4.4. Ковшовые элеваторы

4.4.1. Устройство элеваторов

Элеваторы – это транспортирующие устройства, перемещаю­щие груз в вертикальном или наклон­ном (под углом более 45°) направлении с помощью ковшей. У наклонных элеваторов рабочая ветвь движется по опорным роликам или специальным направляющим путям. Холостая ветвь или свободно свисает, или так­же движется по поддерживающим устройствам. Наиболее широкое распространение получили вертикальные элеваторы, более простые по устройству и не требующие кожуха сложной формы или нали­чия специальных поддерживающих устройств для холостой ветви [2].

Тяговым элементом 1 может служить лента (рис. 34, а) (ГОСТ 23831–79*), пластинчато-втулочные и втулочно-роликовые цепи (рис. 34, б, в) [ГОСТ 588—81* (СТ СЭВ 1011—78)]. При ши­рине ковшей до 250 мм допустимо применять одну тяговую цепь для элеватора. Тяговый элемент огибает приводной 3 и натяжной 4 барабаны или звездочки, укрепленные в крайних точках элева­тора. В вертикальных элеваторах небольшой высоты между край­ними точками опор для тягового элемента обычно не делают. В наклонных и высоких вертикальных элеваторах лента опи­рается на направляющие ролики, а цепь катится роликами по на­правляющим (рис. 34, г) или опирается, как и лента, на направ­ляющие ролики (рис. 34, д). Элеватор целиком защищен метал­лическим кожухом 5 с окнами для осмотра. Наклонные элеваторы могут быть открытыми (без кожуха).

При движении тягового элемента ковши 2 зачерпывают груз (материал) и транспортируют его вверх, где под действием силы тяжести и инерции материал высыпается из ковша и поступает в разгрузочное отверстие.

Широкому распространению элеваторов способствуют про­стота конструкции, малые размеры в поперечном сечении, возможность подачи груза по вертикали (до 70 м), большая производительность (до 500 м³/ч). К недостаткам элеваторов относят чувствительность к пере­грузкам и необходимость равномерной подачи материала.

Перемещение сыпучего груза осуществляется ковшами; для транспортирования штучных грузов (ящиков, кип, рулонов, бочек, книг и т. д.) широко при­меняют элеваторы с пол­ками, жестко связанны­ми с цепью, и люлечные элеваторы с различ­ными типами люлек (подвесками).

Н

Рис.34 Схемы ковшевых элеваторов для сыпучих грузов

ижнюю часть элеватора называют башмаком. Он состоит из кожуха, загрузочного бункера и натяжного устройства (звездочки, вала с подшипниками и винтового или грузового натяжного приспособления). Натяжное устройство перемещает в направ­ляющих пазах звездочки или барабан. Перемещение натяжного устройства составляет 1,6 шага це­пи, а для ленточных тяговых эле­ментов 1÷3 % высоты элеватора.

Верхнюю часть элеватора назы­вают головкой элеватора. Состоит она из кожуха, приводных звездочек или барабана, редуктора с двигате­лем и останова (или тормоза) для предотвращения обратного хода эле­ватора при остановке электродвигателя. В башмаке ковши могут за­гружаться зачерпыванием груза из нижней части кожуха элеватора (рис. 34 а, б) или засыпанием гру­за непосредственно в ковши (рис. 34 в). На практике обычно имеют место одновременно оба спо­соба при преимущественном преобла­дании одного из них. Наполнение ковшей зачерпыванием применяют при транспортировании пылевидных малоабразивных грузов (цемента, песка и др.), черпание которых не вызывает значительных сопротивле­ний. Зачерпывание такого груза мо­жет происходить при повышенной скорости движения ковшей (0,8÷8 м/с). Крупнокусковые и абразивные грузы (гравий, руда, уголь и т. д.) зачерпывать ковшом со дна кожуха затруднительно, так как вследствие больших сопротивлений при черпа­нии возможен отрыв ковшей и даже обрыв тягового элемента.

К

Рис.35 Ковши

а – полукруглый мелкий; б – полукруглый глубокий; в, г – остроугольные; д – закругленный трапецеидальный

овшовые элеваторы применяются в зернохранилищах, на предприятиях по производству строительных материалов, продуктов питания, на заводах по переработке торфа и т. п.

В торфяных машинах в основном применяют цепной тяговый орган. При малой ширине ковшей (менее 250 мм) они крепятся к одной тяговой цепи, при большой ширине – к двум [1, 5].

В машинах МТФ-43 применяются глубокие сварные ковши. Иногда (при уборке слаборазложившегося торфа) для луч­шего захвата торфа гладкую переднюю кромку ковша снабжают специальными вилками (вильчатые ковши). Тяговый орган вме­сте с ковшами обычно заключают в закрытый кожух. В торфяных машинах, таких как МТФ-43, приводную звездочку для упрощения трансмиссии располагают внизу. В пролете между звездочками тя­говая цепь опирается на поддерживающие ролики или направля­ющие шины, выполненные из полосовой стали или уголков. Натя­жение тяговой цепи осуществляется перемещением концевой, а иногда и приводной звездочек с помощью винтового устройства.

Ковши элеватора. По расположению ковшей на ленте различают элеваторы с расставленными ковшами[3], когда t_к > h (обычно t_к = (2...3)h, где t_к – шаг установки ковшей; h – высота ковша), и элеваторы с сомкнутыми ковшами, когда t_к ≈ h.

ГОСТ 2036-82 для ленточных элеваторов предусматривает основные типы ковшей:

глубокие со скругленным днищем для сухих легкосыпучих грузов –тип Г (рис 35 а);

мелкие со скругленным днищем для влажных и слеживающихся грузов – тип М (рис. 35 б);

с бортовыми направляющими и остроугольным днищем для хорошо сыпу­чих грузов на тихоходных элеваторах – тип 0 (рис. 35 в).

Ковш имеет следующие основные параметры: угол α чер­пания; угол β верхней кромки; ширину В_к; вылет l и глубину h (табл. 31).

Параметры ковша Таблица 31

Размеры ковша, мм				Объем V ковша, л	Шаг, м	Масса груза, приходя­щаяся на 1 м ленты, кг/м	Масса ков­ша, кг	Масса ков­ша, приходя­щаяся на 1 м ленты, кг/м
Ширина Bк	Вылет, l	Вы­сота, h	Радиус r днища
Г - скругленный глубокий с расставленным шагом
100	75	80	25	0,25	0,20	1,0	-	-
125	90	95	30	0,44	0,32	13	-	-
160	105	110	35	0,60	0,32	2,0	0,9	4,8
200	125	135	40	1,25	0,40	3,2	-	-
250	140	150	45	2,05	0,40	5,0	3,0	10,3
320	175	190	55	4,05	0,50	8,0	5,1	14,4
400	195	210	60	6,3	0,5	12,0	-	-
500	235	255	75	12,1	0,63	19,0	10,2	23,4
М - скругленный мелкий с расставленным шагом
100	50	65	25	0,10	0,20	0,50	-	-
125	65	85	30	0,20	0,32	0,66	-	-
160	75	100	35	0,35	0,32	1.17	-	-
200	95	130	40	0,75	0,40	1,87	-	-
250	120	160	55	1,40	0,40	3,50	-	-
320	145	190	70	2,70	0,50	5,40	-	-
400	170	220	85	4,20	0,50	8,40	-
O - скругленный о бортовыми направляющими и сомкнутым шагом
320	165	235	60	8,40	-	-	-	-
400	215	305	80	14,00	-	-	-	-
500	270	385	100	28,00	-	-	-	-

В зависимости от типа сыпучего груза и его склонности к сле­живанию применяют различные виды ковшей. Глубокие ковши применяют для транспортирования легкосыпучих, нe слеживающихся грузов, например зерна. Мелкие ковши имеют крутой обрез кромки и малую глубину, что способ­ствует их лучшему опорожнению при разгрузке. Их применяют для транспортирования влажных, слеживающихся, плохо сыпучих насыпных грузов. Цилиндрическое днище, изогнутое по радиусу r, также способствует лучшему опорожнению. Глубокие и мелкие ковши применяют на элеваторах с расставленными ковшами, когда шаг крепления ковшей больше их высоты h. Ковши выпол­няют из листовой стали сварными или штампованными. Иногда их отливают из ковкого чугуна или изготовляют из пластмассы.

Загрузка ковшей. Загрузка ковшей материалом происходит в нижней части элева­тора и осуществляется или зачерпыванием его, или непосредствен­ной засыпкой материала в ковши.

Для штучных грузов, крупнокусковых и абразив­ных наполнение ковшей производится непосредственно засыпанием груза в ковш. Применение этого способа возможно только при непрерывном, сомкнутом расположении ковшей и пониженных скоростях движения ковшей (не более 1 м/с), так как при большой скорости ковши плохо заполняются и отбрасы­вают груз.

Ширина ковша B_к при транспортирова­нии кусковых грузов зависит от размеров частиц и обычно прини­мается по условию B_к > ka, где коэффициент k = 2÷2,5 – для рядо­вых грузов и k = 4÷5 – для сортированных грузов с максимальным размером куска, равным а.

4.4.2. Основы теории разгрузки ковшей

Характер разгрузки ковшей элеваторов зави­сит от скорости движения ковшей и диаметра при­водного барабана или звездочки элеватора [1, 4]. Разгрузка ковшей бывает центробежная (скорость бо­лее 1 м/с) и самотечная свободная через внутреннюю кромку ковша под действием силы тяжести (гравитационной) при пониженной скорости движения ковшей (скорость менее 0,6÷0,8 м/с). В последнем случае необходимо отклонить хо­лостую ветвь элеватора, чтобы мож­но было подставить под груз приемный лоток или же сделать элеватор наклонным. При необходи­мости высыпать груз на тихоходном элеваторе без отклонения ковшей при­меняют ковши с бортовы­ми направляющими, передняя стенка в которых служит желобом для груза, высы­паемого из следующего ковша. Ков­ши с бортовыми направляющимися применяют только при сомкнутом их расположении на тяговом элементе.

Для анализа способа разгрузки ковшового элеватора рассмотрим силы, действующие на материал, находящийся в ковше (рис. 36).

Ког­да ковш с грузом начина­ет поворачиваться вокруг барабана, то на груз кро­ме силы тяжести G = mg действует центробежная сила (рис. 36), где – скорость движе­ния центра тяжести гру­за в ковше, r – расстоя­ние от этого центра тя­жести до центра бараба­на.

При движении ковша вместе с барабаном равнодействующая B сил G и E изменяется по значению и направлению, но линия ее действия всегда проходит при данной скорости движения через одну и ту же точку А, называемую полюсом и расположенную на вертикали, проходящей через ось барабана, на расстоянии h от оси враще­ния, причем из подобия треугольников ADO и ABE имеем

,

Отсюда , т. е. полюсное расстояние h, м, зависит только от частоты вращения барабана n, об/мин, и с уменьшением частоты вращения увеличивается (здесь g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения).

Е

Рис.36. Схема движения материала в

ковше при разгрузке

сли полюсное расстояние h меньше или равно радиусу окружности барабана r_вн , м, центробежная сила превышает силу тяжести и происходит сбрасывание груза (центробежная разгрузка). При полюсном расстоянии, большем радиуса r_нар окружности, проведенной через наружные кромки ковшей, сила тяжести больше центробежной силы, и происходит высыпание груза (самотечная разгрузка). При r_вн < h < r_нар происходит смешенная разгрузка ковшей как отбрасыванием, так и высыпанием.

Центробежная разгрузка применяется для быстроходных (чаще всего ленточных) элеваторов с расставленными ковшами при транспортировании зернистых, мел­кокусковых и пылевидных легкосыпучих грузов.

4.4.3. Определение производительности конвейера

Производительность Q, т/ч, элеватора при скорости ,м/с и шаге установки ковшей на тяговом элементе, равном t_к, м, равна

,

где ψ – 0,6÷0,8, меньшее значение принимают для кусковых грузов.

Обычно шаг ковшей t_к = (2÷3)h (для ковшей с бортовыми на­правляющими t_к = h), где h – высота ковша. Для цепных элеваторов шаг t_к должен быть кратен шагу цепи.

Тип ковша, его наполнение, вид разгрузки и скорость перемещения ковшей выбирают в зависимости от характеристики транспортируемого груза.

В частности, для ковшового элеватора машины МТФ - 43 при уборке фре­зерного торфа коэффициент наполнения составляет 0,9 .

При заданной производительности элеватора определяется линейная емкость ковшей:

.

Полученное значение погонной нагрузки округляют до ближайших величин по ГОСТ 2036-82 и уточняют скорость транспортирования груза.

При транспортировании кусковых материалов выбранные параметры ковша проверяют по наибольшему размеру типичных кусков а_max :

,

где А – вылет ковша, м (расстояние от передней кромки до задней стенки); χ = 2,0÷2,05 для рядовых грузов и χ = 4,0÷5,0 – для сортированных.

4.4.4.Тяговый расчет элеватора

Порядок тягового расчета вертикального ковшового элева­тора с лентой аналогичен расчету ленточного конвейера (опреде­ление натяжения ленты конвейера методом обхода контура по точкам), если учесть, что в элеваторе груз поднимается только на высоту Н.

Погонные объемная и массовая нагрузки определятся из (3.7) и (3.8).

Тяговый расчет элеватора производится так­же методом обхода по контуру. Разбивку контура трассы конвейера на участки начинают с точки сбегания с приводного барабана S₁ = S_сб. Тогда в точке 2 – точке набегания ленты на натяжной барабан S₂ = S₁ + W_1-2 , где W_1-2 – сопротивление на порожнем участке вертикального элеватора. Далее следует учесть сопротивление на поворотном пункте (3.30) и определить сопротивление в месте загрузки – сопротивление зачерпыванию груза ковшами.

Это сопротивление зависит от многих факто­ров, плохо поддающихся расчету: физико-механических свойств транспортируемого груза, скорости движения ковшей, типа и шага ковшей, степени заполнения ковша грузом. Поэтому значение коэф­фициента сопротивления при зачерпывании K_зач в формуле силы сопротивления W_зач = K_зач q_гр принимается по экспериментальным данным. Коэффициент численно равен работе, совершаемой при зачерпывании груза массой 1 кг: для скорости ковшей 1÷1,25 м/с при транспортировании порошковых и мелкокусковых гру­зов K_зач= 15÷20 Нм/кг и при транспортировании среднекусковых – грузов K_зач = 20÷50 Нм/кг.

Следующая точка контура – точка набегания на приводной барабан, для определения которой необходимо учесть сопротивления на грузовой ветви (3.25).

Для ленточных элеваторов величины S_нб и S_сб определяются с помощью уравнения Эйлера (4.4).

По полученным величинам наибольшего натяжения S_нб тягового элемента ведется расчет цепи или ленты на прочность.

Стопорное устройство рассчитывается по тормозному моменту (4.33). Мощность двигателя определяют по формуле (4.24).

Приводные устройства элеваторов обычно располагают в верхней части, где натяжение тягового элемента максимально и где обеспечивается наибольшая сила сцепления с приводным бара­баном. Натяжные устройства располагают в нижней части элева­тора, что позволяет использовать силу тяжести самого тягового элемента и нижнего барабана для создания необходимого натяже­ния.

Устройства безопасности. Для предохранения элеватора любого типа от самопроизвольного обратного движения под действием ве­са груза при выключении двигателя привод снабжают стопорным устройством, допускающим движение только в одном направлении. Чаще всего для этой цели используют роликовые или храповые остановы. Иногда элеваторы снабжают электромагнитными сто­порными тормозами.

Чтобы не повредить ходовую часть элеватора и кожух при об­рыве тягового элемента, на цепных элеваторах применяют специальные ловители цепи, а на ленточных элеваторах ковши по боко­вым стенкам соединяются стальными канатами, идущими без на­тяжения и удерживающими ковши от падения при обрыве лепты. Одновременно с этим на натяжных барабанах (звездочках) уста­навливают реле скорости, выключающее электродвигатель при об­рыве тягового элемента.