Расчёт ленточного конвейера: основные особенности

Расчёт ленточного конвейера: основные особенности

Расчёт ленточного конвейера: основные особенности

ленточный конвейер асинхронный электродвигатель

Введение

Одним из средств решения задачи по повышению эффективности производства строительных материалов является применение конвейеров, представляющих собой машины непрерывного транспорта. Конвейеры позволяют сократить ручной труд, повысить интенсификацию производственных процессов, создать единую комплексную технологию производства.

Конвейеры широко применяют в карьерах и строительных предприятиях для перемещения однородных сыпучих грузов непрерывным потоком обычно на небольшие расстояния. Их подразделяют на машины с тяговым органом в виде бесконечной ленты, цепи или каната и машины без тягового органа. В строительном производстве большое распространение имеют конвейеры обоих типов.

Исходные данные для расчета конвейера. Производительность

Средняя массовая производительность П_ср =170 т/час.

Максимальная массовая производительность П_mах=180 т/час.

Характеристика транспортируемого груза

Наименование груза: известняк.

Плотность: р=1800 кг/м³.

Размер кусков: < 40 мм.

Абразивность: группа В.

Влажность: 0%.

Характеристика условий работы конвейера

Конвейер работает в неотапливаемом помещении.

Температура окружающей среды: от -30 до +30 °С.

Максимальная влажность 0%.

Пыль до 10 мл/м³.

Продолжительность работы конвейера

Количество смен: 2.

Время работы в течение смены: 7 часов.

Количество рабочих дней в году: 305.

Характеристика трассы конвейера

Длина транспортирования груза: L=32 м.

Высота подъема груза: Н=2,7 м.

Наибольший допустимый угол подъема: 18°.

Коэффициент готовности конвейера: К_Г = 0,96.

Расчетный коэффициент рабочего использования конвейера по времени: K_t=0,9.

Определение режима работы и расчетной производительности конвейера

Определение класса использования конвейера по времени за сутки

Классы использования по времени, по производительности позволяют установить режим работы конвейера, комплексную характеристику, учитывающую изменение и длительность действия нагрузки на узлы конвейера, а также другие показатели, влияющие на работоспособность конвейера.

Класс использования конвейера за сутки назначают в зависимости от коэффициента К_сут, определяемого по формуле:

, где t_сут - время работы конвейера за сутки, ч.

 Þ класс по времени В3

Определение класса использования конвейера во времени за год.

Определение класса использования конвейера во времени за год назначают в зависимости от величины коэффициента К_год, определяемого по формуле:

, где t_год - количество рабочих дней конвейера в году.

 Þ класс по времени В3

Определение класса использования конвейера по производительности

Определение класса использования конвейера по производительности определяют в зависимости от назначения коэффициента К_п, определяемого по формуле:

, где  - средняя производительность конвейера;

 - плановая максимальная производительность конвейера.

Класс использования конвейера по производительности П3.

Определение режима работы конвейера

При классе по времени В3 и классе по производительности П3 режим работы - тяжелый Т.

Определение расчетной производительности конвейера

Определяем массовую расчетную производительность по формуле:

 т/ч.

где  - максимальная (массовая) производительность;

К_н - коэффициент неравномерности загрузки, зависит от способа и характера загрузки, К_н = 1,3;

К_t - коэффициент использования конвейера по времени, К_t = 0,9;

К_г = 0,96.

Определяем объемную производительность:

 м³/ч

Ленточный конвейер

Общее устройство ленточного конвейера

Основой конвейера служит гибкая бесконечная лента, которая в зависимости от типа роликоопор может иметь в поперечном сечении плоскую или желобчатую форму. Верхняя и нижняя ветви поддерживаются от провисания роликоопорами. Поступательное движение ленты сообщаются приводным барабаном, для постоянного натяжения ленты используют натяжное устройство (грузовое или винтовое).

В проектной схеме конвейера основными составляющими элементами являются: Н - высота подъема груза, H=3.7м; β - угол подъема груза, Р_в - шаг верхних роликоопор; Р_н - шаг нижних роликоопор; L_1-2, L_7-8 - горизонтальные проекции наклонных участков верхней и нижней ветви конвейера, L_2-3 - длина горизонтального участка от точки перегиба нижней ветви конвейера до нижней точки на оборотном барабане, L_4-5 - длина горизонтального участка от верхней точки на оборотном барабане до точки начала загрузки груза на верхней ветви конвейера, L_5-6 - длина горизонтального участка от точки начала загрузки груза до точки конца загрузки на верхней ветви конвейера, L_6-7 - длина горизонтального участка от точки конца загрузки груза до точки перегиба верхней ветви конвейера (Рисунок 1).

Проектировочный расчет ленточного конвейера

Рисунок 1. Расчетная схема ленточного конвейера

Выбор проектной схемы конвейера

Угол наклона конвейера принимаем 18º.

Конвейер горизонтально наклонный.

Выбор скорости движения ленты конвейера

Для верхней (рабочей) ветви ленты выбираем однороликовые опоры.

Рисунок 2. Однороликовая опора ленточных конвейеров.

Определение ширины ленты

Ширина ленты определяется по формуле:

,

 0.704 м

где  - расчетная объемная производительность конвейера,

 = 150.462 м³/ч;

 - коэффициент типа роликоопор, Кр=300 с интерполяцией.

- коэффициент угла наклона конвейера, для горизонтальных конвейеров = 0,9

v - предварительно назначенная скорость движения ленты, v = 1,6 м/с.

Ширину ленты выбираем по ГОСТ 20 из ряда: 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400 мм. Принимаем В = 800 мм.

Проверка :  (мм),

где  = 40 мм - размер наибольших кусков груза;

= 2 для рядового груза, = 3,3 для сортированного груза.

Условие выполняется, значит ширину ленты приняли правильно. В=800мм

Выбор типа ленты

Выбираем ленту с 2-х сторонней резиновой обкладкой, для средних и малоабразивных грузов, для работы в диапазоне температур от -30 до +30 °С. Толщиной наружной обкладки верхней - 6мм и нижней - 2мм.

тип ткани ТЛК - 200;

предел прочности по ширине 200 Н/мм

По табл.11 выбираем для ТЛК - 200 толщину тканевой прокладки 1,4 мм. Принимаем для специальной ленты (теплостойкой +30 °С) количество прокладок равной 3.

Общая толщина ленты равна 6 + 3∙1,4 + 2 = 12,2 мм.

Выбор роликоопор

В зависимости от ширины ленты выбираем диаметр роликоопор D_р и длина ролика L_р однороликовой опоры выбирается:

В = 800 мм принимаем D_р =89мм, тогда L_р = 950 мм.

Шаг установки верхних роликоопор Р_в по табл.13, все зависит от P_нас.

Р_в = 1,3м, шаг нижних Р_н ≈(2…3) · Р_в(м), Р_н=3м.

Определение линейных нагрузок

При определении мощности привода конвейера учитывают сопротивления на участках трассы. Эти сопротивления подразделяют на сопротивления, распределенные по длине участка (линейные), и сопротивления, сосредоточенные в определенных пунктах трассы конвейера - на барабанах, в местах загрузки, разгрузки и др.

Линейная нагрузка от массы ленты: ,

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

m_л - масса 1 м² конвейерной ленты, m_л = 14 кг

 Н/м.

Линейная нагрузка от массы транспортируемого груза:

,  Н/м

Определяем линейную нагрузку от вращающихся частей роликоопор:

на верхней ветви:

,  Н/м

на нижней ветви:

,  Н/м.

Определение общего усилия сопротивления движению ленты на трассе конвейера

При проектировочном расчете общее сопротивление при установившемся движении ленты по всей трассе конвейера определяют по обобщенной формуле:

,

где K_Д - коэффициент, учитывающий сопротивление в местах загрузки, K_Д = 2,8

Н - высота подъема груза

ω - коэффициент сопротивления, ω = 0,04

 Н.

Определение мощности приводного двигателя

N_дв=К_з*F_z*V/1000*ηоб=10,88 кВт

где к_з- коэффициент запаса, к_з=1,2

h_об = 0,95.

Выбор электродвигателя

В приводах конвейеров преимущественное применение получили асинхронные электродвигатели общепромышленного исполнения серии 4А по ГОСТ 19523 и специализированные двигатели с повышенным пусковым моментом по ГОСТ 20818.

Электродвигатель выбираем по расчетной мощности.

Выбираем тип двигателя 4А160S6У3 с синхронной частотой вращения n_с = 1000 об/мин, с мощностью 11 кВт.

Рисунок 3. Схема электродвигателя.

Определение максимального натяжения ленты

Максимальное натяжения ленты определяют по следующей формуле:

,

где μ - коэффициент трения ленты по поверхности барабана, μ = 0,4;

α - угол обхвата лентой барабана, α = 180º = 3,14 рад.

 Н.

Определение количества прокладок ленты

,

 шт.

Окончательный выбор количества прокладок ленты 3 шт.

Окончательный выбор ленты

Суммарная толщина ленты определяется по формуле:

,

где δ₁ и δ₂ - толщина резиновых обкладок, δ₁ = 6 мм, δ₂ = 2 мм

δ_n - толщина тканевой прокладки, мм

Выбор диаметра барабанов

Для конвейера с резинотканевой лентой:

,

где к_а - коэффициент, зависящий от типа прокладок, к_а = 180мм/шт;

к_б - коэффициент, зависящий от назначения барабана,

к_б =1 - для приводного барабана.

к_б = 0,8…0,9 - для натяжного барабана

к_б = 0,5 - для отклоняющегося барабана.

 → 630 мм - диаметр приводного барабана.

 → 500 мм - диаметр натяжного барабана.

 → 315 мм - диаметр отклоняющегося барабана.

Определение крутящего момента на валу приводного барабана

Крутящий момент на валу приводного барабана:

,

(H·м)

где К_з - коэффициент запаса, К_з =1,2;

F_∑ - общее усилие сопротивлению движения ленты на трассе конвейера.

Выбор приводного барабана

Барабан выбирают по величине диаметра D и ширине ленты В. Крутящий момент на валу приводного барабана, выбранного типоразмера должен быть не менее расчетного крутящего момента, определенного в п. 3.2.14Выбираем барабан 10063-Г80.

Рисунок 4. Схема приводного барабана.

Определение общего передаточного отношения привода

Общее передаточное отношение привода определяется по формуле:

 ,

где n_дв - частота вращения вала электродвигателя;

, (мин^-1)

где n_c- синхронная частота вращения, n_c = 1000 мин^-1;

S - номинальное скольжение, если величина S не задана, то ее принимают S = 0,03…0,06; n_б - частота вращения вала приводного барабана, определяется по формуле:

, (мин^-1)

 мин ^-1

 мин ^-1

.

Выбор редуктора

В приводах конвейеров для понижения частоты вращения и, соответственно, увеличения крутящего момента от двигателя к приводному барабану устанавливают редуктор - агрегат, включающий в себя одну или несколько зубчатых или червячных передач, смонтированных в корпусе.

Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующему условию:

 (Н∙м),

где Т_т - допускаемый крутящий момент на тихоходном валу редуктора, указываемый в таблицах для каждого типоразмера редуктора, Н∙м;

Тб - крутящий момент на валу приводного барабана, Н∙м;

Кс - коэффициент, который зависит от продолжительности работы конвейера в течение суток, К_с = 0,58;

Кч - коэффициент вводится только для червячных редукторов и зависит от расположения червяка.

 (Н∙м)

Выбираем цилиндрический редуктор двухступенчатый типа Ц2У по ГОСТ 20758 (диапазон передаточных отношений i = 8,0…40; диапазон номинальных крутящих моментов на выходном валу Тт = 250…4000 Н∙м).

Выбираем редуктор Ц2У-160.

Рисунок 5. Схема редуктора.

Подбор муфт

Привод ленточного конвейера компонуют из ряда отдельных обособленных узлов (электродвигатель, редуктор, приводной барабан) с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт.

Вал электродвигателя и входной (быстроходный) вал редуктора обычно соединяют упругими муфтами, которые способны смягчить толчки и удары при работе привода с частичным поглощением кинетической энергии удара и рассеиванием ее в виде тепла в окружающую среду, допускать значительные смещения осей соединяемых валов.

Для соединения выходного (тихоходного) вала редуктора и вала рабочего органа (барабана, звездочек и др.) рекомендуется применять жесткие компенсирующие муфты, предназначенные для соединения валов с незначительными смещениями осей.

Муфты подбирают по величине диаметров валов и расчетного момента Тр, который определяется из соотношения:

Т_р =Т_двК =159,93 (Н·м)

где Т_дв - крутящий момент на валу электродвигателя;

К - коэффициент ре жима для конвейеров К = 1,5... 1,8, принимаем К = 1,5.

, (Н·м)

 (Н·м)

Расчетный момент Тр не должен превосходить по величине допускаемый крутящий момент для данного типоразмера муфты.

Выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту по ГОСТ 21424 для двигателя и редуктора с допускаемым крутящим моментом, указанным в таблице для данного типоразмера муфты Мк = 250 (Н∙м).

Рисунок 6. Схема упругой втулочно-пальцевой муфты.

Для соединения выходного (тихоходного) вала редуктора и вала рабочего органа (барабана, звездочек и др.) рекомендуется применять жесткие компенсирующие муфты, предназначенные для соединения валов с незначительными смещениями осей. Выбор кулачково-дисковых муфт производится по выше описанной методике.

Выбираем кулачково-дисковую муфту по ГОСТ 20720 для соединения редуктора и приводного барабана с допускаемым крутящим моментом, указанным в таблице для данного типоразмера муфты Мк = 250∙м).

Рисунок 7. Схема кулачково-дисковой муфты.

Выбор загрузочного устройства конвейера и определение его параметров

Поток груза формируется воронкой и лотком и направляется в середину ленты. В зависимости от ширины ленты В = 800 мм принимаем высоту лотка hл = 400 мм, а длину лотка при скорости движения ленты 1,6 м/с принимаем lл = 2 м. Угол наклона направляющего лотка αл принимают на 8…10º больше угла трения груза о поверхность лотка φ. Угол трения груза о поверхность лотка определяют по формуле:

φ = arctg μ,

где μ - коэффициент внешнего трения, μ = 0,9.

φ = arctg 0,9 = 42º

Тогда принимаем угол наклона направляющего лотка α_л = 52º .

Выбор типа разгрузочного устройства

При промежуточной разгрузке чаще всего применяют плужковые сбрасыватели одно- или двухстороннего действия, отличающиеся простотой конструкции, компактностью и малым весом.

Концевая разгрузка производиться с головного барабана при помощи приемного бункера. Место установки экрана, воспринимающего удары частиц падающего груза, определяется при построении траектории свободного полета частиц груза.

Тяговый расчет конвейера

Тяговый расчет конвейера проводят с целью уточнения величины статистической составляющей натяжения ленты, которая вызывается сопротивлением движению ленты. Сопротивление движению в ленточном конвейере образуется за счет трения в роликоопорах, составляющей силы тяжести ленты с грузом для наклонных участках конвейера, от перегиба ленты при огибании барабана, в местах загрузки и разгрузки и др. При проведении тягового расчета определяют сопротивление движению на отдельных участках трассы конвейера, для чего заданную схему конвейера разбивают на участки: горизонтальные, наклонные, загрузки, разгрузки и т.п.

Натяжения в точках трассы конвейера (рис.1) обозначают F_i, где i - порядковый номер точки трассы.

Сопротивления на участках трассы i, i+1 обозначают W_i-(i+1), соответствующую длину участка трассы i, i+1 обозначают через L_i-(i+1).

Определение натяжений в точках трассы горизонтально-наклонного конвейера

Для рассматриваемого ленточного конвейера в точке 1натяжение F1 считаем первоначально неизвестным.

В точке 2 натяжение F₂ определяется по формуле:

 (Н),

где L1-2 - горизонтальная проекция нижней ветви наклонного участка конвейера; м; ω - коэффициент сопротивления, принимаем одинаковым на верхней и нижней ветвях конвейерной ленты;

Н - высота наклонного участка конвейера, м.

В формуле знак «+» перед последним членом ставится при подъеме груза, знак

«-» - при спуске.

Длину участка 1-2 - L_1-2 определяем следующим образом:

 , (3.2)

где r_п.б. - радиус приводного барабана, т.к. диаметр приводного барабана D = 630 мм, (0,63 м), значит r_п.б. = 315 мм (0,315 м);

r_н.б. - радиус натяжного барабана,

Диаметр натяжного барабана D_н.б. = 500 мм (0,5 м), r_н.б. = = 0,25 м

,

выразим L_1-2:

 м

 (Н).

Натяжение ленты в точке 3:

 (Н)

м

F₃=F₁- 206, 73(Н).

В точке 4 натяжение в ленте увеличивается за счет сопротивления от изгиба ленты

 (Н),

где к_н - коэффициент сопротивления при огибании барабана лентой, к_н = 1,05…1,06 при угле обхвата α = 180º, принимаем к_н = 1,06.

 (Н).

В точке 5 натяжение ленты:

 (Н)

 м

 (Н).

В точке 6 натяжение увеличиваются за счет сопротивления загрузочного устройства:

 (Н),

где W₃ - сила сопротивления в пункте загрузки, Н;

γ - коэффициент, учитывающий трение груза о направляющие борта и стенки воронки, γ = 1,5;

v_r - скорость падения груза в направлении движения ленты, м/с.

Для уменьшения величины W₃ необходимо так проектировать загрузочную воронку (лоток), чтобы скорость поступления груза была близка к скорости движения ленты. При расчете конвейера можно полагать v_r = (0,2…0,6)∙v, v_r = 0,6∙1,6 = 0,96 м/с.

(Н)

В точке 7 натяжение ленты увеличивается за счет сопротивления движению ленты с грузом по верхним роликоопорам:

 (Н)

 (м),

м

 (Н)

В точке 8 (при разгрузке через головной барабан) натяжение ленты:

 (Н),

где L_7-8 - горизонтальная проекция верхней ветви наклонного участка конвейера, м.

 (м)

 м

(Н).

Определение максимальных и минимальных натяжений в ленте

Из теории фрикционного привода:

, (H)

При конкретных значениях угла обхвата лентой барабана α и коэффициента трения μ между лентой и приводным барабаном получают простую зависимость между натяжениями ленты в точках 1 и 8.

,

Следовательно:

F₁= 3279,1 (Н)

F₂ = 3279,1 - 328,77 = 2950,33 (Н)

F₃ = 3279,1 - 206,73 = 3072,37 (Н)

F₄ = 1,06 ∙ 3279,1 - 330,77 = 3145,076 (Н)

F₅ = 1,06 ∙ 3279,1 - 327,7 = 3148,146 (Н)

F₆ = 1,06 ∙ 3279,1 - 331,4 = 3144,446 (Н)

F₇ = 1,06 ∙ 3279,1 + 292,27 = 3768,116 (Н)

F₈ = 1,06 ∙ 3279,1 + 2525,21 = 6001,056(Н)

Уточнение мощности двигателя

Окружное тяговое усилие на приводном барабане определится по формуле:

Мощность двигателя уточняется по формуле с учетом значения окружного усилия на барабане, определенного по формуле

 кВт.

Определение тормозного момента и подбор останова или тормоза.

 (Н∙м)

Для предотвращения самопроизвольного обратного движения ленты с грузом в приводах предусматривают остановы или тормоза. В наклонных конвейерах с мощностью до 75 кВт обычно ограничиваются установкой храпового или роликового останова.

Т_дв находиться в пределах до 26 Н*м, следовательно D_т=100мм - диаметр тормозного шкива.

Рисунок 8 - Роликовый останов.

Выбор типа натяжного устройства

Грузовые натяжные устройства обеспечивают постоянное заданное натяжение ленты при ее вытяжке в процессе эксплуатации, но более громоздки по сравнению с винтовыми. Натяжение ленты при грузовом натяжном устройстве обычно создается массой повешенного груза.

F_нл'=(1,1-1,3)*(F3'+F4')=1,2*(F3'+F4')=7460,1 (Н).

Выбор устройства для очистки ленты и барабанов

Для очистки рабочей и внутренней поверхности ленты, рабочей поверхности барабанов на конвейерах, транспортирующих насыпные грузы, предусматривают очистители. Выбираем 10063Г-80.

Заключение

В курсовом проекте произведен проектный расчет ленточного конвейера работающего в не отапливаемом помещении, для транспортирования на расстояние 32 метра в горизонтально - наклонном направлении. Конвейеры отличаются высокой производительностью, простотой конструкции, малой массой на единицу производительности, отличаются большой скоростью перемещения груза. К недостаткам относятся относительно малая долговечность ленты и влияние окружающей среды, особенно температурного фактора.

Библиографический список

.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. том2 . М.: Машиностроение, 1979. 560с.

.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. том3 . М.: Машиностроение, 1979. 560с.

.Бутакова М.Д. Учебное пособие к курсовому проекту «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии». Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2003. 64 с.

.Конвейеры: Справочник/Р.А. Волков, А.Н. Гнутов и др. Под общ. Ред. Ю А. Пертена. -Л.:Машиностроение, 1984.-367 с.

.Тормозные устройства: Справочник/ М.П. Александров - 1985г-Л.:Машиностроение 1985. -312с.

.http://www.zavodko.ru