682
.pdfШаг винта принимается tв = Dв для горизонтальных конвейеров и tв = 0,8Dв – для наклонных.
Частота вращения винта зависти от вида транспортируемого груза и диаметра винта. Она принимается тем большей, чем меньше плотность и абразивные свойства грузов и чем меньше диаметр винта, в интервале частот вращения n = 50–150 об/мин.
Частоты вращения винтов, принятые на практике для конвейеров общего назначения для транспортировки различных материалов, приведены в [1].
Для крутонаклонных и вертикальных конвейеров частоты вращения больше, чем у горизонтальных и пологонаклонных конвейеров.
Производительность Q горизонтальных и пологонаклонных винтовых конвейеров (т/ч):
Q = 3600Аvρk, |
(9.1) |
где A – площадь заполнения грузом поперечного сечения жёлоба конвейера, м2; v – скорость транспортирования материала, м/с; ρ – насыпная плотность, т/м3; k – коэффициент, учитывающий снижение производительности наклонного конвейера.
А = ψ |
πD2 |
(9.2) |
в , |
||
|
4 |
|
где ψ – коэффициент заполнения поперечного сечения жёлоба конвейера. Значение ψ рекомендуется принимать в зависимости от рода груза:
–ψ = 0,125 – для тяжелых абразивных грузов;
–ψ = 0,25 – для тяжёлых малоабразивных грузов;
–ψ = 0,32 – для лёгких малоабразивных грузов;
–ψ = 0,4 – для легких неабразивных грузов.
Значение коэффициента ψ могут увеличиваться в 1,5–2 раза для коротких винтовых конвейеров, не имеющих промежуточных опор. Для мелкофракционных (пылевидных) грузов указанные значения коэффициента ψ рекомендуется уменьшать на 10–15 %.
Коэффициент k в зависимости от угла наклона к горизонту β:
–β = 0°, k = 1;
–β = 5°, k = 0,9;
101
–β = 10°, k = 0,8;
–β = 15°, k = 0,7;
–β = 20°, k = 0,65.
Скорость движения материала, м/с:
v= |
tn |
, |
(9.3) |
|
|||
60 |
|
|
|
где t – шаг винта, м; n – частота вращения винта, об/мин.
При транспортировании груза винтом с ленточной (несплошной) спиралью производительность снижается на 20–30 % в сравнении с производительностью конвейера со сплошной спиралью.
Мощность на валу винта Pв определяется по формуле, кВт:
Рв = |
Q(Lгw+ H )g |
|
||
|
, |
(9.4) |
||
3600 |
||||
|
|
|
||
где Lг – длина горизонтальной проекции конвейера, м; w – коэффициент сопротивления движению материала; H – высота подъёма груза, м.
У пологонаклонного винтового конвейера энергия привода расходуется на преодоление следующих сопротивлений: усилия вдоль винта для подъёма груза; сил трения груза о дно жёлоба и винта о груз; силы трения в подвесных и упорных подшипниках; силы внутреннего трения материала и трения между частями груза, находящимися в относительном движении около подвесных подшипников.
Коэффициент сопротивления движению для различных материалов принимается в соответствии с рекомендациями.
Производительность вертикального конвейера QB (т/ч):
Qв = 3,6qv, |
(9.5) |
где q – насыпная масса груза по высоте на отрезке 1 м, кг/м; v – скорость транспортирования материала, м/с.
q = |
(D2 |
− d2 )πρ |
|
|
|
|
в |
в |
, |
|
(9.6) |
||
|
4 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Скорость транспортирования (м/с): |
|
|
||||
v= |
|
|
uв |
|
, |
(9.7) |
ctgαв + ctgψв |
||||||
102
где uв – окружная скорость винта; αв – угол подъёма винта; ψв – угол подъёма винтовой траектории груза.
Мощность привода вертикальных винтовых конвейеров Рв складывается из следующих составляющих:
1)мощности, затрачиваемой на подъём материала;
2)потерь на трение материала о стенки жёлоба;
3)потерь на трение материала о винт;
4)внутренних потерь в материале (перемешивание, измельчение).
Мощность (кВт), затрачиваемая на подъём материала:
Р = |
QHg |
. |
(9.8) |
|
|||
1 |
3600 |
|
|
Потери мощности (кВт), на трение материала о стенки жёлоба:
|
Р = |
Fмv |
|
, |
|
(9.9) |
sin ψ |
|
|||||
2 |
в |
|
||||
|
|
|
|
|||
где Fм – сила трения груза о стенки жёлоба, кН, |
|
|||||
F = |
2mv2 ctg(ψв )2 fв |
, |
(9.10) |
|||
|
||||||
м |
Dв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где m – масса выделенного объёма, (m=QH/(3,6v)); fв – коэффициент трения материала о стенки жёлоба, ψв – угол подъёма винтовой траектории груза.
Траектория движения и скорость груза, а также действующие силы изображены на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Схема к расчёту мощности вертикального винтового конвейера: а – схема скоростей; б – направление действующих сил
103
Потери мощности на трение материала (кВт) о винт: |
|
Р3 = Fв fвv/ sin αв , |
(9.11) |
где Fв – сила давления груза на лопасть винта.
Потери в материале не могут быть рассчитаны и должны определяться опытным путём. Приближенно их учитывают коэффициентом k1. Его значение находиться в пределах 1,1–2 в зависимости от рода груза.
Полная потребляемая мощность для вертикальных винтовых конвейеров:
PВ = k1 (P1 + P2 + P3 ) / η0 , |
(9.12) |
где η0 – коэффициент полезного действия привода.
Мощность привода вертикального винтового конвейера с достаточной точностью можно определить также по формуле:
Р ≈ k |
QHg |
(w′ |
+1), |
(9.13) |
|
||||
1 3600η |
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
где w0′ – коэффициент сопротивлению движению груза для вертикального винтового конвейера.
Величина этого коэффициента существенно больше в сравнении с горизонтальным и полонаклонным винтовыми конвейера-
ми. Например, при перемещении зерна w′ |
= 5,5− 7,5. |
0 |
|
Контрольные вопросы
1. Назначение, устройство и принцип действия винтовых конвейе-
ров.
2.Основные параметры винтовых конвейеров.
3.Произвольность винтовых конвейеров и её определение.
4.Мощность привода винтовых конвейеров.
10.ВИБРАЦИОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
10.1.Общие сведения
Вибрационные конвейеры относятся к группе машин непрерывного транспорта инерционного типа без тягового органа. Закономерности движения груза в жёлобе или трубе конвейера зависят от амплитуды и частоты колебаний. Если жёлоб конвейера
104
колеблется с малой амплитудой а = 0,5–15 мм и большой частотой n = 400–3000 мин–1, то осуществляется перемещение частиц сыпучего груза по жёлобу с отрывом от жёлоба. В этом случае вертикальная составляющая ускорения больше ускорения свободного падения. Частицы груза отрываются от жёлоба и их движение происходит в виде непрерывно следующих один за другим микробросков.
В качестве возбудителей колебаний применяют инерционные, электромагнитные, эксцентриковые и поршневые (гидравлические и пневматические) вибраторы.
Конвейеры данного типа находят применение в химической, металлургической, горнодобывающей промышленности, в строительстве, машино- и приборостроении и других отраслях промышленности.
Кдостоинствам вибрационных конвейеров относятся возможность транспортирования груза в герметически закрытых трубах; сравнительная простота конструкции; совмещение с транспортированием технологических операций; возможность загрузки и разгрузки в различных пунктах трассы; небольшой удельный расход энергии.
Кнедостаткам вибрационных конвейеров относятся повышенный уровень шума; вибрационное воздействие на здание и обслуживающий персонал; относительно невысокая долговечность упругих элементов; невозможность транспортирования липких грузов и трудность транспортирования пылевидных грузов (цемента); существенное снижение производительности при транспортировании с подъемом, т.е. под углом к горизонту: при
увеличении угла наклона желоба на 1° производительность снижается приблизительно на 5 %.
Вибрационные конвейеры транспортируют грузы в горизонтальном, пологонаклонном и вертикальном(по винтовому желобу) направлениях. Производительность до 400 м3/ч и выше, длина конвейеров обычно не более 60 м (реже до 100 м). У вибрационных конвейеров – элеваторов высота подъема до 12 м, производительность до 20 м3/ч. Скорость транспортирования для кусковых и зернистых грузов до 0,6 м/с, для пылевидных – 0,2 м/с. Угол наклона к горизонту не более 12° из-за резкого снижения производительности.
105
Ресурс конвейеров до первого капитально ремонта не должен быть меньше 8000 ч, а уровень шума не должен превышать 85 дБ.
10.2. Схемы вибрационных конвейеров
Вибрационный конвейер подвесной конструкции со свободно колеблющейся одномассной системой (рис. 10.1, а) состоит из грузонесущего элемента 1 (трубы или жёлоба), свободно подвешенного на амортизаторах 2 и получающего направленные колебания от электромеханического центробежного привода – вибратора 3. Вибрационное воздействие осуществляется так, что линия действия возмущающей силы пересекает центр масс (ЦМ) всей системы с целью исключения дополнительного покачивания трубы и нарушения нормального гармонического закона движения. Благодаря малой жесткости амортизаторов обеспечивается зарезонансная настройка системы. Для исключения падения устройства при обрыве подвесок предусмотрены подхватывающие пояса. Угол направления колебаний β составляет 20°–30°. Загрузочные и разгрузочные патрубки колеблющегося жёлоба конвейера соединяют с неподвижными конструкциями при помощи гибких гофрированных патрубков из прочной ткани, пластмассы или резины. Таким образом достигается, во-первых, герметичность соединения и, во-вторых, не создается препятствие колебательному движению жёлоба. Конвейеры подвесной конструкции имеют длину не более 4–6 м, в случае усиления продольным ребром их длина увеличивается до 7–8 м.
К достоинствам такого типа конвейера относятся простота конструкции, малая металлоемкость, возможность промежуточной загрузки (разгрузки), незначительное динамическое воздействие на опоры.
Рассмотренный тип конвейера может быть выполнен в виде опорной конструкции. В этом случае конвейер устанавливается на наклонных упругих стойках, наклоненных под углом направления колебаний β к вертикальной оси.
Конвейеры опорной конструкции имеют длину до 35 м, а производительность их достигает 200 м3/ч.
Основным недостатком вибрационных конвейеров опорной конструкции является их неуравновешенность и передача вибрационных нагрузок на опоры. Для уменьшения нагрузок конвейер
106
устанавливают на тяжелой раме, масса которой в 3–5 раз больше массы грузонесущего элемента, или раму устанавливают на упругих амортизаторах.
Рис. 10.1. Схемы основных видов вибрационных конвейеров:
а– однотрубный на пружинных подвесках с электровибратором;
б– двухтрубный на упругих стойках с эксцентриковым вибратором;
в– однотрубный на упругих стойках с эксцентриковым вибратором
иуравновешивающей балкой
Сцелью уменьшения вибрационных нагрузок на опоры, вибрационные конвейеры выполняют по схемам рис. 10.1, б и рис. 10.1, в.
Двухтрубный (двухжелобчатый) уравновешенный вибрационный конвейер опорной конструкции состоит из параллельно расположенных грузонесущих элементов – труб 1 и 2 (или желобов), соединенных друг с другом шарнирными коромыслами 3 и упругими связями (рессорами) 4, эксцентрикового привода 5, установленного непосредственно на трубах (над или между ними). Коромысла 3 шарнирно, при помощи резинометаллических втулок, крепятся к трубам и к опорным осям, которые опираются на стойки, установленные на раме. Коромысла и рессоры уста-
навливают под углом направления колебания β к вертикали. Шатуны привода в крайнем положении составляют прямой угол к продольным осям рессор и коромысел и располагают в плоскости, проходящей через центр масс системы.
Работа конвейера происходит следующим образом. При помощи эксцентрикового привода верхняя и нижняя трубы двигаются возвратно-поступательно, параллельно друг другу со сдви-
107
гом фаз на 180°. Когда одна труба движется вперед, другая на эту же величину отклоняется назад, так как корпус подшипников приводного вала прикреплен к нижней трубе, а головки шатунов – к верхней. Таким образом обеспечивается уравновешивание движущихся масс конвейера. Поскольку массы труб равны друг другу, то амплитуды их колебаний также одинаковы и равны половине радиуса кривошипа. Движение груза по верхней и нижней трубе осуществляется в одном направлении. Груз транспортируется в ту сторону, куда отклонена продольная ось коромысла по отношению к перпендикуляру, опущенному из центра верхнего шарнира коромысла на продольную ось конвейера.
Жесткости упругих связей вибрационного конвейера подбираются для резонансной настройки по условию:
0,85 < |
ω |
< 1,25, |
(10.1) |
|
ω |
||||
|
|
|
||
|
0 |
|
|
где ω0 и ω – частоты собственных и вынужденных колебаний системы, с–1.
К достоинствам двухтрубных конвейеров относятся: удвоенная производительность в сравнении с однотрубными конвейерами; увеличенная длина транспортирования (60 м и, иногда, до 100 м); постоянство амплитуды колебания из-за применения эксцентрикового привода; малая энергоемкость в связи с резонансной настройкой.
Недостаток двухтрубных виброконвейеров – сложность конструкции.
Уравновешенная двухмассная система реализована также в конвейере, выполненном по схеме на рис. 10.1, в. Наиболее эффективна такая схема для конвейеров, имеющих несколько пунктов загрузки и выгрузки.
10.3.Приводы вибрационных конвейеров
Вкачестве возбудителей колебаний применяют инерционные, электромагнитные и эксцентриковые приводы. Электромеханические (инерционные и эксцентриковые) приводы схематично изображены на рис. 10.2.
Инерционные (центробежные) приводы бывают дебалансными с маятниковым креплением (упругошарнирным) рис. 10.2, а и
108
самобалансные направленного действия, объединенные в один блок. Известны также самобалансные приводы, выполненные в виде двух дебалансных мотор–вибраторов с самосинхронизацией. Центробежные (инерционные) приводы применяют для подвесных и опорных конвейеров и питателей. Достоинства привода: простота конструкции, малошумность, возможность герметизации, большой диапозон частот и возмущающих сил. Недостатком является малый ресурс подшипниковых узлов.
Эксцентриковые (кривошипно-шатунные) приводы выполняют с жестким (рис. 10.2, б) и упругим (рис. 10.2, в) шатунами. Их применяют на однотрубных и главным образом на уравновешенных двухтрубных конвейерах. Достоинства приводов: возможность получения большого диапазона амплитуд (до 15 мм) и частоты колебаний в диапазоне 400–1000 в минуту. Недостатком является быстрый отказ опорных подшипников.
Рис. 10.2. Схемы электромеханических приводов вибрационных конвейеров:
а– центробежный с дебалансным маятниковым креплением;
б– эксцентриковый с жестким шатуном;
в– эксцентриковый с упругим шатуном
Электромагнитные приводы (вибрационные) бывают двух исполнений: однотактные и двухтактные. Устройство однотактного вибратора показано на рис. 10.3.
Однотактный электромагнитный вибратор состоит из статора (сердечник 1 с обмотками 2), обмотки которого присоединены через выпрямитель 3 к сети переменного тока, якоря 4, поперечены 5, упругих связей – пружин 6, наборов регулировочных грузов 7 и кожуха 8. Поперечины и пружины соединяют между собой статор и якорь электромагнита.
109
Рис. 10.3. Одноконтактный электромагнитный возбудитель: 1 – электромагнит; 2 – обмотки; 3 – выпрямитель; 4 – якорь;
5 – поперечины; 6 – пружины; 7 – регулировочные грузы; 8 – кожух
Упругие связи вибратора в виде цилиндрических пружин определяют взаимное положение статора и якоря, зазор между ними и кинематику прямолинейного возвратно-поступательного движения. Регулировочные грузы обеспечивают настройку колебательной системы.
Колебательные движения якоря электромагнита возникают под действием сил притяжения в статоре электромагнита при питании его катушек однофазным переменным током. Сила притяжения электромагнита прямо пропорциональна силе тока в обмотке катушки. Поскольку сила тока изменяется по синусоидальному закону, то максимальная сила притяжения магнита за один период изменения силы тока возникает дважды, поэтому якорь также два раза притянется к статору и оттолкнется пружинами от него. Частота притяжения якоря 100 Гц не пригодна для вибрационных конвейеров. Прямое включение катушек в сеть переменного тока не применяется. С целью уменьшения частоты колебания вибратора питание катушки электромагнита статора осуществляется через однополупериодный выпрямитель. В результате частота притяжения якоря уменьшается в два раза и становится равной 50 Гц.
Достоинством однотактных вибраторов является малые размеры и масса. Недостатком является небольшая мощность (не более 1 кВт). Их применяют для конвейеров и питателей с производительностью до 40 м3/ч.
110