Глава 5. Елеватори

5.1. Загальні відомості і класифікація

Елеваторами називають машини безперервної дії, які призначені для переміщення насипних (рідше штучних) вантажів у вертикальному або круто-похилому (кут нахилу 60…80) напрямах. Сипкі вантажі переміщають ковшовими норіями, штучні вантажі – поличними і люльковими. Переваги елеваторів: компактність (малі поперечні розміри); можливість подавати вантаж на значну висоту (45…70 метрів); великий діапазон продуктивності (1…600 т/год); відсутність подрібнення вантажу при транспортуванні; простота і зручність завантаження і вивантаження вантажу. Недоліки елеваторів: ударна дія на вантаж; порівняльна складність конструкції; чутливість до перевантаження і необхідність рівномірної подачі матеріалу.

Елеватори можна класифікувати за такими загальними ознаками (рис. 2.32):

Рис. 2.32  Класифікаційна схема елеваторів

 за типом вантажонесучого органу  ковшові, поличні та колискові. Ковшові призначені для транспортування насипних вантажів: пороховидних, зернистих (цемент, борошно, зерно, пісок, торф, вугілля, різні хімікати) та кускових, рідше рідин. Колиски підвішують до ланцюгів, і вони можуть розвантажуватися в будь-якому місці низкохідної вітки, що неможливо в поличному, де ковші прикріпленні до ланцюга нерухомо; поличні та колискові  для піднімання поштучних вантажів (ящиків, бочок, рулонів та ін.);

 за типом тягового органу  стрічкові і ланцюгові з одним або двома ланцюгами. Стрічкові норії володіють деякими перевагами перед ланцюговими: плавний і безшумний хід; великі швидкості і малі габарити;

 за кутом установлення  вертикальні та крутопохилі;

 за швидкістю руху ковшів  тихохідні до 1,25 м/с, швидкохідні до 4 м/с, а в спеціальних швидкість досягає 7 м/с. У тихохідних розвантаження ковшів гравітаційне, в швидкохідних  відцентрове. На рис. 2.33 приведено схеми елеваторів за типом розвантаження;

 за розміщенням ковшів на тяговому органі  з розставленими та замкненими ковшами. Перші використовують для дрібно фракційних матеріалів і часто виконують їх швидкохідними. Елеватори із замкненими ковшами  тихохідні з самопливним розвантаженням. Їх використовують для піднімання крупнокускових і абразивних вантажів; завантажуються ковші насипанням.

1

Рис. 2.33  Схеми елеваторів за типом розвантаження

а) з відцентровим розвантаженням; б) з гравітаційним розвантаженням

Ковшові елеватори мають такі технічні показники: продуктивність до 600 м³/год, висота підйому до 60 м; швидкість до 4 м/с і більше (до 7 м/с для добре сипкових матеріалів з використанням спеціальних ковшів).

Елеватор складається із нескінченного тягового органу  стрічки (або ланцюга), яка обгинає приводний та натяжний барабани (або зірочки). До стрічок або ланцюгів прикріплені ковші, яки завантажуються матеріалом у нижній частині елеватора автоматично, а розвантажують крізь вікно у верхній частині елеватора. На нижньому барабані (зірочках) установлено натяжний механізм.

Привод елеватора складається з двигуна, редуктора, муфти, зупинника (гальма), барабана (зірочки). Робоча вітка похилого стрічкового елеватора підтримується роликоопорами, а в ланцюгових  опорними роликами або напрямними шинами.

Умовами нормальної роботи елеватора є правильний вибір форми і розмірів ковшів, швидкості руху, розмірів барабана і зірочок, форми і розміру верхньої (головка) та нижньої (башмак) частин елеватора.

Ковші вибирають залежно від продуктивності елеватора і типу насипного вантажу. Форма ковша визначається способом розвантаження і характеристикою матеріалу. Про це далі буде надано повніше.

Для піднімання по вертикалі або під великим кутом нахилу (більше 65) штучних масових вантажів застосовують поличні і люлькові норії.

Поличні норії (рис. 2.34, а) є замкнутим тяговим органом, що огинає верхню (приводну) і нижню (натяжну) станції.

Як тяговий орган застосовують звичайно ланцюги, до ланок яких прикріплені консольні захоплення – полиці, форма і розміри яких залежать від переміщуваних вантажів.

Поличні норії завантажуються автоматично: захоплення, проходячи крізь завантажувальний майданчик, знімають з неї черговий поданий вантаж. Розвантажуються норії під час переходу полиці через зірочки приводної станції або при зміні положення полиці в місці розвантаження спеціальними відвідними роликами.

Швидкість руху тягового органу поличної норії, виходячи з умов роботи ланцюга і розвантаження полиць від вантажу, вибирають не більше 0,2…0,3 м/с.

Люлькові норії (рис.2.34, б) застосовують для транспортування штучних вантажів по вертикалі. Робочі органи норії – люльки, шарнірно підвішені до ланцюгів.

Шарнірна підвіска дозволяє розвантажувати робочі органи в будь-якій точці по висоті норії.

Захоплювачі люльки знімають черговий вантаж при проході крізь завантажувальний майданчик. На висхідній гілці норії люльки нахиляються, і вантаж зісковзує в приймальний пристрій.

Захоплення люльки проходять в прорізі розвантажувального майданчика і залишають на ній вантаж, який транспортується.

Основні переваги елеваторів: компактність (малі поперечні розміри); можливість подавати вантажі на значну висоту (45…70 м); великий діапазон продуктивності (1…600 т/год).

Рис. 2.34  Схеми поличних і люлькових елеваторів

Недоліки елеваторів: ударний вплив на вантаж; порівняна складність конструкції; чутливість до перевантаження.

У тихохідних елеваторах вплив відцентрової сили незначний, а матеріал з ковша падає майже вертикально. Тому для вловлювання вантажу в лоток необхідно встановлювати спеціальні пристосування, наприклад, відхиляючі зірочки, встановлювати елеватор похило або монтувати ковші поряд один до одного, щоб попередній ківш був направляючим лотком для наступного.

У швидкохідних елеваторах на процес розвантаження крім сили тяжіння, впливає відцентрова сила інерції, тому вантаж з ковшів вилітає по кривій і падає в лоток, розташований на деякій відстані від ковшів. Щоб ковші не заважали один одному при розвантаженні їх розставляють на деякиій відстані.

Робочі процеси норії включають три основні етапи:

1. Завантаження ковшів матеріалом.

2. Транспортування матеріалу від башмака до головки.

3. Розвантаження ковшів в головці норії.

Від правильного вибору способів завантаження та розвантаження елеватора значною мірою залежить його працездатність. Завантаження сухих, добре сипких пороховидних, зернистих і дрібнокускових матеріалів здійснюється найчастіше зачерпуванням. Крупнокускові, тверді абразивні матеріали завантажують безперервним потоком у ковші, оскільки зачерпувати такі матеріали з башмака доволі важко. Безпосереднє завантаження застосовують при малій швидкості ковшів (до 1 м/с) в елеваторах із зімкненими ковшами.

Зачерпування вантажу ковшами. Процес зачерпування – один з головних в роботі норії, оскільки від його оптимальної роботи залежить продуктивність машини. Досконалість цього процесу оцінюється коефіцієнтом заповнення ковша . Процес зачерпування вантажу дуже складний і залежить від: швидкості руху і форми ковшів; напряму і способу подачі вантажу в черевик норії; фізичних властивостей вантажу і інших чинників.

При подачі «по ходу» (рис. 2.35, а) вантаж, поступаючи в черевик, зустрічає на своєму шляху дно ковша зовні, тому у момент зустрічі матеріал не заповнює ковша. Заповнення ковша починається у момент його упровадження в сипкий матеріал, що знаходиться в черевику. Недоліки подачі вантажу «по ходу»: не сприяють заповненню ковша; зменшують величину коефіцієнта заповнення; збільшують витрату енергії на зачерпування.

При подачі «проти ходу» (рис. 2.35, б) потік вантажу, зустрічаючи на своєму шляху відкриту частину ковша, заповнює її, в результаті усувається зайве переміщення вантажу в черевику норії. У разі зачерпування вантажу з насипу умови заповнення ковшів погіршуються, що веде до зменшення коефіцієнта заповнення.

Рис. 2.35  Схеми подачі вантажу

Т ранспортування вантажу на вертикальній ділянці. Після переходу горизонтальної осі нижнього барабана ківш скоює прямолінійний рівномірний рух, при якому на матеріал в ковші діє тільки сила тяжіння. Положення ковша в цьому випадку врівноважується натягненням тягового органу.

Для того, щоб не було зворотного висипу вантажу, необхідно створити на робочій гілці норії таке натягнення, яке забезпечує мінімальний кут опору (рис. 2.36).

Складемо рівняння рівноваги моментів, щодо т. В, утримуючих ківш

, (2.70)

де  – кут перекидання ковша (мінімальний кут перекидання ковша  = 2).

З умови (2.70) виходить

. (2.71)

Визначимо з формули (2.71) натягнення на робочій гілці так, щоб кут перекидання ковша був мінімальним, беручи до уваги значення мінімального кута перекидання ковша : .

З урахуванням ваги барабана і двох гілок

або

Процес розвантаження ковша на верхньому барабані. Розвантаження ковшів буває відцентрове, самопливне вільне, самопливне спрямоване. Відцентрове розвантаження відбувається під дією відцентрової сили при достатній швидкості і використовується для дрібно сипких матеріалів.

Самопливне вільне і спрямоване розвантаження здійснюється здебільшого під дією гравітаційних сил на вантаж. Для вільного висипання матеріалу потрібне відхилення ковшів. Таким способом розвантажуються погано сипкі матеріали. Швидкість ковшів при цьому 0,6…0,8 м/с.

Для вибору способу розвантаження вантажу треба визначити зв'язок швидкості із діаметром барабана, а також умови розвантаження, розміщення ковшів та напрямного патрубка.

На вантаж, що знаходиться в ковші (рис. 2.37), на прямолінійному відрізку траси елеватора при підніманні діє сила ваги G = , а на криволінійній ділянці при обгинанні барабана додаються відцентрові сили

, (2.72)

де m – маса вантажу в ковші;

 – швидкість руху центру тяжкості вантажу в ковші;

R – радіус обертання центру тяжкості вантажу щодо осі обертання барабана.

Рівнодіюча сила + , яка діє на вантаж при обертанні ковша, змінюється за величиною і напряму, але при будь-якому положенні ковша напрям рівнодіючої перетинається з вертикаллю, що проходить через центр барабана, в одній і тій же крапці P, яка називається полюсом.

Рис. 2.37  Схема до розрахунку процесу розвантаження ковшів