Основные теоретические сведения

Ковшовые элеваторы (нории) в промышленности применяют для подъема насыпных грузов – пылевидных, зернистых и кусковых (муки, сахара, зерна, какао-бобов и др.).

Ковшовый элеватор (рисунок 8.2) имеет вертикально замкнутый тяговый элемент (ленту или цепь) 4 с жестко прикрепленными к нему грузонесущими элементами – ковшами 5. Тяговый элемент огибает верхний приводной 1 и нижний натяжной 7 барабаны (или звездочки). Ходовая часть и поворотные устройства элеватора размещаются в закрытом кожухе 10, состоящем из верхней части (головки) 2, средних секций и нижней части (башмака) 9. Тяговый элемент с ковшами приводится в движение приводом 14, а первоначальное натяжение создается натяжным устройством 8.

Насыпной груз подается в загрузочный патрубок (носок) нижней части элеватора, загружается в ковши, поднимается в них и разгружается на верхнем барабане (звездочке) в патрубок верхней части элеватора. Привод снабжен остановом 12 или тормозом 13 для предохранения от обратного движения ходовой части. Кожух элеватора имеет люки 11 для осмотра и ремонта рабочих элементов. В кожухе элеватора имеются направляющие устройства 6.

Выбор скорости, типа тягового органа и ковша. Ковшовые элеваторы подразделяются на скоростные и тихоходные. Быстроходные элеваторы имеют меньшую металлоемкость и стоимость.

Рисунок 8.2 – Ковшовый элеватор

а – схема; б-г – варианты крепления ковшей к ленте и цепям;

1,7 – верхний приводной и натяжной барабаны; 2 – головка; 3, 11 – смотровые люки; 4 – тяговый элемент; 5 – ковши; 6 – направляющие устройство; 8 – натяжное устройство; 9 – башмак; 10 – кожух; 12 – останов; 13 – тормоз; 14 – привод

В качестве тягового органа в элеваторах общего назначения применяют: ленты по ГОСТ 23831-79, ГОСТ 20-85 (при транспортировании легкосыпучих материалов в быстроходных элеваторах при скорости до 5 м/с) и пластинчатые втулочные и втулочно-роликовые цепи по ГОСТ 4267-78 и ГОСТ 588-81 (при транспортировании трудносыпучих, кусковых грузов при скорости до 1,5 м/с).

Скорость движения тяговых органов ковшовых элеваторов и их параметры выбирают по таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Скорость тягового элемента и параметры ковшовых элеваторов

Транспортируемый материал	Тип ковша	Коэффициент заполнения ψ	Вид раз-грузки	Скорость тягового органа v, м/с
				ленты	цепи
Зернистый, мелкокусковой малоабразивный (зерно, известь)	Г	0,7…0,8	Ц	1,2…4,0	1,0…1,6
Зернистый, мелкокусковой абразивный (сахарный песок, соль)	О, С	0,8	Ц, СН	0,4…0,8	0,4…0,63
Хорошо сыпучий, пылевидный (мука, цемент)	Г	0,8…0,85	СВ, Ц	1,2…1,8	0,6…0,8
Плохо сыпучий, пылевидный зернистый (песок, крахмал)	М	0,6	Ц	1…2	0,8…2,0
Корнеплоды, кусковые грузы (картофель, свекла, уголь)	О, С	0,3…0,6	СН	–	0,4…0,6
Хрупкий (какао-бобы, древесный уголь)	О, С	0,4…0,6	СН	0,4…0,6	0,4…0,6
Примечание. Условные обозначения видов разгрузки: Ц – центробежная; СН – самотечная направ-ляющая; СВ – самотечная свободная; типы ковшей: Г – глубокий; М – мелкий ; О – остроугольный с бортовыми направляющими; С – с бортовыми направляющими и полукруглым днищем.

Выбор типа ковшей зависит от свойств транспортируемого материала. Глубокие ковши применяют для легкосыпучих, пылевидных и мелкокусковых грузов; мелкие – для трудносыпучих грузов; с бортовыми направляющими – для средне- и крупнокусковых грузов при сомкнутом расположении ковшей на тяговом элементе.

Для ленточных элеваторов рассчитывают объем ковшей, л,

,

где – шаг установки ковшей; = 0,15...0,3 м.

На основании расчетных данных выбирают ближайший стандартный размер ковшей (таблица 8.4 и таблица А.5.1) и в соответствии с ним корректируют шаг ковшей, а при необходимости – их скорость.

Для цепных элеваторов рассчитывается удельный объем ковшей, л/м,

^.

По его значению выбирают конкретные размеры ковшей (таблица А.5.1, таблица 8.4).

После выбора ковшей уточняют скорость перемещения, соответствующую объему ковшей и заданной производительности, м/с.

^.

При транспортировке кусковых грузов выполняют проверку вылета ковша по гранулометрическому составу груза:

^,

где а_max – максимальный размер куска груза; К_к – коэффициент, зависящий от гранулометрического состава насыпного груза; для рядовых грузов К_к = 2...2,5; для сортированных К_к = 4...5.

Размеры ковшей и их объем для элеваторов общего назначения разделены на три типа: 1) мелкие; 2) средние; 3) глубокие.

Таблица 8.4 – Основные параметры норийных ковшей

Параметры (рисунок 3.3)	Тип ковша
	Мелкий			Средний				Глубокий
Ширина ленты ВЛ, мм	125	150	175	125	150	170	200	300	450
Ширина ковша b, мм	100	125	150	100	125	150	160	260	390
Объем ковша , л	0,5	1	1,2	0,5	1	1,3	1,6	3,6	7,2
Вылет ковша l, мм	90	125		90	125			150	175
Размеры ковша, мм: высота ковша h высота передней кромки h1 радиус скругления r	132 42 35	175 50 53		105 50 30	150 75 40			160 100 40	185 115 45
Толщина стенки δ, мм	1	1,4

На зерноперерабатывающих предприятиях для мучнистых продуктов используют ковши первого типа, для зерна – второго типа, а для зерна и комбикормов – третьего типа.

Определение распределенных нагрузок. Масса груза на 1 м тягового органа, кг/м,

^.

Распределенная нагрузка ходовой части элеватора, кг/м,

^,

где – распределенная масса тягового элемента: для лент ; для цепи , кг/м; i – количество прокладок (характеристики конвейерных лент приведены в приложении А.6); δ₀ – толщина прокладки, мм; δ₁ – толщина обкладки рабочей стороны, мм δ₂ – толщина обкладки нерабочей стороны, мм; δ – толщина ленты, мм; B_л – ширина ленты, м; – масса ковша; – шаг расположения ковшей, м; 1,14 – коэффициент, учитывающий массу крепежных деталей ковша; – число цепей.

Массу ковша определяют по таблице 8.5. или рассчитывают по эмпирической формуле, кг

^,

где l, b – соответственно вылет и ширина ковша, м; δ – толщина листа, из которого изготовлен ковш, м. Конструкция норийного ковша представлена на рисунке 8.3. Размеры l, b и δ представлены в таблице 8.4 и приложении А.5.

Рисунок 8.3 – Норийный ковш

Таблица 8.5 – Масса ковша, кг

Ширина ковша, мм	Толщина стенки, мм	Масса одного ковша, кг, типа
		Г	М	О	С
160	2	0,9	0,7	1,2	–
250	3	3	2	3	–
320	3	5	5	5	–
400	4	11	11	12	–
500	5	–	–	–	36
650	5	–	–	–	63
800	6	–	–	–	116

При ориентировочных расчётах распределенную удельную массу ходовой части элеватора можно рассчитать по формуле, кг/м

^,

где – коэффициент массы ходовой части элеватора (таблица 8.6).

Таблица 8.6 – Значения коэффициента k_э массы ходовой части элеватора

Производительность Q, т/ч	Тяговый орган
	Лента	Одна цепь	Две цепи
до 1,0	0,6/–	1/1	–
1,0…2,5	0,5/–	0,8/1	1,2/–
2,6…5	0,45/0,6	0,6/0,85	1/–
5,1…10	0,4/0,55	0,5/0,7	0,8/1
10…100	0,35/0,5	–	0,6/0,9
Примечание. В числителе приведены значения для ковшей типов Г и М, в знаменателе – для ковшей типов О и С

Для проектного расчета и предварительного выбора типоразмера цепи максимально возможную силу натяжения тягового органа можно рассчитать по приближенной формуле, Н

,

где F_min – минимальная сила натяжения тягового органа элеваторов (для ленты F_min ≥ 1000 H, для одной цепи F_min ≥ 500 H.

Расчетная сила в двухцепном элеваторе, действующая на одну цепь, с учетом неравномерности распределения нагрузок (большинство цепных элеваторов имеют две цепи)

F_{расч 1} = (0,55…0,65)F'_max.

Предварительный выбор размеров тягового органа. Характеристики цепи выбираются по методике, изложенной в практичеcкой работе № 6.

При этом нужно учесть, что запас прочности k₃ = 10 при хороших условиях работы элеватора; k₃ = 12 при средних условиях работы; k₃ = 15 при тяжелых. По типу цепи выбирают ее шаг, кратный шагу ковшей. Рекомендуемые значения t_ц = 100.....315 мм. Для элеваторов применяют цепи типа 1 (втулочные) и 2 (роликовые) (таблица А.1.1). При ширине ковшей b < 250 мм они крепятся центрально к одной тяговой цепи; при ширине b > 250 мм – задней или боковыми стенками к двум цепям.

Ширину ленты выбирают в соответствии с габаритными размерами ковшей (приложение А.6). Количество прокладок принимают ориентировочно, согласуя с диапазоном числа прокладок для выбранной ширины ленты. Обычно ширина ленты на 35...40 мм больше ширины ковша. В качестве базовых размеров ширины ленты можно принять соотношения (таблица 8.7).

Таблица 8.7 – Размеры ленты

Ширина ленты Вл, мм	125, 150, 200	250, 300	400, 450	500 и более
Число прокладок	4…6	4…8	5…8	5…9

Ленту шириной до 300 мм изготовляют из плоского прорезиненного ремня, а при большей ширине – из конвейерной резинотканевой ленты.

Толщина конвейерной ленты определяется толщиной и количеством тканевых прокладок, а так же толщиной резиновых обкладок (верхней и нижней). Количество

Прокладок ленты подсчитывается из условия прочности тканевой ленты на разрыв:

^,

где K_s = 11…12 – коэффициент запаса прочности резинотканевой ленты, меньшее – для резинотросовых); B_л – ширина ленты, мм; σ_р – предел прочности на разрыв одной прокладки ленты (таблица А.6.1, А.6.2), Н/мм.

Полученное значение i_п – уточняется по таблице А.6.1, затем определяется толщина ленты, мм

^,

где δ_o – толщина прокладки, мм; δ₁ – толщина верхней рабочей прокладки, мм; δ₂ – толщина нижней обкладки, мм.

Тяговый расчет элеватора. Тяговый расчет элеватора выполняется обычным порядком, путем последовательного суммирования сопротивлений на отдельных участках контура трассы (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4 – Расчетная схема элеватора с эпюрой натяжения тягового органа

Расчет начинают с точки 2, в которой тяговый орган имеет наименьшую силу натяжения F_н. Сила натяжения ленты, Н

для ленточного элеватора

^;

для цепного

^,

где В_Л – ширина ленты, см; – число прокладок; b – ширина ковша, м; Н – высота элеватора, м.

Сила натяжения тягового элемента в точке 3 складывается из силы натяжения F₂, сопротивления на поворотном барабане и сопротивления зачерпыванию груза W_2-3, Н

^,

где С_зач – коэффициент сопротивления при зачерпывании; для порошкообразных и мелкозернистых С_зач = 12,5…25 Н·м/кг и для кусковых С_зач = 20...40 Н·м/кг (бóльшие значения принимают для одноцепных и ленточных элеваторов); k – коэффициент, учитывающий увеличение натяжения (на поворотном барабане k = 1,06; на звездочке k = 1,08).

Силы натяжения в точке 4, Н

^.

Силы натяжения в точке 1, Н

^.

Определив натяжение во всех точках контура трассы элеватора, строят эпюру натяжения.

Для ленточных элеваторов проверяют надежность сцепления ленты с барабаном по формуле Эйлера

значения коэффициента трения f и показателя функции приведены в таблице 8.8.

Определение расчетного натяжения тяговой цепи и проверка выбранной цепи (ленты) на прочность. Наибольшее натяжение набегающей ветви (в точке 4) с учетом динамической составляющей (только для цепного тягового органа при скорости v > 2 м/с)

^,

где ; ; Z – число зубьев звездочки; t_ц – шаг цепи, м; q – погонная масса цепи, кг/м.

Таблица 8.8. – Значения показателей функции е ^{f α}

Параметры	Материал барабана
	Чугун или сталь	С деревян­ной или резиновой футеров­кой	Чугун или сталь	С деревян­ной или резиновой футеров­кой	Чугун или сталь	С деревян­ной или резиновой футеров­кой	С резиновой футеров­кой
Влажность атмосферы	Очень влажная		Влажная	Сухая	Сухая
Коэффициент трения f	0,1	0,14	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4
е f α
α=180° (3,14 рад)	1,37	1,6	1,87	2,18	2,56	3,0	3,51

По приложению А.1 проверяют предварительно принятую цепь исходя из условия:

F'_разр ≥ F'_{расч 1} ∙ k_з.

Проверка цепи выполняется по разрушающей нагрузке, Н.

Если элеватор ленточный, то по наибольшему значению силы F_max уточняют число прокладок ленты при запасе прочности K_s = 11…12

^,

где К₀ = 0,7…0,9 – коэффициент, учитывающий ослабление ленты отверстиями под болты для крепления ковшей; [σ]_p – предел прочности одного слоя ленты, выбираемый по приложению А.6.

Если рассчитанные значения (для ленточных элеваторов) и (для цепных элеваторов) находятся в соответствии с ранее принятыми параметрами тягового элемента, то тяговый расчет заново выполнять не следует.

Определение размеров барабанов (звездочек). Приводные барабаны и звездочки ковшовых элеваторов расположены в головке (верхней секции кожуха). Диаметр приводного элемента, измеренный по средний линии тягового элемента D_п.э, можно предварительно оценить в зависимости от скорости движения v и способа разгрузки ковшей:

при центробежной разгрузке

D_п.э ≤ 0,204 v²;

при самотечной свободной

D_п.э = 0,306 v²;

при самотечной направленной

D_п.э ≥ 0,6 v².

Диаметр приводного барабана

D_п.б = (125…150) i_п.

Окончательно D_п.б округляют до ближайшего большего или меньшего размера из ряда размеров барабанов (по ГОСТ 22644-77): 250, 320, 400, 500, 800, 1000, 1250 мм.

Диаметр приводной звездочки ля цепного элеватора, мм

D_п.з = t_ц / sin(180º/Z),

где t_ц – шаг цепи, мм; Z – число зубьев звездочки, выбираемое из следующего ряда: 6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 16, 20.

Выбор привода элеватора. Привод ковшового элеватора состоит из электродвигателя, редуктора и муфт. Потребная мощность двигателя, кВт, с учетом коэффициента запаса k_з = 1,1...1,2.

^,

где окружная сила на приводном валу, Н.

Для приводов ковшовых элеваторов рекомендуются электродвигатели общепромышленного назначения и с повышенным пусковым моментом (приложение А.2). Поскольку элеваторы в ряде случаев пускаются в ход под нагрузкой, следует проверить электродвигатель по пусковому моменту с учетом допускаемой потери напряжения в питающей сети. Проверка выполняется по условию:

^,

где – номинальный момент электродвигателя, Н·м: ψ – коэффициент перегрузки ( ); – момент трогания нагруженного элеватора, приведенный к валу электродвигателя, Н·м; – пусковой момент двигателя, Н·м.

^.

^,

где Q – производительность, т/ч; Н – высота подъема груза, м; – диаметр приводного элемента, м; v – скорость тягового органа, м/с; u – передаточное число приводного механизма; η – КПД приводного механизма (0,9).

^,

где n_п.э – частота вращения приводного элемента об/мин;

^.

По значению P_дв производят выбор электродвигателя. Модели электродвигателей представлены в приложении А.2.

Построение очертания контура головки кожуха нории. Выполнив кинематический расчет и подобрав редуктор, вычисляют полюсное расстояние:

^,

^{где ω – угловая скорость барабана или звездочки, , с–1 .}

Сравнивая полученное значение полюсного расстояния с размерами приводного элемента (радиусом барабана или звездочки), делают заключение о способе разгрузки элеватора.

В тихоходных элеваторах и разгрузка материала происходит через внутреннюю кромку ковша под действием веса груза. В быстроходных элеваторах и разгрузка осуществляется через внешнюю кромку под воздействием сил инерции груза. При происходит смешанная гравитационно-центробежная разгрузка.

Виды разгрузки и связанные с нею траектории полета частиц материала требуют соответствующего очертания головки кожуха. При проектировании конфигурации головки элеватора особое внимание необходимо уделять центробежной и смешанной разгрузкам. При центробежной разгрузке очертание головки элеватора определяется траекториями полета частиц, которые отрываются от ковша в различных его положениях, начиная с момента набегания ленты на барабан. Частицы груза вылетают из ковша при разгрузке по траекториям, описываемым параболами.

Теоретическое очертание кожуха определяется огибающей параболой А (рисунок 8.5), которую приближенно можно построить по характерным точкам 1, 2, 3 и 4. Координаты этих точек следующие:

точки 1

^;

точки 2

^;

точки 3

^;

точки 4

^,

где , м; ; величина характеризует условную ширину потока материала у отводящего рукава.

Рисунок 8.5 – Построение очертания головки кожуха нории

При проектировании контур кожуха часто выполняют из прямолинейных участков, спрямляющих теоретическую кривую А (штриховая линия). При больших скоростях ленты головка, построенная по рассмотренному методу, получается очень высокой. Поэтому ее делают ниже, но такой, чтобы стенки головки пересекали параболы под углом 14...18°.

Самотечная разгрузка тихоходных вертикальных элеваторов производится путем отклонения ковшей направляющими звездочками, что выполнимо только у двухцепных элеваторов. У наклонных элеваторов положение ковшей на сбегающей ветви цепи способствует опорожнению ковшей под действием веса груза.

Выбор тормоза. Для удержания тягового органа с ковшами от обратного хода при случайно выключенном двигателе используют тормоза.

Подбор тормозного устройства осуществляется по тормозному моменту, Н∙м

M_Т.С. = [q_гgH C_Т (W₀ – q_г gH )]D_п.э η_Т/2и,

где С_т = 0,55...0,6 – коэффициент возможного уменьшения сил сопротивления трению, С_т = 0,6...0,75; D_п.э – диаметр приводного элемента измеренный по средней линии тягового элемента, м; η_т = 1 – С_т (1 – η) – тормозной КПД передаточного механизма привода; η – КПД передачи от двигателя к приводному валу; и – передаточное число передачи от двигателя к приводному валу.

Расчетный тормозной момент определяется по формуле

M_т.р. = К_т M_т.с.,

где К_т – коэффициент запаса торможения; К_т = 1,5...1,75.

Исходя из расчетного тормозного момента по каталогам выбирается тормоз (приложение А.3).