ИЗУЧЕНИЕ И РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Цель работы

Ознакомление с конструктивными особенностями и изучение принципа действия ленточных конвейеров. Приобретение практических навыков в  расчете и подборе элементов ленточного конвейера.

 

Формируемые компетенции

ПК-4: готовность к разработке проектной и технологической документации по ремонту, модернизации и модификации ТиТТМ различного назначения и ТО, разработке проектной документации по строительству и реконструкции транспортных предприятий, с использованием методов расчетного обоснования, в том числе с использованием универсальных и специализированных программно-вычислительных комплексов и систем автоматизированного проектирования.

ПК-31: готовность к использованию знания рабочих процессов, принципов и особенностей работы транспортных и ТиТТМ отрасли и применяемого при технической эксплуатации и сервисном обслуживании оборудования.

ПК-32: готовность к использованию знания организационно-правовых основ управленческой и предпринимательской деятельности.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Ведущее место среди подъемно-транспортных средств различного назначения занимают транспортирующие машины. Характерной особенностью этих машин является то, что их загрузка и разгрузка происходят без остановки при непрерывном движении рабочего органа. Машины непрерывного транспорта являются основой комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и производственных процессов, повышающих производительность труда и эффективность производства. Среди транспортирующих машин большую группу составляют ленточные конвейеры (рисунок 7.1), получившие большое распространение во всех отраслях промышленности.

Рисунок 7.1 – Транспортирование груза ленточным конвейером

Ленточные конвейеры предназначены для транспортирования насыпных (порошкообразных, мелко – и среднекусковых материалов), а также мелких штучных грузов в горизонтальном или близком к нему направлении. Ленточные конвейеры характеризуются простотой конструкции, малым собственным весом, высокой надежностью работы и простотой эксплуатации, обеспечивая низкую себестоимость перемещения груза. Некоторым недостатком этих машин является относительно высокая стоимость прорезиненной ленты, которая наиболее широко распространена; она составляет почти 50 % общей стоимости машины.

Движение ленты в ленточных конвейерах (рисунок 7.2) происходит благодаря силам трения, возникающим между поверхностью ленты и поверхностью приводного барабана. Необходимое прижатие ленты к барабану обеспечивается предварительным натяжением ленты. Последнее является одним из условий нормальной работы конвейера. Кроме того, такими условиями являются правильный выбор ширины ленты, скорости ее движения, размеров приводного и натяжного барабанов, мощности двигателя и др.

 

Рисунок 7.2 – Ленточный конвейер: 1 – приводной барабан; 2 – натяжной барабан; 3 – рабочие роликоопоры; 4 – холостые роликоопоры; 5 – металлоконструкция; 6 – натяжное устройство; 7 – лента; 8 – приводная станция; 9 – электродвигатель; 10 – колодочный тормоз; 11 – редуктор

 

Приведенные в данных методических указаниях сведения по проектировочному расчету ленточных конвейеров способствуют подготовке специалистов широкого профиля на базе овладения фундаментальными знаниями, усиления творческой инициативы и самостоятельности студентов в приобретении знаний.

а) основные свойства транспортируемых грузов

Для проектирования транспортирующий машины необходимо знать вид транспортируемого груза и его физико-механические характеристики.

Транспортируемые грузы делятся на сыпучие и штучные. Штучные грузы характеризуются габаритными размерами, формой, массой, а также хрупкостью, температурой и т.п. По габаритным размерам штучных грузов определяются размеры несущих элементов конвейера, расстояние между ними и возможность прохода груза на поворотах и перегибах конвейера. Вес груза определяет грузоподъемность несущего и прочность тягового элемента.

К насыпным грузам относятся кусковые, зернистые, порошкообразные и пылевидные материалы, перемещаемые сплошным потоком. Насыпные грузы характеризуются размером и формой частиц, кусковатостью, плотностью, углом естественного откоса, абразивностью, влажностью и прочими свойствами.

Кусковатостью называется количественное распределение частиц груза по их крупности. Этот параметр характеризуется коэффициентом однородности размеров частиц груза

(7.1)

где a_max и a_min – соответственно наибольший и наименьший размер куска.

При k_o > 2,5 груз считается рядовым, при k_o < 2,5 груз считается сортированным.

Насыпные грузы также характеризуются размером а ¢ типичного куска груза. Для сортированных грузов за типичный принимается средний по размерам кусок:

(7.2)

 

для рядовых грузов

(7.3)

 

По значению а_max (мм) насыпные грузы делятся на следующие группы:

особо крупнокусковые (камни, валуны)                        > 500 мм;

крупнокусковые (руда)                                                   200…500 мм;

среднекусковые (уголь)                                                   61…199 мм;

мелкокусковые (щебень)                                                  10…60 мм;

зернистые (зерно)                                                             0,5…9 мм;

порошкообразные (мелкий песок)                                   0,05…0,09 мм;

пылевидные (цемент)                                                         < 0,05 мм.

По плотности (т/м³) насыпные грузы делятся на следующие группы:

легкие (торф, кокс, мука)                                                      £ 0,6;

средние (зерно, каменный уголь, шлак)                              0,6…1,6;

тяжелые (гравий, щебень)                                                     1,6…2,0;

особо тяжелые (руда, камень)                                               2,0…4,0.

Углом естественного откоса насыпного груза называется угол между поверхностью откоса насыпного груза и горизонтальной плоскостью. Различают углы естественного откоса насыпного груза в состоянии покоя (φ_о) и в состоянии движения (φ_д). Обычно этот угол составляет (0,5…0,7) φ_о.

Истирающей способностью (абразивностью) насыпной грузов называют свойство их частиц изнашивать во время движения соприкасающиеся с ними поверхности. По степени абразивности насыпные грузы делятся на группы:

А – неабразивные (зола, зерно, овощи, мука, опилки и др.);

В – малоабразивные (уголь, глина, гравий, и др.);

С – среднеабразивные (антрацит, земля, песок, известняк и др.);

Д – высокоабразивные (железная руда, агломерат, кварцит, кокс, щебень и др.).

Значения важнейших характеристик транспортируемых материалов приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Физико-механические характеристики насыпных грузов

Грузы	Абразивность	Насыпная плотность, т/м3	Угол естественного откоса груза, град.		Коэффициент трения груза в состоянии покоя, f		Размеры частиц (кусков) а, мм
			в покое, jо	в движении, jд	по стали	по резине	amin	amax
Антрацит мелкокус.	С	0,92…0,98	45	27	0,84	0,61	13	25
Агломерат жел. руды	Д	1,46…1,9	45	38	1,0	0,9	5	100
Апатит сухой	В	0,4…0,6	35	28	0,58	0,63	-	0,5
Гипс кусковой	В	1,43…1,6	35	30	0,78	0,61	10	150
Глина сухая	В	1,1…1,6	50	40	0,75	0,8	-	-
Гравий рядовой	В	1,5…1,85	45	30	0,8	0,9	10	80
Зерно кукурузы	А	0,75…0,8	35	20	0,42	0,58	6	10
Зерно пшеницы	А	0,7…0,8	35	26	0,6	0,7	5	8
Зерно ячменя	А	0,6…0,72	35	27	0,58	0,6	5	8
Земля формов.	С	0,8…1,3	45	32	0,7	0,6	-	1,0
Зола сухая	А	0,6…0,9	42	30	0,65	0,75	-	-
Известняк мелкокус.	С	1,3…1,6	45	30	0,56	0,7	40	70
Кокс каменноуг.	Д	0,45…0,50	43	32	0,90	0,8	40	80
Клинкер	В	1,7…1,85	45	36	0,86	0,9	5	60
Мука пшенич.	А	0,45…0,7	52	46	0,57	0,67	-	-
Опилки древесн.	А	0,2…0,3	39	34	0,39	0,51	-	-
Песок сухой	С	1,4…1,65	45	30	0,32	0,46	-	-
Руда железная	Д	2,2…2,5	40	35	1,2	1,0	10	120
Рожь	А	0,65…0,79	35	25	0,58	0,72	5	8
Соль техничес.	В	1,30…1,35	40	35	0,82	0,63	3	20
Уголь каменный	В	0,8…0,95	36	28	0,42	0,55	50	100
Цемент	В	1,0…1,5	40	35	0,65	0,64	-	-
Шлак гранулир.	Д	0,4…0,7	42	36	0,8	0,56	-	250
Щебень гранитный	Д	1,45…1,55	45	35	0,74	0,6	10	20
Щебень сланцевый	Д	1,2…1,3	45	35	0,70	0,63	12	25

 

б) тяговые элементы транспортирующих машин

Тяговым и одновременно несущим элементом этих конвейеров является бесконечная лента. В ленточных конвейерах применяю преимущественно ленты из прорезиненных тканей. Выбор типа ленты зависит от условий эксплуатации конвейера, вида транспортируемого груза и т.д.

Рисунок 7.3 – Лента конвейерная резинотканевая

Резинотканевая лента (рисунок 7.3) состоит из тканевых прокладок 1, которые играют роль тягового элемента и изготавливаются из особо прочной хлопчатобумажной ткани (бельтинга), уточно-шнуровой ткани, капрона, анида, нейлона, лавсана и других синтетических тканей. Общее число прокладок зависит от ширины ленты и составляет 3…10 слоев, толщина каждой прокладки 1,25…2 мм. Между прокладками располагаются резиновые прослойки 4.

На рабочей стороне лента покрыта резиновой обкладкой 2 толщиной

δ₁ = 1…10 мм, на холостой стороне – обкладкой 3 толщиной δ₂ = 1…3.5 мм. Обкладки предназначены для защиты ленты от влияния влаги и механических повреждений (износа).

В настоящее время в основном применяются ленты конвейерные прорезиненные (ГОСТ 20-85), которые делятся на ленты типа 1, 2 и 3. Ленты типа 1 используются в тяжелых и весьма тяжелых условиях работы; ленты типа 2 – в средних условиях; ленты типа 3 – в легких условиях. Тяжелые условия создаются материалами с высокой и средней абразивностью ( группы С и Д), средние условия – малоабразивными грузами (группа В), а легкие условия (А) – неабразивными грузами.

Таблица 7.2 – Типы конструкций резинотканевых конвейерных лент

Тип	Наименование и характеристики	Область применения
1	Ленты послойные с усиленным бортом и двусторонней резиновой обкладкой	Транспортирование сильноистирающих крупнокусковых материалов (материалы группы С и Д)
2	Ленты послойные с двусторонней резиновой обкладкой	Транспортирование средне- и мелкокусковых и сыпучих материалов (материалы группы С и В)
2Р	Ленты послойные с двусторонней резиновой обкладкой и брекером	Транспортирование сильноистирающих среднекусковых материалов в горнорудной промышленности (материалы группы В)
2У	Ленты послойные с двусторонней резиновой обкладкой и с тканевой обкладкой бортов	Транспортирование рядового угля (материалы группы В)
3	Ленты послойные с односторонней резиновой обкладкой	Транспортирование мелкокусковых, сыпучих и штучных материалов в условиях отсутствия влаги и атмосферного воздействия (материалы группы А)

 

Прокладки ленты выполняются из высокопрочной хлопчатобумажной ткани – бельтинга ОПБ-5, ОПБ-12, Б-820, уточно-шнуровой ткани УШТ (таблица 7.3).

Таблица 7.3 – Ширина резинотканевой ленты и число прокладок

Ширина ленты, мм	Число прокладок в зависимости от типа ленты и применяемой ткани
	тип 1	тип 2, 2Р, 2У		тип 3
	ОПБ-5, ОПБ-12, УШТ	Б-820	УШТ	Б-820
300	–	3…4	–	3…4
400	–	3…5	–	3…4
500	–	3…6	–	3…4
650	3…5	3…7	3…5	3…5
800	3…6	4…8	3…6	3…5
1000	4…8	5…10	4…8	3…6
1200	5…9	6…10	5…9	–
1400	6…10	7…10	6…10	–
1600	7…10	–	7…10	–
1800	8…12	–	8…12	–
2000	9…12	–	9…12	–

 

Для лент типа 1 применяются прокладки с пределом прочности 200…400 Н/мм, для лент типа 2 – 55…300 Н/мм и лент типа 3 – 55…100 Н/мм.

В таблице 7.4 приведены характеристики прокладок резинотканевых лент.

Таблица 7.4– Параметры прокладок резинотканевых лент

Материал прокладок	Толщина прокладок, мм	Предел прочности, kp, Н/мм	Плотность материала, γ, кг/м3
Бельтинг ОПБ-5 Бельтинг ОПБ-12 Бельтинг Б-820 Ткань УШТ Брекерная ткань	2,3 2,3 1,5 2,3 1,25	115 115 55 119 –	1100 1000 1100 1100 1000

 

Для защиты от внешних воздействий лента покрывается резиновыми обкладками. В таблице 7.5 приведены параметры резиновых обкладок на рабочей и нерабочей стороне ленты.

Таблица 7.5 – Расчетная толщина обкладок резинотканевых лент

Тип ленты	Толщина обкладки, мм
	Рабочая сторона, δ1	Нерабочая сторона, δ2
1 2 2Р 2У 3	6 3 4 3 2	2 1 2 1,5 –

 

в) предварительный расчет конвейера

Ширину ленты (мм) при транспортировании насыпных грузов находят по формуле

(7.4)

где Q – производительность конвейера, т/ч; v – скорость транспортирования, м/с; g – насыпная масса груза, т/м³; k _b – коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера (таблица 7.6); k  – коэффициент, зависящий от формы ленты, угла наклона боковых роликов и угла естественного откоса груза в движении (таблица 7.7).

Таблица 7.6 – Значения коэффициента k _b

Угол наклона конвейера b, град	до 10	12	14	16	18	20
Коэффициент k b	1	0,97	0,95	0,92	0,89	0,85

 

Таблица 7.7 – Значения коэффициента k

Форма ленты	Угол наклона боковых роликов, град	Угол j от *
		15º	20º
Плоская	–	240	235
Желобчатая двухроликовая	15	450	535
Желобчатая трехроликовая	20 30 36	470 550 585	550 625 655

*j _от – угол откоса насыпного груза на ленте. Принимается примерно равным половине угла естественного откоса груза в движении – 0,5j _д (см. таблицу 7.1).

 

Ширину ленты уточняют по выражениям:

для рядового груза

(7.5)

 

для сортированного груза

(7.6)

где а' – размер типичного куска груза, мм.

 

Определенные по формулам (7.4), (7.5) или (7.6) значения ширины ленты согласуют со стандартными значениями В: 300, 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000 мм. По таблице 7.2 и 7.3 принимают тип ленты и число прокладок i _п. Число прокладок принимается тем больше, чем длиннее конвейер и сложнее его трасса. Толщина прокладок и обкладок принимается по таблицам 7.4 и 7.5.

По результатам расчета уточняют скорость транспортирования, м/с

(7.7)

 

Для проведения тягового расчета определяют распределенную массу транспортируемого груза, Н/м:

(7.8)

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

Распределенная масса ленты, Н/м

(7.9)

где g – плотность материала ленты, кг/м³  (таблица 7.5); В – принятая ширина ленты, мм; d _л – толщина ленты, мм:

 

(7.10)

где i _п – принятое число прокладок ленты; d _п – толщина прокладки, мм (таблица 7.4); d ₁ и d ₂ – толщина резиновой обкладки на рабочей и нерабочей стороне ленты, мм (таблица 7.5).

Распределенная масса от вращающихся частей роликоопор на рабочей и холостой ветвях конвейера, Н/м

(7.11)

 

(7.12)

где m_p и m _х – масса вращающихся частей роликоопор на рабочей и холостой ветви, кг (таблица 7.8); l _р и l _х – расстояние между роликоопорами, м (таблица 7.9).

Расстояние между роликоопорами на холостой ветви принимается равным l _х = 2…3,5 м. На выпуклых криволинейных участках конвейеров шаг роликов l _{р вып}= 0,5×l _р и l _{х вып} = 0,5×l _х.

Распределенная масса от движущихся частей конвейера, Н/м

(7.13)

Таблица 7.8 – Ориентировочная масса вращающихся частей роликоопор

Ширина ленты, мм	Желобчатая роликоопора				Прямая роликоопора
	в нормальном исполнении		в тяжелом исполнении
	диаметр, мм	масса, кг	диаметр, мм	масса,  кг	диаметр, мм	масса, кг
400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 2000	102 102 102 127 127 127 159 - -	10 11,5 12,5 22 25 29 50 - -	- - - 159 159 159 194 194 219	- - - 45 50 57 108 116 194	102 102 102 127 127 127 150 - -	6 7,5 10,5 19 21,5 26 40 - -

 

Таблица 7.9 – Предельные расстояния между роликоопорами рабочей ветви

 

Насыпная плотность груза, т/м3	Предельные расстояния (м) при ширине ленты
	400…500	650…800	1000…1200	> 1400
до 1,0 от 1,0 до 2,0 более 2,0	1,5 1,4 1,3	1,4 1,3 1,2	1,3 1,2 1,1	1,2 1,1 1,0

Тяговую силу конвейера (Н) предварительно определяют по формуле

 

(7.14)

где q _гр и q _к – распределенные массы (знак плюс при подъеме груза, знак минус – при опускании груза), Н/м (см. выше); L _г – суммарная горизонтальная проекция конвейера, м; Н – высота подъема (опускания) груза, м; w – коэффициент сопротивления движению (таблица 7.10); W _п.р. – сопротивление разгрузчика, Н; m – коэффициент.

таблица 7.10 – Коэффициент сопротивления движению ленты

Условия работы	Коэффициент сопротивления w для роликоопор
	прямых	желобчатых
Хорошие Средние Тяжелые (летом) Тяжелые (зимой)	0,048 0,022 0,03 0,04	0,02 0,025 0,03 - 0,04 0,04 - 0,06

 

Рисунок 7.4 – Схемы конвейеров: а – горизонтально-наклонный; б – наклонно-горизонтальный

 

Согласно схеме на рисунке 7.4 горизонтальная проекция

(7.15)

 

а высота подъема

 

(7.16)

 

Сопротивление плужкового разгрузчика, Н

 

(7.17)

где q _гр  принимают в Н/м, В – в метрах.

Коэффициент m определяют как произведение

(7.18)

 

где значения отдельных коэффициентов приведены в таблице 7.11.

 

Таблица 7.11  – Значения частных коэффициентов для конвейеров с барабанами, установленными на подшипниках качения

 

Коэффициент	Отличительные признаки конвейера	Значение коэффициента
m 1	Длина конвейера  до 15 м                                15…30 м                                  30…150 м                               более 150 м	1,5…1,2 2,1…1,2 1,1…1,05 1,05
m 2	Конвейер прямолинейный или имеющий изгиб трассы выпуклостью вниз Конвейер имеет перегиб трассы выпуклостью вверх: в головной части в средней части в хвостовой части	1,0     1,06 1,04 1,02
m3	Привод головной Привод промежуточный или хвостовой	1,0 1,05…1,08
m 4	Натяжная станция хвостовая Натяжная станция промежуточная, имеющая барабан	1,0   1,0…1,02
m 5	С разгрузкой через головной барабан С моторной разгрузочной тележкой при однобарабанном приводе конвейера	1,0   1,3

 

Максимальное статическое натяжение ленты, Н

(7.19)

 

где k_s – коэффициент, принимаемый по таблице 7.12.

 

Таблица 7.12 – Значения коэффициента k_s

Коэффициент сцепления барабана с лентой μ	Значения ks при угле обхвата барабана лентой
	180°	200°	225°
0,15 0,25 0,35	1,5 1,85 2,65	1,42 1,73 2,46	1,35 1,61 2,26

 

Уточненное число прокладок ленты

(7.20)

где k_p – предел прочности прокладок, Н/мм (см. таблицу 7.4); В – ширина ленты, мм; s _о = 9,5…10 – коэффициент запаса прочности.

При значительном несовпадении предварительно принятого и определенного по формуле (7.20) числа прокладок следует уточнить распределенную массу ленты по формуле (7.9), а также уточнить значения q _к, W_o,, F_max и число прокладок.

Диаметр приводного барабана, мм

(7.21)

где i – уточненное число прокладок; а – коэффициент (таблица 7.13).

Диаметр приводного барабана согласуют со стандартным рядом (ГОСТ 22644-77): 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 и 2500мм.

Таблица 7.13 – Значение коэффициента а

Наименование ткани прокладок прорезиненной  ленты	Коэффициент а
Бельтинг Б-820 Бельтинг ОПБ Уточная шнуровая ткань (УШТ)	125…130 150…160 170…180

 

Диаметры концевых и натяжных барабанов принимают равными D _нат » (0,8…1)D _{п.б .}, а отклоняющих – D _откл. » 0,65D _п.б.  Эти значения также согласу­ют с ГОСТ 22644-77.

Длину барабана (мм) определяют по выражению

(7.22)

 

где коэффициент С = 100 мм для лент шириной до 650 мм, С = 150 мм для лент шириной 800…1000 мм и С = 200 мм для лент шириной 1200 мм и более.

Барабаны чаще изготавливают из стали методом сварки, реже – литьем из чу­гуна. Для увеличения коэффициента трения рабочую поверхность барабана футе­руют деревом или резиной. Конструкции барабанов рассмотрены в  [3, 4].

г) уточненный расчет конвейера

Для выполнения уточненного тягового расчета необходимо знать трассу конвейера с размерами характерных участков и местами расположения сосредоточенных сил сопротивления. В настоящее время применяют два способа расчета – по известной величине тягового коэффициента e ^{f a} и по величине минимального натяжения холостой или рабочей ветви, исходя из условия допустимого провиса ленты [4]. Наибольшее распространение получил первый способ.

Рассмотрим детально порядок тягового расчета на примере конвейера, изображенного на рисунке 7.5.

Рисунок 7.5 – Схема к расчету ленточного конвейера: 1 – приводной барабан; 2 – натяжной барабан; 3 – отклоняющий барабан; 4 – лента; 5 – роликоопора рабочая; 6 – роликоопора холостая; 7 – очистное устройство; 8 – загрузочный лоток; 9 – плужковый разгрузчик; 10 – батарея роликоопор.

 

Разобьем трассу конвейера на отдельные участки, пронумеровав их границы. Обход трассы начинаем с точки схода ленты с приводного барабана (точка 1). Обозначим неизвестное натяжение ленты в этой точке как F_{c б} = F ₁.

 Натяжение ленты в точке 2

(7.23)

 

где W _пов – сопротивление на отклоняющем барабане; W _оч – сопротивление на очистном устройстве.

Сопротивление на отклоняющем барабане

(7.24)

 

где k _п – коэффициент увеличения натяжения ленты.

При угле обхвата лентой барабана a = 90° коэффициент k _п = 1,03…1,05, а при угле a = 180° –  k _п = 1,05…1,07.

Для отклоняющих барабанов чаще принимают a = 90°.

Сопротивление на очистном устройстве

(7.25)

 

где В – ширина ленты, м; w _оч – коэффициент сопротивления (для скребков и плужков w _оч = 294…490 Н/м, для вращающихся щеток w _оч = 147…245 Н/м).

Натяжение ленты в точке 3

(7.26)

 

где W _2-3= (q _л + q _х)× L ₂ × w – сопротивление перемещению ленты на участке 2–3 (значения параметров q _л,   q _х, w приведены выше).

Натяжение ленты в точке 4

(7.27)

 

где W _3-4 – сопротивление на участке 3–4.

Сопротивление перемещению ленты на этом участке вызвано выпуклостью ленты на батарее роликоопор и определяется по выражению

(7.28)

где k – коэффициент увеличения натяжения ленты

(7.29)

 

где w – принятый ранее коэффициент сопротивления; a – центральный угол криволинейного участка в радианах (обычно a = 1,06…1,08 рад); е = 2,718 – основание натурального логарифма.

При вогнутости ленты аналогичное сопротивление равно нулю.

Натяжение ленты в точке 5

(7.30)

 

где W _4-5 = (q _л + q _х)× L ₁ × w – q _л · Н – сопротивление на участке 4–5 (здесь L ₁ – горизонтальная проекция конвейера, Н – высота подъема груза, м).

Натяжение ленты в точке 6

(7.31)

 

где W _пов – сопротивление на натяжном барабане (определяется по формуле (7.24) при a = 180°).

Натяжение ленты в точке 7

(7.32)

 

где W _погр – сопротивление на загрузочном пункте, Н; W _л – сопротивление от направляющих бортов загрузочного лотка, Н.

Эти составляющие определяют по формулам:

(7.33)

 

где Q – производительность конвейера, т/ч; v _ут – уточненная скорость транспортировки, м/с;

(7.34)

где l – длина загрузочного лотка (обычно l = 2 м).

Натяжение в точке 8

(7.35)

 

где W _7-8 = (q _л + q _гр + q _р)× L ₁ × w +(q _л + q _гр)· Н – сопротивление перемещению ленты на участке 7–8.

Натяжение в точке 9

(7.36)

 

где W_8-9 – сопротивление на выпуклой батарее роликоопор (определяют                  по выражению (7.28)).

Натяжение в точке 10

(7.37)

 

где W _9-10 = (q _л + q _гр + q _р)× L ₂ × w – сопротивление перемещению ленты на участке 9–10.

Натяжение в точке 11 (при наличии разгрузочного устройства)

(7.38)

 

где W _п.р. –  сопротивление плужкового разгрузчика, определяемое по формуле (7.17).

В результате определения натяжения ленты в каждой точке трассы конвейера будет получено итоговое уравнение:

(7.39)

 

где F₁ и F₁₁ – сбегающее и набегающее усилия на приводном барабане; а и b – численные значения, полученные в результате расчета.

В это уравнение входит две неизвестные величины – F₁ и F₁₁, поэтому необходимо дополнительное уравнение. В качестве этого уравнения используют уравнение Эйлера, которое связывает усилия F₁ и F₁₁

(7.40)

 

где e^μα – тяговый фактор; е = 2,718 – основание натурального логарифма;  μ – коэффициент сцепления ленты с барабаном (см. выше); α – угол обхвата лентой барабана, выраженный в радианах

(7.41)

 

Величину e^μα можно определить по таблице 7.14 при заданных значениях μ и α.

Таблица 7.14 – Значения тягового фактора e ^μα

Материал рабочей поверхности барабана	Состояние атмосферы	Коэффи- циент сцепления μ	еμα  для углов обхвата (градусах / радианах)
			180°	210°	240°	300°	360°	400°	450°	480°
			3,14	3,66	4,19	5,24	6,28	7,0	7,85	8,38
Чугун или сталь	влажная	0,20	1,87	2,08	2,31	2,85	3,51	4,04	4,84	5,34
	сухая	0,30	2,56	3,00	3,51	4,81	6,58	8,17	10,5	12,35
Деревянная футеровка	влажная	0,25	2,18	2,49	2,83	3,70	4,81	5,75	7,05	8,17
	сухая	0,35	3,00	3,61	4,33	6,27	9,02	11,62	15,6	18,78
Резиновая футеровка	влажная	0,25	2,18	2,49	2,83	3,70	4,81	5,75	7,05	8,17
	сухая	0,40	3,51	4,33	5,34	8,12	12,35	16,41	23,0	28,56

 

Путем совместного решения уравнений (7.39) и (7.40) находят значения F ₁ и F ₁₁.

По выражениям (7.23) – (7.37) находят численные значения натяжений ленты в остальных точках конвейера.

Фактическое минимальное натяжение ленты должно обеспечить требуемое минимальное натяжение из условия допустимого провиса ленты. Это усилие находят по формуле

(7.42)

 

где l _р – расстояние между роликоопорами груженой ветви конвейера, м.

При невыполнении этого условия надо уменьшить l _р или увеличить натяжение ленты.

По формуле (7.20) при уточненном значении F_max = F₁₁ определяют требуемое число прокладок и сравнивают с ранее полученным значением i.

Проверяют правильность выбора диаметра барабана по давлению ленты на барабан

(7.43)

 

где a – принятый угол обхвата лентой барабана, град; F_o = F ₁₁ – F ₁ – уточненное значение тягового усилия, Н; μ – принятый ранее коэффициент сцепления; [p] = 10⁶ Н/м² – допускаемое давление между лентой и барабаном; В – ширина ленты, м.

д) расчет и выбор элементов приводной станции

Требуемая мощность на приводном валу конвейера, кВт

(7.44)

 

где F _о – тяговое усилие конвейера, Н; v _ут – уточненная скорость ленты, м/с; k = 1,1…1, 35 – коэффициент запаса; h _п = 0,94…0,97 – к.п.д. передаточного механизма; h _бар – к.п.д. приводного барабана.

К.п.д. барабана определяют по формуле

(7.45)

 

где w _б = 0,03…0,05 – коэффициент сопротивления барабана; k_s – коэффициент (таблица 7.12).

По требуемой мощности подбирают из каталога стандартный асинхронный электродвигатель с частотой вращения вала n _синх = 750, 1000 или 1500 мин^-1.

Частота вращения приводного барабана, мин^-1

(7.46)

 

Требуемое передаточное число привода

(7.47)

 

По требуемой мощности и передаточному числу подбирают серийный двухступенчатый или трехступенчатый редуктор типа Ц2, РЦД или КЦ для весьма тяжелых условий работы. При необходимости в состав приводной станции включают открытую механическую передачу (ременную или цепную).

Для выбора соединительной муфты между электродвигателем и редуктором, определяют номинальный крутящий момент двигателя

(7.48)

 

С учетом коэффициента кратности максимального момента двигателя находят расчетный момент муфты

(7.49)

 

Из справочных таблиц выбирают упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом с наибольшим передаваемым крутящим моментом Т_м, превышающим расчетный момент муфты.

 

7.4 Пример выполнения задания

Рассчитать наклонный ленточный конвейер (рисунок 7.6) производительностью Q = 200 т/ч, предназначенный для транспортировки несортированного мелкокускового известняка со скоростью v = 1,6 м/с. Длина конвейера составляет L = 52 м, угол наклона к горизонту – β = 12⁰, а угол обхвата приводного барабана лентой – α = 210^о.

Решение.

а) предварительный расчет

По таблице 7.1 определяем свойства транспортируемого материала: абразивность – С (средняя); насыпная плотность – γ = 1,6 т/м³; угол естественного откоса груза в покое φ_о = 45^о и в движении – φ_д = 30^о; коэффициент трения груза по стали – f_ст = 0,56; максимальный размер куска – a_max = 70 мм.

 

Рисунок 7.6 – Расчетная схема конвейера

Определим размер типичного куска рядового груза по формуле (7.3)

 

По таблице 7.7 при φ_от = 0,5j _д = 0,5·30^о = 15^о примем для груженой ветви конвейера желобчатую трехроликовую опору с углом наклона боковых роликов 30⁰.

 Ширину ленты конвейера находим по формуле (7.4) 

где k_β = 0,97 – коэффициент при β = 12^о (таблица 7.6); k = 550 – коэффициент (таблица 7.7).

Для рядового груза уточним минимальную ширину ленты по выражению (7.5)

B _расч ≥ 2 a ' + 300 = 2·56 + 200 = 412 мм,

что не превышает полученное выше значение В.

Из таблицы 7.2 выбираем конвейерную ленту типа 2 (послойную с двусторонней резиновой обкладкой, для транспортирования среднекусковых материалов абразивностью С). По таблице 7.3 определяем ширину ленты – В = 500 мм и принимаем материал тканевых прокладок – бельтинг Б-820 (для ленты типа 2). Эта лента содержит четыре прокладки (i_п = 4) бельтинга Б-820 толщиной δ_п = 1,5 мм (таблица 7.4), а также резиновые обкладки толщиной δ₁ = 3 мм на рабочей стороне и толщиной δ₂ = 1 мм на нерабочей стороне ленты (таблица 7.5).

По формуле (7.7) уточним скорость транспортирования груза

Распределенная масса транспортируемого груза (формула (7.8))

Распределенная масса ленты (формула (7.9) и (7.10))

Согласно рекомендациям таблицы 7.8 принимаем диаметр роликоопор 102 мм, имеющих, соответственно, массу на рабочей и холостой ветви конвейера m _р = 11,5 кг и m _х = 7,5 кг. По данным таблицы 7.9 принимаем расстояние между роликами рабочей ветви l _р = 1,5 м и холостой ветви –  l _х = 2· l _р = 2·1,5 = 3 м.

Распределенная масса от вращающихся частей роликоопор (формулы (7.11) и (7.12))

Распределенная масса от движущихся частей конвейера (формула (7.13))

Тяговая сила конвейера (формула 7.14)

 

где горизонтальная проекция конвейера (формула 7.15)

вертикальная проекция конвейера (формула 7.16)

w = 0,025 – коэффициент сопротивления движению ленты при средних условиях работы желобчатых роликоопор (таблицы 7.10);

W_п.р. – сопротивление плужкового разгрузчика (формула 7.17)

 

принимаем W _п.р. = 600Н;

m – коэффициент, учитывающий условия работы конвейера; определяют по таблице 7.11 и формуле (7.18)

m = m ₁ m ₂ m ₃ m ₄ m ₅ = 1,08·1,0·1,0· 1,0·1,0 = 1,08.

Отсюда

 

Тогда максимальное статическое натяжение ленты (формула (7.19))

где k_s – коэффициент.

Этот параметр при коэффициенте сцепления μ = 0,25 и угле обхвата барабана лентой α = 210º равен 1,72 (таблица 7.12).

 Откуда необходимое число прокладок ленты (формула (7.20))

где s ₀ = 10 – коэффициент запаса прочности ленты; k _р = 55 Н/мм – предел прочности прокладок (таблица 7.4).

Таким образом, принятое число прокладок ленты i _п = 4 удовлетворяет условию прочности.

Требуемый диаметр приводного барабана (формула (7.21))

где а = 125…130 – коэффициент (таблица 7.13).

По ГОСТ 22644-77 принимаем D _п.б. = 400 мм.

Диаметр натяжного барабана

По ГОСТ 22644-77 принимаем D _нат. = 315 мм.

Длина барабана (формула (7.22))

б) уточненный расчет.

Для проведения уточненного расчета разбиваем трассу конвейера на отдельные участки (рисунок 7.6) и определяем натяжение ленты в характерных точках трассы методом обхода по контуру.

Обход трассы начинаем с точки схода ленты с приводного барабана (точка 1). Обозначим неизвестное натяжение ленты в этой точке как F_{c б} = F ₁.

 Натяжение ленты в точке 2 (формула 7.23)

 

где W _пов – сопротивление на отклоняющем барабане; W _оч – сопротивление на очистном устройстве.

Сопротивление на отклоняющем барабане (формула 7.24)

 

где k _п – коэффициент увеличения натяжения ленты (при угле обхвата лентой барабана a = 90° коэффициент k _п = 1,03…1,05).

Для отклоняющих барабанов чаще принимают a = 90°.

Сопротивление на очистном устройстве (формула 7.25)

 

где В = 0,5 м – ширина ленты, м; w _оч – коэффициент сопротивления (для вращающихся щеток w _оч = 147…245 Н/м).

Отсюда

 

На следующем, наклонном участке, происходит спуск ленты из точки 2 в точку 3, поэтому натяжение ленты в этой точке определяем по формула (7.30)

 

где W _2-3 = (q _л + q _х)× L _г × w – q _л · Н – сопротивление перемещению ленты на участке 2–3.

Тогда

 

Натяжение ленты в точке определяем по формуле (7.31)

 

где W _пов – сопротивление на натяжном барабане (определяется по формуле (7.24) при a = 180°)

 

где k _п – коэффициент увеличения натяжения ленты (при угле обхвата лентой натяжного барабана a = 180° коэффициент k _п = 1,05…1,07).

Отсюда

 

Натяжение ленты в точке 5 определяем по выражению (7.32)

 

где W _погр – сопротивление на загрузочном пункте, Н; W _л – сопротивление от направляющих бортов загрузочного лотка, Н.

Эти составляющие определяем по формулам (7.33) и (7.34)

 

где Q – производительность конвейера, т/ч; v _ут – уточненная скорость транспортировки груза, м/с;

где l – длина загрузочного лотка (обычно l = 2 м).

Натяжение ленты в точке 5

 

Натяжение ленты на наклонном загруженном участке (в точке 6) определяем по выражению (7.35)

 

где W _5-6 = (q _л + q _гр + q _р)× L _г × w +(q _л + q _гр)·Н – сопротивление перемещению ленты на участке 5–6.

Тогда

 

Натяжение ленты в точке 7 (при наличии разгрузочного устройства) определяем по формуле (7.38)

 

где W _п.р. = 600 Н – сопротивление плужкового разгрузчика (было определено выше).

Отсюда

 

В это уравнение входят две неизвестные величины. Поэтому в качестве дополнительного уравнения используем известное соотношение Эйлера между натяжениями набегающей и сбегающей ветвей на приводном барабане (формула 7.40)

где μ = 0,25 – принятое выше значение коэффициента сцепления ленты со стальным барабаном; α = 210^о – заданный угол обхвата, что в радианах составляет (формула 7.41)

 

Тогда

Отсюда следует, что

Решая это уравнение, получим F ₁ =  4030,86 Н. Соответственно усилие

Определим численное значение натяжения ленты в остальных точках конвейера:

 

 

 

 

 

 

что соответствует ранее полученному значению F ₇ и свидетельствует о правильности решения.

По формуле (7.20) уточним число прокладок ленты

что удовлетворительно.

Требуемое минимальное натяжение ленты из условия допустимого ее провиса (формула 7.42)

 

Фактическое минимальное натяжение ленты находится в точке 3 и составляет F ₃ = 3854 Н, что входит в рекомендуемый предел. При невыполнении этого условия следует уменьшить шаг l_p или увеличить натяжение ленты.

Окружное усилие на приводном барабане

Проверим правильность выбора диаметра барабана по давлению ленты на барабан (формула 7.43)

 

где a = 210^о – принятый угол обхвата барабана; μ = 0,25 – принятый ранее коэффициент сцепления; [p] = 10⁵ Н/м² – допускаемое давление между лентой и барабаном; В = 0,5 м – ширина ленты.

в) расчет и подбор элементов приводной станции

Требуемая мощность на приводном валу конвейера (формула 7.44)

 

где F _о – тяговое усилие конвейера, Н; v _ут – уточненная скорость ленты, м/с; k = 1,1…1, 35 – коэффициент запаса; h _п = 0,94…0,97 – к.п.д. передаточного механизма; h _бар – к.п.д. приводного барабана.

К.п.д. барабана (формула 7.45)

 

где w _б = 0,03…0,05 – коэффициент сопротивления барабана; k_s = 1,72 – коэффициент (таблица 7.12).

По каталогу подбираем электродвигатель ближайшей мощности. Из таблицы III.3.1 [4] выбираем асинхронный электродвигатель типа 4A160S6У3 номинальной мощностью Р_дв = 11 кВт при частоте вращения вала n _дв = 975 мин^-1, кратность максимального момента ψ _max = 2,0.

Частота вращения приводного барабана (формула 7.46)

Требуемое передаточное число привода (формула (7.47)

Из таблицы III.4.2 [4] выбираем редуктор типоразмера Ц2-300 с фактическим передаточным числим u_р = 12,41, рассчитанным на передачу мощности в 12,25 кВт при частоте вращения быстроходного вала 1000 мин^-1 и весьма тяжелом режиме работы (ВТ).

Для выбора соединительной муфты между электродвигателем и редуктором, определяем номинальный крутящий момент двигателя (формула 7.48)

 

С учетом коэффициента кратности максимального момента двигателя расчетный момент муфты (формула 7.49)

 

Из таблицы III.5.9 [4] выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту № 1 с тормозным шкивом диаметром D = 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом Т_м = 500 Н·м.

 

7.5 Контрольные задания

1. Изучить теоретический материал.

2. Привести краткое описание назначения, конструкции и принципа действия ленточного конвейера.

3. Из таблицы 7.14 выбрать исходные данные для расчета элементов наклонного ленточного конвейера в соответствии с личным вариантом.

Таблица 7.14 – Исходные данные к расчету ленточного конвейера

Вари- ант*	Транспортируемый груз	Производи- тельность, т/ч	Длина конвейера, м	Угол наклона, град	Скорость транспортир., м/с	Вид груза
			L
1	Антрацит	320	54	15	1,3	рядовой
2	Агломерат	360	48	10	1,5	рядовой
3	Апатит сухой	230	42	12	1,16	сортиров.
4	Гипс кусковой	180	32	16	1,2	рядовой
5	Глина сухая	240	45	13	1,8	рядовой
6	Гравий рядовой	330	52	12	1,6	рядовой
7	Зерно кукурузы	110	38	11	2,0	сортиров.
8	Зерно пшеницы	186	42	10	1,9	сортиров.
9	Зерно ячменя	250	45	14	1,8	сортиров.
10	Земля формовоч.	180	60	17	1,5	сортиров.
11	Зола сухая	200	56	16	1,4	сортиров.
12	Известняк	180	65	14	2,0	рядовой
13	Кокс каменноуг.	196	48	15	1,5	рядовой
14	Клинкер	160	53	12	1,3	рядовой
15	Мука пшеничная	180	60	17	1,25	сортиров.
16	Опилки древесн.	110	59	14	1,75	сортиров.
17	Песок сухой	320	70	10	1,6	сортиров.
18	Руда железная	150	46	12	1,0	рядовой
19	Рожь	280	52	11	2,1	сортиров.
20	Соль техническ.	176	35	16	1,5	сортиров.
21	Уголь каменный	210	62	12	1,8	рядовой
22	Цемент	186	52	15	1,2	сортиров.
23	Шлак гранулир.	240	44	10	1,4	рядовой
24	Щебень гранитн.	150	54	14	1,5	сортиров.
25	Щебень сланц.	260	60	12	1,45	сортиров.

*Вариант задания выбирается по номеру студента в списке группы.

 

4. Выполнить расчет заданного конвейера в последовательности, рассмотренной в разделе 7.4.

 

Вопросы:

1. Какими свойствами характеризуются насыпные грузы?

2. Что такое угол естественного откоса насыпных материалов?

3. Как определяют производительность транспортирующих машин при

транспортировке насыпных грузов?

4. Из каких основных частей состоит ленточный конвейер?

5. Каково конструктивное устройство резинотканевых лент.

6. От каких параметров зависит ширина ленты?

7. В чем суть методики расчёта натяжений ленты «по контуру»?

8. Какую роль играют натяжные устройства в ленточных конвейерах?

9. В чём преимущество грузового натяжного устройства перед винтовым?

 

Содержание отчета

1. Тема, название и цель работы.

2. Краткие теоретические сведения о назначении, конструкции и принципе действия ленточного конвейера.

3. Изложение результатов выполнения расчетной части контрольного задания (по примеру раздела 7.4).

 

Список литературы

1. Александров, М. П. Грузоподъемные машины: учеб. для вузов / М. П. Александров, Л. Н. Колобов, Н. А. Лобков и др.– М. : Машиностроение, 1986. – 400 с.

2. Гайдамака, В. Ф. Грузоподъемные машины: учебник / В. Ф. Гайдамака. – К.: Выща школа, 1989. – 328 с.

3. Степыгин, В. И. Проектирование подъемно-транспортных установок: учебное пособие. / В. И. Степыгин, Е. Д. Чертов, С. А. Елфимов – М.: Машиностроение, 2005. – 288 с.

4. Кузьмин, А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон. – 2-е изд. перераб. и доп. – Минск: Вышэйшая школа, 1983. – 350 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П.1

Канаты двойной свивки типа ЛК-Р, 6×19 проволок с органическим

Сердечником, ГОСТ 2688-80

 

Рисунок П.1 – Сечение каната ЛК-Р

 

Диаметр каната, мм	Площадь сечения, мм2	Масса 1000 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа σв, МПа
			1372	1568	1666	1764
			Минимальное разрывное усилие каната, F 0, кН,
			–	34,8	36,95	38,15
9,1	31,18	305	–	41,55	44,1	45,45
9,9	36,66	358,6	–	48,85	51,85	53,45
11	47,19	461,6	–	62,85	66,75	68,8
12	53,87	527	–	71,75	76,2	78,55
13	61	596,6	71,05	81,25	86,3	89
14	74,4	728	86,7	98,95	105	108
15	86,28	844	100	114,5	122	125,5
16,5	104,61	1025	121,5	139	147,5	152
18	124,73	1220	145	163	176	181,5
19,5	143,61	1405	167	191	203	209
21	167,03	1635	194,5	222	236	243,5
22,5	188,78	1850	220	251	267	275,5
24	215,49	2110	250,5	287	304,5	314
25	244	2390	284	324,5	345	355,5
27	274,31	2685	319	365	388	399,5
28	297,63	2910	346,5	396	421	434
30,5	356,72	3490	415,5	475	504,5	520
32	393,06	3845	458	523,5	556	573
33,5	431,18	4220	502,5	574	610,5	748
37	512,79	5015	597	683	725	629
39,5	586,59	5740	684	781,5	828	856
42	668,12	6535	779	890	945	975

Таблица П.2

Канаты двойной свивки типа ЛК-РО, 6×36 проволок с органическим

Сердечником, ГОСТ 7668-80

 

Рисунок П.2 – Сечение каната ЛК-РО

 

Диаметр каната, мм	Площадь сечения, мм2	Масса 1000 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа σв, МПа
			1372	1568	1666	1764
			Разрывное усилие каната F 0, кН, не менее
8,1	25,67	253,5	–	–	–	37,5
9,7	38,82	383,5	–	49,85	53	56,1
11,5	51,96	513	–	66,75	70,95	75,1
13,5	70,55	696,5	–	90,65	96,3	101,5
15	82,16	812	–	104,5	111,5	116,5
16,5	105,73	1045	–	135,5	144	150
18	125,78	1245	–	161,5	171,5	175,5
20	153,99	1520	–	197,5	210	215
22	185,1	1830	207,5	237,5	252,5	258,5
23,5	215,94	2130	242,5	277	294	304
25,5	252,46	2495	283,5	324	344	352,5
27	283,79	2800	318,5	364,5	387,5	396,5
29	325,42	3215	366	417,5	444	454,5
31	369,97	3655	416	475	505	517
33	420,96	4155	473	540,5	574,5	588,8
34,5	461,07	4550	518	592	629,5	644,5
36,5	503,09	4965	565,5	646	686,5	703,5
39,5	615,95	6080	692,5	791,5	841	801
42	683,68	6750	768,5	878,5	933,5	955,5

Таблица П.3

Канаты двойной свивки типа ЛК-О, 6×19 проволок с органическим

Сердечником, ГОСТ 3081-80

 

Рисунок П.3 – Сечение каната ЛК-О

 

Диаметр каната, мм	Площадь сечения, мм2	Масса 1000 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа σв, МПа
			1470	1570	1770	1960
			Разрывное усилие каната F 0, кН, не менее
6,4	18,25	167,7	–	–	26,65	29,05
7,7	26,01	238,5	–	34,55	37,9	41,4
8,6	34,44	315,8	–	45,8	50,15	54,75
10,0	45,94	421,5	–	61,2	67	73,15
11,5	57,72	529,5	–	76,85	84,2	91,85
12,5	70,85	650	–	94,4	103	112,5
14,0	85,32	782,5	–	113,5	124	135,5
15,0	101,15	927,6	–	134,5	147	160,5
16,5	118,31	1085	–	157	172	188
17,5	136,84	1255	159	170,5	199	217,5
19,0	161,76	1485	188	201,5	235,5	257
20,5	183,28	1681	213,5	228	267	291,5
21,5	206,14	1890	240	257	300	327
22,5	230,35	2115	268,5	287	336	366,5
25,0	279,03	2560	325	348	407	443,5
27,5	333,13	3050	388	416	486	529,5
29,5	395,65	3630	460,5	493,5	576,5	629,5
31,5	463,56	4251	540	578,5	676	737,5
34,0	536,86	4923	625,5	670	783,5	854,5
35,5	590,53	5415	688	737	861,5	940
38,0	647,04	5935	754	808	944	1025

Таблица П.4

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: