Основы теории и расчета транспортных установок непрерывного действия

Транспортные установки непрерывного действия обладают общим признаком - непрерывностью перемещения груза, что позво­ляет использовать для определения их основных параметров общую методологию расчета.

Существуют два типа расчетов транспортных установок: проектировочный, который используется для определения парамет­ров вновь проектируемой транспортной установки, и эксплуатаци­онный, или проверочный, расчет, с помощью которого проверяется пригодность параметров выбранной для конкретных эксплуатаци­онных условий типовой транспортной установки.

Проектировочный расчет выполняют обычно работники конструкторских бюро, занимающиеся проектированием новой транспортной техники. В практике работы горнодобывающие предприятия используют, как правило, эксплуатационный расчет.

Эксплуатационному расчету может быть подвергнута дей­ствующая транспортная установка в случае выявления у нее откло­нений от нормальных режимов эксплуатации, или типовая транс­портная установка, предназначенная к установке в технологической цепи аппаратов фабрики.

Исходными данными для расчета являются: расчетный гру­зопоток, поступающий на транспортную установку Q_p, длина транс­портирования L, угол наклона транспортной установки , направле­ние транспортирования, физико-механические свойства транспорти­руемого материала (крупность, насыпная плотность, влажность, абразивностъ).

К основным задачам расчета относятся: проверка соответст­вия производительности выбранной транспортной установки рас­четному грузопотоку; проверка на прочность гибкого тягового орга­на (только для конвейерных установок); определение расчетного значения мощности электродвигателя привода транспортной уста­новки и его сопоставление со значением паспортной мощности.

Производительность транспортных установок непрерывного действия зависит от параметров их конструктивных элементов грузонесущих или грузоподдерживающих органов. У транспортных установок с грузонесущим органом (ленточные, пластинчатые кон­вейеры) материал в процессе транспортирования неподвижен отно­сительно этого органа и движется вместе с ним. У транспортных установок с грузоподдерживающим органом (скребковые конвейеры, гидро- и пневмотранспортные установки) материал перемещает­ся в неподвижном желобе или трубе.

Введем понятие линейной массы груза q, под которой будем понимать усредненное значение массы груза, расположенной на 1 м длины транспортной установки (рис. 1).

Рис. 1. Схемы для определения линейной массы груза: а - на конвейере

с грузонесущим органом; 6 - на конвейере с грузоподдерживающим органом;

в - при перемещении груза в ковшах

При перемещении материала со скоростью v секундную про­изводительность транспортной установки определяют по формуле

Отсюда линейная масса груза

q = Q/(3,6v).

Для транспортных установок с грузоподдерживающим орга­ном площадь поперечного сечей и я струи материала удобнее опре­делять через площадь А₀ поперечного сечения грузоподдерживающего органа с учетом степени его заполнения транспортируемым материалом. Площадь А₀ определяется коэффициентом заполнения поперечного сечения желоба или трубы = А/А₀. Значения для каждого типа транспортной установки определяют эксперименталь­но и используют при расчетах в виде нормативных коэффициентов. Для транспортных установок с грузоподдерживающим органом при А=А₀ часовая производительность

Q = 3600A₀v

Отсюда можно сделать вывод, производительность транспортных установок непрерывного действия по условию вместимости грузонесущего или грузоподдержи­вающего органа не зависит от длины транспортирования, что явля­ется их существенным преимуществом. Производительность таких установок ограничивается прочностью гибкого тягового органа или мощностью приводного электродвигателя.

Прочность тягового органа конвейера должна удовлетворять условию, определяемому уравнением

т_р = S_разгр/S_mаx [m],

где т_р и [т] - расчетный и допускаемый коэффициенты запаса прочности тягового органа; S_paзгр - разрывная прочность тягового органа (растягивающее усилие, при котором происходит его раз­рыв); S_mаx - максимальное растягивающее усилие (натяжение), дей­ствующее в тяговом органе конвейера при его работе в рассматри­ваемых условиях эксплуатации.

Значение S_paзp выбирают из технической характеристики транспортной установки; [т] принимается нормативно, для конвей­ерных лент [т] = 9-11, для цепей [т] = 6-7. Таким образом, в форму­ле неизвестно только натяжение S_max, которое необходимо оп­ределить расчетом.

Натяжение тягового органа зависит от сил сопротивления, которые он преодолевает при своем движении.

Суммарное сопротивление на груженой ветви конвей­ера длиной L равно:

Для порожней ветви конвейера, где q = 0 и продольная со­ставляющая меняет свой знак на обратный:

Эти уравнения позволяют определить распреде­ленные сопротивления на груженой и порожней ветвях конвейера и перейти к расчету натяжений, который ведется методом обхода кон­тура расчетной схемы конвейера по точкам (сокращенно «расчет по точкам»). Суть его заключается в том, что на расчетной схеме кон­вейера точками обозначаются места сопряжения прямо­линейных и криволинейных участков трассы конвейера, указывается место расположения его привода.

По условию наименьшего износа тягового органа конвейера его привод нужно устанавливать в конце ветви с наибольшим со­противлением. Поэтому для горизонтальных конвейеров и наклон­ных, работающих вверх, привод устанавливается в конце груженой ветви. Точку сбегания тягового органа с привода конвейера, в кото­рой для горизонтальных и работающих вверх слабонаклонных кон­вейеров натяжение всегда будет наименьшее, обозначают цифрой 1. Остальные точки нумеруют последовательно, начиная от точки 1, в направлении движения тягового органа конвейера.

Значения натяжения в точке 1 для конвейеров с ленточным тяговым органом определяют расчетом. Для конвейеров с цепным тяговым органом оно назначается нормативно. Натяжение в любой последующей п-ой точке S_n равно сумме натяжений в точке 1 с алгеб­раической суммой сопротивлений на участках от точки 1 до рас­сматриваемой точки:

Сопротивления на прямолинейных участках в этом случае оп­ределяют предварительно. Сосредото­ченные сопротивления криволинейных участков принимаются в пре­делах 3-10% натяжения в точке набегания тягового органа на этот участок. Таким образом, S'_c6 = k S'_н6, где S'_c6, S'_h6 - натяжение тягово­го органа в точках сбегания и набегания на криволинейный участок трассы конвейера; k= 1,03-1,1 - коэффициент, учитывающий сосре­доточенные сопротивления этого участка, значения k принимаются в зависимости от типа тягового органа конвейера и угла поворота его трассы.

При последовательном определении значений натяжений в каждой точке у горизонтальных и наклонных работающих вверх конвейеров натяжение также последовательно возрастает, достигая своего максимального значения S_mах в точке набегания на исполни­тельный орган привода конвейера - барабаны или цепную звездоч­ку. Определив S_max, проверяют прочность тягового органа конвейера.

Расчетная мощность N_p электродвигателей приводов транспортных установок непрерывного действия, установленных горизонтально или наклонно с подачей груза вверх, определяется по формуле:

где F - тяговое усилие, необходимое для преодоления суммарного сопротивления, возникающего при перемещении груза, Н; v - ско­рость перемещения груза, для конвейеров с гибким тяговым ор­ганом принимают равной скорости последнего, м/с; — КПД пере­даточного механизма (редуктора), значения 0,92-0,96 принимают­ся в зависимости от типа редуктора; k_р - коэффициент резерва мощности двигателя на неучтенные или кратковременно возни­кающие дополнительные сопротивления, k_р — 1,15-1,20.

Тяговое усилие для конвейеров с гибким тяговым органом может быть определено по формуле

F=(W_гp+W_n)k_с,

где (W_гp+W_n) - алгебраическая сумма распределенных сопротивле­ний на груженой и порожней ветвях конвейера; k_с - коэффициент, учитывающий суммарно сосредоточенные сопротивления конвейе­ра; значения k_с принимаются в зависимости от длины конвейера.

Тяговое усилие определяется по формуле:

F = S_н6 - S_c6+W_nд,

где S_н6 , S_c6- натяжения в точках соответственно набегания и сбегания тягового органа с приводного барабана или приводной звез­дочки конвейера; W_nд — сопротивление в подшипниках валов барабана или звездочки

W_nд=f_п(S_н6+S_c6), (1.19)

где f_п = 0,03 - приведенный коэффициент трения в подшипниках качения валов.

В итоге получаем:

F = S_H6 - S_c6 + 0,03(S_н6+S_c6). (1.20)

У наклонных конвейерных установок с гибким тяговым органом и подачей груза вниз при превышении некоторого угла наклона, называемого критическим, суммарная сила сопротив­ления, а следовательно, и тяговое усилие приобретают отрицатель­ный знак. Это свидетельствует о появлении на приводном валу конвейера движущей силы, возникающей от действия сил со­противления, имеющих отрицательный знак. Такой конвейер становится самодействующим, и для поддержания постоянной скорости движения его тягового органа на приводном валу конвей­ера необходимо создавать тормозной момент с помощью установленного на конвейере асинхронного электродвигателя, вал кото­рого приводится во вращение от приводного вала конвейера.

При частоте вращения вала электродвигателя выше син­хронной электродвигатель превращается в генератор, вырабатывающий электроэнергию, которая отдается в сеть. Процесс генериро­вания энергии сопровождается возникновением тормозного момента на приводном валу конвейера, автоматически поддерживающего постоянной частоту вращения приводного вала.

Для гидро- и пневмотранспортных установок движущее усилие потоку жидкости или воздуха, в которые помещен груз, созда­ется с помощью напора Н, расчетное значение которого принимает­ся равным суммарному сопротивлению трубопровода.

Расчетную мощность электродвигателя сопоставляют с мощ­ностью электродвигателя, установленного на транспортной уста­новке, исходя из условия

N_p N_уст. (1.21)

При существенном превышении установленной мощности N_yст. расчетной из каталогов выбирают электродвигатель с ближайшей к расчетному значению мощностью, который и устанавливают на транспортной установке. Аналогично поступают при проектирова­нии новой транспортной установки. В приведенной методике расче­тами определяются статические сопротивления движению, которые действуют в период установившегося режима работы транспортной установки.