Статический расчет конвейера

Ленточные конвейеры являются наиболее распространённым типом транспортирующих машин непрерывного действия во всех отраслях промышленности и строительства. Из всех конвейерных установок, находящихся в эксплуатации, 90% составляют ленточные транспортёры. Они являются наиболее типичными представителями машин непрерывного транспорта с тяговым рабочим органом, методы расчёта которых используются при проектировании ряда других установок. Интерес представляют расчёты натяжения тягового органа транспортёра, выбор места установки привода, исходной величины натяжения ленты и определение тягового усилия и мощности конвейера. В процессе проектирования я знакомился с конструктивным исполнением приводных и натяжных станций, поддерживающих роликоопор, загрузочных и разгрузочных устройств, и другими сборочными единицами.

Ленточный конвейер имеет станину, на концах которой установлены два барабана: передний-приводной и задний-натяжной. Вертикально замкнутая лента огибает эти концевые барабаны и по всей длине поддерживается опорными роликами, называемыми роликоопорами (верхними и нижними), укреплёнными на станине. Приводной барабан получает вращение от привода и приводит в движение ленты вдоль трассы конвейера.

Лента загружается через одну или несколько загрузочных воронок, размещённых на конвейере. Транспортируемый груз перемещается на верхней (рабочей) ветви ленты, а нижняя ветвь является возвратной. Груз разгружается на переднем барабане через разгрузочную воронку. Наружная поверхность ленты очищается от прилипших к ней частиц груза очистным устройством, установленным у переднего барабана.

1. Исходные данные.

Транспортируемый материал: щебень сухой;

Производительность (Q_э): 250 т/ч;

Плотность материала (с): 1,5…1,8 т/м³;

Угол естественного откоса в покое (б): 35°…45°;

Длина транспортирования (L): 102 м;

Высота транспортирования (H): 16 м;

Длина участков (L₁=L₆, L'₂/L₂=L'₅/L₅, L₃=L₄), м: 30, 52/50, 20;

Угол наклона наклонной части транспортера: 18°;

Производственные условия тяжелые, включает работу в зимние месяцы;

Скорость транспортирования: 1,7 м/с.

2. Производительность ленточного конвейера и параметры машины, обеспечивающие её выполнение

В задании на проектирование ленточного транспортёра указывается его эксплуатационная производительность (Q_э = 250 т/ч), которая должна быть обеспечена в реальных условиях работы предприятия с учётом всех его простоев, неравномерности загрузки ленты и технической готовности.

Общий эксплуатационный коэффициент определяется по формуле 1.1:

, (1.1)

где К_в - коэффициент использования транспортёра по времени (К_в = 0,85-0,9); К_г - коэффициент готовности (К_г = 0,96-0,98); К_н - коэффициент неравномерности загрузки (К_н = 0,91-0,93).

Максимальную расчётную производительность, по которой ведётся расчёт транспортёра, определяется по формуле 1.2:

, (1.2)

где Q_э - эксплуатационная производительность, т/ч; К_э - общий эксплуатационный коэффициент, определяется по формуле (1.1).

Определим общий эксплуатационный коэффициент по формуле 1.1:

;

Определим максимальную расчётную производительность по формуле 1.2:

т/ч;

Определяем ширину ленты, принимая желобчатую трехроликовую опору с углом боковых роликов в = 30 ?.

Определяем часть ширины ленты, на которой располагается груз:

где Q_p - производительность, т/ч; с - плотность материала, т/м³; V - скорость транспортирования, м/с; k - коэффициент, зависящий от степени подвижности материала; ц - угол естественного откоса материала на движущей ленте, составляющий (35 - 50)% от угла естественного откоса в покое.

Для средней группы подвижности материала, к которой относится щебень, принимаем k = 0,90, ц ? 0,35б, где б = 40 ? приняли как среднее значение.

Определяем b при следующих числовых значениях:

Q_p = 309 т/ч; k = 0,90; с = 1,65 т/м³; V = 1,7 м/с; ц = 0,35·40 ? = 14 ?.

Ширина ленты

По ГОСТ 22644-77 принимаем ближайшую большую стандартную ширину B = 650 мм.

Принятая ширина ленты допускает транспортировку щебня с максимальным размером кусков:

Рисунок 1. Схема ленточного конвейера

3. Определение натяжения ленты в характерных точках трассы

Для определения натяжения ленты в характерных точках трассы и построения диаграммы решаем систему уравнений. При работе транспортера в неотапливаемых галереях и наличии абразивной пыли, коэффициент сопротивления отклоняющих устройств (C₁) для подшипников качения принимаем равным 1,03. Подсчитаем силы сопротивления на прямолинейных участках.

3.1 Вычисление единичных линейных масс

Предварительно вычислим единичные линейные массы груза и элементов конвейера.

Масса груза, приходящаяся на 1 м длины груженого участка конвейера:

Погонная масса ленты:

где В-ширина ленты, мм; д₀ - толщина прокладки, мм; i - предварительно принятое число прокладок в ленте; д₁ - толщина наружной обкладки со стороны нагруженной поверхности ленты, мм; д₂ - толщина наружной обкладки со стороны нерабочей поверхности ленты, мм.

Согласно рекомендациям, принимаем толщину обкладок для среднеабразивных грузов: д₁ = 3,5 мм; д₂ = 1,5 мм; толщина одной прокладки д₀ = 1,25 мм.

Предварительно для расчета принимаем число прокладок i = 4 при B = 650 мм, тогда

Массы роликоопор на 1 м длины холостого и груженого участков конвейера:

где G_p - масса роликоопор, кг; l_рг, l_рх - расстояние между роликоопорами на груженом и холостом участке транспортера, м.

Для желобчатой (трехроликовой) ленты при диаметре ролика 108 мм: G_p ? (7B + 5) = 9,55 кг, для плоской ленты G_p ? (7B + 4) = 8,55 кг.

l_рг = 1,3 м; l_рх = 2,6 м.

3.2 Определение сил сопротивлений

Определяем силы сопротивления на характерных участках трассы конвейера по соотношениям:

здесь щ = 0,042 - коэффициент сопротивления движению резинотканевой ленты по роликоопорам в тяжелых производственных условиях.

Сопротивление движению ленты при загрузке материала:

где ц - 1,3…1,5 - коэффициент, учитывающий трение груза о направляющие борта и стенки загрузочной воронки; V₁, V_Л - соответственно начальная скорость груза и скорость ленты, м/с.

Сопротивление при разгрузке с помощью разгрузочной тележки:

где F_i - натяжение ленты на i-ом участке, на котором установлена тележка.

3.3 Натяжение ленты в точках трассы конвейера

Коэффициент c принимаем равным 1,04.

Обозначим F`₂ = -861,48 Н, тогда

При определении S`<sub>3</sub> и ниже S`₄ сопротивления на отклоняющих барабанах снижают величину отрицательного натяжения ленты.

где с' = 1,03 сопротивление на роликовой батарее.

Исходную величину натяжения ленты определяем, используя второе требование обеспечения работы тягового элемента:

Принимая м = 0,25 и е = 240 ? = 4,19 рад, имеем:

С учетом определяем:

Минимальное натяжение ленты в т. 3:

следовательно требование статического натяжения выполняется.

Минимальное натяжение ленты на груженом участке:

Наименьшее натяжение, при котором стрела провеса не превосходит допускаемого значения, определяется по формуле:

где y_max - максимально допустимая стрела провеса.

Условие третьего требования выполняется (S₄>S_гmin).

4. Расчёт ленты

Расчётное значение коэффициента запаса прочности ленты определяется по формуле 3.1:

, (3.1)

где n₀ - номинальный запас прочности, принимаемый n₀ = 7 при расчёте по нагрузкам установившегося движения; n_нр - коэффициент неравномерности нагружения прокладок, при i = 4 n_нр = 0,9; n_ст - коэффициент прочности стыкового соединения концов ленты; n_т - коэффициент, учитывающий влияние конфигурации трассы конвейера; n_р - коэффициент, учитывающий влияние ражима по времени работы конвейера в течении суток и по производительности.

Максимально допустимая рабочая нагрузка определяется по формуле 3.2:

, (3.2)

где n - расчётное значение коэффициента запаса прочности ленты, определяется по формуле 3.1; К_пр - номинальная прочность ткани по ширине одной прокладки, для прокладок БКНЛ-150 К_пр = 150 кН/м.

Максимальная допустимая расчётная сила растяжения резинотканевой ленты определяется по формуле 3.3:

, (3.2)

где [К] - максимально допустимая рабочая нагрузка, определяется по формуле 3.2, кН/м; В-ширина ленты, м; i - число тканевых прокладок.

Определим расчётное значение коэффициента запаса прочности ленты по формуле 3.1:

.

Определим максимально допустимую рабочую нагрузку по формуле 3.2:

кН/м.

Определим максимально допустимую расчётную силу растяжения резинотканевой ленты по формуле 3.3:

кН.

Прочность ленты выполняется, так как S_m < F_max, 26,52 кН < 35,45 кН [1].

При трёх прокладках F_max = 35,45 кН прочность также обеспечивается, поэтому окончательно принимаем i = 3, при этом пересчет q_л не производим.

5. Расчет мощности

Наибольшая окружная сила определяется по формуле 4.1:

, (4.1)

где S_m - усилие в набегающем на приводной барабан конце ленты, Н; S₀ - усилие в сбегающем с приводного барабана конце ленты, Н.

Необходимая мощность двигателя определяется по формуле 4.2:

, (4.2)

где Р_max - наибольшая окружная сила, определяется по формуле 4.1, Н; V - скорость ленты, м/с; k_п - коэффициент запаса и неучтённых потерь, k_п = 1,1-1,2; з_м - коэффициент полезного действия передаточных механизмов привода.

Определим наибольшую окружную силу по формуле 4.1:

Н.

Определим необходимую мощность двигателя по формуле 4.2:

кВт.

По каталогу принимаем двигатель 4А200 М, мощностью N = 37 кВт, частотой n = 1500 об/мин [1].

6. Техника безопасности

В установленных на конвейерах загрузочных и разгрузочных устройствах не допускается заклинивание и зависание груза, образование просыпей. Не допускается загрузка конвейера сверх расчетных норм для условий эксплуатации, установленных в технических условиях или эксплуатационной документации.

Не допускается падение груза с конвейера или машины в местах передачи транспортируемого груза с одного конвейера на другой конвейер или машину.

Не допускается самопроизвольное перемещение в обратном направлении грузонесущего элемента с грузом при отключении привода в конвейерах, имеющих наклонные или вертикальные участки трассы.

Грузовые натяжные устройства конвейеров должны иметь концевые упоры для ограничения хода натяжной тележки и конечные выключатели, отключающие привод конвейера при достижении натяжной тележкой крайних положений.

Наклонные и вертикальные участки цепных конвейеров должны быть снабжены ловителями для захвата цепи в случае ее обрыва, угрожающего обслуживающему персоналу.

Движущиеся части конвейеров (приводные, натяжные и отклоняющие барабаны, натяжные устройства, канаты и блоки натяжных устройств, ременные и другие передачи, муфты, а также опорные ролики и ролики нижней ветви ленты) должны быть ограждены в зонах постоянных рабочих мест, связанных с технологическим процессом на конвейере, или по всей трассе конвейера, если имеет место свободный доступ или постоянный проход вблизи конвейера лиц, не связанных с обслуживанием конвейера.

Защитные ограждения должны быть снабжены приспособлениями для надежного удержания их в закрытом (рабочем) положении и в случае необходимости быть сблокированы с приводом конвейера для его отключения при снятии (открытии) ограждения. Ограждения следует изготовлять из металлических листов, сетки и других прочных материалов.

В зоне возможного нахождения людей должны быть ограждены или защищены: смотровые люки пересыпных лотков, бункеров и т.п., установленных в местах загрузки и разгрузки конвейеров, периодически очищаемые обслуживающим персоналом; проходы (проезды) под конвейерами сплошными навесами, выступающими за габариты конвейеров не менее чем на 1 м; участки трассы конвейеров (кроме подвесных конвейеров), на которых запрещен проход людей, при помощи установки вдоль трассы перил высотой не менее 1,0 м от уровня пола.

На конвейерах, входящих в автоматизированные транспортные или технологические линии, должны быть предусмотрены устройства для автоматической остановки привода при возникновении аварийной ситуации.

Конвейеры большой протяженности должны быть дополнительно оборудованы выключающими устройствами для остановки конвейера в аварийных ситуациях в любом месте.

На участках трассы конвейеров, находящихся вне зоны видимости оператора с пульта управления, должна быть установлена двусторонняя предупредительная предпусковая звуковая или световая сигнализация, включающаяся автоматически до включения привода конвейера.

Двусторонняя сигнализация должна обеспечивать не только оповещение о пуске конвейера лиц, находящихся вне зоны видимости с пульта управления конвейером, но и подачу ответного сигнала на пульт управления с участков трассы, невидимых оператору, о готовности конвейера к пуску.

На рабочих местах должны быть помещены таблички, поясняющие значения применяемых средств сигнализации и порядок управления конвейером.

Места периодической смазки конвейеров должны быть доступны без снятия защитных устройств.

При размещении стационарных конвейеров должна быть предусмотрена возможность применения в доступных местах трассы конвейера механизированной уборки из-под него просыпавшегося (счищенного) груза.

В производственных зданиях, галереях, тоннелях и на эстакадах вдоль трассы конвейеров должны быть предусмотрены проходы для безопасного обслуживания, монтажа и ремонта.

Список литературы.