16.10. Примеры расчетов качающихся конвейеров

16.10.1. Пример расчета качающегося инерционного конвейера

Рассчитать инерционный горизонтальный конвейер с переменным давлением груза на дно желоба для транспортирования агломерата железной руды с насыпной массой  = 1,8 т/м³. Производительность конвейера Q = 70 т/ч, длина L = 35 м (схема конвейера — см. рис. 15.2).

Амплитуду колебаний желоба а (равную радиусу кривошипа r) принимаем равной 15 мм, частоту вращения кривошипа — n_кр = 320 мин^1 [см. пояснения к формулам (15.7) и (15.8)]. Примем угол направления колебаний (угол наклона упругих стоек)  = 30° (см. параграф 15.3).

Из табл. 4.1 найдем для агломерата железной руды коэффициент трения в покое по стали f₀ = 0,8. По формуле (4.7) коэффициент трения груза в движении f_д = (0,7...0,9) f₀ = (0,7...0,9)0,8 = 0,56...0,72; примем f_д = 0,6.

Проверим режим работы конвейера по условиям (15.7) и (15.8):

sin 30° = 8,53 < 9,81 м/с2;
= 17,06 > = 16,84,

т.е. условия соблюдаются. При несоблюдении этих условий следует соответственно изменить частоту вращения кривошипа или его радиус.

Средняя скорость движения груза по формуле (15.9) _г= 0,213200,0150,6  tg 30° = 0,35 м/с. Из формулы (5.13) требуемая площадь сечения желоба A = Вh = = Q / (3600) = 70/(36000,351,8) = 0,031 м². В соответствии с рекомендациями параграфа 15.4 примем высоту слоя груза в желобе h = 0,05 м. Тогда высота борта желоба h_б = h/ = 0,05/0,5 = 0,1 м, где коэффициент заполнения сечения  = 0,5 (см. параграф 15.4). Требуемая ширина желоба В = A/h = 0,031/0,05 = 0,62 м.

Принимаем окончательно ширину желоба из стандартного ряда В = 630 мм и высоту h_б = 100 мм (см. параграфы 15.2, 15.4).

Приняв КПД привода  = 0,85, по формуле (15.13) определяем мощность двигателя:

Р = = 5,06 кВт.

Из табл. Ш.3.2 выбираем двигатель с повышенным пусковым моментом типа 4AP160S8У3 мощностью 7,5 кВт при частоте вращения п = 730 мин^1.

Требуемое передаточное число привода (клиноременная передача) и = п/п_кр = = 730/320 = 2,28.

16.10.2. Пример расчета вибрационного конвейера

Рассчитать горизонтальный двухтрубный (двухэлементный) динамически уравновешенный виброконвейер (см. рис. 15.3, б) для транспортирования агломерата железной руды с насыпной массой  = 1,8 т/м³. Производительность конвейера Q = 150 т/ч, длина L = 30 м, максимальная крупность куска груза а_mах = 100 мм, минимальная а_min = 50 мм.

Из пояснений к формуле (4.1) видно, что груз можно считать сортированным, так как а_mах/а_min = 100/50 = 2 < 2,5.

Из табл. 15.3 для двухтрубного конвейера тяжелого типа с эксцентриковым приводом (Q > 50 т/ч и L > 20 м) рекомендуемый коэффициент режима работы Г = 1,2...2,0; примем Г = 2. В табл. 15.4 рекомендуемая амплитуда колебаний трубы при эксцентриковом приводе а = r = 4...8 мм; примем а = 4 мм.

Из формулы (15.4) угловая скорость возбудителя колебаний при  = 0 и среднем угле направления колебаний  = 30°

 = = 99,04 рад/с.

Частота вращения эксцентрикового вала п_кр = 30/ = 3099,04/3,14 = = 946 мин^1.

Скорость транспортирования из формулы (15.11)

 = k1а cos  = 1,0  0,004  99,04  cos 30°  = 0,297 м/с.

Здесь коэффициент k₁ = 1 (табл. 15.5) для кускового груза с размерами частиц 5...200 мм (в данном случае максимальный размер куска а_mах = 100 мм).

Из формулы (5.13) требуемая площадь сечения груза в двух трубах A = Q/(3600) = 150/ (36000,2971,8) = 0,078 м².

Требуемый диаметр одной трубы (см. параграф 15.4) при числе труб z = 2 и коэффициенте заполнения = 0,5

d = = 0,315 м.

Этот диаметр трубы согласуется с международным стандартом ИСО 1815 — 75 (см. параграф 15.2). Принимаем d = 315 мм.

Проверка на кусковатость грузов (см. 15.9) удовлетворительная, так как а_mах = 100 меньше d/3 = 315/3 = 105 мм. Частота собственных колебаний системы при резонансной настройке ₀ =  = 99,04 рад/с [см. пояснения к формуле (15.3)].

Общая масса колеблющейся части конвейера (одной трубы) вместе с грузом и прикрепленными к трубе частями [см. пояснения к формуле (15.3)] m = m_т + m_п + + m_г = 900 + 50 + 24300,15 = 1315 кг.

Принимаем массу трубы m при ее толщине _т = 3 мм и плотности стали  = 7800 кг/м³ m'_т = q_тL = 23,1630 = 694,8 кг.

Масса 1 м трубы q_т = d_т = 78003,140,3150,003 = 23,16 кг/м; длина конвейера L = 30 м; масса трубы вместе с прикрепленными к ней частями m_т = l,3  = 1,3694,8  900 кг (коэффициент 1,3 учитывает массу прикрепленных к трубе частей); масса части привода, связанная с трубой (в основном шатун и кривошип) m_п  50 кг; масса груза, находящегося в одной трубе, m_г = q_гL = 8130 = 2430 кг, где масса 1 м груза, находящегося в одной трубе, из формулы (5.14) q_г = Q/(23,6) = = 150/(23,60,257) = 81 кг/м; коэффициент  = 0,15 принят по рис. 2.49, при коэффициенте режима работы Г = 2.

Требуемую жесткость упругой системы найдем из формулы [см. пояснения к формуле (15.3)]

С =  m = 99,04²  1315 = 12910⁵ Н/м.

Суммарную жесткость упругой системы можно представить как сумму жесткостей рессор С₁, больших С₂ и малых С₃ резинометаллических шарниров [см. пояснения к формуле (15.3)]: С = С₁ + С₂ + С₃, отсюда жесткость рессор С₁ = С   С₂  С₃ = 12910⁵  1610⁵  810⁵ = 10510⁵ Н/м.

Для ориентировочных расчетов принимаем: число стоек в конвейере — 10 (по пять с каждой стороны), число больших резинометаллических шарниров в одной стойке — 4, всего больших шарниров z = 10  4 = 40; число малых резинометаллических шарниров z₁ = 80 (по восемь в каждой стойке); приведенную жесткость одного большого шарнира = 4  10⁴ Н/м [см. пояснения к формуле (15.3)], всех больших шарниров С₂ = z = 4  10⁴  40 = 1610⁵ Н/м, одного малого шарнира С₃ = 10⁴ Н/м, всех малых шарниров С₃ = z₁ = 10⁴80 = 810⁵ Н/м; количество рессор z_р = 320.

Жесткость одной рессоры [см. пояснения к формуле (15.3)]

= С₁ / z_р = 10510⁵ / 320 = 3,28  10⁴ Н/м.

Приняв ширину рессоры b = 0,1 м, длину l = 0,4 м, по формуле (15.1) определим ее толщину:

 = kl = 1,05  0,4 = 0,0048 м.

Принимаем  = 5 мм.

По формуле (15.2) определим напряжение изгиба в месте заделки рессоры:

 = = = 109,65  106 Па = = 109,65 МПа  [и] = 110 МПа.

Здесь принято: а = 0,004 мм; коэффициент k₃ = 0,68 (при резиновых прокладках между рессорами).

Усилие в шатуне при установившемся движении по формуле (15.3) при ₀ = 0,2

F_ш = rС = 0,004  129  10⁵  = 10 320 Н.

Усилие в шатуне в начале пуска, когда  = 0 [см. (15.3)],

F_ш = rС = 0,004  129  10⁵  = 55 810 Н.

По этому усилию рассчитываются на прочность и жесткость элементы кривошипно-шатунного механизма.

Мощность электродвигателя для конвейера длиной более 10 м определяется по формуле (15.15):

Р  = 18,16 кВт.

Коэффициент транспортабельности груза k _тр = 1 (для кусковых грузов); k₃ = 4,5; k₄ = 3,5 (из табл. 15.9).

Из табл. III.3.2 выбираем электродвигатель с повышенным пусковым моментом типоразмера 4АР1800М6УЗ мощностью 18,5 кВт при частоте вращения 975 мин^-1. Передаточный механизм не требуется, так как частота вращения кривошипного вала (n_кр = 946 мин^-1) и частота вращения двигателя отличаются незначительно.