1. Техническое оснащение лаборатории машин непрывного транспорта
Состав лаборатории машин непрерывного транспорта
Для успешного проведения лабораторных работ, представленных в настоящем учебном пособии, кафедрой транспортных машин Воронежского государственного архитектурно-строительного университета были разработаны и изготовлены лабораторные конвейерные установки. Их можно разделить на две группы: конвейеры для транспортирования сыпучих материалов и конвейеры для транспортирования штучной продукции. Первая группа конвейеров представляет собой (рис. 1.1) единый замкнутый конвейерный комплекс, включающий в себя несколько конвейеров с различными принципами транспортирования.
Вторая группа представлена отдельными лабораторными установками: роликовым конвейером (рис. 1.2), подвесным конвейером (рис. 1.3), качающимся конвейером (рис. 1.4), вибрационным конвейером (рис. 1.5).
При создании лабораторных установок в первую очередь решалась задача подкрепить курс «Машины непрерывного транспорта» лабораторной базой, позволяющей студентам полноценно его усвоить, изучить не только принципиальное устройство того или иного конвейера, конструктивное исполнение отдельных типовых узлов, но и практически связать расчетные теоретические зависимости с реальной работой конвейеров.
Другой задачей было привлечь студентов к активному творческому процессу путем постановки перед ними в процессе выполнения лабораторной работы заданий исследовательского характера. Так, каждая лабораторная работа должна включать в себя задания с переменными исходными данными, получение результатов по каждому значению исходного параметра, анализ и обобщение полученных результатов, формулирование выводов и заключений.
Для конвейеров, предназначенных для перемещения сыпучих материалов, выполнение второй задачи в условиях взаимодействия с другими конвейерами представляет определенную сложность. Здесь переменными входными параметрами могут быть: транспортируемый материал, производительность конвейера, углы наклона конвейеров (высота транспортирования), другие конструктивные параметры, которые не требуют больших трудозатрат и технически могут быть легко реализованы (усилие натяжения тягового органа, скорость движения тягового органа, конфигурация трассы пневмотранспортной установки и др.).
Рис. 1.1. Замкнутый конвейерный комплекс
Рис. 1.2. Роликовый конвейер
Рис. 1.3. Подвесной конвейер
Рис. 1.4. Качающийся конвейер
Рис. 1.5. Вибрационный конвейер
Конструкция лабораторных стендов
Учебно-лабораторный конвейерный комплекс (рис. 1.6) включает в себя пять конвейеров, перемещающих поток материала по замкнутой траектории. Транспортируемым материалом в этом комплексе является гранулированный полиэтилен. Этот материал в условиях учебной лаборатории имеет ряд положительных свойств: не дробится, не создает пыли, загрязняющей атмосферу лаборатории, практически не имеет абразивного воздействия на элементы конвейеров, удобен для определения параметров в качестве сыпучего демонстрационного материала.
Конвейерный комплекс состоит из скребкового (1-9), винтового (10-19), ленточного (20-29) конвейеров, ковшового элеватора (30-39) и пневмотранспортной установки всасывающего типа (40-49). Конвейеры размещены на общей раме и каждое из названных транспортирующих устройств имеет индивидуальный привод, запускаемый независимо с общей станции управления. На станции установлены штепсельные разъемы ХС, ХВ, ХЛ, ХК, ХП, с помощью которых можно подключать ваттметр в питающую линию каждого конвейера для замера потребляемой им электроэнергии.
Скребковый конвейер (см. рис. 1.6) состоит из корпуса 1, выполненного из листовой стали в виде желоба прямоугольного сечения. В корпусе размещены приводной вал со звездочками 2 и натяжной вал с жестко закрепленными на нем звездочками 3. Звездочки приводного и натяжного валов охватывают две параллельные, замкнутые в кольцо, пластинчатые втулочно-роликовые цепи 4. К цепям прикреплены консольно, перпендикулярно плоскостям их движения, прямоугольные скребки 5 из листовой стали. Приводной вал со звездочками 2 получает вращение от мотор-редуктора 6 через клиноременную передачу 7. Транспортируемый материал поступает в скребковый конвейер от пневмотранспортной установки и перемещается скребками по дну желоба в винтовой конвейер. Управление конвейером осуществляется кнопками 8 «Пуск» и «Стоп» на станции управления. Штепсельный разъем для подключения ваттметра обозначен ХС.
Винтовой конвейер (см. рис. 1.6) состоит из корпуса 11, выполненного из листовой стали в виде желоба полукруглого сечения. В торцевых стенках желоба установлены проходной 12 и упорный 13 подшипники, на которые опирается односекционный винт (шнек) 14. Винт получает вращение через муфту 15 от мотор-редуктора 16, который включается и выключается кнопками 17 на станции управления. Транспортируемый винтовым конвейером материал поступает в загрузочный бункер ленточного конвейера. Штепсельный разъем для подключения ваттметра обозначен ХВ.
Ленточный конвейер (см. рис. 1.6) имеет горизонтально расположенную раму 20, состоящую из двух продольных листовых гнутых п-образных профилей с уголковыми поперечными связями. На раме в опорах с шариковыми подшипниками установлены приводной 21 и натяжной 22 барабаны. Барабаны охватывает замкнутая в кольцо резинотканевая транспортирующая лента 23. Рабочая ветвь ленты поддерживается двухроликовыми желобчатыми опорами 24, установленными на поперечных связях рамы. Нерабочая ветвь ленты опирается на одинарные ролики 25, оси которых закреплены в продольных профилях рамы. Приводной барабан приводится во вращение через цепную передачу мотор-редуктором 26. Необходимое сцепление транспортирующей ленты с приводным барабаном достигается натяжением ленты при перемещении барабана 33 винтовым натяжным устройством 27. Загрузочный лоток 28 позволяет направить транспортируемый материал от винтового конвейера на ленточный конвейер без просыпания. Включение и выключение конвейера осуществляется кнопками 29 на станции управления. Штепсельный разъем для подключения ваттметра обозначен ХЛ.
Ковшовый элеватор (см. рис. 1.6) принимает транспортируемый материал с ленточного конвейера и обеспечивает его подъем в накопительный бункер 40. Элеватор состоит из вертикально расположенного двухсекционного коробчатого корпуса 30, выполненного из листовой стали. В корпусе имеются защищенные стеклом смотровые окошки для наблюдения за работой элеватора. Нижний торец корпуса имеет шиберный затвор 31 для освобождения корпуса при необходимости от скопившегося материала. Верхний торец закрывается съемным оголовком 32 с разгрузочным лотком. В корпусе установлены приводной 33 и натяжной 34 барабаны. Вал приводного барабана вращается на шарикоподшипниках в неподвижно закрепленных в корпусе опорах. Аналогичные опоры натяжного барабана установлены в корпусе с возможностью их вертикального перемещения для регулирования натяжения тяговой ленты 35. Лента выполнена из синтетической кордной ткани. На ней закреплены болтами с потайной головкой расставленные пластмассовые ковши 36. Приводной барабан получает вращение через клиноременную передачу 37 от мотор-редуктора 38. Управление элеватором осуществляется со станции управления кнопками 39. Штепсельный разъем для подключения ваттметра обозначен ХК.
Пневмотранспортная установка (см. рис. 1.6) осуществляет перемещение транспортируемого материала из накопительного бункера 40 по пневмопроводу 41 в вертикальный осадитель 42. Пневмопровод выполнен из тонкостенной стальной трубы с горизонтальным и вертикальным участками. Осадитель свальцован из листовой стали с переходной конической частью к шлюзовому затвору 43 внизу и цилиндрическим выхлопным патрубком вверху.
Для определения разряжения воздуха в транспортирующем пневмопроводе и осадителе в них установлены вакуумметры 44 и 45 соответственно. Разряжение в пневмопроводе и осадителе создается двухступенчатым центробежным насосом 46, установленным в верхней части осадителя после фильтра 47. Скорость воздуха на выходе из осадителя замеряется электронным анемометром 48, установленным в выхлопном патрубке осадителя. Разгрузка осадителя производится через шлюзовой затвор с индивидуальным приводом 49. Включение и выключение насоса и привода шлюзового затвора производится общими кнопками «Пуск» и «Стоп» со станции управления. Штепсельный разъем для подключения ваттметра обозначен ХП.
Конвейеры для транспортирования штучных грузов представлены роликовым, подвесным, качающимся, вибрационным конвейерами.
Лабораторная установка Роликовый конвейер (рис. 1.7) состоит из основания 1, на которое опирается плоская рама 2 с установленными на ней роликами 3. Один конец рамы имеет шарнирную опору, а второй - винтовую 4, позволяющую при вращении винта изменять наклон рамы с роликами к основанию от 3° до 30°. На раме с одной боковой стороны установлены два направленных параллельно осям роликов лучевых источника света 5, а с другой стороны напротив каждого луча установлены фоторезисторы 6, которые через электронную схему 7 управляют включением и выключением соответствующего электросекундомера 8. Ролики конвейера выполнены со сквозными осями, закрепленными на раме. Обечайка роликов выполнена из стальной тонкостенной трубы, которая опирается на ось через шариковые подшипники закрытого типа.
Подвесной конвейер (рис. 1.8) выполнен как действующий макет. Он имеет закрепленные на основании вертикальные стойки 1 с консолями. На консолях закреплен по контуру трассы транспортирования монорельс 2 таврового сечения. На монорельс установлены подвесные каретки 3 с крюковым грузозахватным устройством 4. Все каретки соединены тяговой цепью 5 с равномерным шагом по контуру трассы. Приводная станция конвейера состоит из двигателя постоянного тока 6, червячного редуктора 7 и приводной звездочки 8, образующей с барабаном 11 единый блок. Приводная звездочка приводится в движение электродвигателем через редуктор и фрикционную муфту. Величина передаваемого муфтой крутящего момента может быть установлена регулировочной гайкой, поджимающей пружину. Для определения потребляемой конвейером энергии в цепь питания двигателя включены вольтметр 9 и амперметр 10. Питание лабораторной установки осуществляется от выпрямителя с выходным напряжением 12 вольт.
Рис. 1.7. Схема лабораторной установки «Роликовый конвейер»
Рис. 1.8. Схема лабораторной установки «Подвесной конвейер»
Качающийся конвейер позволяет проводить лабораторную работу с элементами исследований. Конвейер (рис. 1.9) состоит из горизонтального открытого желоба 1 прямоугольного сечения, который опирается на четыре стойки 2, шарнирно прикрепленные верхними концами к желобу, а нижними - к опорной площадке 3. Опорную площадку можно перемещать в плоскости качания желоба по платформе 4 с закреплением в нужном положении. Желоб конвейера удерживается в рабочем положении шатуном 5, один конец которого шарнирно прикреплен к желобу, а другой присоединен к эксцентрику 6, расположенному на одном торце приводного вала 7. Конструкция эксцентрика позволяет устанавливать требуемый эксцентриситет. Приводной вал размещен на упорных шарикоподшипниках в опоре 8. На другом торце приводного вала закреплен диск 9, с плоской поверхностью которого контактирует обрезиненный ролик 10, образуя лобовую передачу. Ролик размещен на удлиненном валу электродвигателя 11 и его можно перемещать по валу с закреплением в нужном месте винтом в шпоночном пазу, меняя, таким образом, передаточное число лобовой передачи. Для обеспечения надежного сцепления ролика с диском электродвигатель закреплен на поворотной площадке, которая может поворачиваться относительно вертикальной оси. Нужная величина силы давления ролика на диск обеспечивается пружиной растяжения, один конец которой закреплен на платформе 4, а другой на поворотной площадке с электродвигателем. На одной из стоек 2 закреплен постоянный магнит, управляющий герконом 12, который подает сигнал на счетчик, регистрирующий число качаний желоба в опытах. Включение и выключение конвейера осуществляется независимым выключателем 13. Описываемая лабораторная установка позволяет исследовать влияние на транспортирующие качества качающегося конвейера частоту и амплитуду качаний желоба, углы наклона к желобу шарнирных стоек при транспортировании различных грузов.
Рис. 1. 9. Схема лабораторной установки «Качающийся конвейер»
Вибрационный конвейер (рис. 1.10) имеет оригинальное техническое решение. Он состоит из горизонтального транспортирующего прямоугольного желоба 1, укрепленного на внешней плоскости свободного конца элемента 2 в виде широкой упругой скобы. Другой конец скобы закреплен на массивном основании 3. В зеве скобы на ее неподвижной плоскости закреплено яромо электромагнита 4, а на подвижной плоскости – якорь электромагнита 5. Питание электромагнита осуществляется от сети переменного тока при частоте колебаний желоба 100 Гц; при частоте колебаний 50 Гц – от полупериодного выпрямителя 6. Оригинальный блок управления питанием электромагнита позволяет изменять частоту возбуждающих колебаний в широком диапазоне. Эта лабораторная установка может быть использована в научно- исследовательской работе студентов.
Рис. 1.10. Схема установки «Вибрационный конвейер»
ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
При выполнении лабораторных работ студенты одновременно продолжают осваивать специфику практического применения уже знакомых и еще незнакомых измерительных приборов и инструментов различного назначения. Контрольно-измерительную базу при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» составляют следующие инструменты и приборы. Линейки инструментальные 300 и 1000 мм, рулетка 5000 мм, штангенциркуль с глубиномером 150 мм, штангенциркуль 300 мм, микрометр 0 – 25 мм, секундомеры, весы лабораторные, гири и калиброванные грузы, емкость мерная 1000 мл, вакуумметры 0,01 мПа, анемометр, ваттметр 3-фазного тока с пределом измерения до 1 кВт. Для определения таких параметров транспортируемых материалов, как коэффициенты внутреннего и внешнего трения, скорость витания частиц, студентами ВГАСУ механико-автодорожного факультета изготовлены специальные лабораторно-измерительные устройства, описание которых и работа с ними приводится в лабораторной работе № 1 настоящего пособия.
Инструменты для измерения линейных размеров (линейки, рулетки) не требуют особых руководств для пользования. Погрешность измерения инструментальной линейкой составляет ± 0,5 мм, рулеткой со стальной лентой - ± 1 мм. Для более точного определения фактических размеров деталей, в частности диаметральных размеров деталей круглого сечения, используют мерительный инструмент с нониусной шкалой (штангенциркуль или микрометр).
Штангенциркуль (рис. 1.11) имеет базовую линейку 1 с основной шкалой и подвижную линейку 2 со шкалой нониуса. Цена деления Цо основной шкалы штангенциркуля может быть 1 мм или 0,5 мм; цена деления Цн нониусной шкалы – 0,1 мм или 0,05 мм. Для определения размера детали губки линеек должны плотно охватить обмеряемую поверхность. Подвижную линейку при этом следует зафиксировать винтом 3. Величину размера определяют по формуле
Р = Цо К1 + Цн К2 , (1.1)
где К1 – число целых делений основной шкалы; К2 – порядковый номер штриха нониуса, совпадающего со штрихом основной шкалы. Погрешность измерения штангенциркулем при Цн = 0,1 мм дает предельную погрешность 150 мк; при Цн = 0,05 мм - предельная погрешность может составлять 80 мк.
Рис. 1.11. Способ отсчета показаний по шкале с нониусом: а) штангенциркуль; б) совпадение третьей (не считая нулевой) отметки нониуса с противолежащей отметкой шкалы штанги; 1 – штанга; 2 – рамка; 3 – зажим рамки; 4 – нониус
Микрометр (рис. 1.12) состоит из корпуса 1 в виде скобы с гайкой, на корпусе которой нанесена основная шкала с двумя рядами делений, смещенных относительно друг друга на 0,5 мм. В гайке расположен микровинт с барабанчиком 2, имеющим круговую шкалу с ценой деления 0,01 мм. Для обеспечения постоянства силы сжатия губками микрометра измеряемой детали микровинт имеет динамометрическую головку 3. При измерении микровинт подводят к измеряемой поверхности вращением за головку 3 до тех пор, пока головка не начнет проскальзывать, что сопровождается шумом трещотки. После этого производится снятие показаний. Если край барабанчика со шкалой находится сразу после риски нижней шкалы, то определяемый размер в целых миллиметрах будет равен числу делений нижней шкалы плюс десятые и сотые доли миллиметра по круговой шкале. Если край барабанчика располагается сразу после риски верхней шкалы, то определяемый размер в миллиметрах будет равен числу делений нижней шкалы плюс 0,5 мм и плюс десятые и сотые доли миллиметра по круговой шкале. Погрешность измерений размеров до 25 мм составляет ± 3 мкм, размеров до 100 мм - ± 10мкм.
Рис. 1.12. Конструкция микрометра
Секундомеры в лаборатории используют электронные, электрические, механические. Секундомеры с ручным включением следует применять при регистрации времени длительно текущих процессов, в которых погрешность в 0,5 - 1 секунду не имеет существенного значения. При регистрации скоротечных процессов длительностью до 10 с используют электрические секундомеры с точностью отсчета времени ± 0,1 с, что вполне достаточно при выполнении лабораторных работ с транспортирующими машинами. Секундомеры питаются переменным током от сети напряжением 220 вольт и оборудуются нормально разомкнутыми самовозвратными кнопками включения. Эти секундомеры легко могут быть включены в автоматические измерительные цепи (рис. 1.13).
Мерные емкости в лаборатории используются при определении насыпной плотности транспортируемых материалов. Для этих целей можно использовать лабораторные мензурки с объемом до одного литра и ценой деления в 1 мл. В условиях учебной лаборатории рекомендуется использовать мерные емкости из прозрачного полистирола.
Рис. 1.13. Секундомеры
Ваттметры в лаборатории необходимы для замера потребляемой двигателями конвейеров электроэнергии. При номинальной мощности электродвигателей до 0,75 кВт можно использовать ваттварметры типа Д50311 с прямым включением по схеме, указанной на лицевой панели прибора (рис. 1.14). Допустимое напряжение сети при работе с таким прибором должно быть не более 375 В, а потребляемый ток не более 1 А.
Рис. 1.14. Ваттварметр типа Д50311
Порядок работы с прибором при измерении потребляемой приводом конвейера активной мощности должен быть следующим:
установить ваттварметр в горизонтальное положение;
установить стрелку указателя на нулевую отметку шкалы корректором на лицевой панели прибора;
клавиша переключателя с символом «W» должна быть утоплена;
убедиться в том, что ток и напряжение в измеряемой цепи не превышают допустимых величин;
подключить прибор с помощью унифицированного штепсельного разъема в измеряемую цепь по схеме на лицевой панели прибора;
запустить привод стенда в выполняемой лабораторной работе;
произвести отсчет по шкале прибора после того как прекратятся колебания стрелки; время установления показаний ваттварметра не превышает 4 с;
определить действительное значение потребляемой мощности путем умножения цены деления прибора на количество делений по отсчету на шкале.
Внимание! Все действия при работе с прибором выполнять под непосредственным контролем преподавателя, ведущего лабораторные занятия.
Весы лабораторные (рис.1.15) используются при определении плотности сыпучих материалов. Весы состоят из платформы 1 с регулируемыми ножками 2, трубчатой стойки 3, с разгрузочными опорами 4, отвесом 5. На платформе обозначены три контрольные риски. Внутри стойки 3 проходит штанга 6 с рабочими призмами 7, на которые опирается двуплечий рычаг 8 с балансировочными грузами 9 и указательной стрелкой 10. Штанга 6 имеет два положения – верхнее и нижнее, которые устанавливаются кулачком 11. При нижнем положении штанги рычаг 8 ложится на опоры 4, разгружая призму 7; при верхнем положении штанги рычаг 8 переходит в рабочее положение с опиранием на призму 7. На каждом конце рычага подвешены тарелки 12 для помещения на них взвешиваемых грузов и гирь. Весы позволяют взвешивать грузы массой не более 0,2 кг.
Рис. 1.15. Весы лабораторные
Взвешивание грузов следует производить в следующей последовательности. Установить платформу весов на прочное основание и вращением ножек 2 установить стойку 3 вертикально по отвесу. Кулачком 11 поднять штангу 6 в рабочее положение. Указательная стрелка 10 должна указывать на центральную риску. Если стрелка отклоняется от центральной риски, производят балансировку рычага. Для этого аккуратно ослабляют гайку крепления на рычаге одного из грузов 9 и перемещением его в прорези рычага добиваются положения указания стрелки на центральную риску. После этого можно производить взвешивание грузов. Размещение грузов и гирь на тарелках и другие подготовительные операции производят при нижнем положении штанги. Непосредственно взвешивание производят плавным подъемом штанги. Если стрелка не устанавливается по центральной риске, штангу опускают и соответственно добавляют или убирают контрольные грузы. Подбор грузов продолжается до тех пор, пока при очередном подъеме штанги стрелка установится на центральной риске. Взвешивание сыпучих грузов следует производить в специальном, предварительно взвешенном контейнере. Установив на тарелку нужный контрольный груз, в контейнер периодически подсыпают взвешиваемый материал, добиваясь нужного положения указательной стрелки.
Анемометр цифровой типа АСЦ-Р (рис. 1.16) используется для определения скорости воздушного потока на выходе из пневмотранспортной установки конвейерного комплекса. Анемометр позволяет дискретно выводить на цифровой дисплей скорость воздушного потока в диапазоне от 1,6 до 25 м/с с шагом индикации 0,1 м/с. Питание анемометра автономное от двух гальванических элементов типа 373.
Рис. 1.16. Анемометр цифровой типа АСЦ-Р
Анемометр состоит из цилиндрического корпуса 1 (см. рис. 1.16), выходного вала с крыльчаткой 2, выключателя 3, установленного на торце корпуса. Внутри корпуса смонтирован датчик скорости воздушного потока, микропроцессор, цифровой дисплей, отсек для размещения гальванических элементов.
Анемометр установлен стационарно на корпусе выходного патрубка осадителя пневмотранспортной установки. Для определения скорости воздушного потока достаточно включить питание анемометра кнопкой 3 и по истечении одной минуты зафиксировать показания прибора на дисплее.
Вакуумметры стрелочные позволяют измерять давление воздушного потока во всасывающем трубопроводе и осадительной камере пневмотранспортной установки конвейерного комплекса.
Стробоскоп (1.17) позволяет наблюдать и измерять частоту быстрых периодических движений элементов машин. Принцип действия прибора основан на периодическом освещении колеблющихся или вращающихся деталей. Если частота световых импульсов совпадает с частотой вращения вала, вал кажется неподвижным. При небольшой разнице частот создается видимость его медленного вращения. Работа с прибором проста: подключить осветитель 1 к электронному блоку 2. Направить осветитель на колеблющуюся деталь, включить питание электронного блока. Верньером 3 установить такую частоту импульсов осветителя, чтобы деталь казалась неподвижной. Снять показания по шкале 4 прибора.
Рис. 1.17. Стробоскоп
Прецизионный виброметр Октава101В (Россия) (рис. 1.18) используется в следующей комплектации: измерительно-индикаторный блок (ИББ), трехкомпонентный преобразователь (ВП) АР2038 со встроенным антивибрационным кабелем длиной 2 м, блок питания и зарядное устройство.
Рис. 1.18. Прецизионный виброметр Октава101В
Портативный термоанемометр модели 8901 (рис. 1.19) с выносной крыльчаткой предназначен для измерения температуры окружающей среды (в диапазоне -10…+500 С), скорости потока воздуха (в диапазоне 0,7…25 м/с) и объема воздушного потока. Прибор имеет высокую разрешающую способность (по температуре – 0,1оС; по скорости – 0,01 м/с), имеет режим удержания данных на дисплее и возможность подключения и вывода данных на ПК через порт RS232.
Рис. 1.19. Портативный термоанемометр модели 8901
Осциллограф РС100А присоединяется через параллельный порт к компьютеру для обработки данных, при этом монитор используется как дисплей осциллографа (рис. 1.20). С помощью имеющихся в комплекте программ реализуются все стандартные функции осциллографа, включая функцию самописца и спектроанализатора. Управление приборами производится с помощью мыши. Сигнал запоминается для дальнейшей обработки. Прибор полностью оптически изолирован. В комплект входят: прибор, две пары щупов, адаптер, кабель параллельного интерфейса, программное обеспечение.
Рис.1.20. Одноканальный осциллограф РС100А фирмы «Valleman» с компьютером и монитором