Глава 9. Транспортирующие машины и оборудование

9.1. Ленточные и пластинчатые конвейеры, эскалаторы

Транспортирующими называют технические средства непрерыв­ного действия для перемещения массовых сыпучих и штучных гру­зов по определенным линейным трассам. Их делят на конвейеры и устройства трубопроводного транспорта. Первыми перемещают грузы (сыпучие и кусковые материалы, штучные грузы, а также пластичные смеси бетонов и растворов) путем непосредственно­го механического воздействия на них тягового или транспортиру­ющего органа. Конвейеры бывают ленточными, пластинчатыми, скребковыми, ковшовыми, винтовыми и вибрационными. Уст­ройствами трубопроводного транспорта грузы перемещают в по­токе жидкости или газа, а также в контейнерах.

Ленточными конвейерами (рис. 9.1, а) материал перемещают как в горизонтальном, так и в наклонном направлениях беско­нечной прорезиненной лентой 4, огибающей приводной 6 и на­тяжной 2 барабаны. Движение ленты с перемещаемым грузом, поступающим через загрузочное устройство 3, обеспечивается си­лой трения на поверхности ее контакта с приводным барабаном, вращение которому передается от электродвигателя 10 через ре­дуктор 9. Зависимость между усилиями в набегающей на ведущий барабан S\ (рис. 9.1, в) и сбегающей с него ^ветвях определяют­ся по приведенным ранее формулам для ременной передачи (см. подразд 4.3), в соответствии с которыми максимально возможное тяговое усилие на ведущем барабане определится как

р/9 _ 1

F = 2S₀ — -,

⁰ е'» +1

где F — тяговое усилие, Н; — статическое усилие натяжения каждой ветви конвейерной ленты (без движения), Н; е — основа­ние натуральных логарифмов; / — коэффициент трения между лен­той и ведущим барабаном; <р — угол обхвата барабана лентой, рад-

Из этого выражения следует, что усилие F прямо пропорцио­нально натяжению ветвей ленты S₀ и является возрастающей функ­цией произведения /<р. Необходимое натяжение ленты обеспечи­вается различными конструктивными решениями, в частности,

б

Рис. 9.1. Ленточный конвейер: а — схема конструкции; б — роликоопоры; в — схема усилий в ветвях ленты в зоне

приводного барабана

грузом /, подвешенным на канате, второй конец которого за­креплен на подвижной каретке натяжного барабана 2. Для повы­шения тягового усилия приводного барабана увеличивают угол его обхвата ср лентой за счет поджимного барабана 7, а также по­вышают коэффициент трения /, например, путем вулканизации рабочей поверхности барабана слоем резины.

Обе ветви конвейерной ленты поддерживаются от провисания катучими опорами 5 и 8, установленными более часто под грузо­вой ветвью и реже — под холостой. В зоне загрузки материала, где опоры установлены наиболее часто, они представляют собой пря­мые горизонтальные ролики (рис. 9.1, 6). Такие же ролики уста­навливают и на холостой ветви ленты. Остальные катучие опоры под грузовой ветвью, выполняют либо также прямыми, либо, с целью увеличения площади поперечного сечения транспортиру­емого материала, от которой зависит производительность кон­вейера — желобчатыми из одного горизонтального и двух наклон­ных (под углом а = 20...30°) роликов.

в

Материал разгружают через головной барабан 6 (см. рис. 9.1, а). В случае прямых роликоопор под грузовой ветвью возможна так­же промежуточная разгрузка с помощью наклонно установлен­ного плужкового сбрасывателя 77. При необходимости промежу-

А—А

точной разгрузки на длинных кон­вейерах могут бьггь установлены так­же специальные промежуточные сбрасывающие тележки. Предельный угол наклона конвейера к горизон­ту зависит от подвижности транс­портируемого материала и коэффи­циента трения материала о конвей­ерную ленту. Он не превышает 2/3 угла естественного откоса материа­ла в движении (для строительных ма-

Рис. 9.2. Схема ленточного конвей- териалов не более 22°). При необхо- ера для кругонаклонного транс- Димости подъема материала на боль- портирования с покрывающей шую высоту при малом угле накло-

на приходится значительно увели­чивать длину конвейера, что повы-

шает стоимость установки. Этого недостатка лишены конвейеры с покрывающей лентой (рис. 9.2), применяемые для перемещения ма­териалов по трассе с углом подъема до 60°. Соскальзывание матери­ала предотвращается прижимной лентой (в виде тяжелого цепного мата или прорезиненной ленты с прижимными роликами), покры­вающей материал и прижимающей его к основной ленте.

Для транспортирования строительных материалов применяют тканевые прорезиненные ленты из нескольких слоев (прокладок) ткани (бельтинга), изготовленной из хлопчатобумажных или, чаще, из более прочных синтетических волокон. В особых случаях в каче­стве прокладок используют тонкие стальные проволочные канаты при 6...8-кратном запасе прочности. Ширина ленты обычно со­ставляет 0,4... 2 м, скорость ее движения 0,8... 4 м/с. Ширина лен­ты конвейеров специального назначения, являющихся транспорт­ными органами экскаваторов и отвалообразователей непрерыв­ного действия, землеройно-транспортных комплексов и других машин, достигает 3,2 м при скорости до 8 м/с. Для транспортиро­вания крупнокусковых материалов ширина ленты должна быть не меньше В_т{п = 2а_тах + 0,2 м, где а_тзх — наибольший размер транс­портируемых кусков.

В карьерах иногда используют ленточные конвейеры с раздель­ным тяговым и грузонесущим органами. В качестве первых исполь­зуют стальные канаты (пенточно-канатные конвейеры) или цепи (аенточно-цепные конвейеры), а в качестве несущего органа — об­легченную прорезиненную ленту специальной формы, опира­ющуюся на тяговый канат или тяговую цепь.

лентой

Ленточные конвейеры обладают высокой производительностью (до нескольких тысяч тонн в час), они обеспечивают значитель­ную дальность транспортирования (до нескольких десятков ки­лометров). Для этого их обычно устанавливают каскадом — один за

другим. Существенным недо­статком такой схемы установ­ки является ее недостаточная надежность, так как выход из строя какого-либо одного кон­вейера приводит к остановке всего каскада.

В строительстве использу­ют стационарные и передвиж­ные ленточные конвейеры, перемещающие грузы на сравнительно небольшие расстояния. Ста­ционарными конвейерами оборудуют стационарные же производ­ства (бетонные и железобетонные заводы, склады строительных материалов и т.п.). Передвижные конвейеры, используемые обычно на строительных площадках, длиной 5... 15 м оборудуют колесами для перемещения вручную или в прицепе к тягачу. Ленточные кон­вейеры широко используют как транспортирующие органы в кон­струкциях траншейных и карьерных экскаваторов непрерывного действия, бетоноукладчиков и других машин.

Производительность ленточных конвейеров определяют по формуле

П = ЗбООЛру, (9.1)

где П — производительность ленточных конвейеров, м³/ч; А — площадь поперечного сечения потока материала, м²; р — плотность материала, т/м³; v — скорость движения материала, м/с.

Для большинства строительных материалов площадь А может быть определена через ширину ленты В (м) по формулам: А ~ = 0,05 В² — при плоской ленте; А = 0,11 В² — при желобчатой ленте (а = 20°); А « 0,14 В² - то же (а = 30°).

Пластинчатые конвейеры (рис. 9.3) применяют для транспор­тирования материалов с острыми кромками, например для пода­чи крупнокускового камня в дробилки, а также для транспорти­рования горячих материалов, деталей и изделий на машиностро­ительных заводах и заводах строительных конструкций. Тяговым органом у этих конвейеров являются две бесконечные цепи 3, оги­бающие приводные 4 и натяжные 2 звездочки. К тяговым цепям прикреплены металлические пластины 1, перекрывающие друг друга с целью исключения просыпания материала. Ширина плас­тинчатого настила обычно составляет 0,4... 1,6 м, а скорость дви­жения — 0,01... 1 м/с. Производительность пластинчатых конвей­еров определяют по формуле (9.1).

Рис. 9.3. Пластинчатый конвейер

Эскалаторы (рис. 9.4, а) являются разновидностью пластинча­тых конвейеров. К ним относятся тоннельные для метрополитенов и поэтажные для крупных общественных зданий, магазинов и др. В эскалаторе в качестве тягового органа применяют две парал-

1000
(600) I 1ЛЛЛЛШ"	-В- —В-

лельные пластинчатые тяговые цепи (рис. 9.4, б), а в качестве настила используют ступени высотой 0,4 м и шириной 1 м (иног­да 0,6 м — для поэтажных эскалаторов) (рис. 9.4, в), опирающиеся на две системы направляющих, что позволяет ступеням склады­ваться на верхней и нижней площадках в плоский настил. В каче­стве поручней используют ленточные конвейеры с резиноткане­вой лентой специального профиля (рис. 9.4, г). Угол наклона эс­калатора к горизонту обычно составляет 30°, высота подъема — до 45 м, скорость движения 0,75...0,96 м/с, пропускная способ­ность — до 1000 чел. в час.

9.2. Ковшовые конвейеры и подъемники непрерывного

действия

Ковшовые конвейеры (рис. 9.5, а) применяют для перемещения материалов в ковшах в вертикальном или наклонном (под боль­шим углом) направлениях. Их называют также ковшовыми элевато­рами. В качестве тягового органа 4 используют конвейерную ленту или пластинчатые цепи, огибающие приводной 6 и натяжной 1 барабаны (при цепном тяговом органе — звездочки). На тяговом органе с определенным шагом ^закреплены ковши 3. Тяговый орган вместе с ковшами и барабанами (звездочками) заключен в металли­ческий кожух 5. Наклонные элеваторы могут быть выполненными открытыми, без кожуха. Материал загружают через загрузочный 2, а разгружают через разгрузочный 7 башмаки.

Уровень пола

^верхнего вестибюля

а — общий вид; 6 ■

Рис. 9.4. Эскалатор: схема перехода ступеней; в — ступень; г ■

поручень

Различают быстроходные (скорость движения тягового органа 1,25...2,5 м/с) и тихоходные (скорость 0,4... 1 м/с) элеваторы. Пер­вые применяют для транспортирования порошкообразных, а так­же мелко- и среднекусковых материалов, а вторые — для средне- кусковых абразивных, крупнокусковых и плохо подвижных мате-

риалов. Для транспортирова­ния сыпучих малоподвижных и подвижных материалов применяют соответственно мелкие (рис. 9.5, б) или глу­бокие (рис. 9.5, в) ковши, рас­полагая их на тяговом орга­не с шагом 0,3 ...0,6 м. Куско­вые материалы перемещают остроугольными ковшами (рис. 9.5, г), располагая их вплотную друг к другу. За­гружаются ковши быстро­ходных элеваторов при про­хождении ими загрузочного башмака зачерпыванием, а разгружаются выбрасывани­ем материала под действием центробежных сил при оги­бании приводного барабана (звездочки). Ковши тихоход­ных элеваторов загружаются путем засыпания в них ма­териала, а разгружаются под действием гравитационных сил. При этом материал ска­тывается по передней стен­ке впереди идущего ковша, вследствие чего снижается сила его удара о разгрузоч­ный башмак.

Рис. 9.5. Ковшовый конвейер Производительность ковшовых элеваторов

П = 0,06^Л„р«,

где П — производительность ковшовых элеваторов, м³/ч; q — вме­стимость одного ковша, л; к_н — коэффициент наполнения ковша {кн = 0,5 ...0,9, меньшие значения — для крупнокусковых матери­алов); р — плотность материала, т/м³; п = 60v/T— число разгрузок в минуту; v — скорость движения ковшей, м/с; Т — шаг расста­новки ковшей, м.

Высота подъема материала составляет до 35 м, производитель­ность (по объему материала) до 100 м³/ч. Преимущественная область применения — заполнение высоких хранилищ — силосов и бункеров.

Подъемники непрерывного действия для штучных грузов (рис. 9.6) являются разновидностью ковшовых элеваторов. В таких устрой­ствах к тяговым цепям подвешивают площадки-люльки (люлечные

7777Ш777777777777ШТГ

Рис. 9.6. Схемы подъемников непрерывного действия

W

/V i

AiA !

Щ

i

Д!А

элеваторы), что позволяет не только поднимать, но и опускать груз (см. рис. 9.6, а). При жестком креплении полок на тяговых цепях элеватор устанавливают наклонно (см. рис. 9.6, б) и ис­пользуют преимущественно для подъема штучных грузов, подава­емых на полки самотеком и также самотеком скатывающихся с них. Такие элеваторы используют в основном как погрузочно-раз- грузочные устройства.

Элеваторы применяют и как пассажирские подъемники непре­рывного действия (см. рис. 9.6, в). Для свободного прохождения через верхние и нижние звездочки кабины для пассажиров подвешивают шарнирно к двум цепям. Пассажирские элеваторы применяют в адми­нистративных зданиях при небольших рассредоточенных пассажир­ских потоках. Скорость движения кабины не превышает 0,3 м/с, что позволяет пассажирам заходить в кабину и выходить из нее на ходу.

9.3. Винтовые и вибрационные конвейеры

Винтовые конвейеры применяют для горизонтального или на­клонного (под углом до 20°) транспортирования сыпучих, куско­вых и тестообразных материалов на расстояние 30...40 м. Конвей­ер (рис. 9.7, а) представляет собой желоб 4 полукруглой формы, внутри которого в подшипниках 5 вращается винт 3, приводимый

Рис. 9.7. Винтовой конвейер: а — общий вид; б — сплошной винт; в, д — ленточный и лопастной винт соответственно; г — фасонный винт

электродвигателем 1 через редуктор 2. При вращении винта мате­риал перемещается от загрузочного 6 к разгрузочному отверстию 7, перекрываемому задвижкой. Форма винта зависит от вида транс­портируемого материала. Для хорошо сыпучих материалов (цемен­та, мела, песка, гипса, шлака, порошковой извести) применяют сплошные винты (рис. 9.7, б). Для кусковых материалов (крупного гравия, известняка, негранулированного шлака) используют лен­точные и лопастные винты (рис. 9.7, в и д). Тестообразные, сле­жавшиеся и влажные материалы (мокрую глину, бетонные смеси, цементные растворы) перемещают фасонными и лопастными вин­тами (рис. 9.7, г и д). Диаметры винтов стандартизованы и состав­ляют 0,15...0,6 м, производительность их в среднем 20...40 м³/ч, при больших размерах винта — до 100 м³/ч.

Производительность горизонтальных винтовых конвейеров

л D²

где П — производительность винтовых конвейеров, м³/ч; D — ди­аметр винта, м; к_н — коэффициент заполнения желоба (к_н =

= 0,15...0,45, меньшие значения для тестообразных и влажных материалов, большие — для хо­рошо сыпучих материалов); v — скорость движения материала вдоль конвейера, м/с.

Производительность наклон­ных конвейеров уменьшается из- за снижения скорости v вслед­ствие гравитационного сопро­тивления движению. Так, при углах наклона 5, 10 и 20° это сни­жение составляет 10, 20 и 35%

соответственно.

Реже применяют вертикальные винтовые конвейеры (рис. 9.8), в которые материал поступает от горизонтального конвейера, со­здающего подпор.

В вибрационном конвейере (рис. 9.9) загруженному транспорти­руемым материалом желобу сообщаются несимметричные коле­бания так, что средняя скорость его перемещения в одном на­правлении значительно превышает среднюю скорость в противо­положном направлении. При движении с меньшей скоростью желоб перемещается из положения Iв положение //вместе с на­ходящимся на нем материалом. При резком возвращении желоба в исходное положение из-за повышенной скорости уменьшаются силы трения между желобом и материалом, вследствие чего, а также из-за инерционности материала он отстает от желоба, ос­таваясь на достигнутом ранее месте или незначительно смещаясь в направлении движения желоба и совершая таким образом скач­кообразное движение по желобу за каждый цикл колебаний. Ма­териалы можно перемещать по горизонтали, а также наклонно вверх и вниз. Источником колебаний служат электромагнитные возбудители или вибраторы с механическим приводом (эксцент­риковые, кривошипно-шатунные). В строительстве вибрационные конвейеры используют для транспортирования материалов на не­большие расстояния, например, при дозировании инертных мате­риалов в производстве бетонных смесей или строительных раство­ров. Принцип виброконвейера используется, в частности, в работе виброжелобов для подачи бетонной смеси к местам ее укладки.

9.4. Установки для пневматического транспортирования

материалов

II

Рис. 9.9. Схема к объяснению прин­ципа действия вибрационного кон­вейера

10*

Пневматическими установками перемещают сыпучие грузы по трубам с помощью сжатого или разреженного воздуха. Их приме­няют для погрузки, разгрузки и перемещения цемента, песка,

извести, опилок и т. п. По принципу действия различают установ­ки всасывающего и нагнетательного действия.

В установках всасывающего действия (рис. 9.10, а) транспорти­руемый материал поступает во всасывающий трубопровод 2 вслед­ствие разрежения в нем воздуха, создаваемого вакуум-насосом 8. С помощью сопел 1 возможен забор материала одновременно из нескольких мест. Из всасывающего трубопровода смесь воздуха с транспортируемым материалом поступает в осадительную каме­ру 3, где, вследствие резкого снижения скорости потока из-за расширения выходного сечения, более тяжелые частицы матери­ала оседают и через шлюзовой затвор 4 высыпаются в бункер 5, а частично очищенный воздух поступает в фильтр 6, работающий по тому же принципу осадительной камеры, где он очищается до­полнительно и, пройдя через вакуум-насос 8, по трубопроводу 7 выбрасывается в атмосферу.

Рис. 9.10. Принципиальные схемы пневмотранспортных установок

Вакуумный эффект в таких установках снижается по мере удале­ния от вакуум-насоса. Перепад давлений на участке сопло—насос составляет 40... 80 кПа, в связи с чем установки всасывающего дей­ствия способны транспортировать материалы на небольшие рассто­яния при малом перепаде высоты. Существенным недостатком таких установок является небольшая долговечность вакуум-насоса, внут­ренние полости которого подвергаются абразивному изнашиванию при недостаточной очистке выбрасываемого в атмосферу воздуха.

В установках нагнетательного действия (рис. 9.10, б) материал перемещается в потоке воздуха под действием избыточного давле­ния, создаваемого компрессором 10, который засасывает воздух из атмосферы через воздухоприемник 9 и подает его в воздухосбор­ник (ресивер) 11, откуда он поступает в транспортный трубопро­вод 14. Материал подается из загрузочного устройства 13 через за­твор 12. Далее транспортная схема аналогична рассмотренной выше: в осадительной камере 15 происходит отделение материала от воз­духа, который через затвор 16 выпадает в бункер 77, а воздух, очи­стившись от примесей фильтром 18, выбрасывается в атмосферу.

Нагнетательные системы применяют для транспортирования материала по разветвленному трубопроводу из одного места в не­сколько мест на значительные расстояния при большом перепаде высот. Давление воздуха в них 0,2...0,8 МПа.

Всасывающая и нагнетательная системы могут быть объединены в одну пневмотранспортную установку, например, при разгрузке вагонов с последующим транспортированием материала на дальние расстояния. Соединительным элементом в этом случае может быть конвейер любого типа, например, ленточный, на который материал разгружается из бункера 5 всасывающей части установки и которым он загружается в загрузочное устройство 13 нагнетательной части.

Преимущества пневматического транспортирования заключа­ются в герметичности установки, исключающей пыление и за­грязнение материала, в полной механизации процесса загрузки и разгрузки материала, в компактности оборудования и возможно­сти перемещения материала по трассе любой конфигурации про­тяженностью до 2 км при большом перепаде по высоте и большой производительности (200... 300 т/ч и более). Недостатком является высокий удельный расход энергии (в 3—6 раз больше, чем для конвейеров), быстрое изнашивание деталей оборудования при перемещении абразивных материалов.

Производительность пневмотранспортной установки по массе материала

П=0_вРвц/1ООО,

где П — производительность пневмотранспортной установки, т/ч; Q_B — подача насоса, м³/ч; р_в — плотность атмосферного воздуха (р_в = 1,244 кг/м³); |я — коэффициент массовой концентрации сме­си, равный отношению массы перемещаемого в единицу времени материала к массе расходуемого за то же время воздуха (р. = 3...20 для песка и щебня; ц = 20... 100 для цемента).

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены транспортирующие машины и оборудова­ние? Приведите их классификацию.

2. Для чего предназначены конвейеры? Приведите их классификацию.

3. Опишите устройство и принцип работы ленточного конвейера. Ка­кими способами можно повысить тяговую способность ведущего бараба­на ленточного конвейера? Обоснуйте применение прямых и желобчатых катучих опор в ленточном конвейере. Охарактеризуйте виды разгрузки материала с ленточных конвейеров. Для чего применяют конвейеры с покрывающей лентой? Из каких материалов изготавливают конвейер­ные ленты?

4. Чем отличаются ленточно-канатные и ленточно-цепные конвейеры от обычных ленточных конвейеров?

5. Как соединяются между собой ленточные конвейеры в каскаде? Каковы преимущества и недостатки такого соединения? Какова область применения стационарных и передвижных ленточных конвейеров? Чем они отличаются друг от друга?

6. Как определяют производительность ленточных конвейеров?

7. Для чего применяют пластинчатые конвейеры? Чем они отличают­ся от ленточных? Для чего применяют эскалаторы? Каковы особенности их устройства и работы?

8. Каково назначение ковшовых элеваторов? Опишите их устройство и принцип работы. Приведите формулу их производительности. Приве­дите их рабочие параметры.

9. Как устроены и как работают люлечные подъемники, наклонные подъемники с жестко прикрепленными к тяговому органу полками, пас­сажирские подъемники?

10. Каково назначение винтовых конвейеров, как они устроены и как работают? Назовите виды винтов. Каково их назначение? Приведите фор­мулу производительности винтовых конвейеров.

11. Для чего применяют вибрационные конвейеры? Охарактеризуйте принцип их работы.

12. Каково назначение пневмотранспортных установок? Приведите их классификацию. Приведите и опишите принципиальную схему установ­ки всасывающего действия. Какими факторами ограничено ее примене­ние? Каковы преимущества и недостатки этих установок? Приведите и опишите принципиальную схему установки нагнетательного действия. Для чего применяют комбинированные установки из всасывающей и нагнетательной систем? Как они связаны между собой? Назовите пре­имущества и недостатки пневмотранспортных установок. Приведите фор­мулу производительности пневмотранспортной установки.