2.6. Скребковые конвейеры

Скребковым конвейером называют машины непрерывного транспорта, в которых перемещение грузов осуществляется волочением их по специальному желобу скребками, прикрепленными к цепному тяговому органу.

Скребковые конвейеры применяют для транспортирования хорошо сыпучих зернистых и мелкокусковых грузов: угля, цемента, удобрений, золы, древесных отходов, строительных смесей, их компонентов и т.д. на расстояние до 100 м со скоростью, не превышающей 1 м/с.

Скребковые конвейеры обладают рядом таких положительных свойств, как простота конструкции, возможность транспортировки по сложным трассам и под значительным углом к горизонту вплоть до вертикального перемещения, загрузка и разгрузка в любом месте трассы, возможность герметизации опасного груза при его транспортировании, одновременное перемещение грузов в противоположных направлениях, транспортирование горячих грузов.

К недостаткам этих конвейеров можно отнести их невысокий КПД из-за потерь на трение материала о стенки желоба, истирание, измельчение транспортируемого материала, быстрое изнашивание направляющего желоба, тяговых цепей, скребков, повышенный шум.

Классификация скребковых конвейеров представлена в табл. 2.8.

Конструкция скребкового конвейера предполагает наличие у него следующих элементов (рис. 2.17): направляющего желоба 1, тягового органа 2, скребков 3, приводной станции с ведущей звездочкой 4, натяжной станции со звездочкой 5, загрузочного бункера 6, разгрузочной воронки 7.

Направляющий желоб промышленного конвейера выполняется из стального листа толщиной 4…6 мм отдельными сварными или штампованными секциями длиной по 3…6 м. Поперечное сечение желоба может быть прямоугольным, трапецеидальным, полукруглым или круглым.

Таблица 2.8

Классификация скребковых конвейеров

Признак классификации	Характеристика конвейера
Конструкция	С высокими, с низкими, с контурными скребками, трубчатые, ящичные, штангово-скребковые, ершовые
Вид трассы	Горизонтальная, наклонная, вертикальная, пространственная
Расположение рабочих ветвей	Нижняя, верхняя, обе рабочие
Способ перемещения груза	Порционного волочения, сплошного волочения
Количество тяговых цепей	Одна, две, три
Положение плоскости движения цепи	Вертикальная, горизонтальная
Способ установки	Стационарный, передвижной, переносной, разборный, подвесной, поворотный, встроенный в машину

Рис. 2.17. Схема скребкового конвейера

Стыки секций должны быть надежно уплотнены и не должны иметь уступов. Для повышения долговечности желоба его рабочие поверхности делают съемными для замены или восстановления, футеруют износостойким материалом (каменным литьем, шлакоситаллом). Ширина желоба должна в 3…5 раз превышать размер соответственно наибольших и средних кусков транспортируемого материала.

Тяговым органом в скребковых конвейерах могут служить цепи различного типа, стальные канаты или ленты. Их назначение – передавать тяговое усилие от приводной станции к скребкам для перемещения груза. Наибольшее распространение получили пластинчатые и длиннозвенные цепи благодаря своей прочности, гибкости, достаточной износостойкости и удобству крепления к ним скребков, возможности комплектовать специальные звенья со звеньями приводных роликовых цепей по ГОСТ 13568. Недостатками цепей можно признать их значительную массу, высокую стоимость, повышенные динамические нагрузки. На рис. 2.18 показаны некоторые виды цепей специального исполнения для скребковых конвейеров.

Рис. 2.18. Тяговые цепи: а) втулочно-роликовая; б) втулочно-катковая; в) разборная пластинчатая; г) вильчатая

Применение втулочно-катковых цепей снижает сопротивление движению и износ опорных элементов в конвейере, но требует дополнительного ухода за состоянием смазки подшипниковых узлов в катках, очистке направляющих путей катков.

Основными характеристиками цепей являются: разрушающая нагрузка, шаг цепи по осям роликов, шаг установки скребков.

Рабочим органом в зависимости от рода транспортируемого груза служат скребки, планки, прутки, пластины.

Скребки изготавливают из листовой стали толщиной 3…8 мм и усиливают их ребрами жесткости путем штамповки или приварки прокатных профилей (рис. 2.19). В зависимости от способа перемещения груза различают скребки для порционного или сплошного волочения. Скребки для сплошного волочения называют погружными скребками и выполняют их сплошными или контурными (рис. 2.19,в,г). Скребки для порционного волочения (рис. 2.19,а,б) различают высокие и низкие. У высоких скребков отношение ширины скребка b к его высоте h составляет b/h = 2…3. У низких скребков это отношение не превышает 1,6. Наружный контур скребков должен соответствовать внутреннему контуру сечения желоба. Зазор между кромкой скребка и внутренними поверхностями желоба принимают в зависимости от вида и крупности кусков перемещаемого материала 3…8 мм. Шаг установки скребков (1…3)b или два шага цепи. Размеры скребка определяются перемещаемым материалом и производительностью конвейера.

Рис. 2.19. Разновидности скребков: а) консольный; б) из прорезиненного ремня; в) контурный; г) дисковый

Приводная станция скребкового конвейера выполняется по схеме, принятой для всех конвейеров, имеющих цепной тяговый орган. На рис. 2.20 показана кинематическая схема такой приводной станции, состоящей из электродвигателя 1, клиноременной передачи 2, редуктора 3, муфты 4, приводного вала 5 со звездочками 6.

Рис. 2.20. Кинематическая схема приводной станции скребкового конвейера

Для взрывоопасных условий работы применяют пневматический привод. Соединение двигателя с редуктором можно осуществлять втулочно-пальцевой муфтой или гидромуфтой. Выходной вал редуктора с приводным валом конвейера обычно соединяется зубчатой муфтой или цепной передачей. Число зубьев z звездочек лучше принимать меньшим и четным, хотя при z <10 в приводе возрастают динамические нагрузки. Для предохранения приводной станции от поломок при образовании заторов и заклинивании кусков груза в зазорах необходимо предусматривать установку предохранительных устройств (срезных штифтов, муфт предельного момента).

Натяжная станция в скребковом конвейере должна обеспечить надежное взаимодействие ведущей звездочки с цепным тяговым органом. Кроме этого натяжение тягового органа должно быть таким, чтобы обеспечивалось устойчивое положение скребков и исключалось их опрокидывание при консольном приложении к ним нагрузки. Чтобы этого не происходило, момент силы натяжения цепи относительно шарнира звена цепи должен быть больше момента силы сопротивления относительно того же шарнира. Натяжное устройство может быть винтовым или пружинно-винтовым. В последнем случае обеспечивается защита от поломок при заклинивании кусков груза между скребком и желобом. Минимальный ход натяжной звездочки должен быть не менее 1,6 шага цепи.

Устройство загрузки и разгрузки представляет собой крутонаклонный лоток, по которому крупнокусковый материал поступает непосредственно на рабочую ветвь сбоку, мелкокусковый – сверху через холостую ветвь. Для разгрузки рабочей ветви используют отверстия в днище желоба или через лотки боковой разгрузки. Разгрузочные отверстия запирают шиберными затворами, управляемыми электромеханическими, гидравлическими или пневматическими приводами.

Определение параметров скребкового конвейера базируется на принципах, которые характерны для конвейеров с замкнутым кольцевым тяговым органом. Основными параметрами, характеризующими скребковый конвейер, являются: производительность П, дальность L, высота транспортирования Н, ширина В, скорость перемещения скребков V_то, их размеры b, h, мощность привода N, передаточное число приводного редуктора i_р, усилие натяжения тягового органа F_то и др. Первые три параметра обычно задаются проектным заданием, на основе которого выбираются, назначаются, рассчитываются все остальные.

Производительность скребкового конвейера в общем случае определяется так же, как и для любого другого конвейера при транспортировании сыпучих материалов:

П = 3600 S V_то , м³/ч, (2.29)

или

Q = 3600 S V_то γ , т/ч, (2.30)

где γ – насыпная плотность материала, т/м³; S - площадь поперечного сечения потока материала, м².

Скорость тягового органа V_то назначается от 0,15 до 1,5 м/с в зависимости от вида и крупности кусков транспортируемого материала. Для хрупких и крупнокусковых материалов скорость транспортирования имеет меньшую величину.

Площадь поперечного сечения потока материала в желобе определяют по заданной производительности конвейера, в соответствии с которой назначают такие конструктивные параметры желоба и скребков, чтобы выполнялось условие

S = B_жh_ж , м², (2.31)

где B_ж и h_ж – рабочая ширина и высота желоба для конвейера с высокими скребками, м; – коэффициент использования объема желоба, зависящий от угла наклона конвейера и сыпучести транспортируемого материала. При угле наклона 0° для легкосыпучих материалов ≈ 0,55; для плохосыпучих – ≈ 0,75; при угле наклона 30° для легкоосыпучих ≈ 0,28; для плохосыпучих - ≈ 0,56. Ширину желоба предварительно можно принять по соотношению

B_ж = , (2.32)

где S вычисляется по формуле (2.31). Большее значение коэффициента в подкоренном выражении принимается для двухцепных конвейеров. Значение B_ж округляют до ближайшего большего из ряда предпочтительных чисел. Оно также должно удовлетворять условию, учитывающему кусковатость груза:

B_ж ≥ 3 а –для рядовых грузов; B_ж ≥ 3,5 а –для сортированных грузов.

Тяговый орган (цепь) скребкового конвейера выбирают по разрушающей нагрузке F_р на одну цепь при коэффициенте запаса k_зап = 6…10 (для конвейеров ответственного назначения принимаются большие значения коэффициента запаса) и коэффициенте неравномерности нагрузки в двухцепном конвейере k_нр = 1,8

F_р = F_мах k_зап / k_нр . (2.33)

Максимальную нагрузку F_мах , действующую на тяговый орган конвейера, находят методом обхода по контуру, начиная с точки минимального натяжения цепей. Величину минимального натяжения F_min для конвейеров с высокими скребками задают из условия отклонения скребков от вертикали на угол не более = 2…3° под действием силы для перемещения порции груза перед скребком:

F_min = W h_l / (z tg θ), Н, (2.34)

где W = m w_гр – сила сопротивления движению порции груза массой m перед скребком; h_l – плечо приложения силы W; z – шаг цепи; w_гр – коэффициент сопротивления движению груза в желобе, величина которого для большинства строительных материалов составляет 0,6 – 0,9.

У горизонтальных конвейеров F_min имеет место в точке сбегания цепи с приводной звездочки (рис. 2.21).

У наклонных и комбинированных конвейеров с наклонной хвостовой частью (рис. 2.22) минимальное натяжение цепи зависит от соотношения длин проекций наклонного участка на горизонталь l_г , на вертикаль l_в и коэффициента сопротивления движению опорных частей тяговой цепи w_ц. Для цепей без катков w_ц ≈ 0,25, для цепей с ходовыми катками w_ц ≈ 0,12.

Рис. 2.21. Схема горизонтального конвейера

Рис. 2.22. Схемы наклонного (а), комбинированного с наклонной хвостовой частью (б) и комбинированного с горизонтальной хвостовой частью (в) скребковых конвейеров

Если

l_г • w_ц > l_в , то минимальное натяжение цепи будет на сбегающей ветви приводной звездочки – точка 1;

l_г • w_ц < l_в - минимальное натяжение цепи будет на набегающей ветви натяжной звездочки – точка 2.

Для комбинированных конвейеров с горизонтальным хвостовым участком (рис. 2.22,в):

l_о • w_ц > l_в - минимальное натяжение будет в точке 1;

l_о • w_ц < l_в - минимальное натяжение будет в точке 2.

Перемещаясь по контуру тяговой цепи по направлению ее движения, выделяют характерные участки по действию сил сопротивления на тяговую цепь. Такими участками для конвейеров с кольцевым тяговым органом обычно являются: горизонтальный незагруженный, наклонный незагруженный, горизонтальный загруженный, наклонный загруженный, криволинейные участки на звездочках и в местах перехода горизонтальных участков к наклонным. Для каждого из этих участков определяют величину силы сопротивления перемещения тяговому органу. Суммируя последовательно эти сопротивления с силой минимального натяжения тягового органа, можно рассчитать натяжение тягового органа в любой его точке и определить величину максимального натяжения:

F_max = F_мин + W_1-2 +…+W_n-(n+1)+…+ W_(n-1)-n , (2.35)

где W_n-(n+1) - сопротивление перемещения тягового органа на участке конвейера, начало которого обозначено n, а конец (n +1).

Сопротивления перемещению тягового органа создаются силой тяжести движущихся частей конвейера и транспортируемого материала. Величина этих сопротивлений учитывается соответствующими коэффициентами, которые зависят от типа тягового органа, характера транспортируемого материала. На величину сопротивлений также оказывает влияние уклон (подъем) участков трассы конвейера.

Необходимая мощность привода может быть определена по выражению

N = (F_max – F_мин) V_то/η, (2.36)

где η – коэффициент полезного действия привода конвейера.

Более подробно теория скребковых конвейеров изложена в

[3, с. 439…445; 4, с. 108…125].