Глава 7 оборудование для загрузки и разгрузки сыпучих грузов из автомобилей, вагонов и судов

В данной главе рассмотрены конструкции различного оборудова­ния, применяемого при производстве погрузочно-разгрузочных, тран­спортных и складских работ в различных отраслях агропрома.

Конструкции этих машин весьма разнообразны и зачастую пред­ставляют собой комплексные системы, включающие в себя элементы транспортирующих и грузоподъемных машин. Здесь же изложены основы расчета некоторых элементов погрузочно-разгрузочных ма-. шин, не освещенных в предыдущих главах, а также подробно изложен расчет всасывающих высоковакуумных пневмоустановок.

7.1. Машины для загрузки и разгрузки автомобилей

Загрузка автомобилей сыпучими грузами, перевозимыми нава­лом, обычно осуществляется из бункеров самотеком. Загрузка автомо­билей грузом, забираемым непосредственно из насыпи, производится с помощью различного рода самоподавателей и погрузчиков. Для забора зерна из насыпи применяют самоподаватель ШСМ-1М. Самоподаватель подает зерно на передвижной ленточный (ЛТ-6, ЛТ-10) или винтовой (ТПШ) конвейер, с помощью которого осуществляется непосредствен­ная загрузка автомобиля.

Для загрузки автомобилей сыпучим грузом при непосредственном его заборе из насыпи могут быть использованы различные передвиж­ные самоходные и несамоходные погрузчики.

Общими признаками всех машин, применяемых для загрузки автомобилей, является наличие таких узлов, как заборное устройство, отвальный (загрузочный) конвейер, промежуточный (подающий) конвейер, которые смонтированы на передвижной самоходной или несамоходной тележке. В некоторых вариантах машин функции заборного устройства и промежуточного подающего конвейера выпол­няет один скребковый конвейер, который может поворачиваться вокруг вертикальной или горизонтальной оси.

Конструктивное устройство погрузчиков, получивших примене­ние на ПРТС-работах, рассмотрим более подробно.

Погрузчик КПШ-5. Предназначен для погрузки зерна в автомобили и другие транспортные средства. Погрузчик передвижной, самоходный (рис. 7.1). Сыпучий груз из насыпи забирается подгребающими шнека­ми 6 и подается к ковшовому элеватору 1. Ленточный конвейер 2 может поворачиваться в горизонтальной плоскости на 180° с помощью зубчато-реечной передачи и гидродомкрата 3. Все механизмы погруз­чика смонтированы на самоходной тележке 4, снабженной двумя рояльными и двумя приводными колесами, имеющими индивидуаль­ный электропривод. При буксировании погрузчика колеса от электро­привода отключаются. Погрузчик может работать в ручном и автома­тическом режиме. В настоящее время на базе погрузчика КПШ-5 разра­ботан и принят к серийному производству аналогичный по конструк­ции погрузчик Р6-КПШ-6.

Зернопогрузчик ЗПС-100. На самоходном шасси (рис. 7.2) смонти­рованы ленточный конвейер 10, скребковый конвейер 3 и заборное устройство 2, состоящее из двух рифленых дисков, которые распо­ложены в горизонтальной плоскости и вращаются навстречу друг другу. Привод дисков осуществляется от нижнего вала скребкового конвейера посредством двух винтовых передач.

Ленточный конвейер 10, шарнирно смонтированный на плите 6 рамы погрузчика, можно устанавливать под углом наклона от 10 до 22⁰ и вращать вокруг вертикальной оси 11. Вращение передается от гидро­цилиндра 15, зубчатого сектора 13, посаженного на оси 14, и зубчатого колеса 12. Угол наклона ленточного конвейера изменяют при помощи

двух гидродомкратов 9, соединенных шарнирно с рамой конвейера и кронштейном 8 рамы погрузчика. Поворот в вертикальной плоскости осуществляется относительно валика 7.

Скребковый конвейер имеет горизонтально-наклонную трассу перемещения. Его передняя часть шарнирно соединена с рамой погруз­чика, задняя вместе с заборными дисками подвешена к ней же на двух гидродомкратах 4.

Скребковый и ленточный конвейеры приводятся в движение через контрпривод 5 от вала отбора мощности 16, который, в свою очередь, получает вращение от общего двигателя 1.

В рабочем положении заднюю часть скребкового конвейера вместе с подгребающими дисками опускают как можно ниже к поверхности пола с целью забора максимального количества зерна из насыпи. При транспортировании заборная часть погрузчика должна быть приподня­та над уровнем пола.

Механический универсальный погрузчик МГУ. Передвижной, самоходный, на гусеничном шасси. Предназначен для забора грузов,

склонных к слеживанию, из насыпи и подачи их на другие транспорт­ные средства. Может быть использован при выгрузке сыпучих грузов из крытых железнодорожных вагонов.

Отвальный ленточный конвейер погрузчика может поворачивать­ся в горизонтальной плоскости. Двухшарнирная опора рамы конвейе­ра смонтирована на редукторе, закрепленном на раме тележки, и поддерживается тягами механизма подъема, который состоит из системы тяг и винтовой стяжки и позволяет менять угол наклона конвейера к горизонту с 12 до 25^о. Конвейер в горизонтальной плос­кости поворачивают вручную и фиксируют тормозом. Норию с подгре­бающими шнеками поднимают и опускают при помощи гидродомкрата. Управление работой погрузчика осуществляется дистанционно с переносного пульта управления.

Погрузчик ЗПН-60. Передвижной, самоходный. Предназначен для забора зерна из насыпи и подачи его в автомобиль или другие транс­портные средства.

Все основные механизмы и узлы погрузчика монтируют на шасси тракторов ДТ-14 или ДТ-20. Для обеспечения минимальных скоростей передвижения в рабочем режиме погрузчик снабжен ходоуменьшите-лем, приводимым в движение от вала отбора мощности трактора через

цепную передачу. От двухступенчатого червячного редуктора ходо-уменынителя через цепную передачу движение передается правому колесу трактора.

Привод всех конвейеров погрузчика осуществляется от вала отбора мощности трактора через клиноременную передачу и контрпри­вод. Заборные и нижний скребковые конвейеры приводятся в движе­ние от контрпривода через конические редукторы, а наклонно-отваль­ный - через цепную передачу. Подъем приемной головки нижнего подающего конвейера в транспортное и опускание в рабочее положе­ние осуществляются от гидросистемы трактора. Погрузчик работает при опущенных на насыпь заборных скребковых конвейерах.

Некоторые технические данные применяемых при загрузке авто­мобилей машин приведены в табл. 7.1.

Проектирование и расчет подгребающего заборного устройства. При проектировании комбинированных погрузчиков для механизации ПРТС-работ с сыпучими грузами особое внимание следует обращать на правильный выбор конструктивного исполнения заборного устройст­ва, которое может быть выполнено в виде скребкового конвейера, подгребающих шнеков и дисковых питателей.

Проектирование и расчет подгребающего заборного устройства скребкового типа практически не отличаются от расчета обычного скребкового конвейера, изложенного выше. При расчетах, исходя из заданной производительности погрузчика, рассчитывают ширину скребка (см. "Расчет скребковых конвейеров"). При этом соотношение B_c/h_r принимают 2,0...2,5, коэффициент заполнения (фи)ф = 0,5...0,6, а ско­рость тягового элемента v =0,5...1,0 м/с. Шаг скребков а_с принимают кратным четному числу шагов цепи. Обычно a_с = (0,7...0,8) В_с, где В_с -ширина скребка, h_Г - высота слоя груза.

Потребная мощность для привода подгребающего скребкового устройства

где W - окружное усилие на приводной звездочке, H:

здесь L_Г — длина перемещения груза заборным устройством по горизонтали, м; w' — коэф­фициент сопротивления перемещению груза при заборе из насыпи. Для зерна w' = 0,8, для слеживающихся грузов (отрубей) w' = 1,2...16; H — то же, по вертикали, м; η - КПД привода; η = 0,8...0,9.

Расчет и проектирование подгребающих шнеков заборного устройства заключаются в определении конструктивных размеров подгребающих шнеков. Исходя из конструктивных соображений, диаметр подгребающих шнеков принимают примерно равным диамет­ру окружности, описывающей траекторию движения наружных кро­мок ковшей или скребков подающего конвейера, транспортирующего груз от заборного устройства. Шаг винта при этом S = (0,5...0,6) D. Поскольку привод заборных шнеков осуществляется непосредственно

от вала нижней звездочки или барабана подающего конвейера, то частоты их вращения совпадают. Коэффициент заполнения заборного шнека (фи)ф составляет 0,2...0,4.

Расчет потребной мощности для привода подгребающих шнеков заборного устройства производится так же, как и для винтовых кон­вейеров (см. раздел "Расчет винтовых конвейеров").

Расчет кинематических, геометрических и энергетических пара­метров подающих и отвальных конвейеров практически не отличается от расчета обычных транспортных механизмов соответствующей конст­рукции. Расчет всегда производят при наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации того или иного механизма.

Механизмы поворота заборных устройств или отвальных конвейе­ров рассчитывают, как и механизмы поворота обыкновенных кранов, при соответствующем конструктивном исполнении поворотного устройства с учетом соответствующих нагрузок и особенностей.

Расчет механизмов передвижения погрузчиков и других пере­движных машин имеет целый ряд особенностей. Во-первых, в зависи­мости от условий работы погрузчиков применяют различные типы механизмов передвижения. Так, при работе в крытых помещениях или на асфальтированных площадках лучше проектировать механизмы передвижения с ходовыми колесами на грузовых или пневматических шинах. При работе на неблагоустроенных территориях без твердого покрытия применяют, как правило, погрузчики на гусеничном ходу. Скорости передвижения принимают согласно рекомендациям, указан­ным в табл. 7.2.

Сопротивление передвижению самоходного погрузчика без учета сил инерции при разгоне (Н)

где М — масса машины, кг; f — коэффициент сопротивления движению (табл. 7.3); α — угол подъема пути, град (см. табл. 7.2); W_B - ветровая нагрузка, Н:

где А_п — подветренная площадь внешнего контура машины, м²; k_сп — коэффициент сплошности (k_cn = 0,6...0,8); р — удельная ветровая нагрузка для машин, работающих в портах, р = 250 Па, в других условиях р = 150 Па.

Значения коэффициента f (см. табл. 7.3) для гусеничного хода даны без учета внутренних сопротивлений в самих гусеницах, т. е. в под­шипниках колеси катков, при огибании гусеничными цепями ведущих и направляющих колес и т. д. В средних условиях коэффициент, учи­тывающий только эти внутренние сопротивления, составляет 0,06...0,07.

Номинальная мощность электродвигателя механизма передвиже­ния

Нормальная работа механизма передвижения возможна при соответствующем сцеплении ведущих колес с дорожным покрытием, характеризуемым силой тяги, максимальное значение которой

где N_C — нормальная составляющая давления ведущих колес машины на дорогу или площадку; так как приводными являются более нагруженные колеса, то для колесных машин N_c > 0,5 Mg и для гусеничных погрузчиков N_c = Mg; k_c — коэффициент сцепления (табл. 7.4).

Перемещение погрузчика под действием силы тяги возможно при

условии

где W_в.с — полное сопротивление внешних сил, действующих на машину.

Несоблюдение этого условия приводит к буксованию ведущих колес. При расчете W_B.С в период разгона машины исключают влияние внутреннего сопротивления сил инерции вращающихся масс, внут­ренние сопротивления трения в подшипниках ведущих колес, а при гусеничном ходе - внутренние сопротивления в механизме гусениц. Таким образом:

где υ — скорость машины, м/с; t_p — время разгона машины; f_p = 2...6 с.

Массивные шины (грузошины), которые работают на твердых гладких покрытиях, изготавливают в соответствии с ГОСТ 5883. Раз­мер шин может быть предварительно определен в зависимости от нагрузки на колесо

где В - ширина беговой дорожки, см; D — диаметр колеса, см: N_mах — максимальная нагрузка на колесо, Н; [q] - допускаемое удельное давление, Н/см²:

здесь к — коэффициент уменьшения нагрузки; к = 0,5...0,8; для колес меньших диамет­ров — меньшие значения; q_max — максимальная статическая удельная нагрузка на шину, Н/см²; q_max = 20...30 Н/см².

Для разгрузки сыпучих грузов из автомобилей применяются авто­мобилеразгрузчики, представляющие собой платформу для установки загруженного автомобиля. Платформа автомобилеразгрузчика может занимать наклонное положение вместе с установленным на ней авто­мобилем, обеспечивая тем самым свободное высыпание груза из кузова в приемный бункер. Привод механизма наклона платформы автомобилеразгрузчика может быть гидравлический или механи­ческий.

По способу установки автомобилеразгрузчики могут быть стацио­нарные и передвижные, по характеру движения автомобиля - проезд­ные и непроездные (тупиковые), по направлению наклона при разгруз­ке - продольные с разгрузкой через задний борт и поперечные с раз­грузкой через боковой борт.

Для хлебоприемных предприятий наиболее приемлемыми являют­ся стационарные проездные автомобилеразгрузчики, обеспечивающие разгрузку как одиночных автомобилей всех марок, так и автопоездов без расцепки.

Наиболее распространены автомобилеразгрузчики ГУАР-15, ГУАР-30, НПБ-2С, БПФШ-ЗМ, АВС-50М и др.

Гидравлический унифицированный автомобилеразгрузчик ГУАР-15.

Предназначен для выгрузки зерна со стороны заднего борта одиноч­ных автомобилей общей массой до 15 т. Его отличительной особен­ностью является широкий диапазон использования в передвижном (ГУАР-15П) и стационарном (ГУАР-15С), проездном и тупиковом ва­риантах. На автомобилеразгрузчике в проездном варианте разгружают автомобили с прицепами с расцепкой их, а на тупиковом - только оди­ночные автомобили.

Автомобилеразгрузчик ГУАР-30. Предназначен для выгрузки зерна и других сыпучих продуктов из автомобилей и автопоездов без их расцепки. Автомобилеразгрузчик (рис. 7.3) стационарный, проездной. Автомобили общей массой до 30 т разгружают на большой платформе через задний борт, а прицепы общей массой до 12 т - через боковой борт на малой платформе. Груз при выгрузке поступает в общий приемный бункер. Управление работой автомобилеразгрузчика дис­танционное.

Гидродомкраты большой и малой платформы обслуживаются одной гидросистемой. Регулирование и ограничение угла наклона большой платформы осуществляют при помощи конечных выключате­лей. Для ограничения угла наклона малой платформы в верхней час­ти цилиндра гидродомкрата предусмотрено перепускное отверстие.

Малую платформу в любом промежуточном положении останавли­вают, выключая электромагнит крана управления.

Аналогичную конструкцию имеют автомобилеразгрузчики У15-УРВС и У15-УРАГ.

Автомобилеразгрузчик НПБ-2С. Предназначен для разгрузки авто­мобилей и автопоездов общей массой до 25 т через боковой борт. Автомобилеразгрузчик проездной, стационарный.

Наклон платформы осуществляется двумя гидродомкратами, уси­лия от штоков которых передаются платформе, опирающейся катками на направляющие стационарной рамы, при помощи втулочно-ролико-вых цепей, огибающих звездочки на штоке. Более подробно механизм наклона платформы представлен на рис. 7.4, б.

Автомобилеразгрузчик БПШФ. Предназначен для разгрузки авто­мобилей и автопоездов через боковой борт. Автомобилеразгрузчик стационарный, проездной. Поворотная платформа автомобилеразгруз­чика выполнена в виде двух проездных площадок для колес автомо­биля, жестко установленных на секторах, изготовленных из двутавро­вых балок и служащих ее основанием. Секторными основаниями плат­форма опирается на ролики, смонтированные на стойках, закреплен­ных на раме (рис. 7.5). Наклон платформы осуществляется от звездо­чек, зубья которых входят в зацепление с цепями, закрепленными по периметру опорных секторов платформы. Звездочки получают вра­щение от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал. Для предотвращения скатывания автомобиля наклонная платформа снабжена специальными гидрозажимами для колес. Все элементы привода гидрозажимов (насос, бак, трубопроводы) закреплены на платформе автомобилеразгрузчика.

Автомобилеразгрузчик АВС-50М. Предназначен для разгрузки через боковой борт автомобилей и автопоездов, длина которых не превышает 14,0 м, а общая масса - 50 т. Автомобилеразгрузчик (рис. 7.6) стационарный, проездной, с кривошипно-шатунным механиз мом наклона платформы. Его применяют в одинарном и сдвоенном вариантах.

Платформа автомобилеразгрузчика, шарнирно опирающаяся на стойки, имеет возможность под действием двух кривошипно-шатун-ных механизмов принимать наклонное положение. Шатун каждого механизма одним концом шарнирно прикреплен к платформе, дру­гим - к поворотному сектору, по периметру которого укреплена приводная втулочно-роликовая цепь. Поворот сектора осуществляется от звездочки, получающей вращение от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

Технические данные автомобилеразгрузчиков приведены в табл. 7.5.

Проектирование и расчет автомобилеразгрузчика. Рациональный выбор автомобилеразгрузчика следует производить в соответствии с основными типами разгружаемых автомобилей и с объемом работ. Специфические местные условия того или иного предприятия могут быть существенным фактором, влияющим на выбор автомобилераз­грузчика (ограниченность территооии, уровень грунтовых вод и т. д.).

При выборе типа и необходимого количества автомобилеразгруз­чиков учитывают количество зерна, поступающего автомобильным транспортом. Считают, что 75 % годового объема зерна поступает в течение 15...30 дней. Количество зерна, поступающего автомобильным транспортом за период хлебозаготовок:

где Q_Г — годовое поступление зерна автомобильным транспортом, т/год.

Среднесуточное, максимальное суточное и максимальное часовое поступление зерна:

где П_р — расчетный период заготовок, сут; для восточной зоны П_р = 30, для центральной П_р = 20, для южной П_р = 15; к_с — коэффициент суточной неравномерности поступления зерна; для восточной зоны к_с = 1,6; для центральной k_c = 1,4, для южной зоны k_c = 1,2; Т — время работы автомобилеразгрузчика в течение суток; Т = 18...20 ч; к_ч — коэффициент часовой неравномерности поступления зерна; к_ч = 2,0.

Потребное количество автомобилеразгрузчиков

где Q_a — производительность автомобилеразгрузчика, т/ч; для тупиковых Q_a = 60 т/ч, проездного с выгрузкой через задний борт Q_а = 80 т/ч; для проездного с выгрузкой через боковой борт Q_а ⁼ 100 т/ч; k_a — коэффициент, учитывающий снижение производительности при разгрузке сырого зерна; при угле наклона платформы 40^o к_a = 1,0; при угле наклона платформы 36° k_a = 0,8; k_и.np — коэффициент использования автомобилеразгрузчика по производительности; k_и.пр = 0,7.

Эффективность работы передвижного автомобилеразгрузчика в значительной степени зависит от производительности машин, установ­ленных в технологической линии приема зерна. Наиболее эффективно работают автомобилеразгрузчики со стационарными приемными устройствами,недостатком которых является сравнительно высокая стоимость, особенно для автомобилеразгрузчиков с разгрузкой со стороны бокового борта.

Поскольку основным элементом автомобилеразгрузчика является механизм наклона платформы, то его расчет практически сводится к определению параметров и конструктивных размеров элементов этого механизма.

Для расчета механизма наклона необходимо прежде всего знать усилие F_м, необходимое для наклона платформы, которое определяет­ся из уравнения моментов сил, действующих на платформу (силы тяжести платформы и автомобиля) относительно оси поворота при ее наклоне (рис. 7.7):

Для автомобилеразгрузчиков с механическим приводом расчет механизма наклона производится аналогично расчету механизма подъема грузоподъемной машины.

Исходными данными для расчета гидропривода являются усилие на штоке гидроцилиндра F_м, время рабочего цикла Т_ц, траектория перемещения рабочего органа или ход поршня, допустимые скорости и ускорения рабочего органа.

При выборе давления рабочей жидкости р_ж в гидросистеме учиты­ваются требования к габаритным размерам, массе и стоимости при­вода. С увеличением р_ж уменьшаются размеры и масса привода, но возрастает его стоимость. При известных значениях F_м и р_ж внутрен­ний диаметр гидроцилиндра

где F_T — сила трения в направляющих и уплотнениях, Н; в практических расчетах прини­мают F_T = (0,1...0,3)F_M ; р_ж - давление рабочей жидкости, Па; в расчетах принимают р_ж = 1...5 МПа.

Полученное значение D_ц округляют до ближайшего стандартного значения. Диаметр штока d_ш принимают из соотношения d_ш = = (0,3...0,5) D_ц, окончательное его значение также согласовывают со стандартным.

Скорость перемещения поршня (штока)

где S_ш — ход поршня (штока), м; Т_ц - время цикла наклона платформы, с; Т_ц = 40...60 с.

Толщина стенок гидроцилиндра (мм), исходя из условий проч­ности

где [σ_р] - допускаемое напряжение, МПа; для чугуна [σ_р] = 30...50, для стали [σ_р]= = 80...100.

Шток обычно проверяют на продольную устойчивость. Расход жидкости (м³/с) в гидросистеме

где η_об =объемный КПД гидроцилиндра, учитывающий утечки жидкости через уплотне­ния; η_об = 0,92...0,98.

Диаметр трубопроводов (мм) для подачи рабочей жидкости

где v_р - скорость жидкости в трубопроводе, м/с; в расчетах принимают: v_р = 3...3,5 м/с при р_ж < 2,5 МПа; v_р = 4...5 м/с при р_ж > 2,5 МПа.

Полученные значения диаметров труб округляют до стандартных значений (ГОСТ 8732).

Выбор гидроаппаратуры управления производится с учетом нор-

малей, расхода рабочей жидкости, давления в гидросистеме и условно­го прохода подсоединяемого к аппарату трубопровода.

Выбор насоса производится по расходу жидкости Q_H и рабочему давлению р_н:

где ΔQ_р - утечки; ΔQ_p = к_у р_ж, здесь к_у — коэффициент, учитывающий величину сред­них утечек жидкости, отнесенную к единице давления, см³/МПа; к_у = 0,005; Δр_н и Δр_в -потери давления соответственно в линиях нагнетания и всасывания; l_в — геометрическая высота всасывания, м; обычно принимается l_в = 0,5.

Мощность электродвигателя для привода насоса (кВт)

Объем бака для гидросистемы (м³)

где к_э- коэффициент запаса, к_з= 1,1...1,3.

Расчет платформы автомобилеразгрузчика на жесткость (по напря­жениям изгиба) следует производить для двух случаев:

а)рассматривая ее как балку, лежащую на двух опорах, нагружен­ную усилием давления колес въезжающего автомобиля, приложенным в средней части платформы;

б)рассматривая ее как консольную балку, имеющую опорные точки в местах шарнирных соединений с рамой и рабочим элементом механизма наклона.

Нагрузками при расчетах следует считать усилия давления колес груженого автомобиля и собственную массу платформы.

Расчет платформы автомобилеразгрузчика на прочность сводится к определению действительных напряжений, возникающих в попереч­ном ее сечении (Па):

где М_и — максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении платформы, Н • м; W_z — осевой момент сопротивления поперечного сечения платформы, м³.

Определение максимального значения М_и производится для двух случаев:

а) рассматривая платформу как балку, свободно лежащую на двух опорах (в опущенном положении), нагруженную силами, приложен­ными в точках соприкосновения колес автомобиля с платформой;

б) рассматривая платформу как горизонтальную балку, опираю­щуюся на шарнирную опору и опорный элемент, передающий усилие со стороны механизма наклона платформы. Усилия, приложенные к плат­форме со стороны колес автомобиля, остаются неизменными.