонтальные или пологонаклонные под углом 20° (основной тип); крутонаклонные и вертикальные, к этой же группе конвейеров относятся винтовые транспортирующие трубы.
Устройство и элементы конвейеров
Горизонтальный конвейер (рис. 6.1) состоит из неподвижного желоба в форме полуцилиндра, закрытого сверху крышкой; привода (включающего электродвигатель, редуктор и две муфты); приводного вала с прикрепленными к нему витками транспортирующего винта; концевых и промежуточной подшипниковых опор; загрузочного и разгрузочного устройств [2, 5, 6].
Насыпной груз подается в желоб через одно или несколько отверстий, перемещение груза по желобу обеспечивается витками вращающегося винта, при этом груз перемещается вдоль оси конвейера в направлении транспортирования, как гайка вдоль винта, а затем высыпается через одно или несколько разгрузочных отверстий с затворами, расположенных в днище желоба.
Винт конвейера представляет собой трубу с приваренными к ней лопастями, изготовленными из стального листа. Винты выполняются сплошными, ленточными и фасонными (рис. 6.2).
Рис. 6.1. Схема горизонтального винтового конвейера:
1 – загрузочное устройство; 2 – подвесная промежуточная опора; 3 – винт;
4 – разгрузочное отверстие; 5 – желоб; 6 – муфта; 7 – редуктор; 8 – электродвигатель
Витки полностенного и ленточного винта изготавливаются штамповкой из стального листа толщиной 4–8 мм и привариваются к валу.
Рис. 6.2. Конструктивное исполнение винта:
а – сплошной полностенный; б – ленточный; в – лопастный; г – фасонный
Спираль ленточного и лопасти лопастного винта укрепляют на небольших стрежнях через отверстия в валу. Сплошной винт (шнек) применяют для перемещения сухих, порошкообразных и мелкозернистых грузов, ленточный, лопастный и фасонный – для слеживающихся грузов или для совмещения транспортных и технологических операций (смешивания, дробления и др.). Винт изготавливается с правым или левым направлением спирали, одно-, двух- или трехзаходным. В качестве опор винтов применяют подшипники скольжения и качения.
Длина секции винта составляет 2–4 м. Каждые две секции трубчатых винтов соединяют коротким валом. Одну из концевых опор винта снабжают упорным подшипником, который устанавливают на разгрузочном конце конвейера. Промежуточные подвесные подшипники устанавливают с шагом 1,5–3,5 м, в месте установки промежуточной опоры витки винта прерываются.
Подвесные подшипники должны иметь надежное уплотнение для защиты от загрязнения, малые длину и диаметр. Шаг винта для легко перемещаемых грузов принимают t = D, для трудно перемещаемых грузов величину шага снижают до t = 0,8D. Частота вращения винта n зависит от характеристики перемещаемого груза, частота вращения уменьшается с увеличением диаметра винта, плотности и абразивности груза.
Диаметр винта выбирают ориентировочно, проверяют по формуле для расчета производительности и окончательно принимают в соответствии с нормальным рядом по ГОСТ: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8 м. Частота вращения винта выбирается в зависимости от характеристики груза и диаметра винта, наибольшая допускаемая частота вращения (об/мин) винта
, (6.1)
где А – эмпирический коэффициент;
Dв – диаметр винта, м.
При перемещении кусковых грузов диаметр винта проверяют с учетом крупности кусков по условию кусковатости
D ≥ (10–12)a; D ≥ (4–6)amax, (6.2)
где а – размер кусков сортированного груза;
amax – размер наибольших кусков рядового груза.
Желоб конвейера изготавливают из листовой стали толщиной 2–8 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до 200 ºС) грузов применяют желоба из чугуна, а для легких неабразивных грузов – из дерева с внутренней футеровкой листовой сталью.
Привод винтовых конвейеров – редукторный, у горизонтальных конвейеров он состоит из электродвигателя, редуктора и двух муфт; у наклонных конвейеров привод выполняют с конической передачей для обеспечения горизонтального расположения редуктора.
Загрузочное устройство состоит из люка в крышке желоба конвейера и впускного патрубка, который обеспечивает герметичность при переходе сыпучего материала в желоб конвейера из бункеров или технологических машин. Разгрузочные устройства выполняют в виде одного или нескольких отверстий в днище желоба, перекрываемых шиберными задвижками для распределения транспортируемого груза в различные приемные пункты, одиночное выпускное отверстие затвором не перекрывается.
Вертикальные винтовые конвейеры (рис. 6.3) относятся к конвейерам специального типа и состоят из вала со сплошными винтовыми витками, вращающегося в цилиндрическом кожухе (трубе), горизонтального винта-питателя и одного или двух раздельных приводов.
Для создания необходимой центробежной силы винт вертикального винтового конвейера имеет большую частоту вращения, чем винт горизонтального конвейера.
Конвейер снабжен одним или двумя раздельными приводами (для основного винта и для питателя), разгрузка производится через верхний патрубок в кожухе. Участок, в который подается груз, изготавливают с уменьшающимся к верху диаметром или с уменьшенным шагом. При большой высоте конвейера во избежание биения вала устанавливают промежуточные подшипники.
Преимущества и недостатки вертикальных винтовых конвейеров те же, что у горизонтальных; по сравнению с ковшовыми элеваторами они имеют меньшие габаритные размеры и большее удобство разгрузки, но являются более энергоемкими.
Рис. 6.3. Вертикальные винтовые конвейеры:
а, в – вертикальные; б – крутонаклонные
Спиральные бесстержневые конвейеры относятся к конвейерам специального типа и предназначены для подачи сыпучих, пылеобразных пищевых и непищевых продуктов на различные расстояния и высоту. Спиральные бесстержневые конвейеры имеют разнообразные конфигурации трассы, просты при монтаже и обслуживании, легко адаптируются к существующим технологическим линиям и условиям производственных процессов [6].
Особенности расчета винтовых конвейеров
Исходными данными для расчета являются:
характеристика транспортируемого груза;
высота и длина перемещения;
производительность конвейера.
Производительность Q (т/ч) горизонтальных и пологонаклонных винтовых конвейеров
, (6.3)
где V – объемная производительность конвейера, м3/ч;
ρ – насыпная плотность груза, т/м3;
D – диаметр трубы, м;
t – шаг винта, м;
n – число оборотов винта, мин-1;
ψ – коэффициент наполнения трубы (желоба); для конвейеров без подвесных подшипников: для легкоподвижных грузов (муки, зерна) ψ = 0,45; для грузов средней подвижности (песка, мелкокусковой соли и угля) ψ = 0,3; для тяжелых абразивных грузов (руды, гравия, золы) ψ = 0,15;
С – поправочный коэффициент (для наклонных конвейеров), зависящий от угла наклона конвейера (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Значения коэффициента С
|
β,º |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|
С |
1 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
Диаметр вала винта
dв ≈ 35 + 0,1 Dв, (6.4)
где Dв – диаметр винта, мм.
Скорость транспортирования
, (6.5)
где t – шаг винта;
n – частота вращения винта, зависящая от характеристики транспортируемого груза и диаметра винта; максимальная частота вращения винта для легких неабразивных материалов n = 60 / Dв; для тяжелых неабразивных материалов n = 45 / Dв; для тяжелых абразивных материалов n = 30 / Dв.
Наибольшая допускаемая частота вращения (мин-1) винта
, (6.6)
где А – эмпирический коэффициент (табл. 6.2);
Dв – диаметр винта, м.
Общее сопротивление движению груза складывается из сил трения груза о желоб и о поверхность винта; сопротивления в промежуточных и концевых подшипниках (включая упорный подшипник); сопротивления подъему при перемещении вверх по наклону.
На винтовом конвейере действуют трудно учитываемые сопротивления от скопления груза у промежуточных подшипников, трения на кромке винта о частицы, затягиваемые в зазор между винтом и желобом и сопротивления, возникающие при перемешивании груза – эти сопротивления учитываются коэффициентом ω (табл. 6.2).
Мощность на приводном валу двигателя
, (6.7)
где Н и L – высота и длина транспортирования, м;
ω – общий коэффициент сопротивления движению
Таблица 6.2
Значения расчетных коэффициентов ψ, А, ω
в зависимости от типа транспортируемого груза
|
Типы грузов |
Расчетные коэффициенты |
||
|
ψ |
А |
ω |
|
|
Легкие и неабразивные (зерновые продукты, мука, древесные опилки) |
0,4 |
65 |
1,2 |
|
Легкие и малоабразивные (мел, угольная пыль, асбест, торф, сода) |
0,32 |
50 |
1,6 |
|
Тяжелые и малоабразивные (соль, кусковой уголь, глина сухая) |
0,25 |
45 |
2,5 |
|
Тяжелые и абразивные (цемент, зола, песок, глина сырая, дробленая руда, шлак) |
0,125 |
30 |
4,0 |
Крутящий момент на валу винта
, (6.8)
где N – мощность двигателя, кВт;
η – кпд привода;
n – число оборотов двигателя, об/мин.
Наибольшая действующая на винт продольная сила, Н
, (6.9)
где α –угол подъема винтовой линии винта на радиусе r ;
φ – угол трения груза о поверхность винта;
r – радиус, на котором действует сила Р, м.
. (6.10)
Более подробно расчет винтовых конвейеров представлен в [5, 6].
Транспортирующие вращающиеся трубы
Транспортирующие вращающиеся трубы относятся к конвейерам специального типа.
Винтовая транспортирующая труба (рис. 6.4) вращается на установленных на некотором расстоянии друг от друга парных роликах, внутри трубы на стенке закреплены винтовые витки.
Рис. 6.4. Конструктивная схема винтовой транспортирующей трубы:
а – вид общий; б – опорная рама с роликами; 1 – опорно-упорные ролики; 2 – привод;
3 – труба; 4 – опорный ролик; 5 – упорный ролик; 6 – рама
При вращении трубы груз, поданный с одного конца трубы, пересыпаясь под действием силы тяжести по образуемому витками винтовому желобу, продвигается и высыпается с другого конца трубы.
В местах опирания на ролики на трубу насажены охватывающие стальные кольца (бандажи), с помощью которых труба перекатывается по роликам. Кроме опорных роликов на тех же станинах укреплены по два упорных ролика, которые удерживают трубу от осевого смещения.
Для удобства подачи груза внутри трубы со стороны загрузки установлена коническая винтовая секция. Разгрузка транспортирующей трубы происходит ссыпанием через ее кромку.
Винтовые транспортирующие трубы устанавливают горизонтально или с небольшим наклоном, возможно исполнение транспортирующей трубы без винтовых витков с гладкой поверхностью. Перемещение груза по винтовым трубам, как правило, совмещается с технологическими производственными процессами. Длина труб составляет 200–250м.
К преимуществам транспортирующих труб относятся: простота конструкции; надежность; изоляция от внешней среды; широкий диапазон производительности и длины.
Недостатками являются: большая масса; большие габаритные размеры; высокий расход энергии (но меньший, чем на винтовых конвейерах).
Качающиеся, инерционные и вибрационные конвейеры
Качающиеся конвейеры. Общие сведения
Качающийся (колебательный) конвейер представляет собой открытый или закрытый герметичный желоб или трубу, подвешенную на опорной конструкции. Желоб совершает возвратно-поступательные движения, в результате которых груз, находящийся внутри, совершает короткие перемещения вперед и постепенно передвигается по всей длине транспортирования .
Качающиеся конвейеры классифицируют на инерционные, в которых груз скользит по желобу под действием силы инерции, и вибрационные, в которых груз отрывается от желоба и движется внутри него микробросками.
Качающиеся конвейеры имеют горизонтальную, пологонаклонную (с подъемом вверх или уклоном вниз под углом до 15°) и вертикальную трассу с перемещением груза вверх по внутренней винтовой поверхности. Качающиеся конвейеры перемещают насыпные, реже штучные грузы. Длина трассы горизонтальных качающихся конвейеров составляет не более 100 м, производительность – до 400 м3/ч.
Вертикальные качающиеся конвейеры имеют высоту до 12 м, производительность – до 20 м3.
Качающиеся конвейеры используют на предприятиях химической и металлургической промышленности, при производстве строительных материалов (для обеспечения герметичного транспортирования пылящих, горячих, газирующих, ядовитых, химически агрессивных грузов).
Горизонтальные качающиеся конвейеры перемещают чугунную и витую стальную стружку (которая является очень неудобным для транспортирования грузом) в механических цехах, горячую выбитую землю, мелкое литье на машиностроительных предприятиях, горячие изделия в металлургическом производстве. Вертикальные качающиеся конвейеры используют в виде бункеров-накопителей при перемещении мелких деталей (винтов, заклепок и др.) на линиях механической обработки и сборки.
Преимуществами качающихся конвейеров являются простота конструкции; герметичность; возможность совмещения процесса транспортирования с технологическими операциями ( грохочение, сушка, охлаждение); невысокий расход энергии; малый износ желоба вибрационных конвейеров.
К недостаткам относятся: невозможность перемещения липких грузов; передача вибрационных нагрузок на опорные конструкции; невысокий срок службы упругих элементов и подшипников; интенсивное изнашивание желоба; снижение скорости и производительности при перемещении мелкодисперсных грузов.
Динамические режимы работы качающихся конвейеров
Рассмотрим процесс перемещения частицы груза, находящейся внутри трубы (желоба) качающегося конвейера.
При колебательном движении наклонной плоскости (рис. 6.5) под углом α с ускорением jж, направленном под углом β, частица груза, лежащая на этой плоскости, будет перемещаться вдоль данной плоскости [2].
При этом нормальное давление N частицы груза на плоскость (дно трубы или желоба)
N = mg cos α + mjy, (6.11)
где m – масса частицы груза;
jy – составляющая ускорения jж по оси Y;
jy = – jж sin β = – aω2sinφ sinβ. (6.12)
Рис. 6.5. Схема к расчету силы давления груза на желоб
Сила давления груза на плоскость:
N = m (g cosα – aω2sinφ sinβ), (6.13)
где а – амплитуда колебаний плоскости;
ω – угловая скорость возбудителя колебаний;
φ = ωt – фазовый угол колебаний (t – время).
При g cosα > aω2sinφ sinβ сила давления груза на плоскость направлена вниз и является положительной (груз находится на дне желоба).
При g cosα < aω2sinφ sinβ сила давления направлена вверх, и груз стремится оторваться от плоскости. Угол φ изменяется от 0 до 360°, тогда sinφ = 1 при φ = π/2 = 90°.
Коэффициент режима работы качающегося (колебательного) конвейера
. (6.14)
Для горизонтального конвейера cos α = cos 0° = 1 поэтому
. (6.15)
Коэффициент Г характеризует динамический режим работы качающегося конвейера и характер движения частиц груза:
при Г < 1 груз лежит на колеблющейся плоскости и перемещается не отрываясь от нее (режим инерционных конвейеров);
при Г > 1 груз отрывается от колеблющейся плоскости и перемещается микробросками (режим вибрационных конвейеров) (рис. 6.6);
при Г = 1 имеют место граничные условия (рис. 6.7).
При выполнении условия 1 < Г ≤ 3,3 движение частицы груза является оптимальным и состоит из нескольких этапов, выполняемых в различные промежутки времени одного периода колебаний плоскости.
Наиболее эффективным является движение частиц груза без скольжения, перемешивания, обратного движения, препятствующих рациональному перемещению.
Рис. 6.6. Схема движения частиц груза на вибрационном конвейере
Рис. 6.7. Диаграмма движения частиц груза на вибрационном конвейере
Наиболее рациональными режимами работы конвейера считаются такие, при которых движение частиц происходит при непрерывном подбрасывании и время их микрополета tп составляет tп = ρТ (ρ – любое целое число).
Движение с непрерывным подбрасыванием частиц груза происходит при значении коэффициента Г, определяемом по формуле
. (6.16)
При ρ = 1 время tп равно одному полному периоду колебания конвейера, а коэффициент режима Г = 3,3; при ρ = 2 tп = 2Т, а коэффициент Г = 6,36 (рис. 6.7).
В результате исследований динамических режимов работы качающихся конвейеров установлено, что при ρ > 1 и Г > 3,3 имеются определенные зоны снижения скорости перемещения груза (не происходит пропорционального увеличения скорости). При этом конвейер работает со значительными ускорениями, обусловливающими большие динамические нагрузки на привод, подшипники и другие элементы. Следовательно, для вибрационного конвейера коэффициент режима работы должен находиться в теоретических пределах 1 < Г ≤ 3,3.
Инерционные и вибрационные конвейеры
Существует два основных типа качающихся инерционных конвейеров: с постоянным (система Маркуса) и переменным (система Крейса) давлением груза на дно желоба. Конвейер Маркуса состоит из желоба, который опирается на стационарные катки, и двухкривошипного привода [2].
Желоб совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости: в период прямого хода скорость желоба плавно возрастает, затем резко снижается до нуля, а затем меняет направление; в период обратного хода скорость желоба резко возрастает, затем плавно снижается. Во время прямого хода желоба груз движется вместе с ним без скольжения, накапливая кинетическую энергию; при резком изменении скорости груз продолжает перемещаться вперед по инерции с замедлением, скользя вперед и при обратном ходе желоба (желоб как бы выскальзывает из-под груза). При обратном ходе скольжение груза прекращается, и он вместе с желобом движется вперед.
Режим работы конвейера выбирают таким, чтобы обратный ход груза был минимальным. Сила давления груза на дно желоба в каждый цикл колебаний будет одинаковой и равной силе тяжести груза; сила трения груза по дну желоба будет тоже постоянной.
Основными параметрами конвейеров Маркуса являются: амплитуда колебаний желоба 50–150 мм; частота колебаний 40–85 мин-1; ширина желоба 200–1200 мм; длина до 50 м; скорость перемещения груза до 0,2 м/с.
Конвейер Крейса имеет желоб, который опирается на жестко прикрепленные упругие стойки-рессоры, установленные под углом 20–30° к вертикали. Колебательное движение желоб получает от кривошипного привода, который сообщает желобу возвратно-поступательное движение одинакового характера как для прямого, так и для обратного ходов в направлении, перпендикулярном опорным стойкам.
При движении вперед желоб немного приподнимается вверх, а при движении вниз – опускается. Для движения частицы груза вперед при прямом ходе желоба необходимо, чтобы сила трения груза о дно желоба была больше, чем горизонтальная составляющая силы инерции груза.
При обратном ходе, когда желоб движется назад, опускаясь, вертикальная составляющая силы инерции груза направлена вверх, а сила тяжести – вниз. Сила давления груза на дно желоба и сила трения груза уменьшаются. Для движения груза вперед при движении желоба назад необходимо, чтобы горизонтальная составляющая силы инерции была больше силы трения.
Таким образом, силы давления груза на дно желоба при прямом и обратном ходах получаются различными по значению – это обеспечивает возможность непрерывного перемещения груза по желобу.
Для конвейеров Крейса с переменным давлением груза на желоб принимают Г < 1, при этом груз никогда не отрывается от желоба и скользит с переменной скоростью, и ускорение желоба
jж = n2 a / 90 > f g / (cosβ – sinβ), (6.17)
где n – частота вращения вала кривошипа, мин-1;
а – амплитуда колебания;
f – коэффициент трения груза о дно желоба;
β – угол наклона опорных стоек к вертикали.
Основными параметрами конвейеров Крейса являются: амплитуда колебаний 10–20 мм; частота колебаний 300–400 мин-1; ширина желоба 200–1000 мм; скорость движения груза на горизонтальном конвейере 0,15–0,2 м/с; угол наклона 10–15°.
Вибрационные конвейеры имеют много различных конструктивных исполнений и классифицируются по различным признакам:
по направлению перемещения груза: горизонтальные; пологонаклонные; вертикальные;
по числу одновременно колеблющихся масс: одномассные; двухмассные; многомассные;
по характеру динамической уравновешенности: уравновешенные; неуравновешенные;
по числу грузонесущих элементов: одноэлементные (с одинарным или сдвоенным грузонесущим элементом); двухэлементные;
по способу крепления грузонесущего элемента: подвесная свободноколеблющаяся конструкция; опорная конструкция с наклонными направляющими упругими элементами;
по назначению: виброконвейеры; питатели и дозаторы; грохоты;
по характеристике и настройке упругих опорных элементов: с резонансной настройкой; с дорезонансной настройкой; с зарезонансной настройкой.
При резонансной настройке частота возмущающейся силы вибровозбудителя ω и основная частота собственных колебаний упругой системы конвейера ω0 одинаковы или близки (для устойчивой работы конвейера 0,85 < ω / ω0 < 1,1). При дорезонансной настройке ω значительно меньше ω0; при зарезонансной настройке ω >> ω0.
Резонансная настройка упругой системы имеет наибольшее распространение, обеспечивает высокую производительность при малом расходе энергии при установившейся работе конвейера, но требует больших пусковых усилий.
Зарезонансная настройка обеспечивает длительную устойчивую работу машины при различных изменениях нагрузки; при зарезонансной настройке пусковые усилия снижаются, но увеличивается расход энергии при установившейся работе конвейера. Зарезонансная настройка используется для подвесных и опорных конвейеров легкого типа. Дорезонансная настройка имеет малое применение.
Грузонесущий элемент вибрационного конвейера совершает прямолинейные (иногда круговые или эллиптические) симметричные гармонические колебательные движения.
Вертикальные вибрационные конвейеры совершают двойное движение: прямолинейное вдоль вертикальной оси и вращательное вокруг вертикальной оси. Вибрационные конвейеры должны обеспечивать минимальную передачу динамических нагрузок на опорные конструкции; полную герметичность транспортирования; автоматическую (в том числе и промежуточную) загрузку и разгрузку; минимальную массу; малые габариты по высоте; высокую надежность.
Наиболее эффективным является использование вибрационных конвейеров для перемещения сухих однородных порошкообразных, зернистых и мелкокусковых грузов.
Горизонтальные и пологонаклонные вибрационные конвейеры
Подвесные виброконвейеры. Желоб (или труба) вибрационного конвейера подвесной конструкции (рис. 6.8) свободно подвешен на амортизаторах к опорным стойкам [2].
Желоб получает направленные колебания от центробежного привода, имеющего нижнее или верхнее расположение. Для обеспечения перемещения груза в заданном направлении привод устанавливают под углом β = 20–30° к продольной оси конвейера.
Линия действия возмущающей силы, вызывающей колебания системы, должна проходить через центр инерции (тяжести) системы для исключения дополнительных крутильных колебаний, неблагоприятно действующих на процесс перемещения груза.
Высокая жесткость узла крепления привода к желобу обеспечивает стабильность распространения колебаний и предотвращает возможное разрушение трубы. Увеличение габаритов грузонесущего элемента повышает его массу и уменьшает амплитуду колебаний, поэтому длина вибрационных конвейеров подвесной конструкции не более 6–8 м.
Рис. 6.8. Схемы одномассных свободноколеблющихся вибрационных конвейеров:
а, б, в – конструктивные; г – расчетная; 1 – желоб (труба) ; 2 – гофрированный патрубок;
3 – амортизатор; 4 – привод; 5 – предохранительный пояс
Преимуществами вибрационных конвейеров подвесной конструкции являются простота; малая масса; возможность промежуточной загрузки и разгрузки; малые динамические нагрузки на опоры. К недостаткам относятся малая длина перемещения и амплитуда колебаний; снижение амплитуды при увеличении загрузки.
Основные параметры конвейеров подвесной конструкции: диаметр трубы: 160, 200, 320, 400 мм; производительность 6–50 м3/ч.
Опорные виброконвейеры. Вибрационный конвейер опорной конструкции (рис. 6.9) состоит из грузонесущего элемента, установленного на опорных упругих элементах под углом β к вертикальной оси опорной рамы, расположенной непосредственно на фундаменте или установленной на упругих амортизаторах [2].
Возмущающая сила привода должна быть направлена под углом направления колебаний β, ее линия воздействия должна проходить через центр инерции колебательной системы.
Основным недостатком таких конвейеров является их неуравновешенность и передача вибронагрузок на опорные конструкции, и поэтому необходимость установки фундаментов. Для уменьшения нагрузок используют тяжелую раму, установленную на амортизаторы (что значительно утяжеляет конвейер).
Опорные конвейеры с центробежными приводами имеют зарезонансную, а с электромагнитным и эксцентриковым приводом резонансную настройку упругой системы.
Рис. 6.9. Схемы опорных вибрационных конвейеров:
а – одномассного; б – двухмассного; 1 – опорная рама; 2 – вибропривод; 3 – опорные упругие элементы; 4 – желоб (труба); 5 – амортизаторы
Основными параметрами вибрационных конвейеров опорной конструкции являются: амплитуда колебаний желоба 6 мм; частота 680 мин-1; угол направления колебаний 22°; температура транспортируемого груза не более 100 °С.
Двухтрубный вибрационный конвейер (рис. 6.10) представляет собой уравновешенную двухмассную колебательную систему с нижней и верхней грузонесущими трубами, которые движутся возвратно-поступательно, параллельно друг другу со сдвигом фаз на 180°, т. е. при движении одной трубы вперед другая труба отклоняется назад на ту же величину – этим обеспечивается уравновешивание движущихся масс [2].
Транспортируемый груз перемещается по верхней и нижней трубам в одном направлении.
Рис. 6.10. Двухтрубный вибрационный конвейер
Основными параметрами двухтрубных вибрационных конвейеров являются: диаметр трубы: 104, 154, 220, 310, 390, 470 мм; длина 10–30 м; производительность 15–150 м3/ч.
Преимуществами двухтрубных вибрационных конвейеров являются: уравновешенность колеблющихся масс; удвоенная производительность; постоянство амплитуды колебаний; малый расход энергии из-за резонансной настройки упругой системы. К недостаткам относятся: сложность конструкции и узлов промежуточной загрузки и разгрузки; большие габаритные размеры.
Вертикальные вибрационные конвейеры
Вертикальный вибрационный конвейер-элеватор (рис. 6.11) имеет жесткий каркас, с наружной стороны которого прикреплен открытый желоб (труба), по которому снизу вверх перемещается груз [2].
Рис. 6.11. Схема вертикального вибрационного конвейера:
а – конструктивная схема; б – двухвальный центробежный вибровозбудитель;
в – составляющие амплитуды колебания;
1 – цилиндрический каркас; 2 – труба; 3 – привод-вибровозбудитель;
4 – амортизаторы; 5 – каркас; 6 – параллельные валы; 7 – диски; 8 – зубчатые передачи
Вверху или внизу каркаса устанавливается привод-вибровозбудитель, сообщающий каркасу направленные продольные и крутильные колебания, обеспечивая движение груза вверх по спирали. Каркас прикрепляют амортизаторами к опорным частям здания или фундамента.
Вертикальные составляющие Рz центробежных сил Р (рис. 6.11) вызывают колебания конвейера вдоль его вертикальной оси, горизонтальные составляющие Рх центробежных сил, направленные в разные стороны, образуют момент, вызывающий крутильные колебания конвейера. Сочетание этих колебаний при определенной частоте и амплитуде обеспечивает транспортирование груза вверх по спирали.
Вертикальные виброконвейеры имеют частоту колебаний 1000–3000 мин-1; суммарные амплитуды колебаний а = 0,5–8 мм.
К основным параметрам виброконвейеров относятся: диаметр желоба (трубы) Dк = 300–900 мм; ширина желоба 100–400 мм; производительность до 20 м3/ч; высота подъема 6–12 м.
Производительность конвейера
Q = 3600 F0 vρψ, (6.18)
где F0 – сечение трубы (желоба), м2;
Ψ – коэффициент наполнения желоба.
Скорость транспортирования
, (6.19)
где K1 и K2 – эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств груза;
α – угол наклона конвейера (угол подъема спирали);
а – амплитуда колебаний;
Г – коэффициент режима работы виброконвейера.
Наружный диаметр каркаса конвейера
Dк ≥ Н / 10, (6.20)
где Н – высота подъема, м.
Роликовые конвейеры
Назначение, классификация роликовых конвейеров
Роликовые конвейеры (рольганги) относятся к группе машин непрерывного транспорта без тягового органа и перемещают по горизонтали или под небольшим углом наклона штучные грузы (слитки, плиты, профильный прокат, контейнеры, ящики и т. д.), которые могут перекатываться по роликам и имеют плоскую опорную поверхность. Грузы катятся по стационарным роликам, оси которых укреплены на жесткой раме [1, 2, 3, 5, 6].
Роликовые конвейеры выполняют приводными и неприводными, стационарными и переносными или передвижными. Ролики приводных конвейеров приводятся во вращение двигателем и сообщают движение лежащим на них грузам; в неприводных конвейерах грузы перемещаются под действием движущей силы и приводят во вращение ролики.
Ролики приводных и неприводных конвейеров выполняются цилиндрическими и дисковыми. Ролики обычно имеют цилиндрическую форму и конструктивное исполнение как у роликоопор ленточных конвейеров. Ролики изготавливаются из стальной трубы, а при легких и средних условиях работы используют ролики, выполненные из синтетических полимерных материалов, т. к. они имеют меньшую массу, более долговечны, эластичны и бесшумны при работе.
Цилиндрические и дисковые конвейерные ролики вращаются на шарикоодшипниках на неподвижных осях.
Длина цилиндрических роликов принимается из нормального ряда: 160; 200; 250; 320; 400; 500; 650; 800; 1000; 1200 мм. Шаг роликов принимается из нормального ряда: 50; 60; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 мм.
Дисковые ролики имеют разнообразные конструкции (с наружными или внутренними кольцами из пластмассы, с однорядным или двухрядным подшипником и др.), основным их преимуществом является то, что при грузах небольших размеров оси дисковых роликов, расположенных в шахматном порядке, могут устанавливаться ближе друг к другу, обеспечивая спокойный ход грузов.
Роликовые конвейеры состоят из модульных секций длиной 2–3 м, смонтированных из группы роликов, установленных в опоры и закрепленных на раме. Для регулирования угла наклона конвейера стойки рамы выполняют выдвижными.
Роликовые конвейеры отличаются простотой конструкции, возможностью создания трассы практически любой конфигурации и длины с многочисленными разветвлениями и пересечениями, они входят в состав сложных транспортно-технологических систем и комплексов, используются в сочетании с другими подъемно-транспортными и транспортирующими машинами и технологическим оборудованием.
6.3.2 Неприводные роликовые конвейеры
Неприводные роликовые конвейеры выполняют стационарными, переносными и передвижными. Конвейеры устанавливаются с наклоном в сторону движения, и грузы перемещаются под действием собственной силы тяжести. Расстояние между осями роликов выбирают таким, чтобы груз всегда лежал не менее чем на двух роликах, т. е. не больше 1/3 длины груза.
Основными параметрами неприводных роликовых конвейеров (рольгангов) общего назначения являются: длина ролика – 160–1200 мм и диаметр ролика – 40–155 мм. Шаг роликов составляет 50–630 мм, радиусы поворотных секций – 400–4000 мм. Неприводные роликовые конвейеры (рис. 6.12) просты в эксплуатации, экономичны и отличаются удобством укладки и съема грузов; ширина ходовой части: 160, 250, 400 и 650 мм; диаметры дисков 40 и 60 мм; шаг установки 40, 80 и 160 мм [5, 6].
Рис. 6.12. Неприводные роликовые конвейеры:
а – стационарный однорядный; б – стационарный раздельный сдвоенный;
в – сдвоенный с наклонными роликами для цилиндрических грузов;
г – с наклонными роликами (дисками) для труб; д – передвижной;
е – передвижной раздвигающийся
Неприводные роликовые конвейеры имеют пересечения и разветвления трассы подобно стрелке рельсовых путей. На криволинейных участках (повороты трассы) устанавливают по два раздельных цилиндрических или конических ролика. На неприводных роликовых конвейерах кроме цилиндрических используют дисковые ролики, самоустанавливающиеся по ходу грузов; шаровые опоры, обеспечивающие движение грузов в любую сторону.
К недостаткам рольгангов относятся: невысокая производительность, нестабильность скорости движения, возможность остановки и самопроизвольного сбрасывания грузов, необходимость восстановления потерянной на наклонной трассе высоты.
Неприводные роликовые конвейеры имеют прямолинейные, криволинейные секции в одно- и двухрядном исполнениях, а на местах пересечения трасс – вращающиеся роликовые и невращающиеся шариковые поворотные столы. Криволинейные участки характеризуются повышенным сопротивлением движению, что приводит к увеличению их угла наклона.
Использование элементов роликовых конвейеров в различных комбинациях позволяет объединить в единую транспортную систему неодинаковые по ритму участки технологической линии. Эти элементы имеют автоматическое управление и обеспечивают регулирование очередности поступления грузов на основной конвейер.
При свободном движении груза под уклон возможен его разгон до большой скорости, для ограничения или регулирования скорости на роликовом настиле устанавливают тормозные устройства разнообразных конструкций. На сходящихся под острым углом конвейерах для предотвращения столкновения грузов устанавливают блокирующие устройства.
При выборе шага роликов необходимо учитывать, что чем меньше шаг, тем спокойнее ход груза, меньше среднее давление его на ролик, выше металлоемкость и стоимость конвейера, больше сопротивление движению и угол наклона настила.
Принимают длину ролика ℓр < (0,45–0,2) ℓгр (ℓгр – длина опорной поверхности груза); обычно ℓр = 1/3 ℓгр. Для коротких высоких грузов или грузов со смещенным по длине центром масс выполняют проверку на устойчивость.
Расчет неприводных роликовых конвейеров
Из-за неопределенности распределения веса Gгр груза на ролики ограничиваются определением средней нагрузки N на ролик в целом.
При 2ℓр < ℓгр < 3ℓр Р = 0,5 Gгр;
при 3ℓр < ℓгр < 4ℓр Р = 0,33 Gгр;
при 4ℓр < ℓгр < 5ℓр Р = 0,25 Gгр.
Работа груза в период вращения ролика с ускорением складывается из работы трения и кинетической энергии ролика
А = K Р v2 / 2g, (6.21)
где K = 0,8 – 0,9 – коэффициент, учитывающий распределение вращающейся части ролика.
Полная сила сопротивлению движения груза
W = W1 + W2 + W3. (6.22)
Сопротивление качению груза по роликам
W1 = G 2k / D, (6.23)
где k – коэффициент трения качения груза по роликам;
D – диаметр ролика.
Сопротивление трению в цапфах ролика
W2 = [(G + Pz´) μ d] / D, (6.24)
где z´ – количество роликов, на которых лежит груз;
μ – коэффициент трения в шейке ролика;
d – диаметр шейки ролика.
Для одного ролика работа равна 2А, для всех z роликов на конвейере 2Аz, тогда сопротивление скольжению груза по роликам
W3 = 2Аz / L = k P z υ2 / g L, (6.25)
где L – длина конвейера (путь перемещения груза).
Коэффициент сопротивления движению груза ω´ и равный ему тангенс угла β наклона конвейера
ω´ = tgβ = W / G. (6.26)
С уменьшением массы грузов необходимо увеличивать угол наклона конвейера. Угол наклона роликового конвейера зависит от силы тяжести вращающихся частей роликов и массы перемещаемого груза, от коэффициента трения качения, который изменяется в зависимости от состояния опорной поверхности груза, диаметра роликов и типа подшипников (на криволинейных участках трассы наклон увеличивается на 0,5–1 %).
Ось и обечайку ролика проверяют на прочность и жесткость.
Более подробно расчет неприводных роликовых конвейеров представлен в [5, 6].
Приводные
роликовые конвейеры, типы и общее устройство
Приводные роликовые конвейеры получили широкое применение в металлургической и деревообрабатывающей промышленности, в прокатных цехах, на заводах, производящих резку и раскрой листового и профильного металла, а также на складах готовой продукции. Такие конвейеры на отдельных участках прокатного производства являются единственно возможным транспортным средством [3, 5, 6].
В приводных роликовых конвейерах вращение на все рабочие ролики осуществляется от двигателя, поэтому классификация таких конвейеров производится по способу передачи на ролики движущей силы. Приводные роликовые конвейеры выполняют с групповым и индивидуальным приводом. По назначению их классифицируют на транспортные с групповым приводом и на рабочие реверсивные с индивидуальным приводом для каждого ролика.
При групповом приводе движение роликам передается продольным трансмиссионным валом (рис. 6.19), приводными цепями (рис. 6.20), клиновыми ремнями или лентой.
Рис. 6.19. Схема привода роликового конвейера
с продольным валом и коническими зубчатыми передачами
Конвейеры такой конструкции применяются для тяжелых условий работы, они выполняются реверсивными и используются в металлургическом производстве для подачи металла к прокатным станам, плавильным и охлаждающим камерам.
Рис. 6.20. Схема группового привода роликового конвейера,
осуществляемого с помощью приводных цепей от ролика к ролику
Тихоходный групповой привод устанавливают на конвейерах общего назначения для транспортирования легких, средних и реже тяжелых грузов.
Расчет приводных роликовых конвейеров
Расчет приводных транспортных роликовых конвейеров [2, 3].
Необходимая мощность двигателя, кВт
, (6.27)
где Q – расчетная производительность, т/час;
H – высота подъема, м
Lг – длина горизонтальной проекции, м;
ω´ – коэффициент сопротивления движению грузов;
ω´1 – коэффициент сопротивления вращению роликов;
η = 0,8–0,85 – кпд механизма;
Р – расчетная нагрузка на ролик, кг.
Для горизонтального конвейера Н = 0, Lг = L , тогда мощность группового привода приводного роликового конвейера
. (6.28)
С увеличением производительности конвейера и количества роликов мощность двигателя возрастает.
Интервал времени (с) между прохождением грузов при равномерном поступлении их на конвейер при z – количестве грузов в час
. (6.29)
Продолжительность движения грузов по конвейеру
. (6.30)
Количество грузов, одновременно находящихся на конвейере
. (6.31)
Наибольший крутящий момент
, (6.32)
где K > 1 – коэффициент неравномерности распределения груза на роликах;
i – количество роликов, на которых лежит груз;
ω´ – коэффициент сопротивления движению груза;
ω´1 – коэффициент сопротивления движению ролика;
D – диаметр ролика.
Если груз удерживается стопором, а ролики продолжают вращаться, то крутящий момент, Нм
(6.33)
где f – коэффициент трения груза о поверхность ролика.
Для рабочих (маневровых) конвейеров у прокатных станов для подачи и отвода металла характерны частые и быстрые изменения направления движения, поэтому при расчете учитывают силы, действующие в периоды ускоренного движения в следующих случаях:
1. Груз катится по роликам без скольжения.
Сила трения груза массой m
m g f0 ≥ m j0 или j0 ≤ g f0,
где f0 – коэффициент трения покоя груза относительно поверхности роликов;
j0 – ускорение груза.
2. Груз катится и одновременно скользит по роликам, но между грузом и роликами действует сила трения Gf.
Сила трения груза о ролики меньше силы инерции груза
j = g f,
где f – коэффициент трения скольжения груза о поверхность роликов.
Момент в период ускорения на валу двигателя, Нм
(6.34)
где Тст – статический момент на валу роликов в период ускорения;
Тдин – динамический момент на валу роликов;
кп – передаточное отношение между валом двигателя и валом роликов;
η – кпд передаточного механизма;
Jдв – момент инерции двигателя;
εдв – угловое ускорение вала двигателя;
С = 1,1–1,2 – коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся масс передаточного механизма.
Пусковой момент двигателя в 1,8–2 раза больше номинального при установившемся движении.