Завантаження і розвантаження ковшів

Робочий процес ковшового транспортера складається з трьох етапів: 1) заповнення вантажем; 2) транспортування; 3) розвантаження. Ковшові елеватори класифікують за способом наповнення і розвантаження ковшів, типу ковшів і їх розташуванню на тяговому елементі. Від особливостей процесів наповнення ковшів залежать їх форма, розташування на тяговому органі і швидкість руху. 

Завантаження ковшів проводиться зачерпуванням вантажу з нижньої частини кожуха або засипанням вантажу в ковші, розвантаження в залежності від швидкості елеватора буває відцентрове, самопливне, комбіноване, спрямованої (рис. 4.6).

Розрізняють 4 типи завантаження ковшів: а) зачерпуванням з відкритої купи – при транспортування легкосипких вантажів та при використанні у нижній частині башмака грат, що запобігають пошкодженню ковшів; б) зачерпуванням з башмака – ковші пересувають вантаж по заокругленому дну, внаслідок чого збільшується ступінь їх заповнення; в) наповнення ковшів на шляху їх прямолінійного руху – при умові усунення попадання вантажу в башмак шляхом встановлення спеціального завантажувального пристрою або гострокутних ковшів; г) зачерпуванням вантажу з башмака з наступним довантаженням на шляху їх прямолінійного руху.

Наповнення ковшів зачерпуванням характерно для високошвидкісних стрічкових і ланцюгових елеваторів з розставленими ковшами і застосовується для дрібно- і середньошматкових малоабразивних матеріалів, при зачерпуванні яких при підвищеній швидкості не виникає значних опорів. 

Безпосереднє засипання в ковші застосовується для великошматкових абразивних вантажів через можливість відриву ковшів і великих опорів руху. Безпосереднє завантаження з завантажувального башмака в ковші характерно для середньошвидкісних і тихохідних елеваторів з зімкнутим розташуванням ковшів. 

Відцентрова розвантаження характерна для швидкохідних елеваторів (1-5 м/с) з розставленими ковшами для транспортування легкосипких вантажів. Вільне самопливне (гравітаційне) розвантаження застосовується для погано сипких або вологих вантажів у тихохідних елеваторів при швидкості руху ковшів 0,4-0,8 м/с. Вільне спрямоване (змішана) розвантаження використовується для похилих і вертикальних тихохідних елеваторів (стрічкових і ланцюгових) з зімкнутими ковшами для транспортування кускових, абразивних або крихких вантажів. 

Рис. 4.6. Схеми завантаження і розвантаження ковшових елеваторів:

а - завантаження зачерпиванія, розвантаження під дією відцентрової сили; б - завантаження засипанням в ковші, розвантаження самопливна спрямована; в - самопливна вільне вивантаження; г - центральна розвантаження

Полюсна відстань. Якщо ківш рухається навколо барабана, то на вантаж, крім сили тяжіння діє відцентрова сила:

,

де – кутова швидкість обертання приводного вала; m – маса вантажу в ковші; r – радіус обертання маси вантажу.

Якщо звести вектори сили тяжіння і відцентрової сили на вертикалі, що проходить через центр барабана, то вони перетнуться в точці В, що називається полюсом. Відстань l від полюса до центра барабана називається полюсною відстанню.

м,

де n – число обертів приводного барабана за хвилину.

З алежно від величини полюсної відстані розрізняють три режими розвантаження ковшів: відцентрове – характеризується малою величиною полюсної відстані l≤R_в (R_в – радіус кола, дотичного до внутрішньої стінки ковша). Рекомендується, щоб l=(0,9…1)R_в; відцентрово-самопливне – розвантаження відбувається при R_в ≤ l ≤ R₀ (R₀ – радіус кола, що проходить через зовнішні ребра ковшів); самопливне – при l ≥ R₀ , поділяється на вільне та напрямлене. Отже, режим розвантаження ковшів залежить від числа обертів приводного барабана та його діаметра. Форма головки транспортера не повинні сприяти подрібненню вантажу і висипанню його в кожух. Для нормальної роботи ковшового транспортера необхідно задатись правильною формою і розмірами ковшів, швидкістю руху тягового органу, розмірами барабанів (зірочок) та розмірами головки і башмака.

Рис. 4.7. Схема сил

Рис. 4.8. Завантаження і розвантаження ковшів

а б в

Рис. 4.9. Схема сил, діючих при самопливної (а), змішаної (б), відцентрової (в) розвантаження

Геометрія руху потоку вантажу на розвантаженні дозволяє конструктивно визначити контури головки кожуха і крок ковшів на тяговому органі для забезпечення рівномірного потоку розвантажувати вантаж без ударів частинок об стінки кожуха, кришення і пилення. 

Норії - спеціальні ковшові елеватори для вертикального транспортування зерна і борошна на борошномельних і комбікормових підприємствах і зерносховищах, які мають специфічні конструктивні особливості, їх основні параметри обумовлені ГОСТ 10190-70. 

Люлькові і полицеві елеватори

К олискові (рис 4.10) і полицеві (рис. 4.411) елеватори призначені для переміщення штучних вантажів і виконуються вертикальними і похилими [1]. 

Рис. 4.10. Схема колискового елеватора (одноланцюговий і дволанцюговий): 1 - привід; 2 - привідні зірочки; 3 - тягові ланцюги; 4 - люльки; 5 - натяжні зірочки 

Люлькові елеватори виконуються двох- і одно ланцюговими (з консольним розташуванням люльок). Поличні елеватори мають жорстко закріплені консольні полиці-захвати, які виконують у вигляді кронштейнів із зігнутою або плоскою формою опорної поверхні. Завантаження та розвантаження поличних і люлбкових елеваторів проводиться автоматично або вручну. 

Тяговим елементом люлькових елеваторів є пластинчасті, втулкові і каткові ланцюги, які переміщаються зі швидкістю 0,2-0,3 м/с. Люльки закріплені шарнірно і виконуються двухпальцевими(в двоколових конвеєрах) і однопальцевими (в одноланцюгових конвеєрах). Для усунення розгойдування колисок в поперечному напрямку ланцюги забезпечені ходовими роликами і направляючими шинами. 

Рис. 4.11. Схеми поличних елеваторів: а - вертикальний; б - похилий; в - вертикальний з відхиленням захоплення на робочій гілки 

Поличний елеватор складається з двох вертикально замкнутих ланцюгів (пластинчастих, втулкових або коткових), що огинають верхні і нижні зірочки. До ланцюгах жорстко прикріплені консольні захвати-полки, форма яких залежить від геометричної форми переміщуваних вантажів. Поличні елеватори мають швидкості руху 0,2-0,3м/с. 

Способи завантаження і розвантаження люлькових і полицевих елеваторів

Завантаження люлькових елеваторів виробляється на висхідній гілки, розвантаження - в будь-якому місці низхідної гілки. Ручне завантаження проводиться безпосередньо установкою вантажів на рухомі люльки і розвантаження забезпечується направляючими, стабілізуючими положення люльки в зоні завантаження.

Для автоматичного завантаження та розвантаження колисок застосовуються висувні та поворотні колосникові і роликові столи. Завантаження та розвантаження поличних елеваторів проводиться автоматично або вручну. Найбільш зручними для автоматизації завантаження і розвантаження є вантажі циліндричної форми, тому що їх можна перекочувати по похилому настилу або перевантажувати з колосникового столу на гребінчастого полку, а потім на стіл. 

Рис. 4.12. Конструкція люльки (а) і полки (б); схеми (в, г) завантаження і розвантаження поличних елеваторів: 1 - скати; 2, 4 - бочки; 3 - захват; 5 - головний зірочка; 6 - відхиляюча зірочка; 7 – полиця

Використовується розвантаження на висхідній гілки (рис. 4.12, г) шляхом відхилення полиці за допомогою додаткових відхиляючих зірочок. Захвати-полки можуть забезпечуватися спеціальним поворотним пристосуванням, що дозволяє розвантажувати вантаж в будь-якому місці на висхідній гілки елеватора і керованим за допомогою упорів чи направляючих шин, висунутих в місці розвантаження. Поворотні частини захоплень після розвантаження повертаються у вихідне положення за допомогою пружин або направляючих шин. 

Розрахунок ковшевих транспортерів

Рис. 4.13. Розрахункова схема

Продуктивність:

кг/с,

де і – місткість ковша, м³; ψ – коефіцієнт заповнення ковшів; s – крок ковшів.

Крок: (підбирають за табл.)

, м

Визначення сил опору руху тягового органу:

• при зачерпуванні:

опір зачерпуванню , Н; де – потомий опір заглибленню ковша, Н/м; В₀=b+A, м – довжина ребра ковша, що заглиблюється у вантаж. сила інерції , Н; де m – маса вантажу, що знаходиться в ковші; - швидкість вантажу від кінцевого до початкового значення по відношенню до швидкості тягового органу; h₁ – висота зовнішнього ребра ковша, м.

на прямолінійних відрізках (для крутопохилого транспортера):

,

.

Тут – коефіцієнт опору руху тягового органу з ковшами; q_T­­­ – погонна маса тягового органу з ковшами.

При проектуванні крутопохилих стрічкових транспортерів усі розрахунки проводять як і для плоскострічкових пологопохилих транспортерів з холостою віткою, що провисає, а для крутопохилих ковшових транспортерів, як для ланцюгових транспортерів з рухомим настилом і холостою віткою, що провисає. Вертикальні ковшові транспортери розраховуються за тими ж рівняннями, лише кут β=90⁰.

• для похилих: ; , Н.

• для вертикальних: ; , Н.

При проектуванні роблять перевірку передачі рухомої сили за рахунок тертя зчеплення з приводним барабаном:

, де е=2,72 – основа натуральних логарифмів; α – кут обхвату стрічкою приводного барабана, рад; f – коефіцієнт тертя зчеплення стрічки з приводним барабаном.

Для проектування зупинника необхідно визначити силу тяги робочого органу при зворотному русі стрічки, та крутний момент зворотного ходу на приводному валу транспортера:

, Н;

, Нм.

Приклад розрахунку ковшевого елеватора

Продуктивність ковшового елеватора можна визначити за наступною формулою:

де і – ємкість ковша в л, яка вибирається по табл. 29 і 30;

S – крок кріплення ковшем до тягового органу в м;

Ψ – коефіцієнт наповнення ковша, який приймається по табл.. 33.

Якщо задана продуктивність елеватора, то ємкість ковша і крок ковшів можуть бути визначені послідовним підбором їх за наступним рівнянням:

,

Тип ємкості ковша вибирають попередньо (вибирають її по таблицям стандартів). При виборі ковшів і відстані між ними необхідно врахувати наступне:

1. при відцентровому розвантажуванні (при h₀<r_б) ковши вибирають з напівзаукругленим дном. Відстань S повинна бути не менше h (h- висота задньої стінки ковша);

2. для елеваторів, у яких полюсна відстань h₀ знаходиться в межах від r_а до r_б, вибирають глибокі ковші і при такій ємкості, щоб крок ковша, який визначається з рівняння (219), був S≥2h;

3. при вільному самопливному розвантажуванні для сипучих вантажів використовують глибокі ковші, а для вантажів, що відлежуються – мілкі. При h₀=1,5 r_б крок ковшів S≥2h; при h₀=(1,5÷3)r_б крок ковшів S≥(3÷4)h.

Для ланцюгових елеваторів крок ковшів повинен бути кратним кроку ланцюга.

Після вибору ємкості ковша і кроку розташування ковшів слід знайти кути, які характеризують початок і кінець викидання вантажу, побудувати траєкторії польоту вантажу, перевірити степінь заповнення ковшів, вибрати конфігурацію головки і знайти місце розташування вивантажуючого патрубка.

Визначимо опір руху тягового органу. У випадку наповнення ковшів на ділянці їх прямолінійного руху робота витрачається на поглинання кінетичної енергії вантажу, що поступає в ковші зі швидкістю v₀ і на надання вантажу швидкості руху ковшів v. В даному випадку можна записати наступне рівняння:

(220)

де m – маса вантажу, яка переміщається елеватором за секунду;

W₁ – опір завантаження в кГ;

v – швидкість тягового органу в м/сек;

Q – продуктивність в т/ч;

v ₀ – швидкість завантаження (спрямована в сторону, що обернена руху).

При v₀=0 миттєве зростання сили викликає той же ефект, що і подвійна величина статично прикладеного зусилля, а тому робота, яка витрачається на подолання сил інерції, буде вдвічі більше.

(221)

З цієї формули знайдемо опір завантаження:

(222)

де – погонна маса вантажу, що переміщається в кг/м;

– питома робота опору заповнення ковша в кг/м.

У випадку зачерпування вантажу із кучі або з башмака (фіг.109,а) питома робота опору зачерпування А_s залежить від конструкції башмака і ковша, характеру вантажу, що переміщається від швидкості переміщення ковшів. Потужність при зачерпуванні вантажу витрачається на:

1) удар ковшів по лежачому вантажу, що не рухається;

2) на подолання сил інерції при наданні вантажу швидкості;

3) на подолання тертя зовнішніх стінок ковша по вантажу.

При малих швидкостях тягового органу втрати на удар і на подолання сил інерції малі, тоді як втрати на тертя більші в зв’язку з тим, що тертя по своєму характеру наближається до тертя спокою. Повних даних для визначення питомої роботи опору зачерпуванню А_s поки ще нема. Опір зачерпування вантажу з кучі або башмака визначається по формулі (222): . Значення питомого опору зачерпування вантажу слід вибрати по табл.34 або по емпіричній формулі .

Таблиця 4.2. Значення питомого опору зачерпування вантажу А_s

Вантаж, що переміщається	Швидкість руху тягового органу v в м/сек
	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
Зерно………… Корене- плоди…….. Кускове вугілля……….	- 0,75-1,0 -	0,95-2,4 1,1-2,0 2,2-2,7	1,0-2,6 2,0-3,0 2,7-3,3	1,3-3,2 - 4,4-6,0	2,1-4,4 - -

В попередніх розрахунках краще приймати з таблиці більше значення А_s.

Опір руху тягового органу вертикального ковшового елеватора визначається за наступним рівнянням:

,

де H – висота транспортування вантажу в м;

с₀ – коефіцієнт, що враховує опір жорсткості тягового органу через його згин внаслідок консольного прикладання навантаження, с₀=1,25÷1,30.

Сила, що рухає тяговий орган, дорівнює сумі всіх опорів:

,

де с₁, с₂ - коефіцієнти, що враховують опір, що виникає при обертанні барабанів (зірочок), а також опір жорсткості тягового органу при його згинанні, кожен з цих коефіцієнтів приймається: для стрічкових елеваторів 1,05-1,1; для ланцюгових 1,1-1,2 (менше значення для барабанів і зірочок, змонтованих на підшипниках кочення).

Визначення опору переміщення тягового органу на прямолінійних ділянках ковшових елеваторів, що нахилені, у яких холоста гілка вільно провисає, а робоча опирається на спрямовані (фіг. 109,б), виконується по наступній формулі:

,

де L – довжина транспортування вантажу в м;

w_s – коефіцієнт опору переміщення тягового органу, що приймається для стрічкових елеваторів так же, як і для стрічкових конвеєрів, а для ланцюгових елеваторів так же, як і для ланцюгових елеваторів;

q_Т - погонна маса тягового органу в кГ/м.

Значення погонної маси тягового органу можуть бути для попереднього розрахунку визначені за наступною емпіричною залежністю:

кГ/м;

де Q – продуктивність елеватора в т/ч;

– коефіцієнт, що враховує тип тягового органу і різновид ковша (приймається по табл.35).

Таблиця 4.3. Значення коефіцієнта

Продукти-вність, Q, в т/ч	Об’ємна маса вантажу, що транспор-тується, γ, т/м3	Стрічкові елеватори			Ланцюгові елеватори
		Ковші мілкі та глибокі	Ковші остро-кутні	Одноланцюгові			Дволанцюгові
				Ковші мілкі та глибокі		Ковші Гост-ро-кутні	Ковші мілкі та глибокі	Ковші гостро-кутні
10-25	0,8 1,6	0,53 0,38	- -	0,85 0,60		1,2 0,85	1,3 0,9	- -
25-50	0,8 1,6	0,48 0,36	0,65 0,42	0,65 0,50		0,9 0,6	1,1 0,7	- -
50-100	0,8 1,6	0,42 0,33	0,62 0,38	0,53 0,45		0,75 0,45	0,8 0,5	1,2 0,75
Більше	0,8 1,6	0,36 0,28	0,60 0,35	- -		- -	0,6 0,4	1,0 0,65

Натяг на гілках тягового органу вертикальних ковшових елеваторів визначається так:

1. у збігаючій з приводного барабана (зірочки) гілки (фіг.109,б).

,

де 1,15 – коефіцієнт запасу натягу;

2. в набігаючій на приводний барабан (зірочку) гілки

,

де Р₀ – сила, що рухається, визначається з рівняння.

В стрічкових елеваторах натягу в гілках тягового органу S_нб і S_сб повинні забезпечити передачу сили тяги за рахунок щеплення стрічки з приводним барабаном. Це повинно бути перевірено по формулі Ейлера:

Якщо ця нерівність не задовольняється, то слід збільшити натяг або проклеїти зовнішню поверхню барабана прогумованою стрічкою, тобто підвищити значення коефіцієнта тертя f .

Стрічка повинна задовольняти вимогам міцності

,

де n – коефіцієнт запасу,що приймається в межах 9 до 10;

B – ширина стрічки в см;

z - кількість прокладок в стрічці;

К_разр – граничне навантаження, приймається по табл..8.

В ланцюгових елеваторах ланцюг підбирають по таблицям стандарту виходячи з величини навантаження, що руйнується, яка визначається по формулі (131). Перевірка ланцюга на міцність виконується з врахуванням динамічного навантаження по формулі (139). Після розрахунку стрічки або ланцюгів уточнюють попередній розрахунок і визначають натяг в гілках біля натяжного барабана:

де W₁ – опір навантаження, що визначається за формулою.

Розрахунок натяжного пристрою необхідно вести по суммі сил S₀+S₀^/, а розрахунок приводного валу – по суммі сил S_нб+S_сб з врахуванням крутного моменту.

При розрахунку останова крутячий момент визначають так як і для стрічкових конвеєрів.

Натяг в холостій гілці елеватора, що нахилений (фіг.109,б) визначають виходячи з теорії провисання гнучкої нити.

Використовуючи формулу (31) і приймаючи для холостої гілки f_max=(0,15÷0,18)L, визначимо S:

Використовуючи рівняння (22), визначаємо:

; ; .

Для холостої гілки погонна маса вантажу q_г=0.

Натяг в холостій гілці

; ;

Натяг в робочій гілці

;

W₂ – визначається за рівнянням.

Потім за рівнянням перевіряють, чи достатнє зачеплення стрічки з барабаном, а також за рівнянням перевіряють міцність стрічки.

Якщо тяговий орган ланцюговий, ланцюг підбирають по таблицям стандарту і перевіряють на міцність з врахуванням динамічного навантаження. Потужність двигуна потрібно визначати за формулою.

Приклад. Визначити основні параметри стрічкового ковшового вертикального елеватора для переміщення пшениці. Вихідні дані:

Продуктивність…………………………………………Q=20т/ч

Висота підйому вантажу………………………………Н=8м

1. Приймаємо: об’ємну масу вантажу γ=0,7 т/м³ (табл.1); коефіцієнт внутрішнього тертя (табл. 13); кут внутрішнього тертя ; швидкість руху стрічки v=1,65м/сек і коефіцієнт наповнення ковша ψ=0,7 (табл.33).

2. Припустимо, що навантаження буде центробіжним, визначимо за формулою діаметр барабана:

Приймаємо =500м.

3. Кількість обертів барабана

4. Полюсна відстань (179)

Полюсна відстань менше радіуса барабана, а тому вивантажування буде центробіжним. Відношення полюсної відстані до радіуса барабана

Це відношення знаходиться в межах величини (0,9-1), що рекомендуються, а тому вибрані параметри ДОПУСТИМІ.

Вибираємо глибокий ківш по ГОСТ4592-55 (табл..30): ємкість ковша i=1,5л, висота задньої стінки h=150мм, висота зовнішньої кромки ковша h₁=75мм, висота до лінії центрів отворів для болтів h₂=40мм, кут зачерпування β=42⁰, виліт ковша А=125мм, радіус заокруглення днища ковша R=40мм.

5. Відстань між ковшем (219)

Такий крок можна прийняти, так як S повинно бути більше h.

6. Кут α₁ (фіг.104):

5⁰20^/;

7. Радіус кола, що проходить через зовнішні кромки ковшів:

8. Розміщення плоскості зрушення на початку вивантажування ковша, тобто при φ₀=45⁰, за формулою (198):

ε₀=36⁰20^/;

; ρ^/=43⁰10^/;

.

Збудувавши розташування ковша при φ₀=45, визначимо степінь його заповнення. За кресленням виходить, що величина ψ=0,55, а тому перераховуємо величину кроку ковшів:

Таку величину кроку можна допустить, так як вона більше висоти задньої стінки.

9. Швидкість переносного (обертального) і відносного рухів частин вантажу

.

Знаходимо графічно абсолютну швидкість частинок вантажу в момент його вильоту з ковша на початку вивантажування і будуємо траєкторію польоту частинок вантажу:

З креслення виходить, що v=2,6м/сек.

10. Визначимо кут φ₁ в тому положенні ковша, при якому плоскість зрушення співпадає з зовнішньою стінкою ковша, тобто при α=α₁:

звідки ,

де

; ;

; .

11. Швидкість відносного руху частин вантажу при α=α₁ і φ=φ₁ :

;

=

.

Визначаємо графічно абсолютну швидкість частинок вантажу, що відривається від зовнішньої кромки ковша, в даному миттєвому його положенні і будуємо траєкторію польоту частин вантажу:

З креслення випливає, що v₁=2,7м /сек.

12. Визначаємо доповнений до φ₁ кут γ, при якому остання частина вантажу (по послідовності відриву з зовнішньої кромки) вилітає з ковша (200);

де за формулою (199)

13. Визначимо швидкість відносного руху останньої частинки вантажу при вильоті її з ковша:

)

Приймаємо коефіцієнт тертя пшениці по сталі f=0,37. При цьому кут тертя ρ=20⁰20^/.

14. Визначимо графічно абсолютну швидкість останньої частинки вантажу траєкторію її польоту:

З креслення випливає, що v_к= 3,8м/сек.

15. Визначимо опір завантаження, предполагая, що вантаж зачерпуємо з башмака. Приймаємо А_s=4,5 (абл...34) за формулою (222):

16. Опір переміщення стрічки за формулою (223) при с₀=1,3

17. Сила, що рухається за формулою (224)

.

18. Натяг на гілках стрічки:

в збігаючій з приводного барабана гілки по формулі (227)

в набігаючій на приводний барабан гілки (228)

19. Перевіримо можливість передачі сили тяги за рахунок зчеплення стрічки з приводним барабаном за формулою (229):

Допускаємо, що кут обхвату рівний 180⁰, тобто 3,14 рад:

; 2,72>1,6.

20. Визначимо фактичну погонну масу тягового органу. Стрічка вибрана по табл..7:

B=175мм; z=4; ткань Б-820; k_розр=55кГ/см.

б=1,25z+0,25(z-1)+2

Маса одного погонного метру стрічки:

q_л=0,01 =2кГ.

Маса ковшів, що приходять на один метр, .

Погонна маса робочого органу .

21. Натяг в гілках нижнього барабану за формулами (231) і (232):

22. Перевіримо стрічку на міцність за формулою (230):

23. Міцність на валу приводного барабану за формулою (63)

24. Міцність на валу двигуна за формулою (64)

Приймаємо двигун N=2,8квт; n_∂=1420об/хв

25. Визначимо передаточне число трансмісії: