3.4.3, Сила сопротивления движению груза

Сила сопротивления движению груза является определяющей при выборе угла наклона гравитационного конвейера или внешнего усилия, необходимого для перемещения груза. Наклон гравитационного конвейера должен быть таким, чтобы груз мог перемещаться на трассе самоходом без остановок и увеличения скорости. Выполнить это условие на практике очень сложно.

Сила сопротивления движению складывается из сил трения в опорах W₁ трения качения W₂ и скольжения W₃ груза по роликам, инерции роликов W₄ и груза W₅; трения груза о борта W₆; для преодоления отклонения от плоскостности установки роликов W₇ и др. В большинстве случаев одновременно действуют силы сопротивления W_u W₂, W₃, W₄ и W₇.

Эти силы сопротивлений носят случайный характер и зависят от нагрузок на опорные ролики. При отсутствии подрессоривания жесткий груз может опираться только на два ролика (см. рис. 3.16, а), образуя статически определимую систему, При дальнейшем продвижении груза возможны два случая: наезд его с ударом на следующий выступающий ролик и движение груза без касания с этим роликом, если он расположен ниже опорной плоскости груза. В обоих случаях затем происходит поворот (клевок) груза вперед или назад в зависимости от погрешности установки каждого из находящихся вблизи роликов. В момент наезда на выступающий ролик возникает значительное кратковременное местное сопротивление, сопровождающееся заметным уменьшением скорости груза. Если наезда не происходит, скорость груза на этом участке может сохраниться или даже увеличиться. Так как погрешности изготовления и установки роликов случайны, расчет сопротивлений движению следовало бы вести для некоторого условного статистического роликового конвейера с предварительно определенным ожидаемым отклонением от плоскостности. Приведенный ниже приближенный расчет основан на допущении равномерного распределения веса груза между находящимися под ним роликами, число которых составляет z_р = l_гр/l_р. При использовании механических выравнивателей неплоскостности (компенсаторов) этот расчет может дать удовлетворительные результаты. Тогда

где G_rp и G_p — вес транспортируемого груза и вращающихся частей одного ролика; f — приведенный к диаметру d_п подшипника коэффициент трения, равный для хороших и тяжелых условий работы соответственно 0,03 и 0,06; μ — коэффициент трения качения груза, ориентировочно принимаемый для гладкой металлической тары и обработанных роликов 0,5 мм при хороших условиях работы и 0,8 мм при плохих.

Максимальные значения составляющих W₃ и W₄ имеют место при наезде груза на невращающийся ролик, когда интервал времени t_ин между последовательно перемещающимися грузами больше времени цикла t_ц вращения ролика, т. е. при t_ц<t_ин=3600/П, где П — пропускная способность (производительность конвейера, шт/ч). В упрощенном расчете цикл вращения ролика (рис. 13.16, е) состоит из принятого линейным участка разгона (прямая ОА) до скорости груза v_гp, участка движения груза и ролика с одинаковыми скоростями v_гp = v_p (прямая АВ) и замедления после схода груза с ролика до его остановки (прямая ВС). Полагая v_гp при наезде на ролик неизменной, можно считать, что работа сил трения груза на ролике затрачивается поровну на разгон и на выделение теплоты в результате проскальзывания и выравнивания скоростей груза и ролика. Таким образом, потеря энергии при движении груза на ролике от сил сопротивления W₃ и W₄ равна удвоенной кинетической энергии Э_р, сообщаемой ролику при разгоне:

где k_и = 0,8 ... 0,9 — коэффициент инерции, учитывающий несовпадение среднего диаметра распределения массы вращающихся частей ролика с его наружным диаметром D_p; m_p — масса вращающихся частей одного ролика; ω — угловая скорость ролика.

Действие сопротивлений удобнее считать равномерным по длине шага l_р роликов. Тогда

Сила сопротивления W_3-4 пропорциональна скорости движения груза во второй степени, поэтому скорость v_гp для данного конвейера имеет некоторое предельное значение, превышающее, как правило, допустимое. При транспортировании тяжелых грузов для ограничения скорости необходимо устанавливать тормозные ролики.

На угол наклона β гравитационного конвейера также влияют масса вращающихся частей и диаметр роликов.

Сила сопротивления от инерции груза массой m_гр имеет значение при трогании с места или при движении с ускорением dv/dt. Она равна W₅ = m_ipdv/dt и учитывается редко. На конвейере с бортами не исключен их контакт с грузом и появление силы сопротивления W₆

Значительная сила местного сопротивления W₇ возникает в момент наезда груза на выступающий ролик (см. рис. 3.16, б). Без учета наклона конвейера

Даже для небольшого перепада уровней Δh = 0,01D_р максимальное значение силы местного сопротивления может составить W₇ 0,lG_гp, что в несколько раз превышает среднее значение W_1-4. Для уменьшения влияния W₇ на движение груза следует повысить уровень качества монтажа, регламентируя точность установки роликов по всей длине трассы конвейера. При накладывании контрольной линейки последовательно на каждые три ролика просвет под линейкой не должен превышать принятый норматив. Необходимо, однако, отметить, что действующий стандарт на роликовые конвейеры допускает слишком большие значения отклонений от плоскостности.

В упрощенном расчете (без учета W₇) угол наклона конвейера должен обеспечивать условие tg β > w (здесь w — расчетный коэффициент сопротивления движению груза). Следовательно,

При вероятностном (статистическом) подходе к решению задачи для рассматриваемого конвейера следует определить математическое ожидание величины W₇ и число выступающих роликов.

Полученные данные позволят найти некоторое усредненное для всей трассы значение W _7сp, которое в этом случае суммируют с W _1-4. По суммарному значению коэффициента сопротивлений можно найти уточненное значение угла наклона β настила.

Силы сопротивления, обусловленные неровностями на опорных основаниях грузов, обычно не учитывают. Поэтому большое значение приобретает транспортирование на поддонах с гладким днищем или в таре со скошенными передними кромками опорных плоскостей (ребер).

Наклон настила роликовых конвейеров к горизонтали на практике принимают равным 0,5... 1,5 % для отливок и литейных форм; 1 ... 1,5 % для листовой рихтованной стали; 0,5 ... 2,5 % для ящиков из строганных досок; 1 ... 3 % для металлических контейнеров; 2,5 ... 4 % для досок; 4 ... 7 % для картонных коробок; 5...7 % для автопокрышек и 10 % для мешков с мукой. Увеличенные значения наклона соответствуют легким грузам. На криволинейных секциях к средним значениям наклона необходимо прибавить для конических роликов 1,5 ... 2 %, а для цилиндрических — 3 ... 4 %. Все исполнения стрелочных переводов должны иметь повышенные наклоны, равные 7 ... 9 %.