3. Обоснование типа и расчет погрузочно-перегрузочных устройств

От загрузочно-перегрузочного узла во многом зависит работо­ способность конвейерной установки. При транспортировании рыхлого груза условия погрузки для разных установок при­ мерно одинаковы. При транспортировании крупнокускового груза, когда приходится учитывать его гранулометрический состав, к погрузочным узлам должны предъявляться более жесткие требования, которые можно учесть только путем рас­ чета. В погрузочных узлах формирование грузопотока должно производиться в самом устройстве, а не на ленте загружаемого конвейера, таким образом, чтобы поток груза поступал на кон­ вейер со скоростью, совпадающей по величине и направлению со скоростью ленты. Выполнить это требование, как правило, невозможно, особенно для крупнокускового груза. Связано это с необходимостью обеспечения заданной пропускной спо­ собности погрузочного устройства. В этом случае возникают дополнительные требования: обеспечение проходных сечений для беспрепятственного перемещения максимальных кусков, осуществление ориентации крупных кусков наибольшим раз­ мером по ходу ленты и т. д. В работе [30] подробно описаны погрузочно-перегрузочные устройства различного типа.

Все погрузочно-перегрузочные устройства по направлению грузопотока можно разделить на прямоточные и непрямоточ­ ные. Применяются устройства для изменения направления грузопотока, а также для его разделения на несколько пото­ ков (обычно два). Кроме того, устройства также подразде­ ляются на пассивные и активные. Пассивные формируют гру­ зопоток за счет сил гравитации и инерции. Сила инерции используется, например, при центробежной перегрузке с кон­ вейера на конвейер. Активные устройства содержат специаль­ ный механизм, формирующий грузопоток за счет дополнитель­ ного источника энергии, приводящего его в действие. К этим механизмам относятся барабанные, барабанно-лопастные, ба- рабанно-грохотильные, колесные, колесно-лопастные, вибра­ ционные, вибрационно-грохотильные устройства и т. п.

Есть промежуточный тип устройств — активно-пассивные, у которых активный механизм приводится в движение грави­ тационной силой формируемого грузопотока (например, желоб на упругих амортизаторах и др.). В некоторых случаях погру­ зочные устройства должны иметь механизм регулирования груза для обеспечения заданной производительности.

Достоинством пассивных устройств является простота конструкции, большой срок службы и надежность работы,

пригодность для любых условий эксплуатации и грузов. Недо­ статками являются большие габариты, дополнительная затрата энергии на подъем груза, отсутствие дозирующего механизма, что может привести к завалу устройства.

Большинство этих недостатков присуще и активным устрой­ ствам. Например, самое малогабаритное устройство — вибролоток — требует для своего размещения перепада высоты гру­ за от линии разгрузки до уровня загружаемой ленты от 5 до б м. Кроме того, они сложны по конструкции, имеют большую массу и высокую стоимость, низкую надежность работы. В из­ вестных конструкциях активных устройств не решена пробле-

Рис. 66. Прямоточные погрузочные устройства свободного падения груза.

ма застревания кусков, что делает их практически непригод­ ными для крупнокусковых грузов.

Простейшим пассивным устройством является прямо­ точная свободная передача груза с конвейера на конвейер (рис. 66, а). Для мощных конвейеров минимальная высота перепада таких устройств не менее 3,0—3,5 м. Для формиро­ вания свободно падающего груза на ленте загружаемого кон­ вейера необходима установка направляющих бортов с уплот­ нениями для устранения просыпи. Длина бортов зависит от скорости транспортирования груза, равна длине траектории падающего груза и длине участка его разгона до номинальной скорости. На практике такие устройства применяют для мел­ кокусковых грузов при малой скорости транспортирования (до 1,5 м/с).

Широкое распространение в Никополь-Марганецком бас­ сейне получили прямоточные устройства свободного падения груза с отражателями (рис. 66, б). Щиты отражателей прямой или криволинейной формы служат для ограничения длины тра­ ектории падающего груза. Встретившись с преградой, поток изменяет свое направление и, падая на ленту загружаемого

конвейера, давит на нее с силой N = qv„. Для прямого отра­ жателя N = (2gH + vl) q, где Н — высота перепада загрузки.

Например, при q — 1000 кг/м, Н = 4 м, v„ = 5 м/с (данные, типичные для мощных конвейеров Никополь-Марганедкого бассейна) гидродинамический напор N = 103 кН. Для вос­ приятия такого напора в зоне падения груза устанавливают специальные ролики большого диаметра (dp = 0,3 ч- 0,4 м). Такие устройства непригодны для крупнокускового груза, малопригодны для непрямоточной погрузки.

Более сложны по конструкции, но более эффективны на­ клонные лотки прямой и криволинейной формы (рис. 67).

Рис. 67. Прямоточные погрузочные устройства с наклонным лот­ ком.

Груз, движущийся по траектории свободного падения, встре­ чается с поверхностью лотка, изменяет направление движе­ ния, двигаясь по его поверхности вниз до встречи с поверх­ ностью загружаемой ленты. Нередко при проектировании такого устройства допускают ошибку: для уменьшения расстоя­ ния точки встречи потока с лотком (что ведет к уменьшению высоты устройства) край лотка располагают почти по осевой линии конвейера. Частицы груза нижних слоев могут иметь нулевую скорость вылета на линии разгрузки. Поэтому они попадают в зазор между конвейерной лентой и кромкой лотка, что приводит к продольному порезу ленты. Уменьшение зазора до нуля и установка уплотнений ведут к интенсивному износу рабочей обкладки ленты, практически не устраняя возмож­ ности ее продольного пореза. Рекомендуется располагать верх­ нюю кромку лотка под нижней ветвью ленты с зазором безопас­ ности 0,2—0,3 м (см. рис. 67).

Достоинством таких устройств является устранение прямо­ го падения груза на ленту загружаемого устройства, возмож­ ность полного формирования грузопотока вне зоны загрузки материала на последующую установку, высокая надежность работы. Недостатком являются большие габариты устройст­ ва по высоте и длине, интенсивный износ рабочей поверх­ ности, склонность к залипанию при липких влажных грузах.

Фактор износа поверхности очень существен для криволиней­ ных лотков. Практика эксплуатации показала, что износ фу­ теровки из марганцовистой стали равен примерно 0,01 м по толщине на каждый миллион тонн груза. Для устранения износа применяются устройства с самофутерующейся поверх­ ностью. Лоток устанавливается под углом, меньшим угла от­ коса груза; поверхность лотка армируется поперечными план­ ками (рис. 68). Мелкие частицы груза накапливаются на по­ верхности лотка, образуя самовосстанавливающуюся рабочую поверхность. Для уменьшения длины применяются наклонные

Рис. 68. Прямоточное погрузочное устройство с самофутеруемым лотком. Рис. 69. Каскадное погрузочное устройство с регулирующим лотком.

лотки с отражателями в виде отбойных полков. Такое устрой­ ство называется каскадным. Простейшее каскадное устройство представлено на рис. 69, на котором показана траектория дви­ жения потока от разгрузочного барабана к верхнему, а затем к нижнему отбойному полку (наклонный лоток). С наклонного лотка груз попадает на регулирующий, параллельный поверх­ ности загружаемой ленты. Изменением длины регулирующего лотка, вдвигаемого или выдвигаемого относительно кромки наклонного, регулируется скорость грузопотока в необходи­ мых пределах. С целью управления формированием потока в каскадном устройстве можно воспользоваться регулировкой высоты установки верхнего отбойного полка.

Каскадные устройства являются единственными, обеспечи­ вающими перепуск грузопотока при большой высоте перепада, особенно многокаскадные устройства. На рис. 70 представлена схема четырехкаскадного устройства. Для больших перепадов высот целесообразно применять каскадные устройства с рассе­ кателями потока (рис. 71). Формирование грузопотока на лот­ ках и в каскадных устройствах заключается не только в из­ менении траектории его движения, но и в поглощении энергии

мелкого груза практически отсутствует. В любом случае целе­ сообразен расчет траектории движения в погрузочном устройст­ ве потока мелкого груза и отдельных кусков как крайних случаев их совместного движения.

Рассмотрим движение сплошного потока по наклонному лотку. Координаты точки встречи потока с лотком, наклонен­ ным под углом р„ к горизонту, находятся по формулам

где v0 — начальная скорость груза на линии разгрузки; ру — угол установки разгружаемого конвейера; R6 — радиус раз­ грузочного барабана; рп — угол наклона лотка (рис. 72).

Угол встречи потока с лотком определяется из со­ отношения

(4.240) угол поворота потока —

где /п — длина лотка от точки встречи с потоком до точки за­ грузки на ленту.

Для крупного куска точка х0, у0 и скорость встречи с лот­ ком определяются по формулам (4.239) и (4.241), а угол от­

скока — по формуле

Коэффициент поглощения энергии k (коэффициент восста­ новления скорости) определяется потерями энергии на уп­ лотнение мелочи в местах ее залегания на отбойниках, вибра­ цию конструкции и др., поэтому можно принимать к = 0,4.

Р и с . 7 3 . З а в и с и м о с т ь п а р а м е т р о в т р а е к т о р и и д в и ж е н и я п о ­ т о к а г р у з а в п р я м о т о ч н о м н а к л о н н о м л о т к е о т с к о р о с т и е г о п о с т у п л е н и я .

После соударения кусок будет иметь скорость

vt = У (2gy0 + По) № Sin2 (ф0 — рп) + cos2 (ф0 — рп)]. (4.245)

Скорость встречи отскочившего куска с лентой загружаемого конвейера

Эта формула имеет место при отсутствии повторной встречи куска с лотком.

На рис. 73 представлены расчетные значения параметров траектории движения по наклонному лотку потока груза и отдельного куска в зависимости от скорости транспортирова­

ния потока после поворота и отскока куска соответственно; ф0, а и Р — углы встречи, поворота и отскока соответственно. Из графика видно, что такие устройства характеризуются

(куска) с первым отбойным полком определяются по формулам

DQCOS2 Ру

В формуле (4.247) составляющей, содержащей параметр 1.5ЙКЯ,, учтена необходимость беспрепятственного прохода максимального куска в пространстве между разгрузочным ба­ рабаном и рабочей плоскостью отбойного полка.

Угол встречи потока (куска) G первым отбойным полком определяется по формуле

Скорость потока при встрече с полком

» м = V 2ёУоо + Vo,

после поворота

__ Адф

=V10e 2

Координаты точек встречи потока е последующими полками определяются по формулам