Глава 1 - Карагандинский государственный технический
advertisement
Министерство образования и науки республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет Кафедра промышленного транспорта С.К. МАЛЫБАЕВ А. Н. ДАНИЯРОВ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА Караганда 2011 Министерство образования и науки республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет Кафедра промышленного транспорта С.К. МАЛЫБАЕВ А. Н. ДАНИЯРОВ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА Утверждено ученым советом университета в качестве учебника Караганда 2011 2 УДК 622.647.2 Рекомендовано редакционно-издательским советом университета Рецензенты: Ю.И. Климов, докт. техн. наук, профессор И.И. Газабеков, докт. техн. наук, профессор С.Ж. Кабикенов, канд.техн. наук, доцент, член редакционно-издательского совета КарГТУ Малыбаев С.К. Специальные виды промышленного транспорта: учебник для вузов. 2-ое изд., перераб. и доп. /С.К. Малыбаев, А.Н. Данияров; другие соавторы: к.т.н. Н.С. Малыбаев – гл. 4, к.т.н. О.Т. Балабаев – параграф 2.1, 2.4; Б.Б. Бектурова – гл. 24. Карагандинский государственный технический университет. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2011. – 210 с. ISBN 978-601-296-128-7 Рассмотрены специальные виды транспортных средств и комплексов, используемых на промышленном транспорте. Изложены устройство, основы выбора и расчета основных параметров, область применения, эксплуатация, технико-экономические показатели и перспективы развития средств промышленного транспорта. Для студентов технических вузов по специальности «Организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта», так же может быть полезен, для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией специальных видов промышленного транспорта. УДК 622.647.2 ©Карагандинский государственный технический университет , 2011 ISBN 978-601-296-128-7 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1 . 1.1. 1.2. 1.3. Глава 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. 2.4.4. Глава 3. 3.1. 3.2. Глава 4. 4.1. 4.2. 4.3. Глава 5. 5.1 5.2. 5.3. Глава 6. 6.1. 6.2. Глава 7. 7.1. 7.2. Глава 8. 8.1. ОТ АВТОРОВ………………………………………………………. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ………………………………………... Виды промышленного транспорта и характеристика транспортируемых грузов…………………………………... Классификация специальных видов транспорта…………... Технико-экономические требования к специальным видам промышленного транспорта………………………………… ЛЕНТОЧНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ………………………………. Основные типы и системы………………………………….. Устройство ленточных конвейеров………………………… Расчет основных параметров и технико-экономические показатели……………………………………………………. Пример расчета ленточного конвейера…………………….. Выбор скорости движения и определение тяговых элементов ленточного конвейера…………………………... Определение сопротивлений на участках ленточного конвейера……………………………………………………... Определение тягового усилия ленточного конвейера…….. Определение мощности двигателя и его силового оборудования………………………………………………… ЛЕНТОЧНО-КАНАТНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ…………………. Основные типы и системы………………………………….. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели……………………………………………………. ПЛАСТИНЧАТЫЕ КОНВЕЙЕРЫ…………………………. Основные типы и системы………………………………….. Устройство пластинчатых конвейеров…………………….. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели……………………………………………………. СКРЕБКОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ……………………………… Основные типы и системы………………………………….. Устройство конвейеров……………………………………... Расчет основных параметров……………………………….. КРУТОНАКЛОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ……………………… Основные типы и область применения…………………….. Расчет основных параметров……………………………….. СКРЕБКОВО-КОВШОВЫЕ, КОВШОВЫЕ И ЛЮЛЕЧНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ………………………………... Скребково-ковшовые и ковшовые конвейеры…………….. Люлечные конвейеры…………………………………………... ТЕЛЕЖЕЧНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ…………………………….. Общая характеристика и устройство……………………….. 4 6 7 7 9 13 14 14 17 25 28 28 30 32 33 37 37 38 40 40 41 42 44 44 45 47 48 49 52 54 54 57 58 58 8.2. Глава 9. 9.1. 9.2. Глава 10. 10.1. 10.2. Глава 11. 11.1. 11.2. Глава 12. 12.1. 12.2. Глава 13. 13.1. 13.2. 13.3. Глава 14. 14.1. 14.2. Глава 15. 15.1. 15.2. Глава 16. 16.1. 16.2. Глава 17. 17.1. 17.2. 17.3. 17.4. Глава 18. 18.1. 18.2. 18.3. Глава 19. 19.1. 19.2. Расчет основных параметров……………………………….. ВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ………………………………… Устройство и область применения…………………………. Расчет основных параметров……………………………….. ВИБРАЦИОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ…………………………. Устройство и область применения…………………………. Расчет основных параметров……………………………….. РОЛИКОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ………………………………. Неприводные роликовые конвейеры………………………. Приводные роликовые конвейеры………………………… ШАГАЮЩИЕ И ШТАНГОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ…………. Шагающие конвейеры………………………………………. Штанговые конвейеры……………………………………… КОНВЕЙЕРЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ, ПОДВЕСНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ И КОНВЕЙЕРНЫЕ ПОЕЗДА……………………………………………………… Конвейеры на воздушной подушке………………………… Подвесные конвейеры……………………………………… Конвейерные поезда………………………………………… ОБЛАСТЬ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА………………………… Технико-экономическое сравнение различных типов конвейеров…………………………………………………… Область применения конвейеров…………………………… ГРАВИТАЦИОННЫЕ (САМОТЕЧНЫЕ) УСТРОЙСТВА.. Назначение и область применения…………………………. Устройство и выбор основных параметров………………... КОВШОВЫЕ ЭЛЕВАТОРЫ………………………………... Общая характеристика и устройство……………………….. Расчет основных параметров……………………………….. ГРУЗОВЫЕ ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ……… Устройство и область применения…………………………. Основные элементы подвесных дорог……………………... Расчет основных параметров и технико-экономические показатели……………………………………………………. Переносные подвесные канатные дороги………………….. ПАССАЖИРСКИЕ ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ Общие сведения и устройство……………………………… Расчет основных параметров……………………………….. Область применения и перспективы развития…………….. НАЗЕМНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ………………………. Общие сведения……………………………………………… Устройство и основные элементы. Технико-экономические показатели……………………………………………………….. 5 62 64 64 66 67 67 71 73 73 75 77 77 79 81 81 83 88 90 90 92 95 95 98 99 99 103 105 105 108 134 142 143 143 147 150 151 151 157 Глава 20. 20.1. 20.2. Глава 21. 21.1. 21.2. 21.3. Глава 22. 22.1. 22.2. Глава 23. 23.1. 23.2. Глава 24. 24.1 24.2 24.3 24.3.1 24.3.2 24.3.3 24.3.4. 24.3.5 НАВЕСНЫЕ И ПОДВЕСНЫЕ МОНОРЕЛЬСОВЫЕ ДОРОГИ………………………………………………………. Общие сведения……………………………………………… Устройство и основные элементы………………………….. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ……………………….. Общие сведения и классификация………………………….. Устройство и основные элементы………………………….. Расчет основных параметров………………………………... ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ………………………. Общие сведения и классификация………………………….. Устройство и основные элементы………………………….. ПНЕВМОКОНТЕЙНЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ………………. Общие сведения……………………………………………… Устройство и основные элементы………………………….. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ И СФЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА……………………... Тенденции развития видов промышленного транспорта…. Сферы рационального использования различных видов промышленного транспорта………………………………… Новые виды транспорта……………………………………... Специальные монорельсовые дороги ……………………… Аппараты на воздушной подушке…………………………… Транспортные средства на магнитной подвеске ………….. Новые конвейерные системы………………………………. Дирижабли……………………………………………………. СПИСОК ЛИЕРАТУРЫ………………………………………….. 6 161 161 164 170 170 171 180 185 185 188 194 194 196 198 198 199 201 201 202 204 205 206 209 ОТ АВТОРОВ За последние годы специальные виды промышленного транспорта получили значительное развитие, заменяя и дополняя традиционные виды транспорта – железнодорожный и автомобильный. Расширяется использование конвейерного, пневмоконтейнерного, канатно-подвесного и других непрерывных и специализированных видов промышленного транспорта. В учебнике рассмотрены основные виды средств промышленного транспорта: конвейеры, канатно-подвесные, наземные и монорельсовые дороги, пневматические и гидравлические транспортные установки, новые виды транспортных машин – конвейерные поезда, конвейеры на воздушной подушке, а также пневмоконтейнерный транспорт. Даны основные сведения о специальных видах промышленного транспорта, их классификация и систематизация, оценка технического уровня и сравнительная оценка эффективности использования их в различных условиях эксплуатации. Описание средств транспорта включает их общее устройство и принципы действия, современные конструкции машин и их элементов, области применения, основные параметры и перспективы дальнейшего развития. Содержание книги направлено на изучение учебного курса по дисциплине «Специальные виды промышленного транспорта» и оказание помощи специалистам в проектировании и эксплуатации специальных видов промышленного транспорта в различных отраслях промышленности. В условиях возрастающих потребностей промпредприятий в перевозке грузов ускорение дальнейшего развития и более широкое внедрение непрерывных и новых специализированных видов транспорта, особенно в горно-рудной и химической промышленности и на предприятиях промышленности строительных материалов, приобретают важное значение. В отечественной практике имеются все необходимые предпосылки для широкого применения специальных видов транспорта на средние и дальние расстояния. Большое разнообразие специальных видов промышленного транспорта, конструкций, выбор параметров и эксплуатация, область применения которых изложена в различных литературных источниках, отсутствие единой основной литературы по дисциплине «Специальные виды промышленного транспорта» вызвали необходимость разработки настоящего учебника. Авторы с благодарностью примут все замечания и пожелания читателей, направленные на улучшение содержания книги. 7 Глава 1. Общие сведения 1.1. Виды промышленного транспорта и характеристика транспортируемых грузов Промышленный транспорт – одно из важнейших звеньев в производственном процессе промышленных предприятий и в работе транспорта общего пользования. Средствами промышленного транспорта перемещают грузы внутри промышленных предприятий и между ними, и поэтому он подразделяется на внутренний и внешний. Отличительные особенности специальных видов транспорта – это стационарный характер и узкая специализация транспортных средств по транспортировке одного рода груза, односторонние направления потока. Специальные виды транспорта, как и всякое специализированное производство, обладают многими преимуществами перед железнодорожным и автомобильным транспортом, важнейшее из которых – более низкие издержки транспортирования. Основной недостаток – отсутствие концентрации транспортной работы, что требует применения дополнительно других видов транспорта. Факторами, определяющими область эффективного применения специальных видов транспорта, являются: характеристика грузов, величина их грузопотоков, дальность транспортирования, условия региона и др. К основным видам специального промышленного транспорта относятся конвейерный и трубопроводный, канатные и монорельсовые дороги и др. Конвейерный транспорт обладает многими положительными особенностями и, прежде всего высокой производительностью, возможностью полной автоматизации управления его работой. Он получил широкое применение почти во всех отраслях народного хозяйства. Канатные дороги, обладающие многими достоинствами (малая зависимость от рельефа местности и климатических условий, гибкость трассы в плане, возможность полной автоматизации), находит широкое применение на предприятиях черной металлургии, минеральных строительных материалов и топливной промышленности. Пневмоконтейнерный транспорт применяется для транспортирования углей, породы, песка, железной руды и относится к новым видам специального транспорта. Гидравлический транспорт характеризуется непрерывностью процесса перемещения и возможностью полной автоматизации, высокой производительностью, относительной независимостью от рельефа местности, отсутствием перегрузок груза. Гидротранспорт применяют для транспортирования песчано-гравийной смеси, угля на гидрошахтах. Пневматический транспорт используется в основном во внутренних (межцеховых и внутрицеховых) перевозках (в редких случаях как внешний промышленный транспорт) для транспортирования мелкокусковых, 8 порошкообразных и пылевидных материалов (цемент, уголь, зерно, зола, шлак, щепа и др.). Основные виды массовых сыпучих грузов, перемещаемые промышленным транспортом: уголь, железная руда, песок и песчано-гравийная смесь, минеральные удобрения, рудные концентраты и др. Грузопотоки определяются масштабами добычи, переработки и потребления, которые непрерывно увеличиваются во всевозрастающих темпах. Значение грузопотоков и род грузов существенно влияют на выбор и разработку эффективных видов транспорта. Одним из главных факторов, определяющих тип и конструкцию транспортного оборудования, является характеристика физико-механических свойств грузов, к которым относятся удельная и насыпная масса, подвижность и связность частиц, влажность, абразивность, кусковатость и т.д. Насыпной массой материала называется масса его в единице объема в свеженасыпанном виде. Отношение массы материала в плотном теле к насыпной массе называется коэффициентом разрыхления. Для угля, руды и породы коэффициент разрыхления в среднем составляет 1,5-1,6. Наибольшую насыпную массу имеют руды черных и цветных металлов (2,5-3 т/м3), рядовой уголь (0,85-1 т/м3). Угол, образованный боковой поверхностью свободно насыпанного штабеля сыпучего материала с горизонтом, называется углом естественного откоса. При движении угол естественного откоса изменяется и в расчетах приближенно принимается равным 0,7 угла естественного откоса в покое. Основные характеристики грузов приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 Груз Каменный уголь Бурый уголь Железная руда: железняк красный железняк бурый железняк магнитный Руда марганцевая Руда фосфоритная Известняк сухой Гравий рядовой округлый Щебень сухой Песок сухой Глина сухая мелкокусковая Насыпная масса т/м3 0,81 – 0,95 0,65 – 0,75 Угол естественного откоса, град. 30 - 45 30 - 45 Коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова 1,5 0,1 2,0 – 2,8 1,2 – 2,0 2,5 -3,5 1,4 – 2,0 1,8 – 2,0 1,2 – 1,5 45 – 50 45 – 50 45 - 50 45 – 50 45 - 50 40 - 45 10 10 10 10 7 3 1,6 – 1,9 30 - 45 10 1,8 1,4 – 1,65 35 - 45 30 - 35 10 - 1,0 – 1,5 50 0,5 9 Кусковатостью насыпного груза называется количественное распределение частиц груза по их крупности. По крупности частиц насыпные грузы делятся на следующие группы по средним размерам кусков, мм: Особо крупнокусковые (камни, валуны, крупные куски скальных пород) … более 320 Крупнокусковые ……………………………………………………...161 – 320 Среднекусковые ………………………………………………………. 6 1 - 1 6 0 Мелкокусковые (щебень) …………………………………………..... 10 — 60 Зернистые (гравий) ………………………………..…………………... 0,05 – 9 Порошкообразные (мелкий песок)……………………………….... 0,05 - 0,49 Пылевидные ………………………………………..………………. менее 0,05 В зависимости от соотношения размеров отдельных кусков в массе груза последние принято делить на рядовые и сортированные. Для сортированных грузов amax 2,5 , для рядовых amin a max 2,5 , где a min a max , a mix – соответственно максимальный и минимальный линейные размеры отдельных кусков. Одним из важных факторов, влияющих на эффективность работы промышленного транспорта, является влажность транспортируемого груза, обусловливающего липкость, которая снижает надежность и эффективность работы транспортного средства. Исследованиями установлено, что наибольшую липкость имеют глинистые грунты влажностью 20 % при температуре воздуха до -15 °С, причем количество налипаемого материала составляет 20 — 24 % общего количества перемещаемого насыпного груза. Наиболее неблагоприятный режим работы транспортных средств наблюдается в осенне-зимний период, когда вслед за налипанием происходит примерзание частиц транспортируемого материала на рабочие поверхности транспортных машин. 1.2. Классификация специальных видов транспорта Транспортные машины по способу действия можно разделить на две основные группы: машины периодического действия и машины непрерывного действия. Машины периодического действия захватывают или перемещают порцию груза, передвигаются с грузом до места разгрузки, разгружают его и затем возвращаются для захвата новой порции груза. К этой группе транспорта относятся канатные и монорельсовые дороги, скреперные установки и др. Производительность таких машин зависит от дальности транспортировки. Машины непрерывного действия работают без остановки для захвата груза и разгрузки и перемещают его при непрерывном движении рабочего органа. К этой группе относятся различные конвейеры, трубопроводный транспорт, конвейерные поезда, элеваторы и др. Производительность таких машин не зависит от расстояния транспортирования. 10 Машины непрерывного действия подразделяют по способу перемещения груза – скольжением по опорной поверхности, перемещением грузонесущими органами, которые могут быть на стационарных опорах, катках, колесах, воздушной подушке; потоком; по конструктивным признакам -транспортные машины с гибким тяговым органом и без него. На основе анализа большого разнообразия конструкций специальных видов транспорта, применяемых и проектируемых в отечественной и зарубежной практике, описанных в различных литературных источниках, разработана общая классификация специальных видов промышленного транспорта по конструктивным и технологическим признакам (рисунок 1.1). Транспортные машины можно объединить в группы по одному или нескольким признакам. При изучении конструкций и методов расчета транспортных машин важнейшими классификационными признаками являются общность и однородность метода расчета. Поэтому в нашем случае специальные виды транспорта разбиты на группы, каждая из которых рассматривается в отдельных разделах (конвейерный, трубопроводный, канатные дороги). Совокупность транспортных машин и сооружений образует комплексы с общей системой управления. Для современного уровня развития промышленного транспорта характерно внедрение автоматизированных комплексов, которые представляют собой такое агрегативное или простое сочетание нескольких машин и механизмов с общей системой управления, при котором обеспечивается непрерывное выполнение ряда технологических операций по заданной программе без вмешательства оператора. Характерной особенностью автоматизированных комплексов является наличие наряду с функциональными элементами технологического назначения, устройств дистанционного и автоматического управления, датчиков контроля, защиты от аварийных ситуаций и передачи информации на центральный пункт управления. Соответствующими комплексами на открытых разработках являются совокупность ленточных конвейеров, транспортирующих породы вскрыши от роторных экскаваторов в отвалы, система питателей, дробилок и конвейеров, при транспортировании руды или скальных пород вскрыши из глубоких карьеров и др. Производственные процессы добычи полезных ископаемых формируются в зависимости от вида и характеристики полезного ископаемого, горногеологических, горно-технических и социальных условий. Для изучения и упорядочения различной структуры производственных процессов и средств механизации предложены принципы систематизации, обеспечивающие четкое разделение машин по функциональным признакам, определяющим их место и назначение в сложной иерархической системе. На методической основе этих работ кафедрой промышленного транспорта Карагандинского государственного технического университета (КарГТУ) разработана классификация средств механизации технологического процесса транспортирования вскрышных пород на открытых разработках (таблица 1.2). 11 Средства механизации производственного процесса (разработка вскрыши) существенно различаются в зависимости от специфики выполняемых ими функций. Однако в общей схеме технологического процесса эти средства могут быть объединены для совместной работы посредством наложения на них технологической, кинематической и конструктивной связей. Технологическая связь осуществляется согласованием по режимным параметрам с технологическим процессом обособленных машин при их целесообразном сочетании. Кинематическая связь проводится сочленением (увязкой) по режимным параметрам технологически согласованных и сохранивших свою индивидуальность функциональна, машин. Конструктивная связь зависит от совмещения технологически согласованных и кинематически увязанных машин. На основе принципов согласования, сочленения и совмещения структурных элемент (обозначены символами) с учетом возможного их вырождения из базовой структурной формулы, представляющей согласование всех структурных элементов, получены 24 формально возможные структурные формулы. Каждая последующая группа отражает более высокую ступень развития средств механизации по сравнению с предыдущей. Таким образом, структурообразование позволяет разработать такую технологическую схему транспорта с применением специальных видов (рисунок 1.1), которая бы отвечала современным требованиям промышленного производства, т.е. транспортные комплексы и агрегаты. Таблица 1.2 12 12 Рисунок 1.1. Классификация специальных видов промышленного транспорта 1 1.3. Технико-экономические требования к специальным видам промышленного транспорта При проектировании и эксплуатации специальных видов промышленного транспорта необходимо учитывать комплекс требований, предъявляемых к ним, которые можно разделить на четыре группы: социальные – максимальная безопасность, легкость управления, наилучшие условия для обслуживающего персонала (пылеподавление, чистота рабочего места, наилучшие эргономические показатели, дистанционное управление и др.); технологические – соответствие конструкции современной технологии и организации машиностроительного производства; экономические – минимум затрат, связанных с изготовлением и эксплуатацией; специальные – криволинейность и уклон путей, трассы; влажность, химическая активность, абразивность, кусковатость транспортируемых грузов, внезапные перегрузки и др. Транспортные машины могут работать в горизонтальном, наклонном, криволинейном в плане положениях с подачей материала вверх или вниз. Диапазон изменения углов наклона весьма значителен и зависит от горнотехнических и горно-геологических условий. Наклонное расположение транспортных установок существенно влияет на их работу – трудность сохранения смазки элементов машин, необходимость удержания груза от скатывания по рабочему полотну, необходимость установки тормозов, ловителей для рабочих тяговых органов конвейеров от самопроизвольного движения вниз в случае их обрыва. Физико-механические свойства транспортируемых грузов имеют важное значение для выбора способа их перемещения. Так, при транспортировании влажных, липких материалов происходит налипание их на рабочие поверхности, которое приводит к коррозии, аварии, уменьшению производительности, увеличению энергоемкости и др. Поэтому на транспортных установках предусматривают профилактические мероприятия по предотвращению налипания или применяют средства очистки. Абразивность транспортируемых материалов влияет на сроки службы элементов машины. Кусковатость материалов обусловливает рациональный выбор вида транспорта, влияет на экономические и эксплуатационные показатели. Так, для крупнокусковых грузов применяют конвейерные установки со значительной шириной рабочего полотна, оснащенные специальными загрузочными устройствами. Рабочее полотно выполняется с достаточной жесткостью, устойчивостью, износостойкостью и др. Положение многих транспортных машин, особенно забойных, в процессе эксплуатации постоянно меняется. К ним предъявляются требования: быстрота и удобство монтажа приводных станций, ограниченные размеры секции транспортных машин, надежность и быстро-разъемность их элементов. При большой протяженности транспортных линий требуется значительное число перегрузочных пунктов, требующих постоянного контроля за их работой. Поэтому при проектировании и эксплуатации применяют централизованное 13 управление и дистанционный контроль за их работой. На транспортных установках должны быть предусмотрены устройства для контроля уровня загрузки, аппаратура контроля целостности тяговых органов и др. Внезапные перегрузки возможны в случаях ухудшения условий работы, завалов транспортных установок, заклинивания тяговых органов и др. Поэтому все части машин должны иметь достаточный запас прочности и надежную защиту от возникающих в этот момент динамических нагрузок (например, предохранительные муфты, датчики скорости и др.). Глава 2. Ленточные конвейеры 2.1. Основные типы и системы Ленточные конвейеры получили широкое применение во всех отраслях промышленности благодаря своим высоким эксплуатационным качествам – большая производительность, простота конструкции, перемещение груза на несущей поверхности, бесшумность работы, возможность полной автоматизации и др. Ленточные конвейеры можно разделить условно на три группы: общего назначения, применяемые, в основном, в качестве внутризаводского транспорта; большой мощности, применяемые для транспортирования груза (угля, руды, нерудных ископаемых) на внешних перевозках на сравнительно большие расстояния; конвейеры, предназначенные для подземных и открытых горных работ. Ленточные конвейеры подразделяются по различным конструктивным и технологическим признакам (рисунок 2.1): - числу приводов - одноприводные, многоприводные; -типу приводных устройств - однобарабанные (рисунок 2.1, а), двухбарабанные, однобарабанные со специальным прижимным устройством и др.; - способу разгрузки – с концевой разгрузкой, промежуточной разгрузкой (рисунок 2.1, в); - типу ленты – с гладкой бельтинговой, резинотросовой, с рифленой бельтинговой, специальной; виду установки на трассе – горизонтальные, горизонтально-наклонные, наклонно-горизонтальные (рисунок 2.1, г); расположению рабочей ветви – с верхней рабочей ветвью, нижней рабочей ветвью (рисунок 2,1, б), с двумя рабочими ветвями; форме поперечного сечения ветви ленты – с плоской лентой, лотковой лентой и т.д. Ленточные конвейеры общего назначения выполняются стационарными и передвижными для транспортирования кокса и агломерата на металлургических заводах; угля, руды, «хвостов» на обогатительных фабриках; для перемещения грунта и строительных материалов. Накоплен значительный опыт проектирования и эксплуатации ленточных конвейеров большой мощности. На Курской магнитной аномалии работает 14 мощная конвейерная линия протяженностью около 14 км, включающая 11 перегрузочных пунктов и предназначенная для транспортирования руды из карьера на обогатительную фабрику. Рисунок 2.1. Схемы ленточных конвейеров В штате Аризона (США) для доставки от места добычи к пункту погрузки в железнодорожные вагоны используют конвейерную линию длиной 10,5 км и производительностью 1260 т/ч. Она состоит из трех ставов с двумя приводами мощностью 660 кВт. Первый став поднимает груз на высоту 229 м, второй с приводом мощностью 358 кВт стоит горизонтально, третий спускает уголь и в конце поднимает его на высоту в 2,5 м. В Марокко для доставки фосфатной руды на обогатительную фабрику эксплуатируют конвейерную линию протяженностью около 15 км, состоящую из четырех конвейеров. Лента конвейера резинотросовая шириной 1200 мм. В северной части Австралии построена конвейерная линия длиной 17,5 км и производительностью 1270 т/ч для транспортирования боксита из рудника в порт. Линия состоит из трех ставов длиной 5,76; 53 и 6,44 км, ширина резинотросовой ленты 900 мм, скорость движения 3,5 м/с. Фирмой «Крупп» (Германия) принята в эксплуатацию линия из 11 конвейеров общей протяженностью 100 км. Среднегодовая производительность линии 10 млн. т, ширина резинотросовой ленты 1000 мм, скорость движения 4,5 м/с. Для обслуживания линии используют 11 самоходных тележек, оборудованных аппаратурой контроля (детекторы шума, устройства радиотелепередач). Разработана конвейерная линия Германия–Нидерланды протяженностью 206 км, которая транспортирует руду Рурского промышленного района. Производительность системы 7200 т/ч, скорость ленты до 5 м/с, ширина ленты 1400 мм. Линия состоит из 28 ставов по 7,4 км каждый. 15 В Германии проектируют конвейер с наибольшей производительностью 48,8 тыс. т/ч для транспортирования бурого угля. Ширина ленты 3600 мм, скорость 5 м/с, став с пятью роликовыми подвесными опорами, общая мощность приводов 7200 кВт. Ленточные конвейеры имеют длину на один став до 10 км, скорость движения ленты до 10 м/с и ширину ленты до 3,6 м. При каркасе из хлопчатобумажных прокладок длина горизонтального конвейера рекомендуется до 1000 м и высота подъема до 50 м; при каркасе из синтетических прокладок соответственно до 2000 и 100 м, а резинотросовые ленты рекомендуются при длине конвейера более 2000 м и высоте подъема свыше 100 м. Рекомендуется широкое применение мотор-барабанов серийного производства мощностью 20 кВт и выше, а при применении масляного охлаждения – до 100 кВт. При обычных барабанных приводах на конвейерах длиной до 10 км и производительностью до 10 000 т/ч мощность каждого электродвигателя составляет 2000 кВт. Фирма МИС (Германия) поставляет барабаны для ленточных конвейеров со встроенным приводом. Выпускают мотор-барабаны диаметром 165– 620 мм для лент шириной 350 – 1600 мм при скорости 0,16 – 3 м/с и мощности привода 0,19 – 225 кВт. Ось барабана неподвижная, поэтому не требуется внешних опорных подшипников. Встроенная внутрь барабана зубчатая передача позволяет заменой зубчатых колес получить 5— 6 скоростей движения. В нашей стране накоплен значительный опыт применения на рудных предприятиях ленточных конвейеров. За последние шесть лет на казахстанских рудниках практически каждый год внедряют ленточные конвейера (таблица 2.1), однако их работа выявила отдельные «слабые» звенья, и в частности отклоняющих устройств (барабанов), которые быстро выходят из строя. Увеличение объема добычи полезных ископаемых на горных разработках с использованием высокопроизводительных комплексов делает необходимым повышение производительности ленточных конвейеров, что достигается увеличением ширины ленты, оптимизацией ее профиля и повышением скорости. Наиболее часто увеличивают ширину ленты, однако это связано с ростом конструктивных размеров элементов конвейера, заменой роликов и других деталей, с ростом капиталовложений. Оптимальный профиль ленты можно получить при трехроликовой опоре увеличением угла наклона боковых роликов в пределах 35-50° и уменьшением длины среднего валика в пределах (0,22-0,32) b (b – ширина конвейерной ленты). Изменением профиля ложи ленты можно повысить объемную производительность конвейера на 5-10 % по сравнению с нормализованными величинами. В новых конструкциях ленточных конвейеров изменение профиля ложа уже предусмотрено, и поэтому здесь нельзя рассчитывать на возможности дальнейшего повышения производительности. Сокращенная длина среднего ролика положительно отражается на загрузке подшипников, однако требует различных сортаментов роликов. 16 Таблица 2.1 – Сведения о ленточных конвейерах, внедряемых на рудных предприятиях Казахстана № Рудник Год Производитель запуска 1 Степной 2 3 4 Жаманайбат 2005 Анинский 2006 Западный 2007 5 Нурказган 2004 2009 Сызранский завод тяжелого машиностроения ОАО «ТЯЖМАШ» (Россия) Белохолуницкий машиностроительный завод (Россия) Фирма «H+E Logistik GMBH» (Германия) Общая Количество суммарная конвейеров длина конвейеров 5 4220 7 3 3 2080 1590 1860 2 2400 Увеличение скорости движения ленты является экономически эффективным решением, что подтверждается теоретическими исследованиями и практикой. Применение высоких скоростей (более 5 м/с) увеличивает производительность конвейеров при сохранении геометрических размеров и уровня капитальных затрат, снижает удельные давления от груза, а следовательно, и статические напряжения в элементах конструкции конвейера и, наконец, натяжение ленты. Возникает ряд проблем, требующих дальнейшего исследования, таких, как плавность движения потока груза (главным образом кускового) и его динамическое воздействие на элементы конструкции конвейера или долговечность роликовых опор и ленты. Проведенные теоретические исследования уже дали основания для организации, пока в экспериментальном порядке, транспортирования кускового груза со скоростью 20 м/с. При малых скоростях движения ленты и массе кусков груза упругость системы опор не имеет большого значения. При больших же скоростях и крупных размерах кусков различие между жесткими и упругими опорами значительно. Можно констатировать, что для транспортирования крупных кусков груза при больших скоростях движения ленты создание упругости поддерживающих опор становится необходимым. 2.2. Устройство ленточных конвейеров Лента. Ленточный конвейер состоит из следующих основных частей: прорезиненной ленты, служащей грузонесущим и тяговым органом, которая поддерживается роликоопорами, смонтированными на опорных 17 металлоконструкциях; приводных, натяжных и загрузочных устройств. Кроме того, в комплекте конвейера предусматриваются разгрузочные устройства, средства очистки и др. Лента конвейера включает (рисунок 2.2) тяговый каркас 1, состоящий из нескольких слоев ткани, связанных между собой тонкими (0,2-0,3 мм) резиновыми прослойками (сквиджами) 2. Для повышения поверхностной прочности ленты тканевый каркас покрывают защитной тканью (брекером) 3. С целью предохранения каркаса и брекерной ткани от влаги и повреждения ленту закрывают резиновыми прокладками 4 и 5 толщиной 3-6 мм с ее рабочей и 1-3 мм с нерабочей стороны. Число прокладок зависит от ширины ленты и колеблется от 3 до 12. В зависимости от условий эксплуатации лент используют различные материалы для основы и заполнителя. В качестве заполнителя используют резиновые смеси с натуральным или синтетическим каучуком, а также такие материалы, как поливинил хлорид и полиэтилен. Тканевые прокладки изготавливают из хлопчатобумажных или синтетических нитей, стекловолокна и др. Продольные нити в прокладке называются основой, а поперечные – утками. Рисунок 2.2. Типы конвейерных лент На мощных конвейерах применяют резинотросовые ленты. Достоинства резинотросовых лент – высокая прочность, незначительное удлинение, большой срок службы. Диаметр тросиков ленты 6 2,1-11,6 мм. В некоторых лентах для предохранения тягового каркаса от повреждений применяют защитные сетки 7, а для придания поперечной жесткости – металлические рессоры 8. При расчете лент учитывают только прочность ее тканевого или стального каркаса, так как резина вследствие малого модуля упругости воспринимает незначительную нагрузку. Ленты рассчитывают на растяжение. Уравнение прочности ленты , где -предел прочности на разрыв прокладки шириной 1 см, кН; -число прокладок; -запас прочности. Для тросовых лент , 18 где разрывное усилие одного троса, Н; -число тросов. Ленты выпускают шириной 500, 650, 800, 1000, 1400, 1600, 1800, 2000 мм. Линейная масса тканевых лент, кг/м: где -объемная масса ленты ( = 1,1 т/ ); - толщина одной прокладки, мм; -толщина соответственно рабочей и нерабочей обкладок ленты, мм. Одна из важных и специфических работ при эксплуатации конвейеров – стыковка лент. Механические стыки менее прочны, чем вулканизированные (рисунок 2.3, а). Разъемные стыки (рисунок 2.3, б, в) применяют на передвижных и полустационарных конвейерах, неразъемные (рисунок 2.3, г) – на стационарных конвейерах, где использование вулканизаторов затруднено. На тросовых лентах применяют только вулканизированные стыки. Роликоопоры. Лента конвейера на рабочей и холостой ветвях поддерживается роликоопорами. Роликоопоры делятся на рядовые и специальные. Рядовые роликоопоры предназначены для поддержания ленты и придания ей необходимой формы лотковости. Специальные роликоопоры служат, кроме того, для центрирования, амортизации (при погрузке грузов), очистки, изменения формы лотковости ленты. В одной роликоопоре может быть от одного до пяти роликов. Наибольшее распространение получили трехроликовые опоры для грузовой ветви ленты. На холостой ветви конвейера устанавливают однороликовую опору. Рисунок 2.3. Способы соединения концов лент Роликоопоры делятся на жесткие и податливые (подвижные). В жестких ролики монтируются с помощью кронштейнов на металлические поддерживающие конструкции, которые представляют собой отдельные секции длиной 2-5 м, устанавливаемые на шпалах. В местах загрузки ролики футеруют 19 резиновыми кольцами для обеспечения амортизации или же вместо роликов устанавливают пневмокатки. Подвесные роликоопоры (двух, трех- и пятироликовые) подвешивают на стальные канаты става конвейера, благодаря чему обеспечивается их податливость. Для предотвращения схода ленты в сторону при недостаточно прямолинейной установке конвейера или неточной установке барабанов применяют специальные роликоопоры, центрирующие ход ленты. На сбегающей ветви ленты под разгрузочным барабаном устанавливают ролики с резиновыми дисками, которые очищают ленту от налипшего материала. Приводы. По способу передачи тягового усилия приводы ленточных конвейеров делятся на обыкновенные и специальные (рисунок 2.4). Тяговое усилие обыкновенным приводом (рисунок 2.4, а, б) передается трением за счет натяжения ленты, огибающей приводной барабан. Специальные приводы (рисунок 2.4, в-д) передают тяговое усилие при помощи дополнительных прижимных устройств (прижимных роликов, лент и т.п.). Рисунок 2.4 Схемы приводов ленточных конвейеров По числу приводных барабанов приводы делятся на однобарабанные и двухбарабанные. Основные элементы привода – приводной барабан, редуктор, электродвигатель, которые в комплексе называются приводной станцией. Приводной барабан выполняется с минимальным диаметром для хлопчатобумажных лент = (100/150) i, мм; синтетических лент = (150/300) i, мм; тросовых лент = (250/500)d, мм (d – диаметр троса, мм). Сила трения ленты, необходимая для передачи тягового усилия, определяется формулой Эйлера: 20 где натяжные ленты в точке набегания на приводной барабан; натяжение ленты в точке сбегания с барабана; коэффициент трения ленты о барабан; а – угол обхвата барабана лентой, град. Как видно из формулы, тяговую способность привода можно увеличить, повышая первоначальное натяжение ленты, коэффициент трения и угол обхвата. Однако увеличение предварительного натяжения ведет к увеличению числа прокладок, т. е. повышению необходимой прочности ленты на разрыв, что сказывается на стоимости ленты, поэтому увеличивают коэффициент трения или угол обхвата ленты. Для увеличения коэффициента трения поверхность барабана футеруют материалами с высоким коэффициентом трения (резина, дерево, пластмасса и др.), а для увеличения угла обхвата применяют отклоняющие барабаны или прижимные устройства. Ленту конвейера можно считать упругой гибкой связью, которая при воздействии с барабаном растягивается (рисунок 2.5). Упругая деформация пропорциональна натяжению ленты и изменяется по поверхности барабана от точки набегания ленты 1 до точки сбегания 2. На участке ленты, имеющей большое натяжение, проявляется большая упругость деформации, нежели на участке ленты сбегающей ветви, имеющей меньшее натяжение. Поэтому на вращающемся барабане происходит постоянное упругое проскальзывание ленты от меньшего натяжения к большему. Участок поверхности барабана, на котором происходит упругое скольжение, называется дугой скольжения, а на котором отсутствует упругое скольжение, – дугой относительного покоя, характеризуемой соответственно углом упругого скольжения аск и углом покоя аоп. Рисунок 2.5 Схема для расчета однобарабанного привода Тяговое усилие привода Угол относительного покоя , где -толщина ленты, мм. Для устойчивой работы привода конвейера с использованием максимальной тяговой способности должно соблюдаться условие 21 40h (a )f S нб e D , S сб откуда необходимый угол обхвата a 40 h 1 S нб 1n . D f S сб . Если угол, вычисленный по данной формуле, превышает допустимый для однобарабанных приводов, то необходимо использовать двухбарабанный привод или приводы с прижимными устройствами. При двухбарабанном приводе (рисунок 2.6) ' S11' S 22 aa22 ' a S 22 S 22' e a22 S сб сб e aa11 (( aa11 aa22 )) S нб e aa22 Sсб нб S сб сб e сб e (( aa11 aa22 )) W S нб 1). нб S сб сб S сб сб (e Рисунок 2.6. Схема для расчета двухбарабанного привода Тяговое усилие, развиваемое вторым барабаном, W2 S сб (e a2 1), тогда доля тягового усилия второго барабана в передаче общего усилия W2 e a2 1 . W0 e ( a1 a2 ) 1 При двухбарабанном приводе должно непременно соблюдаться равенство диаметров, в противном случае линейные скорости ленты на барабанах будут различными и возникает взаимное проскальзывание барабана относительно ленты. Натяжные, загрузочные и разгрузочные устройства. Натяжные устройства ленточных конвейеров делятся на жесткие и комбинированные. В жестких натяжных устройствах (рисунок 2.7, а ) при изменении режима работающего конвейера натяжной барабан остается неподвижным. Лента натягивается периодически по мере ослабления из-за остаточной вытяжки. В автоматических натяжных устройствах натяжной барабан перемещается при изменении режима работающего конвейера (рисунок 2.7, б). 22 Рисунок 2.7. Схемы натяжных устройств Комбинированное натяжное устройство работает в период пуска как жесткое – натяжной барабан в период пуска остается на месте. После окончания периода пуска устройство работает как автоматическое. Автоматические натяжные устройства делятся на грузовые, механические и гидравлические (рисунок 2.7, г). В механических устройствах натяжной барабан перемещается лебедками, управляемыми системой контроля натяжения ленты. В гидравлических устройствах натяжной барабан перемещается гидроцилиндром. Грузовые натяжные устройства применяют в основном на конвейерах малой и средней мощности. Грузовые натяжные устройства с электрической лебедкой (рисунок 2.7, в) и концевыми выключателями применяют на длинных конвейерах. Рисунок 2.8. Схемы загрузочных устройств Для предохранения ленты от ударов загружаемых кусков транспортируемого материала и направления потока материала в направлении движения ленты места загрузки конвейера оборудуют загрузочными устройствами. Для сыпучих неабразивных материалов применяют 23 стационарные или передвижные устройства (рисунок 2.8, а), включающие приемную воронку и роликовый стол с батареей амортизирующих роликов. Для мелких и крупнокусковых материалов применяют колосниковые решетки (рисунок 2.8, б), создающие «постель» из мелких грузов, на которую падают крупные куски, иногда применяют специальные загрузочные конвейерыпитатели (рисунок 2.8, в). Очистка ленты. Благодаря простоте конструкции скребковые очистители получили широкое применение на ленточных конвейерах для очистки железнодорожных полувагонов и думпкаров, автосамосвалов и др. Скребковые очистители при конвейерном транспорте в основном применяют на ленточных конвейерах для очистки лент от материалов с небольшой влажностью. Наиболее распространенными устройствами для очистки рабочих поверхностей транспортных средств от липкого, влажного, а иногда и примерзающего материала являются стационарные или вращающиеся щетки. Их рабочий орган – тросики стального каната, капрон, щетина, нейлон и др. Стационарные щеточные очистительные устройства применяют в основном для очистки лент и пластин конвейеров от липких материалов небольшой влажности. К одному из наиболее перспективных устройств для очистки лент можно отнести дисковый очиститель, который устанавливается под холостой ветвью конвейера под некоторым утлом к направлению движения ленты. Очистка достигается за счет проскальзывания дисков по ленте. Очистные устройства вибрационного типа могут быть разделены на три группы. К первой относятся устройства, в которых очистка ленты происходит вследствие вибрации участка холостой ветви ленты под действием рабочего органа очистного устройства; ко второй – устройства с вибрационными скребками различного типа, под действием которых осуществляется отделение прилипшего материала от ленты без вибрации последней; к третьей – эксцентрично-вращающиеся нижние дисковые ролики. Для возбуждения колебаний рабочего органа (цилиндрического ролика) виброочистителя применяют дебалансный электромагнитный или эксцентриковый вибратор. В основном вибрационные очистители используют в комбинации со скребковыми, щеточными очистителями при очистке ленты конвейера от влажных липких материалов; индивидуальные очистители – при очистке от налипающих материалов небольшой влажности и иногда примерзающих материалов. Наряду с указанными способами очистки рабочих поверхностей установок применяют гидродинамическую очистку, принцип работы которой основан на динамическом эффекте струи жидкости. Пневматическая очистка аналогична гидравлической. Такой способ очистки по сравнению с гидравлической является более простым и надежным по конструкции при транспортировании ленточными конвейерами сухих и пылевидных материалов, мелкого влажного угля и т. п. К недостаткам пневматического способа очистки следует отнести 24 большой расход воздуха, наличие оборудования компрессоров, реактивных двигателей и т.п. В последнее время применяют установки инфракрасного излучения для ликвидации налипания сыпучих материалов с поверхности ленты конвейера. При транспортировке скальных пород в условиях средних минусовых температур широкое распространение получили профилактические мероприятия — покрытие поверхностей местными сыпучими материалами (шлаком, горелыми породами, сухим песком). Указанные профилактические мероприятия применяют для температуры минус 15-20 °С. Проводились изыскания по эффективности использования химических веществ-нефти, промышленных продуктов, отходов оксосинтеза спиртов и др. На основании экспериментальных данных институт рекомендует использовать вещество КОС как средство предотвращения примерзания транспортируемого материала к металлическим поверхностям транспортных машин. Применение негашеной извести основано на ее способности поглощать влагу из руды и выделять тепло при химическом взаимодействии с ней. Комбинированные способы очистки целесообразно использовать в случае очистки несущего полотна транспортных средств от очень липких глинистых материалов, прочно примерзающих частиц и др. По результатам теоретических и экспериментальных исследований, проведенных КарГТУ, разработаны конструкции очистителей проволочного, лопастного, термомеханического и комбинированного типов для очистки конвейеров от налипающего и примерзающего насыпных грузов. Лабораторные и промышленные испытания показали достаточную работоспособность и хорошее качество очистки. 2.3. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели Основные параметры ленточных конвейеров – производительность, ширина, скорость движения ленты, мощность двигателя. Часовая производительность конвейерной установки, т/ч, = , где коэффициент неравномерности загрузки ( = 1,2); -годовой грузопоток, т; Т – продолжительность работы установки в году, ч; Ширина ленты, м, , где с – коэффициент производительности; v – скорость движения ленты, м/с; объемная масса материала, т/ . Полученная ширина ленты (мм) должна быть проверена по кусковатости материала: для рядового материала ; для сортированного 25 материала ( и -соответственно максимальный и средней размеры куска, мм). При известной ширине ленты можно определить часовую производительность конвейера, т/ч. где площадь сечения груза на ленте, с ; линейная масса материала, кг/м. Сопротивление движению на грузовой и порожней ветви конвейера, Н, , где – линейная масса ленты, кг/м; угол установки конвейера, град; коэффициент сопротивления движению ленты ( ); линейные массы соответственно верхних и нижних роликоопор, кг/м; длина конвейера, м. Линейная масса ленты, кг/м, , где толщина одной прокладки, мм; толщина верхних и нижних обкладок ленты, мм. Полное сопротивление движению ленты, Н, , где коэффициент, учитывающий сопротивление на приводной и натяжной станциях ( ). Необходимая мощность для работы конвейера, кВт, где КПД механической передачи Максимальное натяжение ленты, Н, . Минимальное натяжение ленты на грузовой ветви конвейера, Н, , где – расстояние между роликоопорами на грузовой ветви, м. Натяжение в любой точке ленты конвейера определяется методом обхода контура по точкам: где – сопротивление движению на участке между точками Запас прочности ленты и . Натяжение в характерных точках ленты можно определить и при помощи диаграммы натяжения. 26 Суммарные капитальные затраты на сооружение и установку конвейерного транспорта где 1,07 – коэффициент транспортных и складских расходов; – стоимость соответственно конвейера, запасных частей, монтажа, строительных работ, перегрузочных узлов, пунктов погрузки и выгрузки, линии электропередачи и связи; – прочие затраты. Стоимость конвейера где – стоимость приводной и натяжной станции конвейерной установки; – стоимость 1 м средней части конвейера; – диаметр барабана, м; – стоимость 1 м ленты. Стоимость запасных частей принимается в размере 2 % стоимости оборудования конвейера: Стоимость монтажа , Для определения стоимости строительных работ погрузочных и перегрузочных узлов, линий электропередачи и связи можно использовать справочники. Прочие затраты принимаются в размере 5 % стоимости конвейеров, запасных частей и заготовительно-складских расходов: Суммарные эксплуатационные расходы на конвейерной линии где – расходы, соответственно зависящие и независящие от времени работы конвейера. Расходы, зависящие от времени работы конвейера, где – число работающих смен в сутки; году; – коэффициенты соответственно стоимости электроэнергии и заработной платы; погрузочных; – число дней работы конвейера в – число станций соответственно натяжных и – расходы соответственно на электроэнергию на 1 станции за 1 смену и заработную плату за 1 смену; коэффициент подъема; – поправочный коэффициент. Расходы, не зависящие от времени работы конвейера, 27 – поправочный где – расходы на амортизацию, текущий ремонт соответственно станций, средней части, ленты, зданий, защитных устройств, эстакады и галерей, дороги. 2.4. Пример расчета ленточного конвейера Расчет проектируемого ленточного конвейера проводится по следующим исходным данным: - производительность конвейера Q , т/ч; - вид груза с максимальным размером куска ŕ max , мм; - длина горизонтального участка конвейера L1 , м; - длина наклонного участка L2 , м; - угол наклона , град; - режим работы – средний. 2.4.1. Выбор скорости движения и определение тяговых элементов ленточного конвейера Требуемая расчетная ширина конвейерной ленты рассчитывается по формуле Q Â 1,1 0,05 , м, k где – скорость движения ленты, м/с (таблица 2.2); – насыпная плотность груза, т/м3 (таблица 2.3); k – коэффициент, зависящий от угла естественного откоса груза (таблица 2.4). Таблица 2.2. Рекомендуемые скорости движения ленты конвейера Ширина ленты, мм Транспортируемые грузы Порошкообразные зернистые Мелко- и среднекусковые Крупнокусковые и 400-500 650-800 10001200 14001600 2000-2500 1,25-1,6 2-2,5 2,5-4 3,15-4 3,15-5 1,25-1,6 - 1,6-2 - 2-2,5 1,6-2 2,5-3,15 2-2,5 3,15 2,5-3,15 С учетом рекомендаций таблицы 2.5 выбираем конвейерную ленту (тип ленты, ширину ленты Â , мм). Допускаемая минимальная ширина ленты Âmin 2 ŕ max 200 Â мм. , 28 Погонная масса ленты q ë B më , кг/м, где mл – масса ленты, кг/м (таблица 2.5). 2 Погонная масса движущихся определяется по формуле частей грузовой ветви конвейера qкг q л q гр , кг/м, где q гр – погонная масса вращающихся частей роликоопор грузовой ветви, кг/м (таблица 2.6). Погонная масса движущихся частей холостой ветви конвейера определяется по формуле qкх q л q рх , кг/м, где q рх – погонная масса вращающихся частей роликоопор холостой ветви, кг/м (таблица 2.6). Таблица 2.3. Характеристика свойств насыпных грузов Наименование груза Агломерат руды Брикеты угольные Глина мокрая Гравий рядовой Известняк Камень крупнокусковой Кокс Песок: сухой влажный Руда железная мелкои среднекусковая Уголь каменный: кусковой рядовой сортированный Щебень сухой 1,7…2 Угол естественного Коэффициент трения Группа откоса, град в состоянии покоя абразивно сти в движепо в покое по стали нии резине 45 0,8…1 D 1…1,1 1,9…2,0 1,5…2,0 1,47…2,22 30…25 45 45 30 0,66…0,76 1,8…2,2 0,48…0,53 45 35…0 30 0,84 1,4…1,65 1,5…1,7 45 50 30 35 0,32…0,7 0,52…0,81 2,1…3,5 30…50 35 1,2 0,6…0,8 0,8…1,0 1,2…1,8 35…40 30 0,42…0,6 0,55 B 45 35 0,47…0,53 0,64 D Насыпная плотность, т/м3 B B B Погонная масса груза рассчитывается по формуле qăđ Q , кг/м. 3,6 29 D 0,46 0,56 C D Таблица 2.4. Значение коэффициента k , зависящего от угла естественного откоса груза Значение коэффициента k Угол наклона при угле естественного Форма ленты боковых откоса роликов, град насыпного груза 30…500 Плоская 710 Желобчатая на двухроликовой 15 620 опоре Желобчатая на трехроликовой 30 550 опоре Таблица 2.5. Основные показатели конвейерных лент Тип ленты Ед. № Показатели изм. резинотканевая резинотросовая 650, 800, 1000, 1200, 1000; 1200; 1400; 1600; 1 Ширина ленты мм 1400, 1600; 2000; 2500; 1800; 2000; 2500; 3000 3000 Средняя масса 2 кг/м2 11,44 37 ленты Таблица 2.6. Ориентировочная погонная масса вращающихся роликоопор конвейера Погонная масса вращающихся частей роликоопор, кг/м, Ветвь при ширине ленты, мм конвейера 400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 Верхняя 8,4 10 10,2 18,4 21 24,2 42 58,4 Нижняя 2,5 3,2 4,4 7,8 9,2 11,1 16,7 23,8 частей 2000 132,5 52,5 2.4.2. Определение сопротивлений на участках ленточного конвейера Для определения натяжений необходимо определить точки сопряжений прямолинейных и криволинейных участков по всему контуру ленточного конвейера (рисунок 2.9). Тяговая сила конвейера с тяговым органом определяется методом обхода по контуру (трассе) конвейера, т.е. обхода по точкам сопряжений прямолинейных и криволинейных участков. Эти точки нумеруются, начиная от точки сбегания тягового органа с приводного элемента в направлении его движения. Обход начинают от точки с наименьшим натяжением. Натяжение в каждой последующей точке равно сумме натяжения в предыдущей точке и сопротивления на участке между этими точками при обходе по ходу тягового органа. 30 Рисунок 2.9. Контур ленточного конвейера с нумерацией точек сопряжений прямолинейных и криволинейных участков Сопротивление на участке 1-2 W12 q ë l1 g SO , Н, где l1 – длина первого участка, м; g – ускорение свободного падения; SO – сопротивление от очистительных устройств SO wî÷ Â , wî÷ – коэффициент сопротивления от очистительного устройства, Н/м (таблица 2.7). Таблица 2.7. Значения коэффициента сопротивления для очистительных устройств № 1 2 3 Устройства Ед.изм. Скребки Значения коэффициента сопротивления 300…500 Плужки Н/м Вращающиеся щетки 300…500 150…250 Сопротивление на участке 3-4 W34 g [(( q л qкx ) w cos 1 ( L1 l1 )) (q л ( L1 l1 ) sin 1 )] , Н, где w – коэффициент сопротивления движению для ленточных конвейеров. Сопротивление на участке 4-5 W45 g [(( q л qкx ) w cos 2 ( L2 l2 )) (q л ( L2 l2 ) sin 2 )] , Н, где l2 – длина второго участка, м. Сопротивление на участке 6-7 W67 g qл l2 , Н Сопротивление на участке 8-9 W89 S Ď S Ë , Н Сопротивление на погрузочном пункте от сообщения грузу скорости тягового органа 31 SĎ Q g ,Н 36 Сопротивление от направляющих бортов загрузочного лотка S Ë 50 l3 , Н, где l3 – длина третьего участка, м. Сопротивление на участке 9-10 W910 g [((q ăđqë qęx ) w cos 2 ( L2 l3 )) ((q ăđqë ) ( L2 l3 ) sin 2 )] , Н Сопротивление на участке 10-11 W1011 g [((qăđ që qęx ) w cos 1 L1 ) (qăđ që ) L1 sin 1 )] , Н Суммарное сопротивление на участках W n W12 W34 W45 W67 W89 W910 W1011 , Н 2.4.3. Определение тягового усилия ленточного конвейера Натяжение в точке 1 определяется по формуле S1 W n e f 1 , Н, где f – коэффициент сцепления между лентой и приводным барабаном (таблица 2.8); – угол обхвата лентой приводного барабана, рад. Таблица 2.8. Значения коэффициента сцепления между лентой и приводным барабаном Материал наружного слоя Влажность окружающего Коэффициент № барабана воздуха сцепления очень влажный 0,1 1 Чугун, сталь влажный 0,2 сухой 0,3 очень влажный 0,15 2 Футерованный барабан влажный 0,25 сухой 0,4 Натяжение в точке 2 S2 W12 S1 , Н Натяжение в точке 3 S3 (k Ď 1) S2 , Н, где k Ď – коэффициент увеличения натяжения тягового органа от сопротивления на поворотном пункте (таблица 2.9). 32 Таблица 2.9. Значения коэффициента увеличения натяжения тягового органа от сопротивления на поворотном пункте Угол обхвата тяговым Значения коэффициента увеличения № органом отклоняющего натяжения тягового органа от сопротивления барабана на поворотном пункте 0 1 90 1,03…1,05 0 2 180 1,05…1,07 Натяжение в точке 4 S4 W34 S3 , Н Натяжение в точке 5 S5 W45 S4 , Н Натяжение в точке 6 S 6 k Ď S5 , Н Натяжение в точке 7 S7 W67 S6 , Н Натяжение в точке 8 S8 k Ď S7 , Н Натяжение в точке 9 S9 W89 S8 , Н Натяжение в точке 10 S10 W910 S9 , Н Натяжение в точке 11 S11 W1011 S10 , Н Минимальное натяжение определятся по формуле S min S e 11 f 1 ,Н Максимальное натяжение определятся по формуле Smax Smin Wn , Н Тяговая сила ленточного конвейера определятся по формуле F0 S max S min , Н 2.4.4. Определение мощности двигателя и его силового оборудования Мощность на приводном валу ленточного конвейера Đ0 F0 10 3 , кВт, где F0 – тяговая сила конвейера, Н. Необходимая мощность двигателя P kÇ P0 33 , кВт, где k Ç – коэффициент запаса, kÇ 1,1...1,35 ; – КПД передач от двигателя к приводному валу при использовании двухступенчатого цилиндрического редуктора (таблица 2.10). Таблица 2.10. КПД звеньев передач редуктора № Редуктор зубчатый 1 2 3 Одноступенчатый Двухступенчатый Трехступенчатый КПД при качения 0,97 0,96 0,94 подшипниках Электродвигатель трехфазный асинхронный серии 4А выбирается по мощности, превышающей необходимую мощность двигателя (таблица 2.11). Диаметр приводного барабана определяется по формуле Ä ĎÁ 360 F0 , B p f где p – допустимое среднее давление между лентой и барабаном, p 105 Па; – математическая константа, 3,14 . Выбор диаметра барабана осуществляется по ГОСТ 51984-2002: 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1400, 1600, 2000, 2500 мм. Таблица 2.11. Электродвигатели серии 4А Типоразме Частота Типоразме Частота Мощност Мощност № р вращени № р вращени ь, кВт ь, кВт -1 двигателя я, мин двигателя я, мин-1 4А132S6У 8 4А200М6У 1 5,5 965 55 985 3 3 4А160S6У 9 4А280S6У 2 11 975 75 985 3 3 4А160М6 10 4А280М6У 3 15 975 90 985 У3 3 4А180М6 11 4А315S6У 4 18,5 975 110 985 У3 3 4А200М6 12 4А315М6У 5 22 975 132 985 У3 3 4А200L6У 13 4А355S6У 6 30 980 160 985 3 3 4А250S6У 14 4А355М6У 7 45 985 200 985 3 3 Примечание. Коэффициент кратности максимального момента двигателя: для № 1=2,2; № 2-9=2; № 10-14=1,9. 34 Таблица 2.12. Редукторы цилиндрические горизонтальные двухступенчатые типа Ц2 Ц2Ц2Ц2Ц2Ц2Типоразмер редуктора 250 300 350 400 500 Частота вращени Фактическо Режи № я е м быстрохо Мощность на быстроходном валу, кВт передаточн работ дного ое число ы вала, мин-1 Л 8,2 12,5 20 39 67,2 С 5,66 9,5 14,2 19,3 45,5 1 50,94 1000 Т 2,87 4,75 7,25 9,6 22,9 ВТ 2,2 3,52 4,86 10,3 13,9 Л 14 20 36 70,5 С 11,7 18,3 27,1 42,2 2 24,9 1000 Т 6,15 9,3 14,5 21,1 ВТ 4,05 6,36 9,53 18,75 Л 9,8 14 22 43,5 75 С 6,95 11,2 16,3 28,1 55 3 41,34 1000 Т 3,43 5,9 8,2 14,2 27,5 ВТ 2,39 3,81 5,56 11,1 19,4 Л 11,5 18 27,5 54 100 4 32,42 1000 ВТ 5,72 9,12 12,5 23,9 Л 17 29 43,5 77 107 С 14 20,6 33,5 49,4 70,4 5 19,8 1000 Т 7,8 11,2 16,9 25 55 ВТ 4,08 7,57 11,3 20 50 Л 20 31,5 47 92 122 С 18,3 25 37,1 54,3 84,3 6 16,3 1000 Т 8,2 11,8 19,7 32,2 62,2 ВТ 5,83 8,25 12,7 24,4 54,4 Л 25 35,5 62 107,5 137,5 С 19,6 31,2 50,7 54,5 84,5 7 12,41 1000 Т 11,2 16,3 26,3 32,2 42,2 ВТ 8,25 12,25 18,6 31,2 1,2 Л 30,5 43 78 127 С 20,2 39,7 61,2 68,5 8 9,8 1000 Т 12,5 19,4 31,4 48,2 ВТ 9,72 15,5 22,9 44,2 Примечание. Расчетный КПД редукторов 0,96 35 Частота вращения вала приводного барабана nĎÂ 60 , мин-1 Ä ĎÁ Требуемое передаточное число привода u n , n ĎÂ где n – частота вращения вала двигателя, мин-1 (таблица 2.11). Редуктор выбирается по мощности, превышающей необходимую мощность двигателя и передаточное число привода (таблица 2.12). Определяем номинальный крутящий момент двигателя ŇÍÎĚ 9550 Đ , Н·м n Расчетный момент муфты , Н·м, – коэффициент кратности максимального момента двигателя (таблица ŇĚ max ŇÍÎĚ где max 2.11). Предполагая, что для предотвращения обратного движения загруженной конвейерной ленты необходим тормоз, предусматриваем упругую втулочнопальцевую муфту с тормозным шкивом. Выбор соединительной муфты между двигателем и редуктором осуществляем по расчетному крутящему моменту муфты (таблица 2.13). Фактическая скорость движения ленты уточняется по формуле Ô Ä ĎÁ n 60 uÔ , м/с, где uФ – фактическое передаточное число привода (передаточное число редуктора). Фактическая производительность конвейера уточняется по формуле 2 Qô k 0,9 B 0,05 Ô , т/ч При проверке необходимо выполнение условия Qô Q . Таблица 2.13. Муфты упругие втулочно-пальцевые с тормозными шкивами Передаваемый Диаметр Ширина Момент Масса Номер крутящий тормозного тормозного инерции муфты, муфты момент, шкива, шкива, муфты, кг Н·м мм Мм кг·м2 1 500 200 95 25 0,125 2 800 300 145 60 0,6 3 5500 400 185 125 2,25 4 7000 500 210 175 5,0 36 Глава 3. Ленточно-канатные конвейеры 3.1. Основные типы и системы Ленточно-канатные конвейеры – это конвейеры с разделением функций несущего и тягового органов. Функцию грузонесущего органа выполняет лента, тягового – канат. Предложено много конструкций ленточно-канатных конвейеров, которые по способу соединения ленты с канатом разделяют на следующие виды – с глухим соединением, с управляемыми захватами, с лентой, свободно лежащей на канатах и приводимой в движение трением. Если раньше применение ленточно-канатных конвейеров ограничивалось сравнительно небольшой производительностью, так как предельно допускаемая ширина ленты не превышала 1,2 м, а скорость – 2 м/с, то сейчас они повышены соответственно до 1,4 м и 3-4 м/с. Основные преимущества ленточно-канатных конвейеров по сравнению с магистральными ленточными конвейерами – меньшая металлоемкость (примерно в 2-3 раза) при одинаковой производительности уменьшение износа ленты в связи с отсутствием поддерживающих ленту роликов; уменьшение расхода электроэнергии за счет сокращения числа роликоопор и снижения сопротивления движению каната; отсутствие измельчения и просыпания, так как лента не перекатывается по роликам; увеличение длины конвейера на один привод до 5000-6000 м, что сокращает число перегрузочных пунктов. Более 10 лет на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате для транспортировки руды от железнодорожной станции используют канатноленточные конвейеры конструкции института «Гипроуглеавтоматизация». Тяговым органом таких конвейеров являются два стальных замкнутых каната, на которые опирается грузонесущая лента своими утолщенными кромками, имеющими продольные клиновидные канавки. Указанные ленты имеют две тканевые прокладки, между которыми завулканизированы стальные полосы (рессоры), придающие лентам поперечную жесткость и дающие возможность принимать желобчатую форму. Канаты по всей длине трассы поддерживаются роликами, смонтированными на опорах. Расстояние между опорами 5,5 м. Стальные канаты приводятся в движение приводной станцией со шкивами трения. Привод канатно-ленточных конвейеров должен обеспечивать одинаковую скорость движения обоих канатов, так как при разной их скорости может возникнуть перекос ленты и сбрасывание ее с канатов. В канатно-ленточных конвейерах конструкции института «Гипроуглеавтоматизация» каждый тяговый канат имеет отдельный привод. Для синхронизации скорости движения канатов рабочие характеристики асинхронных электродвигателей с фазовым ротором смягчены введением в цепь ротора дополнительных сопротивлений. Чтобы понизить скорость конвейера при его осмотре, электродвигатели выводятся на искусственную характеристику включением в цепь ротора 37 дополнительных сопротивлений. Ввиду возможности разной вытяжки канатов каждый из них имеет отдельное натяжное устройство. Техническая характеристика ленточно-канатных конвейеров приведена в таблице 3.1. Таблица 3.1 Показатель Длина, м Общая масса, т Ширина ленты, мм Скорость движения ленты, м/с Длина каната диаметром 31 мм, м Число приводных шкивов, мм Диаметр приводных шкивов, мм Электродвигатели, мощностью, кВт КЛК – 3 3047,7 354 900 2,1 123000 2 2500 АК 12-35-8, 200 КЛК – 4 3862,3 470 900 2,1 17600 2 2500 АК 12-4-8, 200 Конвейер (рисунок 3.1, а) состоит из несущей ленты 1, лежащей на двух тяговых канатах 2, которые перемещаются по стационарным поддерживающим роликам 3 посредством приводного блока. Лента выполняется специальной конструкции, края ее имеют утолщения с продольными канавками для опирания на канаты. Она армирована стальными рессорами площадью сечения 5 и 12 мм, расположенными через 100 мм, для обеспечения поперечной жесткости. Поддерживающие ролики устанавливают на расстоянии в среднем 5,5 м в зависимости от провисания и закрепляют на отдельно стоящих линейных опорах 5. Приводом конвейера служат два канатоведущих шкива 4 (рисунок 3.1, б), каждый из которых имеет индивидуальный электропривод. Ввиду возможности разной по величине натяжки канаты натягиваются раздельно и натяжное устройство 6 располагается у привода на сбегающей ветви каната. Лента конвейера имеет свое натяжное устройство 7. Рисунок 3.1. Схема ленточно-канатного конвейера 3.2. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели Часовая производительность ленточно-канатных конвейеров определяется так же, как ленточных конвейеров. Скорость движения ленты на действующих конвейерах 1,25-2 м/с. 38 Условие нормальной работы конвейера при пуске где – сила трения канатов о ленту на груженой и порожней ветвях; сопротивления троганию ленты при пуске. Сила трения канатов о ленту, Н, где коэффициент трения каната о ленту ( конвейера. Сила сопротивления троганию ленты при пуске ); сила угол наклона где коэффициент, учитывающий методом массу барабанов ( ); ускорение при пуске ( ). Тяговый расчет производят методом обхода по контуру. Первоначальное натяжение канатов сбегающих ветвей определяют на основании формулы Эйлера, Н, где суммарное сопротивление движению. Максимальное натяжение, по которому выбирают канат, Н, В канатно-ленточных конвейерах применяют канаты двойной свивки с точечным или линейным касанием проволок типа ЛК-О. Длина участка счалки при соединении концов каната принимается не менее 100 ; диаметр шкивов в зависимости от диаметра каната ; диаметр каната принимают не более 35 мм, чтобы не увеличивать размеры приводного блока. Стоимость конвейера где стоимость соответственно линейных опор, приходящихся на 1 м длины конвейера и 1 м каната; число сгонок каната на ветвях. Стоимость запасных частей принимают в размере 2 % стоимости оборудования конвейера Стоимость монтажа Годовые эксплуатационные расходы где годовые расходы соответственно на заработную плату, электроэнергию, смазочные материалы, амортизацию, ремонт, содержание пунктов погрузки и выгрузки; прочие расходы. Амортизационные расходы принимают в размере 56 % капитальных затрат. 39 Глава 4. Пластинчатые конвейеры 4.1. Основные типы и системы Большие возможности в создании новых типов конвейеров, расширяющих область применения магистрального конвейерного транспорта, дают пластинчатые конвейеры. Пластинчатые конвейеры находят широкое применение в различных отраслях промышленности для транспортировки крупнокусковых, тяжелых и горячих материалов при перемещении их под большими углами (более 18°) к горизонту. В литейных цехах эти конвейеры используют для перевозки горячих отливок, на предприятиях химической промышленности и стройматериалов — для подачи известняка на дробильные фабрики, в металлургии — для доставки крупнокусковой руды и горячего агломерата, в угольной промышленности — для подземной транспортировки угля. Однако в основном пластинчатые конвейеры пока применяют на подземных и весьма ограниченно на открытых горных разработках. В 1950-1952 гг. фирмы «Демаг», «Прюнте», «Аумунд» и «Эйкгофф» (Германия) освоили выпуск пластинчатых конвейеров с ходовыми роликами и кольцевыми цепями, что обеспечило малые сопротивления движению, большую длину конвейерного става, а также дало возможность преодолевать криволинейную трассу в плане. Сейчас такие конвейеры применяются на угольных шахтах Германии, Англии, Франции, Польши. Так, на французском руднике в Лотарингии установлен пластинчатый конвейер длиной 600 м на наклонном стволе для транспортировки железной руды размером кусков до 600 мм. Производительность конвейера 520 т/ч, ширина полотна 950 мм, высота бортов 150 мм, скорость движения 0,68 м/с, средний угол подъема 16,5°. На конвейере установлено 8 промежуточных приводов мощностью по 41 кВт. Институт «Гипроуглегормаш» (г. Караганда) совместно с Анжерским машиностроительным заводом и харьковским заводом «Свет шахтера» создал несколько конструкций пластинчатых конвейеров для горной промышленности. Разработаны пластинчатые конвейеры типов П-50, П-65, П80, которые успешно прошли промышленные испытания и изготовляются серийно. Завершились промышленные испытания пластинчатого конвейера типа ПН-65 с углом подъема до 25°. Экспериментальным заводом института «Сибгипрогормаш» (г. Новосибирск) по чертежам института «Гипроуглегормаш» изготовлен конвейер ПКУ-60 для проходки наклонных выработок. С учетом отечественного и зарубежного опыта работы пластинчатых конвейеров в угольной, горно-рудной, металлургической и других отраслях промышленности ряд научно-исследовательских, проектных и учебных институтов работают над созданием новых конструкций конвейеров для открытых горных разработок. Казахским политехническим институтом и Джезказганским горнометаллургическим комбинатом им. К. И. Сатпаева разработан пластинчатый 40 конвейер типа КФР; Криворожским горно-рудным институтом создан забойный пластинчатый конвейер типа КПР-1, который проходит промышленные испытания на шахте «Саксагань». В КарГТУ разработаны эскизные проекты пластинчатых конвейеров типов П-100 и П-140, предназначенных для транспортировки угля и мягких вскрышных пород. На основании опыта их проектирования разработан технический проект пластинчатого конвейера типа ПКС-140 для перемещения крупнокусковых скальных пород размером кусков 1200 мм в поперечнике. Конвейер будут испытывать в условиях опытного участка Тайского ГОК. «Гипроуглегормашем» разработаны рабочие проекты горизонтального и наклонного пластинчатых конвейеров соответственно типов П-80Д и П-80Е для транспортировки горных пород крупностью до 800 мм в поперечнике. Изготовлен опытный образец такого конвейера длиной 100 мм для опытного участка Качканарского ГОК. Чтобы проверить надежность отдельных узлов конвейера при различных климатических условиях, на специальных стендах исследовали работу этих узлов и уточнили их рабочие параметры. Кроме того, разработали специальную загрузочную секцию пластинчатого конвейера, секцию става для компенсации упругих удлинений тягово-несущего органа, устройство для очистки рабочего полотна конвейера в сложных климатических условиях. Названные конструкции изготовлены и прошли опытную подготовку. 4.2. Устройство пластинчатых конвейеров Карьерный пластинчатый конвейер (рисунок 4.1) состоит из става 7, образованного соединенными между собой секциями, направляющих для груженой и порожняковой ветвей, головной разгрузочной головки 8 , грузонесущего полотна 1 , включающего в себя пластины, одну или две тяговые цепи и ходовые ролики, один или несколько промежуточных приводов 2, натяжную станцию 3 , телескопическую или компенсирующую секцию 4 , необходимую для компенсации упругих удлинений возможной вытяжки при разработке цепей, шпальную решетку 5, на которой монтируются линейные секции, амортизирующую секцию 6 , установленную на месте погрузки. Рисунок 4.1. Схема пластинчатого конвейера 41 Пластины изготавливают способом горячей или холодной штамповки из листовой стали и усиливают зигами жесткости. Во избежание просыпания транспортируемого материала пластины тягово-несущего органа монтируют с перекрытием друг друга. Пластины линейные и опорные (роликовые) крепят к горизонтальным звеньям круглозвенной тяговой цепи с интервалом, равным сдвоенному шагу цепи. Металлоконструкция конвейера состоит из опорных (линейных, переходных, поворотных, телескопических, амортизирующих, компенсирующих) секций длиной 1,65 или 3,3 м, соединенных между собой жесткими или упругими соединительными мостиками. Секции состоят из верхних и нижних направляющих (уголковые), которые крепятся к вертикальным стойкам на шпальную решетку. На пластинчатых конвейерах применяются концевые и промежуточные приводы. Концевые приводы могут быть одинарными или сдвоенными. Промежуточные приводы используют при длине става горизонтального конвейера свыше 1200-1400 м и на наклонных конвейерах. Применяют промежуточные гусеничные приводы с управляемыми или неуправляемыми кулаками. Привод устанавливают между рабочей и нерабочей ветвями конвейера. На наклонных конвейерах для ограничения натяжения холостой ветви, а также использования и передачи энергии опускающейся ветви на рабочую ветвь применяют уравнительные приводы. Для очистки рабочего полотна используют в основном щеточные очистители из тросиков стального каната. 4.3. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели Производительность пластинчатого конвейера, т/ч, Площадь сечения материала в желобе конвейера, , где – ширина пластин; высота бортов пластин; коэффициент, учитывающий уменьшение производительности в зависимости от угла наклона конвейера . Масса 1 м движущихся частей конвейера, кг/м, где стали; толщина пластин; длина пластин; шаг пластин; масса 1 м тяговой цепи; масса 1 м ходовых роликов. 42 плотность Основное сопротивление движению ходовых роликов слагается из сопротивления от трения в подшипниках, сопротивления от трения качения роликов по направляющим и потери живой силы ударов и колебаний полотна. Сопротивление на прямолинейном участке, Н, - верхней ветви конвейера - нижней ветви где длина конвейера; коэффициент сопротивления движению ( ). Определение натяжений в тяговом органе обычно производят методом расчета по точкам. Предварительное натяжение тяговой цепи принимается равным 8-10 кН, запас прочности тяговой цепи – 7-8. При заданной производительности и трассе многоприводного пластинчатого конвейера вычисляют сопротивление движению и необходимую суммарную мощность двигателей. Мощность двигателя одного привода многоприводного конвейера определяется из условий прочности цепи, кВт, где разрывное усилие цепи, Н; Число промежуточных приводов запас прочности цепи; 0,85 , где суммарная (необходимая) мощность двигателей, кВт. Для горизонтальных и слабонаклонных конвейеров при раздельных приводах груженой и порожней ветвей расстояние (м) между приводами: - на груженой ветви - на порожней ветви При значительных углах наклона, когда опускающаяся ветвь движется под действием сил тяжести, но натяжение от собственной массы в верхней точке порожней ветви не превышает допустимого для цепи, приводы устанавливают только на груженой ветви. Длина последнего участка (со стороны верхней головной станции), сопротивление на котором преодолевается силой скатывания порожней ветви, м, Опыт эксплуатации пластинчатых конвейеров на шахтах Донецкого и Карагандинского бассейнов позволяет дать оценку эффективности пластинчатых конвейеров. Так, если трудоемкость электровозной откатки при производительности 2000-3000 т/сут составляет в среднем 20-30 чел. на 1000 т добычи, то для пластинчатых конвейеров она составляет 4-5 чел. Следовательно, трудоемкость в 4-5 раз ниже, чем при электровозной откатке. 43 Глава 5. Скребковые конвейеры 5.1. Основные типы и системы Для перемещения различных зернистых, кусковых и пылевидных грузов применяют скребковые конвейеры, основанные на принципе волочения транспортируемого груза по желобу, плоскому настилу при помощи движущихся скребков, прикрепленных к тяговому органу. По форме и высоте скребка конвейеры подразделяются на конвейеры со сплошными и контурными (фигурными) скребками. Сплошные скребки бывают высокие и низкие. Высота первых примерно равна высоте желоба и в несколько раз больше высоты тяговой цепи, высота низких скребков близка к высоте цепи и значительно (в 36 раз) меньше высоты желоба. Отдельную конструктивную разновидность представляют собой трубчатые скребковые конвейеры с круглыми или прямоугольными сплошными скребками. Их отличительная особенность – широкая универсальность конфигурации трассы перемещения груза. По характеру движения различают скребковые конвейеры с непрерывным поступательным и возвратно-поступательным движением скребков. Последние применяют для транспортирования горячей земли в литейных цехах. Известны канатно-дисковые конвейеры для транспортирования дров, деревянных балансов и подобных грузов в открытых желобах. Скребковые конвейеры со сплошными и контурными скребками применяют для транспортирования различных пылевидных, зернистых и кусковых хорошо сыпучих грузов химической и металлургической промышленности. Большое распространение получили скребковые конвейеры в угольных шахтах, на обогатительных фабриках, предприятиях пищевой и химической промышленности. Конвейеры с низкими скребками в разнообразных конструктивных модификациях являются основными агрегатами для подземного транспортирования угля в шахтах. Достоинством скребковых конвейеров являются простота конструкции и устройство промежуточной загрузки и разгрузки (кроме вертикальных участков трассы); возможность герметического транспортирования пылящих, газирующих и горячих грузов. К недостаткам относятся интенсивный износ ходовой части и желоба, особенно при транспортировании абразивных грузов, поскольку скребки и тяговая цепь трутся о желоб в среде груза; значительный расход энергии из-за трения груза и ходовой части о желоб; измельчение груза при перемещении волочением, что для некоторых грузов, например для кокса, недопустимо, а для многих нежелательно. Значительные сопротивления перемещению груза и износ ограничивают скорость, длину и производительность скребковых конвейеров. Обычно скорость конвейеров составляет 0,16-0,4 м/с и в отдельных случаях на угольных конвейерах – 0,5-1 м/с, длина до 100 м и производительность до 50-750 т/ч (в зависимости от конструктивного типа) и только у конвейеров с высокими скребками производительность доходит до 700 т/ч. 44 Главным параметром скребкового конвейера является ширина скребка или скребковой цепи (в некоторых случаях ширина желоба), а для трубчатых скребковых конвейеров – наружный диаметр трубы. 5.2. Устройство конвейеров Скребковый конвейер (рисунок 5.1) со сплошными высокими скребками состоит из открытого желоба, укрепленного на станине, вдоль которого движется вертикально замкнутая тяговая цепь (или две цепи) 1 с укрепленными на ней скребками 2, огибающая концевые (приводную и натяжную) звездочки. Тяговая цепь движется от привода 3, а первоначальное натяжение – от натяжного устройства. Груз засыпается в желоб в любом месте по его длине и проталкивается скребками по желобу. Разгрузка конвейера может производиться также в любом месте по его длине через отверстия в дне желоба, перекрываемые шиберными задвижками или затворами. Груз может транспортироваться по верхней при консольных скребках, по нижней ветви или одновременно по обеим ветвям в разных направлениях (при симметричных скребках). Рисунок 5.1. Схемы скребковых конвейеров Скребковые конвейеры с высокими скребками в основном исполняются вертикально замкнутыми и перемещают груз в горизонтальном, наклонном, наклонно-горизонтальном и горизонтально-наклонном направлениях. Угол наклона конвейера обычно не превышает 30-40°, так как с его увеличением производительность значительно снижается. При использовании скребков с подвижными боковыми стенками угол наклона увеличивается до 50°. Кроме наиболее распространенных вертикально-замкнутых конвейеров, известны горизонтально-замкнутые одноцепные скребковые конвейеры с высокими скребками, консольно прикрепленными к цепи. Их применяют редко, 45 например, для транспортирования навоза на животноводческих фермах, древесных отходов и подобных грузов. В качестве тяговых элементов в скребковых конвейерах используют пластинчатые втулочно-катковые цепи (с ребордными катками). Применяют также и другие цепи (пластинчатые роликовые и с гладкими катками, тяговые разборные, круглозвенные, крючковые из литых или штампованных звеньев), снабжая скребки опорными башмаками или катками. Использование катков снижает сопротивление движению и износ опорных элементов. Число цепных контуров (один или два) зависит от размеров перемещаемого груза и прочности скребков. В одноцепном конвейере цепь, расположенная посередине, создает неудобства при загрузке, а связанное с этим увеличение ширины желоба снижает прочность консольных участков скребков. Поэтому для крупнокусковых грузов более пригодны двухцепные конвейеры. Скребки. Их выполняют трапецеидальной, полукруглой или прямоугольной (одинарные и двойные) формы; последние необходимы для конвейеров с двумя рабочими ветвями. Скребки изготовляют из листовой стали толщиной 3-8 мм, для жесткости их укрепляют ребрами. Ширина плоских скребков составляет 650 мм включительно, а ящичных – 500-1200 мм. Высоту скребка обычно принимают в 2-3 раза меньше их ширины (большие цифры относятся к большей ширине). При значительном увеличении высоты скребка возрастает расчетная площадь сечения желоба, но и повышается консольная нагрузка на скребки и цепь, что нецелесообразно. Шаг скребков определяется в зависимости от кусковатости груза, высоты скребка и шага цепи. Для кусковых грузов шаг скребков должен быть больше размера наибольшего куска груза. Для остальных грузов выбранный шаг скребков должен обеспечивать наибольшее заполнение пространства между скребками. Обычно применяют шаг скребков, равный двум шагам цепи (320800 мм), или где высота скребка. Желоба. Их изготовляют сварными или штампованными и з листовой стали толщиной 4-6 мм прямоугольного, трапецеидального или полукруглого сечения секциями длиной 3-6 м. Днище желоба при транспортировании абразивных грузов для повышения срока службы футеруют износостойким покрытием, например каменными плитами (из базальта) или деревянными или каменными настилами. Ширина желоба должна соответствовать размерам кусков транспортируемого груза. В одноцепных конвейерах они должны в 3-5 раз превышать размер наибольших и средних кусков. В двухцепных конвейерах ширина желоба превышает размер наибольших и средних кусков груза соответственно в 2-4 раза. Привод. В скребковых конвейерах применяют электрический привод редукторного типа, устанавливаемый на концевой звездочке. В передаточный механизм привода, особенно для конвейеров среднего и тяжелого типов, целесообразно устанавливать предохранительное устройство (срезной штифт) 46 или муфту предельного момента для предохранения конвейера от поломок при случайных перегрузках. Натяжные устройства. Натяжное устройство винтовое или пружинновинтовое; его ход не менее 1,6 шага цепи. Станину конвейера изготавливают из прокатных профилей по секциям длиной 3-6 м. В отдельных конструкциях кожух делают в виде несущего каркаса, закрывающего цепь и желоб. 5.3. Расчет основных параметров Площадь поперечного сечения желоба конвейера определяют по заданной расчетной производительности конвейера с учетом коэффициента заполнения желоба транспортируемым грузом, мм2, , где рабочие ширина и высота желоба, мм; коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера. Производительность скребкового конвейера, т/ч, где коэффициент отношения ширины и высоты желоба Отсюда может быть определена высота желоба (высота слоя груза): Конструктивную высоту скребка в соответствии со способом его крепления к цепи принимают на 25-50 мм больше высоты желоба. Скорость движения скребка выбирают в пределах 0,1-0,63 м/с. Ширина желоба Ее значение округляют по типовым размерам ширины скребка в соответствии с рекомендованными зазорами между желобом и скребком. Полученную ширину желоба и шаг скребка необходимо проверить по гранулометрическому составу транспортируемого груза исходя из наибольшего типичного размера куска груза: = Для двухцепных конвейеров при сортированном грузе х с =3 4 и рядовом грузе = 2 2,5; для одноцепных конвейеров соответственно хс = 5 7 и = 3 3,5, так как проходящая по середине желоба цепь ухудшает условия загрузки и разгрузки конвейера. Тяговый расчет скребкового конвейера выполняют методом обхода контура по отдельным участкам, начиная с точки наименьшего натяжения. Сопротивление движению груза и рабочих органов где линейные массы соответственно груза и ходовой части, Н/м; коэффициенты сопротивления движению соответственно груза и ходовой части; длина горизонтальной проекции участка трасы конвейера, м; длина вертикальной проекции (высота) участка, м. Знак "+" принимается при движении вверх, а "–" при спуске вниз. Коэффициент сопротивления движению груза , учитывающий сопротивления от трения груза о дно и 47 стенки стального желоба, приблизительно принимают 0,6- 1 для крупного и мелкого угля, а для других грузов – 1,1f, где f – коэффициент трения груза по желобу. Коэффициент сопротивления движению цепи с ходовыми катками на подшипниках скольжения = 0,1 0,13 в зависимости от условий работы, для цепей без катков, движущихся скольжением, 0,25-0,4. Линейную массу ходовой части (цепей и скребков) определяют по каталогам или соотношению где эмпирический коэффициент для одноцепных конвейеров = 900 1200, для двухцепных – 1500-2500; -ширина скребка, м. Первоначальное натяжение цепи определяют из условия устойчивости скребка. Сопротивление движению порции груза, размещенной перед скребком, по желобу стремится отклонить скребок и звено цепи, к которому он прикреплен, на некоторый угол . Этому отклонению препятствует натяжение цепи . Рассмотрим условия равновесия сил, приложенных к скребку. Для упрощения решения примем натяжения в начале и в конце звена одинаковыми, равными и направленными одно параллельно другому, массу скребка не учитываем. Тогда получим уравнение моментов , где высота приложения силы сопротивления движению груза, м. Ее принимают равной высоте скребка для кусковых грузов или 0,8 для зернистых грузов; угол отклонения звена цепи для надежной работы конвейера ( ); шаг тяговой цепи, мм. Сопротивление перемещаемого груза: - на наклонном конвейере – - на горизонтальном конвейере ( )– где масса порции груза перед скребком, кг. Необходимое первоначальное натяжение тягового элемента, Н, Для . Необходимость повышенного первоначального натяжение – заметный недостаток конвейера с высокими скребками. Если конвейер состоит из прямолинейных и наклонных участков, а натяжение на набегающей и сбегающей ветвях и , то общая сила тяги Потребная мощность двигателя где скорость тяговой цепи, м/с; включая потери на приводном валу. КПД передаточного механизма привода, 48 Глава 6. Крутонаклонные конвейеры 6.1. Основные типы и область применения Крутонаклонными конвейерами называют все типы конвейеров, предназначенных для транспортирования насыпных и штучных грузов под углами наклона, превышающими максимальные углы, при которых этот груз лежит на гладком грузонесущем полотне и еще не имеет гравитационного перемещения. Крутонаклонные и вертикальные конвейеры наиболее целесообразно классифицировать по конструктивным и функциональным признакам устройств, удерживающих груз на грузонесущем элементе (рисунок 6.1). Рисунок 6.1. Способы удержания груза Различают крутонаклонные конвейеры со специальными лентами (рисунок 6.2, а), ленточно-цепные (рисунок 6.2, б), пластинчатые двухленточные (рисунок 6.2, в), трубчатые и подвесные (рисунок 6.2, г), вертикальные конвейеры для тарно-штучных грузов. Разработаны крутонаклонные конвейеры типов КЛП400, КЛП-500, КЛП650, оборудованные лентами с выступами; конвейеры типов ЛП-16, ЛП-10, ЛП8, ЛП-6, ЛП-5 со специальными лентами с перегородками; ленточно-цепные типов КЛЦ-80, КЛЦ-50, КЛЦ-250; пластинчатые типов КЛК-1, КЛК-2, ПКУ-60, ПН-65; двухленточные типов КДК-1, КДК-2, КДК-5; вертикальные типов ВК25, ВК-101, ВК-1001 и др. В качестве тяговых элементов применяют ленты, цепи и канаты. 49 Рисунок 6.2. Схемы крутонаклонных конвейеров 50 Специальные ленты выполняют с выступами, рифлеными, гофрированными, с перегородками и т.п. Все рифленые ленты предназначаются для транспортирования штучных и реже насыпных грузов в пределах угла естественного откоса, равного 30-35°. Для транспортирования мелких и средних по габаритам и массе штучных грузов ленты на рабочей поверхности снабжаются поперечными выступами. Грузы в жесткой упаковке (пакеты, ящики, коробки и т.п.) могут транспортироваться рифлеными лентами под углом до 45°. Разработаны новые конструкции лент с выступами шириной 400, 500, 650, 800, 1000 и 1200 мм, у которых основу представляет обычная стандартная лента (ГОСТ 20-62), высота выступов 8-10 мм. Основные достоинства конвейеров со специальными лентами (с выступами) – это использование стандартного оборудования, простота и надежность конструктивных решений, высокая производительность, увеличение угла подъема на 10-12° по сравнению с гладкими лентами. Недостатки – максимальный угол наклона не превышает 35-40° при транспортировании пылевидных, порошкообразных, зернистых и штучных грузов. Для увеличения угла подъема конвейера до 60-70° применяют конвейерные ленты с перегородками высотой 50-300 мм. Ленты выполняют плоскими, угловыми, лотковыми. Перегородки могут быть завулканизированые к основной ленте или съемные. Основные недостатки таких конвейеров – сложная технология изготовления лент, высокая себестоимость, сложность очистки от прилипших частиц груза, возможность использования только однобарабанного привода, сложность конструкции. Эти конвейеры целесообразно применять при транспортировании насыпных грузов под углом подъема 30-60° на расстоянии 10-15 м. Конструктивной особенностью ленточно-цепных крутонаклонных конвейеров является то, что лента частично или полностью может быть освобождена от передачи тягового усилия и служит только грузонесущим органом, а тяговым органом – цепь, причем лента выполняется с выступами, перегородками и т.п. Скорость движения конвейера составляет 0,9-1,1 м/с, производительность – 50-250 т/ч. Для транспортирования крупнокусковых, тяжелых, горячих насыпных и штучных грузов применяются крутонаклонные пластинчатые конвейеры. Технические характеристики отечественных крутонаклонных пластинчатых конвейеров приведены в таблице 6.1. КарГТУ разработан крутонаклонный конвейер, особенностью которого является то, что обратная ветвь пластинчатого конвейера используется в качестве эскалатора для транспортирования людей или запасных частей машин. Это достигается тем, что каждая перегородка грузонесущего органа пластинчатого конвейера выполнена из двух частей, верхней и нижней, соединенных последовательно по схеме вал – труба. При этом нижняя часть перегородки на прямой ветви пластинчатого конвейера расположена 51 перпендикулярно к поверхности грузонесущего органа ленточного конвейера, а на обратной ветви пластинчатого конвейера верхняя и нижняя части перегородки размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя ступени эскалатора. Таблица 6.1 Параметры Производительность, т/ч Скорость движения полотна, м/с Ширина пластин, мм Высота бортов, мм Шаг тяговой цепи, мм Угол наклона, град Мощность привода, кВт Длина конвейера, м Высота подъема, м КПК-1 420 0,4 1250 250 30 72 30 КПК-2 200 0,4 1000 200 45 55 59 42 ПКУ-60 90 0,4 400 150 80 25 100 - ПН-65 250 0,75 650 150 160 35 32 - Конструктивной особенностью другого крутонаклонного конвейера, разработанного КарГТУ, является то, что перегородки прикреплены к тяговым канатам, расположенным по бокам вдоль конвейера, причем они выполнены таким образом, что по мере увеличения угла наклона конвейера зажим увеличивается за счет гравитационных сил груза, а при огибании разгрузочного барабана автоматически выходит из зацепления с тяговым канатом. В двухленточных конвейерах увеличение угла наклона достигается при помощи второй ленты, которая, проходя параллельно несущей ветви рабочей ленты, создает необходимое давление на груз, увеличивая его сцепление с лентой. Этими конвейерами можно транспортировать груз под углом 90°. В отечественной промышленности двухленточные крутонаклонные конвейеры применяют для транспортирования строительных материалов под углом наклона до 60° на высоту до 20 м. Производительность установок 100 т/ч при скорости ленты 1,6 м/с и ширине 800 мм. Трубчатые конвейеры относятся к герметизированным конструкциям, и принцип работы, основанный на увеличении давления между грузом и лентой, заключается в том, что непрерывно подаваемый на плоскую часть ленты насыпной груз увлекается ею и обжимается при сворачивании ленты в трубу. В США и Германии применяются трубчатые конвейеры со специальной лентой с застежкой типа «молния» производительностью до 50 т/ч, длиной 30-40 м, шириной ленты 400-800 мм и скоростью до 2 м/с. Трубчатые конвейеры применяются для транспортирования пылящих, ядовитых, коррозирующих и подобных грузов в химической, огнеупорной и других отраслях промышленности. 6.2. Расчет основных параметров Особенность расчета крутонаклонных конвейеров заключается в определении допустимого угла транспортирования, производительности и мощности привода конвейера. 52 Допустимый угол наклона определяется в зависимости от конструктивных особенностей специальной ленты из условия равновесия насыпных грузов на ленте где масса частицы груза, кг; угол, образуемый выступом с продольной осью ленты; угол наклона конвейера; коэффициент трения груза о ленту. Из этого неравенства получим Производительность конвейеров, имеющих ленту с выступами, т/ч, где площадь сечения груза на ленте: коэффициент уменьшения площади груза; откоса груза; геометрический коэффициент угол естественного производительности Мощность привода конвейера, кВТ, Предельная длина крутонаклонных конвейеров определяется в зависимости от тягового фактора однобарабанного природа. Угол равновесия порожней ветви с достаточной точностью можно определить из выражения где масса нижних роликов, кг/м; коэффициент сопротивления движению на нижней ветви. При больших углах наклона максимальное натяжение ленты будет в точке набегания на барабане, Н, где ( тяговые усилие привода; коэффициент запаса тяговой способности ). Сопротивление движению 1 м, Н: - груженой ветви - порожней ветви Необходимо принять, что конвейера, м, , тогда предельно допустимая длина 53 Глава 7. Скребково-ковшовые, ковшовые и люлечные конвейеры 7.1. Скребково-ковшовые и ковшовые конвейеры Для транспортирования сухих сыпучих, насыпных и однородных штучных грузов по сложной трассе с горизонтальными и вертикальными участками применяют скребково-ковшовые, ковшовые и люлечные конвейеры. Тяговым элементом этих конвейеров служат пластинчатые цепи, несущим элементом – ковши или шарнирно-подвешенные полки-люльки. К преимуществам рассматриваемых конвейеров относятся бесперегрузочное транспортирование в одном агрегате по вертикальной и горизонтальной трассам, простота компоновки транспортного и технологического оборудования, простота загрузки и разгрузки, возможность автоматизации работы конвейера в целом; недостатки – сложность, большая масса и высокая стоимость оборудования. Наибольшее применение они получили на заводах химической промышленности (содовых, синтетического каучука и др.), на топливоподачах электростанции, коксогазовых и цементных заводах. К ковшовым конвейерам также относятся конвейеры Дональта, у которых вместо ковшей применяют отрезки холста, образующие своего рода карманы для грузов, а также конвейеры-дозаторы с горизонтальными участками загрузки и разгрузки. Скребково-ковшовый конвейер (рисунок 7.1, а) имеет две бесконечные замкнутые тяговые цепи с жестко прикрепляемыми к ним призматическими ковшами, движущимися на горизонтальных участках внутри открытого или закрытого желоба, а на вертикальных участках внутри закрытого направляющего кожуха. Цепи огибают поворотные звездочки и направляющие круговые шины. Желоб и кожух конвейера поддерживаются опорными металлоконструкциями, к которым прикреплены направляющие пути из уголкового проката. Подлежащий транспортированию груз загружается в желоб каким-либо одним или попеременно несколькими питателями в любом месте нижнего горизонтального участка конвейера. Груз может выгружаться в любом месте верхнего горизонтального участка конвейера через отверстия в дне желоба, закрываемые задвижками. Эти конвейеры применяют для транспортирования различных хорошо сыпучих сухих пылевидных, зернистых и кусковых (с размером куска до 150 мм) насыпных грузов при производительности до 20 м3/ч, длине горизонтальных участков до 100 м и высоте подъема до 25 м. Влажные и липкие грузы этими конвейерами не транспортируются из-за сложности разгрузки и очистки ковшей. К недостаткам скребково-ковшовых конвейеров относятся повышенный износ ковшей и желоба, высокая энергоемкость, измельчение груза, что ограничивает их применение. 54 Разгрузка Разгрузка Загрузка Загрузка Рисунок 7.1. Схемы ковшовых (а) и скребково-ковшовых (б) конвейеров Тяговым элементом являются две пластинчатые катковые цепи с шагом 200, 250, 315, 400, 500 мм. Катки с ребордами, на подшипниках скольжения. Ковши призматической формы, сварные из листовой стали толщиной 3-6 мм; ширина ковша b=700÷1200 мм, глубина h1=150÷300 мм. Для обеспечения свободной разгрузки боковые стенки ковша имеют угол наклона не менее 45°. Расстояние между ковшами не менее двух шагов цепи. Привод редукторный, снабжен автоматическим остановом и тормозом, препятствующим самоходному движению ходовой части в обратную сторону. Натяжное устройство винтовое или пружинно-винтовое. Ход натяжного устройства равен полутора или двум шагам тяговой цепи. Производительность скребково-ковшового конвейера определяется из условия перемещения груза в ковшах на вертикальных участках, т/ч, где потребный объем ковшей, шаг ковшей, м; плотность груза, т/ ; скорость движения цепей с ковшами ( ); коэффициент заполнения ковша ( ). При транспортировании кусковых грузов должна быть выполнено условие где вылет ковша, м; размер наиболее типичного куска груза, м; коэффициент (для сортированных грузов для рядовых ). Тяговый расчет скребково-ковшовых конвейеров выполняют последовательным суммированием сопротивления по контуру трассы, так же как и для скребковых конвейеров. Первоначальное натяжение цепи повышенное, (как и у скребковых конвейеров с высокими скребками) для обеспечения минимального отклонения скребков от вертикали на горизонтальных участках. 55 Ковшовые конвейеры имеют в основном такие же схемы трассы, как и скребково-ковшовые (рисунок 7.1, б), однако конструкция и способ перемещения грузов у них значительно различаются. Ковши этих конвейеров прикрепляют шарнирно к двум пластинчатым катковым цепям. Ось подвешивания ковша всегда располагается выше его центра тяжести, что обеспечивает движение ковшей параллельно самим себе на вертикальных и горизонтальных участках конвейера, устойчивое положение ковшей во время движения и автоматический возврат их в исходное положение после опрокидывания для разгрузки. Загрузка конвейера осуществляется в любом месте нижнего горизонтального участка и перемещается в ковшах на горизонтальных и вертикальных участках без пересылок, что предохраняет груз от измельчения и истирания. Разгрузка производится в любом месте верхнего горизонтального участка с помощью подвижных и стационарных разгрузочных устройств. Ковшовые конвейеры применяют для транспортирования сухих хорошо сыпучих пылевидных, зернистых и кусковых грузов на предприятиях химической и угольной промышленности, на электростанциях и цементных заводах. Производительность ковшовых конвейеров составляет 10-500 т/ч; длина горизонтальных участков до 150 м при высоте подъема до 60 м. К достоинствам ковшовых конвейеров следует отнести отсутствие истирания и измельчения груза при перемещении, возможность одновременного перемещения раздельно нескольких типов грузов. К недостаткам относятся сложность изготовления и эксплуатации, высокая стоимость, большая масса ходовой части, возможность раскачивания и ударов ковшей друг о друга при повышенных скоростях. Тяговый элемент в этих конвейерах – пластинчатые цепи с ребордными катками на подшипниках скольжения и качения. Шаг цепей 315, 400, 500, 630, 800 и 1000 мм. Ковши сварные, корытообразной формы с закругленным днищем подвешиваются на нескольких осях к пластинам цепи. Загрузку сомкнутых ковшей производят непрерывной струей при помощи другого конвейера или питателя. Расставленные ковши загружаются во избежание просыпки с помощью устройств, обеспечивающих порционную подачу груза непосредственно в ковши. Разгружаются ковши при помощи разгрузочных шин, установленных на тележке, передвигаемой механическим приводом по всему фронту разгрузки или в нескольких стационарных пунктах. Привод ковшовых конвейеров редукторный с автоматическим тормозным устройством или остановом, препятствующим движению ходовой части в обратную сторону. При больших высотах подъема применяют многоприводные конвейеры с несколькими гусеничными приводными механизмами, установленными на вертикальном участке. Натяжное устройство винтовое или пружинно-винтовое, иногда грузовое. Выбор основных параметров (производительность, объем ковшей и др.) и тяговый расчет такие же, как и для скребково-ковшовых конвейеров, с учетом 56 особенностей транспортируемых грузов, конструкции ковшей и сопротивления разгрузочного устройства для качающихся ковшей. 7.2. Люлечные конвейеры Люлечные конвейеры (рисунок 7.2, а, б) по конструкции подобны ковшовым, но вместо ковшей имеют шарнирно-подвешенные полки, так называемые люльки. Загружаются и разгружаются люльки вручную или автоматически при помощи специальных устройств. Длина люлечных конвейеров достигает 150 м, а высота подъема 30 м. Их используют для перемещения тяжелых и крупногабаритных штучных грузов по сложной трассе, состоящей из горизонтальных и вертикальных участков. Они также могут служить в качестве транспортных средство для междуэтажного перемещения грузов. Рисунок 7.2. Схемы люлечных конвейеров 57 В качестве тягового элемента используют пластинчатые цепи с ребордными катками с шагом 100, 125, 160, 200, 250, 315 мм. Имеются также конструкции с одной тяговой цепью, но они относятся к люлечным элеваторам. Несущими элементами являются люльки, конструкции которых весьма разнообразны в зависимости от формы, размеров и массы транспортируемых грузов и способа их разгрузки и загрузки. Они могут загружаться и разгружаться автоматически с помощью гребенчатых столов и лотков на ходу конвейера, также имеются различные конструкции люлек для ручной загрузки и разгрузки. Параметры грузонесущих органов люлечных конвейеров (размеры и грузоподъемность) определяются габаритными размерами транспортируемых штучных грузов и их массой. Шаг люлек проверяется на проходимость по криволинейным участкам трассы. При определении производительности скорость принимают не более 0,35 м/с, так как автоматическая и ручная загрузка штучных грузов при большой скорости становится затруднительной. Тяговый расчет и определение потребной мощности электродвигателя привода выполняют так же, как и для других цепных конвейеров. Глава 8. Тележечные конвейеры 8.1. Общая характеристика и устройство Тележечными называются конвейеры, грузонесущим органом которого являются тележки-платформы, связанные с тяговым элементом и двигающиеся по замкнутым направляющим путям. Они предназначены для перемещения грузов по отдельным технологическим операциям поточного производственного процесса. По расположению тягового элемента и направляющих путей конвейеры делятся на вертикально-замкнутые и горизонтально-замкнутые. Выбор того или иного типа конвейера зависит от характеристики перемещаемого груза, характера обслуживаемого технологического процесса и планировки производственного помещения. Горизонтально-замкнутые конвейеры применяют для транспортирования легких малогабаритных изделий, а также в технологических цепях (например, конвейеры испытательных станций, литейные и др.), при этом груз может находиться на тележке при движении ее по всей трассе конвейера, а при необходимости может совершать круговые движения. Вертикально-замкнутые конвейеры применяют на сборочных операциях тяжелых и громоздких изделий (моторов, автомашин, тракторов, их узлов и др.) и могут иметь опрокидывающиеся и неопрокидывающиеся рабочие тележки. Горизонтальнозамкнутые конвейеры выполняются одноцепными или без цепей, а вертикально-замкнутые – двухцепными, реже одноцепные или без цепей, в которых тележки связаны между собой шарнирно, но могут иногда и не иметь 58 такой связи. Перемещение тележек может быть непрерывным и пульсирующим. Наибольшее распространение получил горизонтально-замкнутый тележечный конвейер типа Г (рисунок 8.1), состоящий из центрально расположенной тяговой цепи 1 с прикрепленными к ней тележкамиплатформами 2, движущимися по двум направляющим путям 3, привода 4 и натяжного устройства 5. Ходовая часть конвейера состоит из пластинчатой катковой цепи, одноосных тележек, жестко прикрепленных к пластинам цепи, платформ, на которые устанавливают транспортируемые опоки, и щитков, предохраняющих от загрязнения землей и брызгами металла. Рисунок 8.1 – Схема горизонтально-замкнутого конвейера Каждая платформа опирается на две тележки и соединяется с ними при помощи штырей, причем на одной тележке (ведущей) одно из отверстий для штыря выполняется круглым, а другое – овальным для компенсации сокращения расстояния между тележками на криволинейных поворотных участках трассы. На втулках тяговой цепи устанавливают катки, снабженные шарикоподшипниками или коническими роликоподшипниками, катки движутся между направляющими шинами и исключают возможность бокового сдвига тележек с рельсовых путей. Предварительное натяжение цепи осуществляется натяжным устройством. Общая длина трассы конвейера определяется как сумма длин отдельных его участков по обслуживаемым технологическим зонам литейного процесса. Ширину платформ принимают равной 500, 650, 800, 1000 и 1250 мм. Каждому из этих значений ширины соответствует одно значение грузоподъемности по ряду 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 кг и по три значения длины по ряду 650, 800, 59 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 мм. Секция тяговой цепи, приходящаяся на одну платформу, составляется из двух или четырех звеньев. В последнем случае цепь выполняют разношаговой, например, при шаге платформы 1300 мм шаг звеньев цепи принят равным 250 и 400 мм. Основные преимущества конвейеров этого типа – легкая приспособляемость трассы к производственным условиям, возможность использования всей длины конвейера, высокая надежность и возможность широкой механизации загрузки и разгрузки. На некоторых предприятиях находят применение другие конструкции горизонтально-замкнутых тележечных конвейеров (с пространственной трассой типа П и с перекрывающими платформами со сплошным настилом с одноплоскостной трассой типа ГС), имеющие в принципе такую же конструкцию, как и конвейер типа Г, с той же лишь разницей, что у них тяговая цепь снабжена дополнительным шарниром с горизонтальным валиком для обеспечения поворота ходовой части в вертикальной плоскости. Основные преимущества конвейеров с пространственной трассой – рациональное использование производственной площади, улучшение санитарных условий работы в литейных цехах, когда участки формировки и заливки размещаются на первом этаже, а участки охлаждения и выбивки – в изолированном подвале. Радиусы поворота ходовой части в вертикальной плоскости 5-8 м, наибольший угол подъема 6°. У тележечных конвейеров типа ГС со сплошным настилом для транспортирования литейных форм платформы имеют полукруглые (выпуклое с одной и вогнутое с другой стороны) очертания торцовых поверхностей. Такое расположение платформ образует сплошной настил на прямолинейных и поворотных участках конвейера и надежно защищает его ходовую часть и пути от загрязнения и заплесков металла. Конвейер не имеет тяговой цепи, функции грузонесущего и тягового элементов выполняют платформы с тележками. К основным элементам горизонтально-замкнутых тележечных конвейеров относятся тяговые цепи, привод, натяжное устройство и ходовые пути. Тяговым элементом пространственных конвейеров служит двухшарнирная цепь, которая имеет вертикальные и горизонтальные шарниры, позволяющие звеньям цепи свободно отклоняться в любую сторону, или обычная пластинчатая цепь с креплением к тележкам при помощи шарнира, ось которого перпендикулярна осям шарниров цепи. Тележки-платформы у пространственных конвейеров имеют упоры, предохраняющие сползание грузов на наклонных участках. Вертикально-замкнутые конвейеры с опрокидывающимися тележками (рисунок 8.2) состоят из тягового элемента 1 с прикрепленными к нему тележками 2, движущимися по направляющим путям опорной конструкции конвейера 3, привода 5 и натяжного устройства 4. У сборочных конвейеров тележки обычно снабжают установочными кондукторами, поворотными приспособлениями и другими устройствами для облегчения процесса сборки. Металлоконструкция с боковых сторон закрывается объемным 60 предохранительным ограждением из стальных листов или сетки, а верхняя ветвь отделяется от нижней сплошным перекрытием. Выполненное в виде короба из стальных листов перекрытие предохраняет рабочих-сборщиков от несчастных случаев, препятствует попаданию инструмента, крепежных деталей и других посторонних предметов на нижнюю ветвь конвейера и служит маслосборщиком. Рисунок 8.2 – Схема вертикально-замкнутого тележечного конвейера Тележки конвейеров жестко крепятся к одному из звеньев цепи. Эти конвейеры выполняют одно- и двухцепными, в зависимости от колеи и базы тележки и тягового усилия. Приблизительно можно считать, что при А>4 шагов целесообразно использовать две тяговые цепи. Для направления движения тележек во время их опрокидывания на участке приводной звездочки устанавливают неподвижные контршины, по которым движутся катки при опрокидывании, а на валу натяжной звездочки размещают два опорных диска, передвигаемых вместе с валом и звездочкой при натягивании цепи. Диаметр дисков выбирают таким, чтобы рама тележки на повороте прижималась к ним под действием натяжения цепи. Конвейеры с неопрокидывающимися тележками имеют две тяговые цепи, располагаемые с двух сторон вне габарита тележки по ширине. Каждая тележка конвейера имеет две оси. Ведущая ось тележки шарнирно прикреплена к тяговым цепям. Для свободного прохождения тележек между цепями у приводных и натяжных звездочек последние устанавливают на консольных осях так, чтобы между ними посередине конвейера оставался свободный промежуток, достаточный для прохода тележек. Конвейеры с неопрокидывающимися тележками могут иметь только прямолинейную горизонтальную трассу. Консольное крепление звездочек, сложное крепление тележек к цепям и наличие дополнительных механизмов на участках поворота усложняют и удораживают конструкцию конвейеров этого типа, поэтому они сравнительно мало распространены. К преимуществам их относится возможность перемещения грузов на верхней и нижней ветвях конвейера, что используется в литейных цехах, например, на верхней ветви конвейера производят сборку и заливку горячим металлом заформованных опок, а на нижней ветви – охлаждение залитых опок и подачу их на выбивку. Поэтому конвейеры такого типа применяют в 61 литейных цехах, а также в других случаях, когда в условиях ограниченной производственной площади (особенно по длине помещения) по производственному процессу необходим конвейер увеличенной длины для выполнения технологических операций различных ритмов (сборка, заливка, охлаждение и сборка, окраска, сушка и др.). К основным элементам этих конвейеров относятся тяговые цепи, опорные устройства, тележки, привод и натяжное устройство. В качестве тяговых элементов служат одна или две цепи: пластинчатые, втулочные и роликовые с шагом 80-320 мм, разборные с шагом 100 и 160 мм, пластинчатые безвтулочные. Опорные устройства и тележки служат для перемещения различных грузов в пределах технологического процесса и обеспечивают удобную, надежную, простую установку и съем грузов и их устойчивое положение по всей длине конвейера, т. е. на всех его рабочих местах в процессе сборки изделия. В случае необходимости на опорном устройстве должны быть предусмотрены крепления, фиксаторы, зажимы, а также приспособления для наклона, поворота или подъема изделия, необходимые в процессе сборки. Привод конвейера обычного типа размещают на месте расположения поворотной звездочки, как правило, с единым редуктором или одной дополнительной цепной или зубчатой передачей. Первую применяют при установке привода в приемке под полом, чтобы не загромождать помещение и обеспечить удобный съем грузов в конце конвейера, вторую – в приводе конвейера с неопрокидывающимися тележками при консольном расположении приводных звездочек. Натяжное устройство – винтовое или пружинно-винтовое обычного типа, последнее предпочтительнее на конвейерах большой длины. Ход натяжного устройства не превышает 40-500 мм. При чрезмерном износе цепи заменяют полным комплектом для обеспечения постоянства шага тележек. 8.2. Расчет основных параметров Выбор параметра того или иного типа конвейера зависит от характера технологического процесса, обслуживаемого конвейером, характеристики перемещаемого груза (размера и массы), производительности и планировки производственного помещения. Грузоподъемность тележки определяют по наибольшей массе перемещаемого груза на последней технологической операции, включая массу устанавливаемых на тележке приспособлений, а шаг тележек – по их длине, зависящей от продольного размера перемещаемого груза. Время, в течение которого одно изделие сходит с конвейера, называется темпом или ритмом выпуска: 62 где число рабочих часов в смене; число рабочих смен в сутки; коэффициент использования конвейера во времени ( ); коэффициент использования тележек на конвейере ( ); ZC – суточная производительность конвейера, шт./сут. При выполнения рабочих операций на непрерывно движущемся конвейере время операции При пульсирующем движении конвейера операции выполняются во время его остановки где время передвижения конвейера на одну позицию. Скорость непрерывного движения конвейера где число изделий на одной тележке. Обычно м/с при непрерывном движении и м/с при пульсирующем движении. Если рабочие операции равномерно распределены по времени, то число рабочих мест на конвейере где общая трудоемкость сборки изделия, с. Общая длина технологической линии на конвейере, м, Если изделие проходит на конвейере сушку, охлаждение или какое-то испытание, то длина участка, где производятся эти операции, м, где время операции, с. Тяговый расчет выполняют методом обхода контура по характерным точкам. Линейные нагрузки определяют по заданному графику загрузки тележек в соответствии с производственным процессом, при этом масса тележки принимается по проектным данным или по аналогии с действующими установками. Масса i-го участка рабочей ветви с массой груза при шаге тележек и линейной массе цепи кг/м, Линейная масса на порожней ветви конвейера, кг/м, Максимальное натяжение цепи конвейера для предварительных расчетов , где коэффициент сопротивления движению на поворотных звездочках ( ); минимальное натяжение ( ); 63 коэффициент сопротивления движению ходовой части конвейера; линейная масса участка конвейера, н/м; длина участка конвейера с различными линейными нагрузками, м. Прочность цепи конвейера предварительно может быть проверена по условию где коэффициент конвейеров запаса прочности цепи ). (для горизонтальных Глава 9. Винтовые конвейеры 9.1. Устройство и область применения Винтовые конвейеры применяют для перемещения пылевидных, порошкообразных и реже мелкокусковых насыпных грузов на сравнительно небольшое расстояние (обычно до 40 м по горизонтали и до 30 м по вертикали) при производительности до 100 т/ч в химической и мукомольной промышленности и на предприятиях строительных материалов. Ими целесообразно транспортировать липкие и сильно уплотняющиеся, а также высокоабразивные грузы. К преимуществам винтовых конвейеров относятся простота конструкции, небольшие габаритные размеры, удобство промежуточной разгрузки, герметичность, что весьма важно при транспортировании пылящих, горячих и остро пахнущих грузов. К недостаткам относятся высокий удельный расход энергии, связанный со способом перемещения грузов, значительное измельчение и истирание груза, повышенный износ винта и желоба, а также чувствительность к перегрузкам, ведущая к образованию внутри желоба (особенно у промежуточных подшипников) скопления грузов. По виду трассы винтовые конвейеры бывают горизонтальными, наклонными (под углом до 20°), вертикальными. К ним можно отнести также винтовые транспортирующие трубы. Эти три вида конвейеров имеют как сходные, так и отличительные конструктивные характеристики, но особенно отличаются друг от друга по принципу действия. Горизонтальный винтовой конвейер (рисунок 9.1, а) состоит из желоба 1 , в котором вращается винт 2, представляющий собой продольный вал с укрепленными на нем винтовыми витками, и привода (электродвигатель и редуктор) вращающегося винта. Груз подается в желоб через одно или несколько отверстий в его крышке и при вращении винта скользит вдоль желоба, подобно тому как движется по винту гайка, удерживаемая от совместного с ним вращения. Совместному вращению груза с винтом препятствуют силы тяжести груза и трение его о желоб. Разгрузка желоба производится через одно или несколько отверстий в днище, снабженных затворами. 64 Винт конвейера выполняют с правым или левым направлением спирали, одно-, двух- или трехзаходным. Поверхность винта может быть сплошной, ленточной или прерывистой в виде отдельных лопастей фасонной формы. Винты со сплошной поверхностью применяют в основном для перемещения сухого мелкозернистого и порошкообразного насыпного груза, не склонного к слеживанию; с ленточной, лопастной и фасонной – при перемещении слеживающихся грузов, а также для выполнения некоторых технологических операций, например перемешивание различных грузов. Вертикальные конвейеры (рисунок 9.1, б) относятся к конвейерам специального типа. Они состоят из подшипника со сплошными винтами, вращающимися в цилиндрическом кожухе (трубе); короткого горизонтального винта-питателя, тоже вращающегося в трубе, и одного или двух раздельных приводов для особых винтов. Разгрузка конвейера производится через патрубок вверху кожуха. Нижний участок вертикального винта, в который подается груз, делают либо переменного, уменьшающегося кверху диаметра, либо с уменьшенным шагом. Движение груза вверх происходит за счет увлечения его вертикальным винтом. При этом груз под действием центробежной силы прижимается к поверхности цилиндрического кожуха и под действием силы трения о нее и силы тяжести несколько отстает в движении от винтовой поверхности, т. е. вращается с меньшей угловой скоростью, чем угловая скорость винта. Поэтому подобно гайке, которая притормаживается на вращающемся винте, груз получает относительное движение вдоль оси винта, совершая абсолютное движение по винтовой траектории, но с меньшей осевой скоростью, чем скорость перемещаемой по этому винту невращающейся гайки. Рисунок 9.1. Схемы винтовых конвейеров Для создания необходимой центробежной силы винт должен иметь достаточно большую частоту вращения, т. е. в противоположность горизонтальным винтам, для которых ограничивается максимальная частота вращения, на вертикальных винтах ограничивается ее минимально допустимое (критическое) значение, необходимое для перемещения груза вверх по винту. 65 К основным элементам винтовых конвейеров относятся винт и его опоры, желоба, привод, загрузочное и разгрузочное устройства. Винт конвейера изготовляется из труб, к которым привариваются лопасти. В качестве опор винтов применяют подшипники скольжения и качения. Длина секции винта 2-4 м. Каждые две секции трубчатых винтов соединяются коротким валом. Желоб винтового конвейера изготовляют из листовой стали толщиной 3-6 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до 200 °С) грузов применяют желоба из чугуна, а для легких неабразивных грузов – из дерева с внутренней обшивкой листовой сталью. Привод винтовых конвейеров редукторный, состоящий из электродвигателя, редуктора и муфт. В загрузочное устройство входит люк в крышке желоба конвейера и гибкий впускной патрубок, обеспечивающий герметичность при переходе сыпучего грунта в желоб конвейера из бункеров, других конвейеров или технологических машин (мельниц и др.). Разгрузочные устройства выполняют в виде отверстий в днище желоба, перекрываемых шиберными затворами. 9.2. Расчет основных параметров Производительность винтового конвейера Q или V зависит от диаметр D, шага t, частоты вращения винта n и коэффициента заполнения поперечного сечения винта , т/ч, nD 2 Q V 60 tnc 47 D 2 tnc , 4 где – плотность груза, т/м3; с – поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера . Скорость транспортирования, м/с, v tn / 60 Коэффициент заполнения во избежание скольжения груза промежуточных подшипников принимают относительно небольшим, и он зависит от свойств насыпных грузов. На наклонных винтовых конвейерах с движением груза вверх производительность уменьшается с возрастанием угла наклона, что должен учитывать коэффициент с. Шаг винта для сравнительно легкоперемещаемых грузов принимают равным t D , для трудно перемещаемых грузов его уменьшают до t 0,8 D или принимают двух-, трехзаходные винты. Частоту вращение винта выбирают в зависимости от рода перемещаемого груза и диаметра винта, которая должна обеспечивать спокойное, без пересыпания через вал, продвижение груза. Частота вращения уменьшается с увеличением диаметра винта, плотности и абразивности груза. Наибольшая допускаемая частота вращения (об/мин) винта nmax зависящий от свойств груза). 66 A D (где A – коэффициент, Диаметр винта выбирают по государственному стандарту из ряда 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630 и 800 мм. При расчете диаметра винта, особенно при перемещении кусковых грузов, необходимо учитывать прочность кусков: D (10 12)a cp ; D (4 6)amax , где a cp , a max – соответственно средние и максимальные линейные размеры сортированных и рядовых грузов. Общее сопротивление движению груза на винтовом конвейере складывается из сил трения груза о желоб и о поверхность винта, сопротивления в промежуточных и концевых подшипниках, а также сопротивления подъему при перемещении вверх по наклону. Мощность двигателя определяется исходя из перечисленных сопротивлений, кВт, N ę Ç Wi 0 , где – скорость транспортирования, м/с; ę Ç – поправочный коэффициент запаса; Wi – сумма всех сопротивлений перемещенного груза, Н. Потребная мощность вертикальных конвейеров складывается из мощности, затрачиваемой на подъем груза N1 , потерь на трение груза о стенки желоба N 2 , потерь на трение груза о винт N 3 , внутренних потерь в грузе (перемещение, крошение и т.п.), т.е. Nn ę Ç ( N1 N 2 N 3 ) M , где M – КПД привода. Глава 10. Вибрационные конвейеры 10.1. Устройство и область применения Вибрационная транспортирующая машина (ВТМ) состоит из колебательной системы. Общим признаком ВТМ, позволяющим отнести их к одному разряду машин, является колебательный характер движения грузонесущего органа, параметры которого определяются динамическими свойствами системы. К числу факторов, обусловливающих параметры движения машины, относятся внешние нагрузки, устройство колебательной системы, внутренние сопротивления, а также пневматические и динамические характеристики привода. Простейшая ВТМ (рисунок 10.1) состоит из колебательной системы, включающей в себя массу и упругие связи (с жесткостью к и вязкостью с), а также из эксцентрикового привода (с упругой связью к 0 и вязкостью с 0 ). На колеблющуюся массу, являющуюся в данном случае грузонесущим органом машины, действуют нагрузки от транспортируемого груза – нормальная и 67 тангенциальная. Кроме того, перемещению грузонесущего органа препятствуют внутренние сопротивления в упругих связях и элементах конструкции, принимаемые в первом приближении пропорциональными скорости его движения. Рисунок 10.1. Расчетная схема одномассовой вибрационной транспортирующей машины Уравнение движения грузонесущего органа машины под действием возмущающей силы привода F (t ) mx cx kx F (t ) N sin( ) F cos( ) или после преобразования F (t ) N F sin( ) cos( ) m m m В уравнении первый член левой части mx характеризует собой силы x 2nx p 2 x инерции колеблющейся массы, второй – силы внутренних вязких сопротивлений и третий – силы упругих связей. В правой части второй и третий члены представляют собой нагрузки от перемещаемого груза, а первый член – возмущающую силу привода. Привод машины в установившемся режиме сообщает колебательное движение ее грузонесущему органу, создавая возмущающую силу, которая преодолевает нагрузки перемещаемого груза и внутренние сопротивления, а также силы инерции колеблющихся масс или восстанавливающие силы упругих связей. Привод обеспечивает также предварительный разгон колеблющихся масс, машины, сообщая им начальный запас кинетической энергии. Перемещение груза по грузонесущему органу осуществляется за счет использования сил инерции и сил трения транспортирующей поверхности. Направленное перемещение грузов при возвратно-поступательных колебательных движениях грузонесущего органа обеспечивается асимметрией 68 сил инерции или сил трения. Асимметрия сил сухого трения достигается изменением нормальной реакции груза на грузонесущий орган при движении его в прямом и обратном направлениях, асимметрия же инерционных воздействий – сообщением грузонесущему органу движения в противоположные стороны с различными ускорениями. Вибрационные конвейеры работают в режиме с подбрасыванием перемещаемого груза. При принятых на практике амплитудных колебаниях такой режим работы достигается при большом числе колебаний, поэтому для вибрационных конвейеров типична быстроходность. Характер движения рабочего органа (амплитуда и форма траектории) определяются возмущающей силой, характеристиками упругих элементов, а также массами и скоростями движущихся частей. Основные узлы виброконвейера – грузонесущий орган, упругая система, рама, вибратор и привод. Достоинство вибрационных конвейеров – малый расход энергии. При движении насыпного груза на грузонесущий орган вибрационного конвейера, помимо веса, силы трения о желоб и силы инерции, действуют силы взаимного трения частиц, переменное давление воздуха, силы соударения частиц и др. Так, например, при подбрасывании слоя сыпучего материала между ним и днищем желоба образуется разряжение, в связи с чем появляется избыточное давление на поверхности слоя материала. Периодическое возникновение разности давления с частотой, пропорциональной частоте колебания желоба, обусловливает проникновение воздуха в материал. В результате на частицы действует пульсирующий аэродинамический напор, который частично взвешивает их, и они движутся по более сложному закону, чем тело, брошенное в безвоздушном пространстве. Это придает материалу текучесть, ослабляет контакт трения материала с желобом и способствует уменьшению его износа. Влияние давления воздуха зависит от газопроницаемости слоя и тем существенней, чем мельче материал. Однако ослабление контакта материала и желоба целесообразно лишь в некоторых пределах, пока оно не сказывается на ускорении материала, необходимом для интенсивного перемещения по желобу. Вибрационные конвейеры разделяют: по типу привода – инерционные, эксцентриковые, электромагнитные, гидравлические и пневматические; по режиму работы – резонансные и зарезонансные; по устройству динамической системы – неуравновешенные, уравновешенные и виброизолированные; по числу колеблющихся масс – одно- и многомассовые; по углу наклона – горизонтальные (наклонные и вертикальные); по числу привода – одно- и многоприводные; по устройству грузонесущего органа – с открытыми желобами, с закрытыми желобами или трубами. Вибрационные конвейеры одновременно с транспортированием груза часто используются для выполнения технологических операций, таких, как разделение по крупности, обезвоживанию, сушке. Производительность вибрационных конвейеров 100-500 м3/ч, в наиболее мощных моделях 300 м3/ч. Углы подъема их не должны превышать 10°, так как с их увеличением 69 снижается производительность. Наклон конвейера 5-15° способствует увеличению производительности установки. Виброконвейеры должны устанавливаться строго прямолинейно. При криволинейной трассе в плане располагают несколько виброконвейеров под углом один к другому. Достоинства виброконвейеров – незначительное измельчение перемещаемого груза в процессе транспортирования, малый износ грузонесущего органа, простота конструкции транспортных установок, полное отсутствие трущихся и быстроизнашивающихся деталей, легкость обслуживания и ухода, невысокая энергоемкость, безопасность эксплуатации. К недостаткам можно отнести затруднение при транспортировании липких материалов. Область целесообразного применения вибрационных конвейеров – транспорт на обогатительных фабриках и в поверхностных комплексах подземных рудников – вибровыпуск руды. Наибольшее распространение получили эксцентриковые и гидравлические виброконвейеры уравновешенного типа, так как они не требуют специальных фундаментов для установки. Вибрационные конвейеры (рисунок 10.2, а) состоят из грузонесущего органа 1, который опирается на рессоры 2, и получают колебания от инерционного вибратора 3. По характеру динамической уравновешенности конвейеры этого типа относятся к одномассовым динамически неуравновешенным. Более совершенными в отношении уравновешивания являются двухмассовые конвейеры (рисунок 10.2, б). Рисунок 10.2. Схемы вибрационных конвейеров 70 Центр инерции системы, на обе массы которой передаются равные по значению, но противоположные по направлению возмущающие силы, остается в покое. Поэтому если система имеет опорные стойки в центре инерции, то устраняется передача динамических нагрузок на опоры. В качестве реактивной массы используют второй рабочий желоб или специальную массу, например, раму. Двухмассовые конвейеры обычно работают в режиме, близком к резонансному, благодаря чему возрастает производительность и возможно увеличение длины конвейера на один привод. Для горных предприятий разработан ряд малогабаритных вибрационных конвейеров с предельным уравновешиванием колеблющихся масс. Конвейер состоит из двух последовательно установленных грузонесущих органов 1, которые опираются через упругие элементы 3 на опорную раму 4. Привод виброконвейера осуществляется эксцентриковым или гидравлическим вибратором 5, сообщающим органом колебания в противофазе. Для облегчения пуска конвейера и уменьшения пусковой мощности двигателя шатуны вибратора соединены с грузонесущим органом через упругие элементы 6. Вследствие колебаний грузонесущих органов в противофазе горизонтальные составляющие реакции упругих элементов приложены к опорной раме и направлены в противоположные стороны, и поэтому уравновешиваются. Оставшиеся неуравновешенными вертикальные реакции невелики, так как угол вибрации составляет 20 и в значительной степени компенсируется поперечной гибкостью рамы. 10.2. Расчет основных параметров К основным параметрам вибрационных конвейеров относятся скорость транспортирования (производительность), нагрузки на грузонесущий орган и затраты энергии на перемещение груза. Рассмотрим закономерности вибротранспортирования насыпного груза, представленного упруговязкопластичной моделью среды, по грузонесущему органу вибрационного конвейера, наклоненного под углом а к горизонту, совершающему гармонические колебания по закону х=Аsin t , направленные под углом (рисунок 10.3). На груз в процессе транспортирования действуют сила тяжести mg, силы упругости ку, силы, обусловленные гистерезисными сопротивлениями, силы сопротивления воздуха c x x, c y y , а также сила сухого трения N (где – коэффициент трения; N – нормальная реакция груза на поверхность грузонесущего органа). В процессе вибротранспортирования груз перемещается, то в контакте с грузонесущим органом, то отрываясь от него. Движение груза массой по грузонесущему органу описывается следующей системой дифференциальных уравнений: - на участке совместного движения my ж cy ж kym mg cos a mA 2 sin( a ) sin t; 71 mxж mg sin a sin( x) N ж mA 2 cos( a ) sin t; 1 Sign (+1 при Х>0; -1 при Х<0) 1 - на участке полета my c y y mg cos a mA 2 sin( a ) sin t ; mx c x x mg sin a mA 2 cos( a ) sin t Рисунок 10.3. Упруговязкая модель виброконвейера Нормальная реакция груза на грузонесущий орган (нагрузка) определяется из выражения N= ку+су. Груз движется в контакте с грузонесущим органом до момента, пока нормальная реакция не обратится в нуль. При N=0 груз начинает свободное падение. От свободного движения к совместному груз переходит в направление оси и обращается в нуль, т.е. при выполнении условии у=0. Расчеты режимов вибротранспортирования производятся обычно с помощью аналоговых и цифровых машин. Рассчитав значения перемещений х*, у*, х, у груза определяют среднюю скорость транспортирования: t t ď 1 0 v [ xdt xddt], 2n tď t0 где t0, tп – моменты отрыва и падения груза на грузонесущий орган. Затраты энергии на транспортирование t 1 0 W ( N * F *) A cos tdt, 2n tп где F*, N* – соответственно тангенциальная и нормальная нагрузка на грузонесущий орган. 72 Глава 11. Роликовые конвейеры 11.1. Неприводные роликовые конвейеры Роликовые конвейеры служат для транспортирования штучных грузов (слитков, профильного проката, ящиков, досок, поддонов, конвейеров и др.) по горизонтали или под небольшим углом наклона по стационарным вращающимся роликам (дискам). Необходимым условием перемещения является наличие у грузов плоской опорной поверхности, прямолинейных ребер и образующих. По способу действия роликовые конвейеры разделяют на неприводные и приводные. В первом случае груз движется под действием непосредственно приложенной к ним движущей силы или под уклон самоходом (гравитационные конвейеры), во втором ролики приводятся во вращение двигателем и сообщают движение лежащим на них грузам. Для перемещения грузов на неприводном конвейере используют цепные захваты, толкающие штанги. В некоторых случаях нетяжелые грузы можно перемещать вручную. Расстояние между осями роликов выбирают так, чтобы груз всегда лежал не менее чем на двух роликах, т. е. для достижения спокойного хода груза это расстояние принимается не более 1/3 длины груза, а при длинномерных грузах, которые могут изгибаться в пролетах между роликами, еще меньше. Неприводные роликовые конвейеры в основном используют для межоперационного перемещения грузов, при погрузочно-разгрузочных и складских работах для передачи и накопления груза, для выполнения технологических операций при сборке, учете, сортировке, взвешивании и кантовании. Они просты в эксплуатации, экономичны и легко стыкуются с другими транспортными средствами и технологическим оборудованием. Недостатками их являются невысокая производительность, нестабильность скорости движения, возможность остановки и сбрасывания грузов, необходимость восстановления потерянной на наклонной трассе высоты. Неприводные роликовые конвейеры разделяют на стационарные и переносные. В зависимости от типа грузов применяют конвейеры различных исполнений. Для крупных тяжелых грузов возможно использование сдвоенных конвейеров. Цилиндрические грузы (поковки, рулоны из полосовой стали) целесообразно транспортировать на роликах с наклонными осями. Неприводные роликовые конвейеры допускают пересечения и разветвления, на которых специальные переходные секции можно переставлять подобно стрелке рельсовых путей. На пересечении специальная секция конвейера монтируется на поворотном круге и может располагаться продольной осью по длине одного или другого конвейера. Основными элементами неприводного конвейера является цилиндрический ролик, вращающийся на шарикоподшипниках на неподвижных осях. Длина цилиндрических роликов принимается из размерного ряда чисел: 160, 200, 250, 320, 400, 650, 800, 1000, 1200 мм, шаг роликов из ряда: 50, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 мм. 73 При тяжелых условиях работы применяют ролики из синтетических материалов, которые имеют небольшую массу, повышенную кислотоупорность и коррозионностойкость, обладают эластичностью и бесшумны при движении по ним грузов. Во многих случаях вместо цилиндрических применяют дисковые ролики, устанавливаемые на специальных шарикоподшипниках на неподвижных осях. Эти ролики имеют некоторые преимущества перед цилиндрическими, например, на криволинейных в плане конвейерах при движении по ним грузов практически отсутствует скольжение, при небольших размерах грузов они позволяют устанавливать их ближе друг к другу, что обеспечивает более плавный и спокойный ход грузов. Ролики конвейеров устанавливают на рамах, которые изготавливают сварными из стального проката или разборными из легких гнутых профилей. Высота установки роликового настила обычно не превышает 1000-1200 мм от уровня пола. Высота конвейера в конце наклонного участка определяется технологическими и эксплуатационными данными. Передвижение грузов по стационарным роликам конвейера представляет собой по существу способ «перемещения на колесах», при котором имеет место трение качения грузов по роликам и трение скольжения или качения в подшипниках роликов, поэтому сопротивление движению груза является определяющим при выборе угла наклона гравитационного или внешнего усилия, необходимого для перемещения груза. Наклон гравитационного конвейера должен быть таким, чтобы груз перемещался на трассе самоходом без остановок и увеличения скорости. Полная сила сопротивления движению груза по роликовому конвейеру складывается из сопротивления качения груза по роликам, Н, где сила тяжести груза, Н; коэффициент трения качения груза по роликам; диаметр ролика, мм. Сопротивления вследствие трения в цапфах роликов, если груз лежит на роликах, Н; , где сила тяжести вращающихся частей ролика, Н; коэффициент трения в шейке ролика; диаметр шейки ролика, мм. Сопротивление вследствие скольжения груза по роликам и сообщения им кинетической энергии где скорость движения груза, м/с; коэффициент, учитывающий, что не вся масса вращающихся частей ролика расположена на его окружности ускорение свободного падения, м/ . Полное сопротивление движению груза, или сила, необходимая для передвижения груза по горизонтальному неприводному роликовому конвейеру, Н; 74 Используя это выражение, находится коэффициент сопротивления движению и равный ему тангенс угла наклона гравитационного конвейера, на котором груз движется с постоянной скоростью: Независимо от ролика подачи грузов на роликовый конвейер угол его наклона может быть тем меньше, чем меньше сила тяжести вращающихся частей роликов и больше вес грузов, т.е. меньше Р p / Gгр . Поэтому на конвейерах с роликами, имеющими одинаковые характеристики, с уменьшением силы тяжести грузов приходится увеличивать груз наклона конвейера. Большое значение имеет также состояние опорной поверхности груза и определяемый ею коэффициент трения качения, а также тип и состояние подшипников и диаметр роликов. На криволинейных участках конвейера наклон увеличивается на 1,5-2 % для конических роликов и на 3-4 % - для цилиндрических. 11.2. Приводные роликовые конвейеры В приводных роликовых конвейерах вращение передается от двигателя на все рабочие ролики, и они получили широкое распространение в металлургической, деревообрабатывающей промышленности, в целлюлознобумажном производстве, на складах и в поточных линиях с другими типами конвейеров. По способу передачи на ролики движущей силы различают роликовые конвейеры с групповым и индивидуальным приводом. По назначению они подразделяются на транспортные (с групповым приводом) и рабочие (реверсивные), имеющие большей частью индивидуальные для каждого ролика приводы и обслуживающие прокатные станы. Наиболее часто применяют схемы, когда вращение роликов осуществляется от общего трансмиссионного вала 1 с коническими зубчатыми колесами 2 (рисунок 11.1, а ) . Привод размещают посередине конвейера с двумя валами по обе стороны. Перемещение легких грузов с повышенными скоростями осуществляется фрикционным способом от гибкого тягового органа, например, каната (рисунок 11.1, б) или узких конвейерных лент с аналогичной схемой установки. Грузы средней массы, для которых требуется большое тяговое усилие, транспортируют с меньшими скоростями с помощью тяговой цепи (рисунок 11.1, в). Для тяжелых грузов применяют цепные передачи от ролика к ролику (рисунок 11.1, г). Однако они имеют высокую стоимость, сложны при монтаже и эксплуатации. Особое место занимают конвейеры с индивидуальным приводом ролика (рисунок 11.1, д ) , при этом ролики изготавливают из специальных труб или головок, рассчитанных на большие динамические нагрузки. 75 Рисунок 11.1. Секции приводных роликовых конвейеров На транспортных конвейерах все ролики вращаются двигателем непрерывно, независимо от того, лежат ли проходящие по конвейеру грузы на всех роликах или на части их. Поэтому у конвейеров с постоянной подачей мощность двигателя, кВт, где расчетная производительность конвейера, т/ч; высота подъема груза, м; горизонтальная проекция длины трассы, м; коэффициент сопротивления перемещению лежащих на конвейере грузов: !! где – коэффициент р – сила тяжести вращающейся части ролика; сопротивления вращению роликов; – скорость движения груза, м/с; – КПД приводного механизма. Если конвейер установлен горизонтально, т.е. Í 0 , а LĂ L , то мощность определяется из выражения QL ' n P PP '' 1 N ( ) . 360 1000 Когда известна сила тяжести грузов G ăđ и их число в единицу времени Z , то мощность N ( G ăđZ ' L 3600 1000 76 n P PP '' 1 ) . 1000 С увеличением производительности и числа роликов мощность двигателя возрастает. Коэффициент полезного действия принимается равным 0,8-0,85, интервал времени между прохождением грузов при равномерном поступлении их на конвейер =3600/ , продолжительность движения их по конвейеру / . Количество грузов, одновременно находящихся на конвейере, Потребная мощность конвейера N (G ăđZ 0 ' n P PP " ) 1000 . При подаче малого количества грузов может оказаться, что <1, т.е. периодически груз на конвейере отсутствует. В этом случае следует принимать = 1. При выборе мощности электродвигателя следует учитывать его перегрузочные способности. Обычно пусковой момент двигателя в 1,8-2 раза выше его номинального момента при установившемся движении. Глава 12. Шагающие и штанговые конвейеры 12.1. Шагающие конвейеры Шагающий конвейер предназначен для периодического перемещения штучных грузов, в большинстве случаев для крупных изделий (автомобилей, самолетов, станков и т.п.) вдоль линии технологического процесса в сборочных, термических, механических и других цехах различных отраслей промышленности и в строительстве. Перемещение грузов происходит при помощи возвратно-поступательных горизонтальных и вертикальных (шагающих) движений подвижной рамы, на которую укладываются грузы. Шагающий конвейер (рисунок 12.1) состоит из неподвижной рамы 1 с направляющими роликами 3 , подвижной рамы 2, расположенной внутри рамы 1 , нескольких подъемников 4 с опорными катками 5, на которых лежит подвижная рама, и привода 6 для перемещения последней. Перемещаемый груз устанавливается на первую позицию неподвижной рамы, подвижная рама в это время находится в опущенном положении. Для передачи груза на следующую рабочую позицию подвижная рама поднимается подъемниками приблизительно на 20 мм выше уровня неподвижной рамы и подхватывает груз, включается привод и подвижная рама перемещается на один шаг, т. е. на расстояние между рабочими позициями. Затем подвижная рама опускается и устанавливает груз на неподвижную раму, после чего под действием привода возвращается в исходное положение. 77 Рисунок 12.1. Схема шагающего конвейера При полностью заполненном конвейере подвижная рама перемещает грузы на всех рабочих позициях на один шаг вперед через равные промежутки времени, соответствующие ритму технологических операций. Таким образом, цикл перемещения грузов состоит из четырех этапов: подъем грузов, перемещение на один шаг, опускание их на рабочее место, завершение технологических операций с неподвижным грузом за время холостого хода рабочего органа конвейера. Загружаются и разгружаются шагающие конвейеры вилочными погрузчиками, кранами, подвесными и роликовыми конвейерами. Длина шагающих конвейеров достигает 100 м, масса перемещаемого или единичного груза до 8 т. Скорость перемещения груза до 6 м/мин. К преимуществам шагающих конвейеров относятся легкая доступность к грузу, стабильность его положения на неподвижной раме, сравнительная простота конструкции из-за малого числа вращающихся и трущихся пар. Недостатками являются ограниченность конфигурации трассы (конвейер может быть только прямолинейным), невозможность непрерывного движения, необходимость устройства приямков для рамы, подъемников и привода, если перемещение происходит на уровне пола постоянно повторяющиеся динамические нагружения привода и несущих конструкций из-за частых пусков, остановок и торможений. В транспортных схемах шагающие конвейеры легко взаимодействуют с подвижными, роликовыми и другими видами конвейеров, а также с автопогрузчиками, обеспечивая автоматическую перегрузку грузов с одной машины на другую. 78 Для увеличения количества грузов на конвейере при сохранении его общей длины применяют двухэтажный шагающий конвейер, представляющий собой систему из двух обычных шагающих конвейеров, расположенных один над другим, и двух гидравлических подъемников для передачи груза с одного конвейера на другой. Применение двухэтажного шагающего конвейера дает значительную экономию производственной площади и улучшает условия труда в литейных цехах, поскольку охлаждение форм с неизбежным выделением тепла и газов происходит в отдельном закрытом подвале. Этот конвейер можно применять не только для транспортирования литейных форм, но также и в других производствах при подобных условиях, например при сборке, окраске и сушке изделий. Рамы представляют собой прочные и жесткие металлоконструкции из стальных прокатных профилей (швеллеров, двутавров), собираемых из отдельных секций длиной 3-6 м. Направление движения подвижной рамы строго фиксируется горизонтальными и вертикальными направляющими роликами. Верхняя ее поверхность покрывается рифленой листовой сталью. Привод может быть электромеханическим (реечным, кривошипношатунным, винтовым), пневматическим или гидравлическим с давлением в сети до 6,5 мПа. При механическом приводе необходима установка тормоза для точной фиксации положения рамы. Подъемники пневматические (при транспортировании грузов массой до 1,5 т), эксцентриковые и гидравлические (при транспортировании грузов массой 1,5 т и выше). 12.2. Штанговые конвейеры Штанговые конвейеры предназначены для перемещения в процессе сборки, изготовления или ремонта тяжелых и громоздких изделий и грузов (например, железнодорожных вагонов, платформ, самолетов, железобетонных изделий и т.п.) и состоят из одного или двух вертикально замкнутых комбинированных тяговых элементов с толкателями, привода и натяжного устройства. Штанговые конвейеры разделяют на штангово-цепные и штанговоканатные. У штангово-цепных конвейеров (рисунок 12.2) грузоведущие штанги 5 соединены цепями 7 с нижними тягами 8 . Грузы 3 перемещаются по рельсам 7 на тележках 2, которые приводятся в движение кулаками 9 , укрепленными на грузоведущих штангах и взаимодействующими с собачками 4 . Привод конвейера 6 включается на холостой и рабочий ход при помощи автоматического устройства. Ход штанги должен несколько превышать шаг укрепленных на ней кулаков. Натяжное устройство устраняет излишнее провисание цепей, штанги опираются на ходовые катки. Конвейеры бывают одноштанговыми с одним рядом штанги и двухштанговыми с двумя независимыми друг от друга параллельными рядами штанги, приводимых в движение от одного общего привода. Последние применяют для транспортирования особо тяжелых и широких грузов с шириной колеи тележки более 3 м. 79 Рисунок 12.2. Схема штангово-цепного конвейера Особую конструкцию представляют конвейеры с реечным приводом, у которых ведущим (тяговым) элементом служат одна или две жесткие штанги, расположенные вдоль всего конвейера, а гибкий элемент отсутствует. Скорость движения штанг составляет 6-15 м/мин, масса перемещаемого груза 0,5-50 т и более, длина конвейера 50-300 м, расстояние между штангами двухштанговых конвейеров 3-8 м. Рабочий ход достигается реверсированием двигателя. Особое внимание необходимо уделять согласованному положению толкателей на обеих штангах. Штанга конвейера (рисунок 12.2) изготавливается из отдельных отрезков двутаврового профиля, сдвоенных швеллеров или призматических стержней. К штанге прикрепляются опорные катки и толкатели. При помощи катков штанга движется по направляющим путям металлоконструкции конвейера, а толкатели перемещают грузы. Толкатели закрепляют жестко или шарнирно в сторону рабочего движения на определенном расстоянии друг от друга, соответствующем шагу рабочих позиций на конвейере. Для уменьшения тягового усилия при пуске конвейера применяют переменный шаг толкателей. Это позволяет при пуске перемещать не все грузы, а по отдельным группам или поочередно – один за другим, что значительно уменьшает инерционные силы. Гибкий тяговый элемент – цепь любого типа или канат. Последний применяют только для одноштангового конвейера, так как при двух штангах из-за различной вытяжки не могут обеспечить их согласованное движение. Привод и натяжное устройство конвейера обычного типа располагают в приямках под полом, чтобы обеспечить свободный подход для установки и съема грузов и отвода тележки. Производительность штанговых конвейеров определяют при соответствующем значении средней скорости, т/ч, , где число штучных грузов на одном несущем элементе; шаг несущих элементов конвейера, мм. Средняя скорость конвейеров определяется исходя из пути, проходимого грузом за один цикл , м/с: 80 . Усилие перемещения штанги, Н: - при рабочем ходе - при обратном ходе где коэффициент сопротивления движению цепи на звездочках коэффициент сопротивления движению соответственно тележки и штанги; масса соответственно тележки и штанги (или двух штанг для двухштангового конвейера) с катками и тележками, кг; число тележек на конвейере; коэффициент трения скольжения цепи и тягового элемента по направляющим путям ( ); общая масса гибкого тягового элемента (цепи и тяги), кг. Типоразмер тяговой цепи и мощность приводного двигателя определяют по усилию перемещение тяги обратного хода – по усилию . Глава 13. Конвейеры на воздушной подушке, подвесные конвейеры и конвейерные поезда 13.1. Конвейеры на воздушной подушке Применение ленточных конвейеров на воздушной подушке вызывается стремлением ограничить число вращающихся и подвижных частей конвейера (роликов, подшипников и др.). В конвейере ролики на верхней ветви отсутствуют, лента размещается на плоском или желобчатом лотке, изготовленном из дерева, металла или пластмассы, и поддерживается воздушной подушкой (рисунок 13.1). Обычно применяют ленту из синтетических тканей. Рисунок 13.1. Схема конвейера на воздушной подушке 81 Производительность конвейера на воздушной подушке, как правило, выше обычных конвейеров, сечение насыпного груза на ленте больше, скорость выше. С ростом скорости ленты потери воздуха уменьшаются, поэтому такие конвейеры рекомендуются для больших скоростей движения ленты. Ширина ленты составляет 0,65 м, скорость 4 м/с, производительность конвейера 150-170 м3/ч, расход воздуха 5-15 м3/мин. Конвейеры использует для транспортирования ящиков, коробок, труб и различных деталей. Транспортировка насыпных грузов может совмещаться с охлаждением или просушиванием. В практике такие конвейеры обычно используются для транспортировки изделий массой до 1 кг. Конвейеры на воздушной подушке снабжаются камерой, которая заполняется большим количеством воздуха под нужным давлением. Этот воздух проходит через сопла, расположенные под углом к опорной поверхности конвейера, образуя струи воздуха, перемещающие грузы. Строительная высота конвейера зависит от длины воздушной камеры. Длинные камеры обычно выполняют более высокими для обеспечения равномерного распределения воздуха. В практике применяют камеры высотой около 228 мм. Размеры и число вентиляторов зависят от размеров камеры. Обычно требуется объем газа 0,233-1,416 м3/мин на каждые 0,3 м длины конвейера. Наиболее характерные схемы воздушных подушек представлены на рисунке 13.2. Рисунок 13.2. Схема конвейера на воздушной подушке В Нидерландах изготовлена опытная установка ленточного конвейера на воздушной подушке для транспортирования гранулированных и порошкообразных материалов. Длина установки 14 м, ширина ленты 610 мм, скорость 3,9 м/с, производительность конвейера около 700 м3/ч. Опорная рама конвейера закрытой конструкции выполнена из труб, верхняя часть ее имеет форму лотка, по поверхности которого движется конвейерная лента. Через отверстия в днище лотка подается сжатый воздух, создающий воздушную подушку под всей поверхностью ленты, что обеспечивает легкость пуска загруженной ленты. Обратная ветвь ленты опирается на роликоопоры обычного типа. Установка питается током напряжением 380 В при частоте 50—60 Гц. На предприятиях США на операциях сборки блоков двигателей применяют поддоны на воздушной подушке, которые перемещаются по поверхности стола и поворачиваются в нужное положение для выполнения 82 сборочных операций (рисунок 13.3). Воздух подается вентилятором производительностью 11,3 м3/мин, через каждое сопло поступает воздушный поток с расходом 0,042 м3/мин под давлением 0,21-0,021 МПа. В каждой секции стола 3 предусмотрены независимые контрольные клапаны. Каждый поддон снабжен четырьмя воздушными камерами 1 диаметром 355 мм и транспортирует груз 2 массой 317,5 кг. Рисунок 13.3. Конвейера на воздушной подушке для сборочных операций 13.2. Подвесные конвейеры Подвесной конвейер служит для непрерывного (реже периодического) транспортирования штучных или насыпных грузов в таре по замкнутому контуру, сплошной пространственной трассе. Подвесными они называются потому, что перемещаемые грузы находятся на подвесках, движущихся по подвижному пути. Одна из характерных особенностей подвесного конвейера – расположение шарнирного крепления подвески и самого груза ниже точки его опоры. Исключение составляют грузоведущие подвесные конвейеры, у которых тяговый орган с опорными каретками движется по подвесному пути, а груз с помощью тележек перемещается по полу помещения. По способу соединения тягового органа с транспортируемым грузом и характеру перемещения грузов подвесные конвейеры разделяются на грузонесущие толкающие, несущетолкающие, грузоведущие, несуще-грузоведущие. Подвесной конвейер (рисунок 13.4, а) состоит из подвесного пути 1, по которому перемещается с помощью закрепленных к тяговому органу 2 каретки 3 (в большинстве случаев цепи). К кареткам подвешиваются вагонетки 4. У толкающих конвейеров (рисунок 13.4, б) перемещение вагонеток по ходовому пути 6 осуществляется толкателями 5, прикрепленными к тяговому органу, а у грузоведущих (рисунок 13.4, в) – по полу помещения. Подвесные конвейеры применяют в поточном производстве различных отраслей промышленности, для внутрицехового и межцехового транспортирования грузов. Общая длина конвейеров в зависимости от его назначения достигает 500 м при однодвигательном приводе и 6 км при многодвигательном приводе. Скорость подвесных конвейеров достигает 30 м/мин. Подвесные конвейеры по сравнению с другими машинами непрерывного действия имеют следующие характерные особенности: пространственная гибкость, возможность перемещения грузов в любом 83 направлении в пространстве с подъемами и спусками под крутыми углами, большая протяженность в сочетании с его гибкостью дает возможность одним конвейером обслуживать законченный производственный цикл, экономия площади пола заводских и складских помещений, малый расход энергии на транспортирование (удельное тяговое усилие в пределах 150-300 Н на 1 т груза), возможность широкого применения автоматизации управления конвейером, автоматизация распределения грузов по заданным адресам и др. Рисунок 13.4. Схемы подвесных конвейеров Широкое применение подвесных конвейеров в современном производстве обусловливает следующие основные направления их развития: - создание конструктивных разновидностей на базе унифицированного оборудования, что сокращает число перегрузок, обеспечивает бесперегрузочный поток грузов по всему транспортно-технологическому процессу при рациональной конструктивной приемлемости к разносторонним потребностям промышленности; создание и широкое использование надежных типов механизмов и устройств для автоматической загрузки и разгрузки подвесок конвейера с целью исключения ручного труда на погрузочноразгрузочных операциях и повышение производительности; - создание и широкое использование типовых средств и аппаратуры для автоматического распределения грузов по заданным пунктам. Для новых конструкций характерно применение бесконтактных систем адресования и датчиков управления; применение в схемах управления конвейера автоматических контролеров-счетчиков, передающих на центральный пульт 84 информацию о работе каждого органа системы и учитывающих поступающую на конвейер продукцию; - создание таких систем конвейеров и аппаратуры контроля, которые придавали бы системе свойство "самоконтроля" с сообщением на пульт управления о выходе из строя того или иного элемента и автоматическом включении дублирующего элемента, обеспечивающего непрерывную работу конвейеров; - применение устройств и аппаратуры для автоматического изменения по установленной программе скорости движения грузов на конвейере в зависимости от работоспособности рабочих; - автоматизация процессов работы и управление отдельных конвейеров и их комплексов; - повышение надежности и долговечности оборудования и аппаратуры управления отдельными конвейерами и всей конвейерной системой в целом; - тщательное согласование проекта технологических процессов с проектами механизации транспорта – основное условие наиболее эффективного применения и использования современных подвесных конвейеров. Это направление очень важно, потому что при современном массовом производстве системы подвесных конвейеров являются основной и неотъемлемой частью технологического процесса производства; - поиски новых оптимальных конструктивных решений и создание новых более рациональных способов складирования и остановки подвесок с грузами на трассе конвейера. Существующие конструкции многопозиционных остановок и автостопов для складских линий являются сложными, тяжелыми и громоздкими; - совершенствование методов расчета и проектирования конвейеров и конвейерных систем. Применяемые методы расчета проектирования по средним нагрузкам не отражают фактического положения, не всегда дают исчерпывающей оценки и не обеспечивают высокой надежности и работы современных конвейеров со сложной трассой. Для выполнения расчетов необходимы тщательный анализ условий работы и нагрузок конвейера, изменений условий, строго дифференцированный выбор расчетных показателей и нагрузок. В горизонтальных подвесных конвейерах в качестве тягового элемента применяют чаще всего пластинчатые цепи, а в пространственных конвейерах – цепи, обладающие двусторонней гибкостью. Наибольшее распространение получили разборные цепи. Круглозвенные (сварные) термически обработанные цепи применяют на конвейерах легкого типа. Применение двухшарнирной или секционной цепи с шарнирной подвеской в виде жесткого треугольника (или консольного, стержня) позволяет иметь на конвейере вертикальные подъемы и спуски. В конвейерах легкого типа зарубежных конструкций используют цепи из стекловолокна с шаровыми шарнирами. 85 Конструкция каретки зависит от вида направляющих, по которым она перемещается. Они бывают рабоче-грузовые (одинарные и траверсные) и вспомогательные – опорные (поддерживающие). Рабочие одинарные каретки предназначаются для непосредственного крепления подвески с грузом. К рабочим траверсным кареткам (обычно двум или четырем) крепят траверсу, к которой подвешивают тяжелый или длинномерный груз. Вспомогательные каретки устанавливают между рабочими каретками для предупреждения провисания цепи. Катки кареток безребордные. Профиль обода катка зависит от профиля пути, по которому каток передвигается. Повороты конвейера в горизонтальной плоскости осуществляются при помощи поворотных устройств, в качестве которых используются звездочки, блоки, роликовые батареи и направляющие шины. Выбор того или иного поворотного устройства зависит от типа тягового элемента, его натяжения и радиуса поворота. Поворотные устройства крепят на металлических стойках с консолями, на кронштейнах или специальных конструкциях или же подвешивают на тягах или жестких каркасах к перекрытию здания. Подвесной путь, по которому движутся каретки, поддерживающие цепь и подвески с грузами, называют направляющим или ходовым. Направляющий путь подвесного конвейера выполняют из одного или двух прокатных или гнутых профилей из различных марок сталей. Путь из двухтавровых балок имеет наибольшее распространение для конвейеров среднего или тяжелого типа, к преимуществам которых относятся простота изготовления, монтажа и крепления, значительная жесткость пути и возможность использования верхних полок в качестве контршин. В подвесных контейнерах применяют угловые и прямолинейные гусеничные приводы с постоянной и переменной скоростью. Угловой привод со звездочкой устанавливают обычно на повороте трассы конвейера на 90 или 180°, хотя принципиально возможен и меньший угол обхвата звездочки цепью. Гусеничный привод устанавливают в горизонтальной плоскости на прямолинейном участке трассы конвейера. Тяговое усилие на цепь передается при помощи кулаков гусеничной цепи, входящих в зацепление с шарнирами конвейерной цепи. На подвесных конвейерах применяют грузовые, пневматические, гидравлические, пружинно-винтовые и винтовые натяжные устройства. Наибольшее распространение в подвесных конвейерах получили грузовые натяжные устройства вследствие автоматичности их действия и большей надежности. В подвесном конвейере несущими элементами служат подвески разнообразной конструкции, на которые укладывают или подвешивают транспортируемые грузы. Подвески выполняют в виде этажерок, лотков, крюков, рычажных захватов, коробов, цепных тяг, стропов и т.д. Загрузка и разгрузка подвесок конвейера могут производиться вручную, при помощи грузоподъемных устройств, полуавтоматически и автоматически. Для расчета подвесного конвейера должны быть заданы схема его трассы, масса и размер транспортируемых грузов, производительность и 86 характеристика условий работы. Основными расчетными параметрами конвейера являются производительность , скорость , шаг подвесок с грузом и количество грузов на подвеске . Производительность конвейера, т/ч, Наименьший шаг подвесок обеспечивает свободную проходимость грузов наибольшей на горизонтальных поворотах наименьшего радиуса и на вертикальных перегибах с наибольшим углом наклона , т.е. где – минимальный зазор между подвесками с грузом ( 0,15 0,2 ). Шаг подвесок Z Ö должен быть кратным шагу звена цепи. Скорость конвейеров выбирают в зависимости от массы грузов, заданной производительности и способ загрузки и разгрузки в пределах 3-25 м/мин и в отдельных случаях до 35 м/мин. Тяговый расчет подвесного конвейера производят так же, как и любого конвейера с тяговым элементом. Для нормальной работы конвейера, в точке наименьшего натяжения которого следует ожидать на участке после наиболее загруженного спуска или в точке сбегания цепи с приводной звездочки (у горизонтального привода), должно быть обеспечено натяжение S0 не менее 5001000 Н. Тяговый элемент выбирают по наибольшему расчетному натяжению Smax, которое для конвейера с передачей тягового усилия зацеплением на звездочке (угловой привод) или от цепи с кулаками (гусеничный привод) определяется по выражению, Н, S max S0 cМ qLГ q0 LX 1 cM qH , где c Ě – суммарный коэффициент местных сопротивлений движению каретки; – коэффициент сопротивления на прямолинейном участке; LĂ , LX – горизонтальные проекции соответственно загруженной и холостой ветвей конвейера, м; – коэффициент, зависящий от числа поворотов и перегибов и их расположения на трассе; q , q0 – расчетные линейные нагрузки соответственно на груженой и холостой ветвях конвейера, кг/м; H – наибольшая высота подъема груза на трассе конвейера. По полученному натяжению выбирают типоразмер тяговой цепи из условия . Подробный расчет конвейера производят последовательным суммированием сопротивлений движению кареток на отдельных участках трассы. Общая тяговая сила, Н, тогда потребная мощность двигателя, кВт, N 87 W0v , 1000 где – КПД передаточного механизма привода, включая потери на приводном валу. 13.3. Конвейерные поезда Конвейерный поезд (рисунок 13.5) представляет собой отрезок пластинчатой ленты 1, который передвигается по направляющим 2 посредством промежуточных приводов 3. Обычно длина отрезков несколько больше расстояния между приводами и составляет 100-120 м. При движении пластинчатое полотно последовательно передается от одного промежуточного привода к другому, причем приводы включаются попеременно по мере наезда на него очередного отрезка. Порожние отрезки полотна движутся по нижней (холостой) ветви, выходя в конце на верхнюю ветвь, и после загрузки перемещаются по верхней ветви. Длина практически не ограничена. Работают в основном при горизонтальной установке, могут преодолевать уклоны на подъем до 10-15°, допускают изгибы радиусом до 6-12 м. Можно транспортировать различные грузы маршрутами в любое направление, причем в местах разветвления конструкции образуют подобие стрелочного перевода. Рисунок 13.5. Схема конвейерного поезда Исследования транспортных систем с конвейерными поездами показали, что в первую очередь они найдут применение в горно-рудной промышленности при перевозке угля, руд и строительных материалов, доставляемых сейчас в основном автомобильным транспортом. Они также целесообразны для перевозки угля от карьеров открытой разработки к потребителям, расположенным на расстоянии до 50 км. Исследованиями установлено, что для повышения эффективности использования транспортных систем с конвейерными поездами, обеспечения их конкурентоспособности с другими видами транспорта требуется реализовать следующие мероприятия: 88 - создать математическую модель системы конвейерного поезда, позволяющую найти оптимальное сочетание длины состава (потока груза) и скорости движения поезда; - определить технически возможную, экономически целесообразную длину поезда, зависящую от условий эксплуатации, типа сцепных устройств, мощности приводов, степени жесткости поезда как гибкого стержня и т.д.; - разработать оборудование, позволяющее грузить и разгружать вагонетки конвейерного поезда на ходу со скоростью до 20 м/с; - заменить металлические кузова на пластмассовые, стеклопластиковые и резинотканевые, а также перейти к конструкции ходовой части с опорами скольжения; - создавать участки поезда с линейной частью, обеспечивающей подвеску на вантовых мостах, укладку на понтонах, прокладку в трубах, что позволит расширить область применения в заболоченных, пересеченных и других местах. Для закладки выработанного пространства создан конвейерный поезд КП65. Став этого поезда аналогичен ставу серийного пластинчатого конвейера П65. Составы набираются из чередующихся роликовых и безроликовых кареток, где располагается пластинчатое грузонесущее полотно. Каретки соединены пространственными шарнирами, обеспечивающими изгиб состава в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Приводы состоят из пневмодвигателя, редуктора и двух бесконечно замкнутых втулочно-роликовых цепей с закрепленными на них магнитными блоками. Опытный образец конвейерного поезда при длине 300 м имел три грузовых состава, четыре промежуточных привода и комплект аппаратуры системы автоматического управления. Производительность по породе достигала 250 т/ч, скорость состава 1,5 м/с, длина состава 75 м, ширина полотна 650 мм, максимальное расстояние между приводами 72 м. За время промышленных испытаний конвейерный поезд доставил 20,5 тыс. т закладочных материалов и около 1000 м3 лесоматериалов. В конвейерном поезде с ленточным грузонесущим полотном применяется гладкая конвейерная лента, закрепленная на траверсах тележек. Разгрузка осуществляется в винтообразных направляющих. Скорость движения конвейерного поезда в пункте разгрузки-загрузки и на кривых достигала 2,5 м/с, на переходных участках – 4,5 м/с, прямолинейных – 7 м/с, расчетная производительность системы составляла 400 т/ч. На верхней и нижней ветвях установки испытаны фрикционные и линейные асинхронные двигатели, расположенные с шагом 5 м, при этом число приводов равно 28. Исследованиями установлено, что коэффициент сопротивления движению ходовых тележек в режиме толкания выше по сравнению с режимом тяги в 1,489 1,6 раза. Чтобы уменьшить результат неизбежного перекоса толкаемых тележек в направляющих, следует по возможности увеличивать базу тележек и диаметр ходовых колес. Глава 14. Область рационального применения конвейерного транспорта 14.1. Технико-экономическое сравнение различных типов конвейеров При сравнении и выборе эффективного вида транспорта для конкретных условий их эксплуатации пользуются методикой определения экономической эффективности. Сравнение вариантов производят по минимуму приведенных затрат Ńi Ĺ H ki min где Ńi – окупаемости дополнительных капитальных вложений по наиболее капиталоемкому варианту, годы; Ĺ H – коэффициент эффективности капиталовложений наиболее капиталоемкого варианта. Срок окупаемости не должен быть больше нормативного срока окупаемости, а коэффициент эффективности должен быть не меньше нормативного коэффициента эффективности. В случаях когда сравниваемые варианты предусматривают строительство в несколько очередей или дополнительные капитальные вложения в процессе эксплуатации имеют различные по годам периода эксплуатации текущие издержки, различные сроки строительства и неодинаковое распределение капитальных вложений по годам, сравнение вариантов производят по минимуму приведенных затрат где период оптимизации для средних эксплуатационных затрат (рекомендуется принимать равным семи годам); текущие затраты по i-ом вариантам j-ом годам эксплуатации; год освоения проектной мощности; годовые капитальные затраты. При определении приведенных затрат разновременные капитальные затраты и текущие издержки приводятся к одному исходному году. За исходный год принимается год окончания строительства по варианту с наиболее коротким строительным периодом. В указанных методиках технико-экономическое сравнение вариантов транспорта производится в основном по экономическим показателям – стоимости транспортирования 1 т груза с учетом эксплуатации и затрат на сравниваемые виды транспорта. 90 Сравнение только по экономическим показателям во многих случаях бывает недостаточно для объективной оценки различных средств транспорта с учетом специфических условий эксплуатации и одного функционального назначения. В связи с этим объективную и полную оценку транспортных машин при сравнении можно получить, используя дополнительно метод комплексной оценки, характеризующий их технический и техникоэкономический уровень по совокупности единичных показателей. Данный метод основывается на сравнительной оценке эффективности и применении различных средств транспорта по удельным величинам основных параметров, определяемых с учетом функционального критерия. В качестве функционального критерия проф. Г.И. Солод предлагает принимать транспортную мощность, т. е. критерий машины, соответствующий основному ее назначению – перемещению определенного объема грузов на заданное расстояние в единицу времени, где Q – производительность средств транспорта, т/ч; L – заданное расстояние транспортирования, км. Удельные величины параметров транспортных машин, принятые для сравнения, определяются отношением абсолютных значений основных показателей их характеристик к функциональному критерию. Так, основными показателями конвейеров для их сравнительной оценки можно принять: стоимость конвейера (С), массу конвейера (G), мощность приводных устройств (N), геометрические параметры (объем в пространстве) и др. Удельные величины параметров: где функциональный критерий i-й машины из числа принятых для сравнения. В связи с тем, что при сравнении наиболее эффективной будет та машина, у которой перечисленные показатели имеют наименьшие значения, для анализа принимается принцип "чем меньше величина – тем выше оценка технического уровня". В связи с тем, что принятые для сравнения показатели машин имеют отличные друг от друга размерности, необходимо эти показатели привести к безразмерному виду нормированием их по "минимуму", "среднему" или "максимуму" удельных величин: где критерии нормирования ("минимуму", "среднему", "максимуму" удельной величины). Для оценки технического или технико-экономического уровня необходимо свести воедино принятые для сравнения показатели машины. Поскольку принятые показатели имеют различную значимость в общей характеристике 91 машины, необходимо установить их весомость в совокупности всех показателей, которая оценивается коэффициентом весомости. Для определения весомости используют различные способы – стоимостный, долевой, вероятностный, ранговый, экспертный, смешанный и др. Оценку технического и технико-экономического уровней сравниваемых машин производят по целевой функции где , ,… показателей. весовые коэффициенты соответствующих единичных 14.2. Область применения конвейеров Конвейерный транспорт как один из основных видов специального транспорта находит все более широкое применение почти во всех отраслях народного хозяйства. Наибольшее применение получили ленточные конвейеры. Ленточные конвейеры применяют для перемещения сыпучих грузов на различные расстояния в сельском хозяйстве, в горно-добывающей и металлургической промышленности, в химической и строительной и др. Ленточные конвейеры могут быть использованы в качестве элементов погрузочных и перегрузочных устройств, а также машин, выполняющих технологические функции. Производительность их благодаря значительной скорости движения ( 6 - 8 м/с) и большой ширине ленты (до 2000-3000 мм) может быть доведена до 20 000 и 30 000 т/ч, что во много раз превышает производительность других конвейеров. У конвейеров большой длины и высокой производительности мощность одного привода достигает 6000-10 000 кВт. Следует отметить трудность использования их при транспортировании горячих, тяжелых штучных грузов, а также при наклонах более 20°. Несмотря на сравнительно небольшое распространение конвейерного транспорта, при разработке полезных ископаемых открытым способом ему принадлежит большое будущее. На карьерах преимущественное распространение получили ленточные конвейеры, при помощи которых перемещаются мягкие вскрышные породы и угли, однако на зарубежных карьерах широко используется конвейерный транспорт (особенно в США) для транспортирования скальных грузов. Основные области применения ленточных конвейеров на карьерах: - транспортирование рыхлых вскрышных пород (плотность =1,5 1,8 3 т/м ), разрабатываемых многоковшовыми экскаваторами в условиях буроугольных и марганцевых карьеров Казахстана и Украины, железорудных карьеров Казахстана и Курской магнитной аномалии. Конвейеры используются самостоятельно, на отвальных мостах и отвалообразователях; - транспортирование угля, добываемого одноковшовыми и роторными экскаваторами (угольные карьеры Урала); - транспортирование скальных крупнокусковых пород и руд с предварительным дроблением в карьере. Такие схемы применяют на 92 Качканарском ГОКе, ЮжГОКе и др., а также на железорудных карьерах США и Канады. Ленточные конвейеры общего назначения – широко применяют для транспортирования насыпных и штучных грузов на обогатительных и брикетных фабриках, горно-обогатительных фабриках, на поверхности шахт и карьеров (бункеры, склады, наклонные галереи и др.). Для производительности свыше 1500 т/ч конвейеры изготовляют по индивидуальным проектам. Основным требованием к конвейерным установкам является увеличение их длины в одном ставе с целью сокращения числа перегрузок с одного конвейера на другой. Для достижения этой цели была увеличена прочность выпускаемых конвейерных лент сначала до 3150 Н/мм, затем до 6300 Н/мм. Однако увеличение длины конвейерных установок за счет повышения прочности лент не является наиболее рациональным и не решает этой задачи полностью по следующим причинам. Во-первых, повышение прочности лент небеспредельно, во-вторых, это резко увеличивает общую стоимость конвейера за счет ленты, стоимость которой уже сейчас составляет 30-50 % стоимости всей установки, втретьих, требуется соответствующее повышение мощности и другого оборудования конвейерных установок. Поэтому, помимо увеличения прочности лент, необходимо направить исследования на совершенствование конструкции самих конвейеров. Одним из решений этой задачи является применение в конвейерах (ленточных) промежуточных приводных конвейеров. Например, сравнение ленточных конвейеров с головными и промежуточными приводами для транспортирования руды на расстояние 210 км от Нордзихафена до Рура показало, что потребуется примерно 30 ставов конвейеров с головными приводами и общей мощностью 180 тыс. кВт или 17 ставов конвейеров с промежуточными приводами и общей мощностью 167 тыс кВт. Известен ряд конструкций многоприводных конвейеров (таблица 14.1). Ленточно-цепные конвейеры можно применять для транспортирования кусковатого не сильно абразивного груза при производительности до 500 т/ч, углах наклона до 18°. При применении специальных лент (гофрированных, ячейковых и др.) угол наклона может доходить до 35-40°. Опыт эксплуатации показал, что эти конвейеры сложны, стоимость их эксплуатации не ниже, чем ленточных. Сейчас они имеют ограниченное применение на уклонах. Ведутся работы по созданию изгибающихся ленточно-цепных конвейеров. Ленточно-канатные конвейеры применяют в шахтах и на карьерах в ограниченном количестве. Основная цель применения – создание длинных конвейеров с легкой дешевой лентой. На Алтынтопканском комбинате полиметаллических руд применяют ленточно-канатные конвейеры КЛК-3 и КЛК-4 обшей протяженностью 6910 м, скоростью 2,1 м/с, суммарной мощностью приводов 500 кВт. Конвейеры КЛК-3 и КЛК-4 разработаны на базе экспериментального канатно-ленточного конвейера КЛК-2, установленного на руднике «Заполярной» Норильского горно-металлического комбината. Пластинчатые конвейеры используют для перемещения разнообразных штучных и насыпных грузов. Широкое применение эти конвейеры получили на 93 угольных шахтах за счет возможности изгиба става по трассе и высокой производительности (шахты Донецкого и Карагандинского угольних бассейнов). В связи с внедрением циклично-поточной технологии на карьерах удельный вес применения конвейерного транспорта возрастает. Однако предстоит решить ряд важнейших задач по совершенствованию конструкции, технологии и эксплуатации конвейерного транспорта. Основными вопросами повышения эффективности конвейеров являются вопросы транспортирования крупнокусковых грузов, загрузки и очистки, эксплуатации при низких температурах, управления и др. Поэтому исследования в области транспорта крупнокусковых, абразивных материалов на значительные расстояния и по сложной трассе ведутся также в направлении разработки специальных пластинчатых конвейеров. Рудник-Порт (Марокко) Карьер-Порт (Япония) Общая мощность, кВт Число ставов Общая длина, км Груз Скорость, м/с Ширина ленты, мм Место установки Производительность, т/ч Таблица 14.1 фосфаты 1000 2000 4,5 98,6 11 известняк железная руда мергель 900 2200 5,8 22,8 8 1990 0 5810 900 2200 3,0 15,4 8 - 1000 1200 2,5 16,5 7 - камень 2438 1200 4,2 15,6 12 - серая руда 914 400 1,8 25,6 - - Рудник-Завод (Чили) железная руда - 500 - 40,2 - - Порт-Заводы (ФРГ) руда 800 1200 - 250 125 - Разрез-ГРЭС Березовский (Россия) Разрез-ГРЭС Экибастузский (Казахстан) бурый уголь - - - 14,0 - - уголь - - - 25 - - Рудник-Завод (Перу) Карьер-Порт (Япония) Карьер-Плотина (США) Рудник-Порт (Мексика) 94 Проблемой создания и внедрения пластинчатых конвейеров для открытых работ занимаются во многих научно-исследовательских, проектных и других организациях. Например, КарГТУ выполнены исследования по созданию пластинчатых конвейеров П80Д, П80Е, П80К, ПКС-140 и др. Изготовлен опытный образец конвейера П80К длиной 100 м. Кроме того, пластинчатые конвейеры широко применяются для транспортирования длинномерных штучных грузов, перемещаемых на специальных седлообразных пластинах с шипами. Эти конвейеры, применяемые в основном в лесной промышленности, называют бревнотасками. В металлургической промышленности пластинчатые конвейеры используют для подачи руды и горячего агломерата; на химических заводах и предприятиях стройматериалов, тепловых электростанциях – для подачи недробленого угля; широко применяют в машиностроении для транспортирования горячих поковок, отливок, опок, на линиях сборки, охлаждения, сушки, термической обработки. Ленточные конвейеры на воздушной подушке успешно применяют для транспортирования зерна и муки на предприятиях пищевой промышленности. Ограниченная область применения их объясняется относительно высокой энергоемкостью из-за необходимого большого расхода воздуха, герметизации, увеличения расхода воздуха и числа воздуходувных машин с увеличением длины. Крутонаклонные конвейеры широко применяют для перемещения кусковых и мелких штучных грузов. Днепропетровский завод строительных машин серийно выпускает передвижной конвейер модели С-382Б для перемещения грузов под углом наклона до 35°. Для предприятий горной промышленности Краснолучский и Александровский машиностроительные заводы выпускают крутонаклонные конвейеры типов ЛКН-35 и ЗЛН-80. В Германии выпускаемые передвижные и переносные крутонаклонные конвейеры типов Т-391, Т-176, Т-221 и др. с углом наклона до 51° применяются в сельском хозяйстве, на строительстве и в торговле. Также выпускается несколько типов конвейеров с гофрированной лентой, которые успешно работают на объединенных австрийских сталелитейных заводах. Более широкое применение, в частности на открытых горных работах, они не находят в связи с дороговизной ленты, сложностью очистки, практически невозможностью транспортирования крупнокусковых грузов и др. Глава 15. Гравитационные (самотечные) устройства 15.1. Назначение и область применения На гравитационных установках, к которым относятся спускные желоба, лотки и трубы, каскадные и винтовые спуски (рисунок 15.1), насыпные и штучные грузы движутся вниз по наклону или вертикали под действием силы тяжести. 95 Рисунок 15.1. Схемы спускных устройств Желоба применяют для транспортирования кусковых, зернистых и порошкообразных грузов, не склонных к сильному пылению. Для перемещения пылящих грузов, а также грузов, загрязнение которых недопустимо или вредно для здоровья рабочих, применяют спусковые трубы или закрытые желоба. Стальные желоба и трубы изготавливают из листов толщиной 3-8 мм, а деревянные желоба – из досок толщиной 20-30 мм. Достоинством спусковых желобов и труб как транспортных средств является то, что они не имеют приводного устройства, просты по конструктивному исполнению, надежны и дешевы в эксплуатации. К недостаткам труб и желобов можно отнести то, что их длина, измеренная по горизонтали, при заданном значении допустимой скорости движения груза является принудительно заданной, что вызывает неудобство в размещении оборудования установки. Для устранения этого недостатка применяют составные трубы с поворотными коленями, имеющими заданные углы наклона к горизонту. Для вертикального самотечного транспортирования насыпных грузов с заданной скоростью движения применяют также каскадные (рисунок 15.2) и спиральные спуски. Каскадный спуск составлен из нескольких расположенных одна над другой полок, расстояние между которыми равно допустимой высоте падения кусков данного груза (например, для картофеля допустимая высота падения равна 0,3 м). Поступающий сверху в каскадный спуск груз пересыпается с полки на полку и движется с допустимой скоростью. Для каскадного спуска горной породы полки изготавливают из не скольких параллельных друг другу стальных стержней, проходящих через отверстия в стенках спуска. Для обеспечения нужного направления потока груза, сползающего с полок к центру, два крайних стержня в средней части выгибаются и изгибами ложатся на прилегающие к ним соседние стержни. 96 Рисунок 15.2. Схемы спускных устройств Каскадный спуск (рисунок 15.2) состоит из нескольких секций 4 , каждая секция имеет сверху раструб, а внизу кулачки. Стержни 6 , образующие ступени спуска, проходят через отверстия 3 в стенки спуска. Стержни 6 имеют отогнутый вниз хвостовик 2 и штыри 1 , проходящие через прорези 5. При монтаже стержня хвостовик 2 направлен вверх, а затем поворачивается вниз и удерживается в этом положении силой тяжести. Штырь 1 препятствует смещению стержня и выходу его из отверстия 3. Спиральный спуск представляет собой открытый желоб, продольная ось которого изогнута по винтовой линии, и предназначен для перемещения штучных грузов между этажами. Преимуществами спиральных спусков являются простота конструкции, возможность достижения высокой производительности и отсутствие движущихся частей. К недостаткам относятся истирание груза и желоба и возможность образования заторов при резко изменившихся условиях транспортирования (например, при повышении влажности груза). Для ликвидации заторов по всей длине заключенных в трубу спиральных спусков устраивают смотровые люки. При закрытом внизу выпускном отверстии спиральный спуск может служить промежуточным накопителем груза. Скорость движения груза обычно составляет 2,5-3,0 м/с, угол подъема 45°. Как и прямые желоба, секции спирали армируют износостойкими материалами. Для штучных грузов применяют спуски, выполненные вертикальными, наклонными, спиральными. Угол наклона спусков для штучных грузов значительно меньше, чем для насыпных. Если для последних углы наклона 97 спусков превышают 45°, то для движения, например, отливок по стальному лотку угол наклона к горизонтали будет 20-25°. Для перемещения грузов под действием силы тяжести способом качения по направляющим применяют скаты. Их различают для грузов круглого сечения (цилиндров, бочек, двухконусных деталей и др.), которые катятся по скатам, и для грузов на тележках, перемещающихся по рельсам. Направляющие у скатов первого вида выполнены часто из двух параллельно расположенных труб, а у скатов второго вида — из рельсов или профильного проката (швеллеры, уголки и т.п.). 15.2. Устройство и выбор основных параметров Угол наклона спускных устройств для насыпных грузов при отсутствии перегибов в вертикальной плоскости должен быть больше угла трения насыпного груза о днище лотка или трубу в покое. С учетом трения насыпного груза о боковые стенки допустимый минимальный угол наклона прямоугольного лотка tg ж , где ж коэффициент сопротивления желоба, определяемый для прямоугольного желоба по формуле n h ж f в 1 б , .в где f в - коэффициент трения прямоугольного груза о стенки желоба; h -высота слоя груза в желобе; n б - коэффициент бокового давления: nв k e 1,2 , 1 2 f 2 где k e -эмпирический коэффициент ( k e -равен 1 и 1,1 1,2 соответственно для стационарных и передвижных конвейеров); v скорость цепи, м/с; f коэффициент внутреннего трения насыпного груза. Отсюда ж f в 2 . Эти формулы применимы для пылевидных, порошкообразных и зернистых насыпных грузов, содержащих мелкие фракции. После выбора угла наклона желоба вычисляют конечную скорость движения насыпного груза по желобу. Если груз массой т скользит с коэффициентом трения f по наклонной плоскости под углом на длине l , разность уровней в начальной и конечной точках h l sin и скорость в этих точках vн и vk , то работа силы тяжести груза, затрачиваемая на работу трения и приращения кинетической энергии, mvк2 vн2 mgh mgfl cos ; 2 98 Если заданы скорости в начальной vн и конечной vk точках и разность уровней между ними h, то угол , под которым должна быть расположена наклонная плоскость, находится из равенства f tg 2 gh vн2 vк2 ; 2 gh Если известна начальная скорость и задан угол наклона, то конечная скорость vк 2 gh1 ftg vн2 ; При vk = vн , т.е. при движении с постоянной скоростью. Для ускоренного движения, для замедленного движения. Если груз движется по желобу прямоугольной или округленной формы, то под коэффициентом трения скольжения понимается приведенный коэффициент, который учитывает сопротивление трению как по дну, так и по боковым стенкам желоба. Скорость движения насыпного груза по желобу принимают обычно до 2,5 м/с, коэффициент наполнения желоба. Площадь сечения желоба находится по специальным формулам в зависимости от формы желоба. Глава 16. Ковшовые элеваторы 16.1. Общая характеристика и устройство Элеваторы служат для непрерывного транспортирования насыпных или штучных грузов по вертикальному или крутонаклонному направлению и соответственно разделяются на вертикальные и наклонные. По типу грузонесущего органа они подразделяются на ковшовые, полочные и люлечные. Ковшовые элеваторы служат для подъема насыпных грузов, а люлечные и полочные – для штучных. Особую группу представляют специальные вертикальные люлечные элеваторы (конвейеры) для междуэтажного транспортирования книг с автоматической разгрузкой по этажам в крупных библиотеках. Для вертикального и крутонаклонного транспортирования некоторых насыпных и мелких штучных грузов применяют двухленточные конвейеры, у которых транспортируемый груз зажимается между двумя лентами, а также четырехцепные конвейеры-элеваторы. Ковшовые элеваторы разделяют на стационарные и передвижные (последние устанавливают на погрузочных машинах), транспортные и технологические, например обезвоживающие, у которых груз в процессе транспортирования освобождается от воды. Особую конструкцию имеет элеватор с центральной загрузкой и разгрузкой и фасованными ковшами. Элеватор (рисунок 16.1) состоит из вертикальной или наклонной рамы 1, на которой в верхней части монтируется приводное устройство, состоящее из приводного барабана 2 или звездочек, электродвигателя и редуктора 99 цилиндрического или цилиндроконического, храпового останова, иногда встроенного в муфту 3 и препятствующего движению груженой ветви в обратном направлении. В нижней части элеватора применяются натяжное устройство 5 , обычно винтовое, состоящее из натяжного барабана или звездочек, которые огибает замкнутая цепь или лента. На тяговом органе укреплены ковши или люльки 4, перемещающие груз. Для отклонения цепей применяются звездочки 6. Ковши элеватора могут загружаться из нижнего башмака, которые применяются для грузов пылевидных, мелкозернистых (цемент, зерно и др.). Грузы крупнокусковые и абразивные загружают путем засыпки непосредственно в ковши. К преимуществам ковшовых элеваторов относятся малые габаритные размеры в поперечном сечении, возможность подачи груза на значительную высоту (до 60-75 м) и большой диапазон производительности (5-500 м3/ч и выше). Недостатками являются возможность отрыва ковшей при перегрузке и необходимость равномерной подачи груза. По характеру установки ковшовые элеваторы разделяют на вертикальные (рисунок 16.1, а) и наклонные (рисунок 16.1, б), а по типу тягового элемента – ленточные и цепные. В зависимости от скорости движения ковшей элеваторы бывают быстроходные с разгрузкой под действием центробежной силы и тихоходные с разгрузкой ковшей под действием силы тяжести груза. Рисунок 16.1. Схемы элеваторов В быстроходных элеваторах (рисунок 16.2), когда ковш с грузом подходит к верхнему барабану и начинает поворачиваться во круг его оси, кроме силы тяжести С=mg действует центробежная сила Pm vŇ2 , r где m – масса груза в ковше, кг; T – скорость движения центра тяжести груза в ковше, м/с; r – радиус вращения, т.е. расстояние от центра тяжести груза в ковше до центра барабана, м. 100 Рисунок 16.2. Схема разгрузки ковшей Складывая геометрически эти силы, получим равнодействующую R сил P , которая при движении ковша изменяется и по величине, и по G и направлению. Однако если продлить вектор равнодействующей до пересечения с вертикалью, проходящей через центр барабана, то при любом положении вектор R будет пересекать вертикаль в одной и той же точке C , называемой полюсом. Расстояние l от точки с до центра барабана O называется полюсным расстоянием. Из подобия треугольников OAC и RPA получим ОС mg mg gr 2, 2 ОА P v v m r откуда полюсное расстояние l gr 2 895 2 ; v2 n где n – частота вращения барабана, об/мин. Следовательно, полюсное расстояние l зависит от числа оборотов барабанов. При полюсном расстоянии, меньшем или равном радиусу окружности барабана, значение центробежной силы значительно больше тяжести, вследствие чего происходит центробежная разгрузка ковшей и выбрасывание груза на лотках. При полюсном расстоянии, большем радиуса окружности, проведенной через наружные кромки ковшей, сила тяжести больше центробежной силы и возникает самотечная разгрузка, т. е. высыпание из ковшей груза. Объем груза в ковше может быть определен из условия того, что если бы в ковше находилась жидкость, то ее поверхность при проходе ковша через барабан очерчивалась бы по окружности с радиусом, проходящим через наружную или внутреннюю кромку ковша и точку С. В отличие от жидкости поверхность сыпучего груза в ковше будет занимать положение отстающего на угол естественного откоса груза по касательной к окружности в любой точке нахождения ковша. Известно, что касательная в любой точке составляет с радиус-вектором постоянный угол, в данном случае р, и называется логарифмической спиралью. Можно для любого положения ковша определить 101 поверхность сыпучего груза и какое количество груза будет находиться в ковше при любом его положении. Теоретически свободное движение любой частицы груза начинается в тот mg уравновесится момент, когда реальная слагающая сил тяжести центробежной силой Р, т.е. когда v2 arccos ; gr где – угол начала свободного движения частицы; – скорость движения частиц груза, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2. Выброшенный из ковшей груз движется по параболе, и аналогично тому, как это было сделано для конвейеров, можно построить кривые его движения и определить место расположения приемных устройств. В тихоходных элеваторах для направления груза на лоток устраивают отклоняющие звездочки для тяговых цепей, монтируют ковши сомкнутыми, чтобы стенки с бортами предыдущего ковша являлись направляющим лотком груза, высыпающегося с последующего лотка, или устанавливают элеватор наклонно. Ковши характеризуются формой, размерами и линейной вместимостью, представляющей собой отношение вместимости ковша е к шагу tк. Стандартные вертикальные ковшовые элеваторы общего назначения изготавливают с четырьмя типами ковшей. Закругленные глубокие ковши (рисунок 163, а) применяют для транспортирования сухих, легкосыпучих и хорошо высыпающихся сыпучих грузов (зерно, мелкий уголь, песок и др.). Глубокие ковши изготавливают шириной 100-1000 мм и вместимостью 0,3367,3 л; линейной вместимостью 1,6-84 л/м с шириной ковшей на тяговом органе 200- 800 мм. Закругленные мелкие ковши с крупным отрезом передней кромки (рисунок 16.3, б) применяют для перемещения влажных и слеживающихся плохосыпучих грузов (цемент, мел в порошке, влажный песок и т. п.). Они имеют ширину 100-400 мм и вместимость 0,18-7,90 л. Остроугольные ковши (рисунок 16.3, в) имеют ширину 160-500 мм, вместимость 1,2-27 л. Их применяют на элеваторах с сомкнутым расположением ковшей для перемещения тяжелых кусковых и абразивных грузов (щебень, гравий, крупный уголь и др.). Трапециевидные ковши (рисунок 16.3, г ) изготавливают шириной 320-1000 мм и вместимостью 7,6-172 л. Рисунок 16.3. Ковши элеваторов 102 В ковшовых ленточных элеваторах в качестве тягового органа используются тканевые прорезиненные ленты, которые применяются в ленточных конвейерах, при этом число прокладок должно быть не менее четырех из условия крепления ковшей. Ковши изготавливаются стальные сварные толщиной 2 - 6 мм. В цепных элеваторах тяговым органом служат пластинчатые цепи, при этом при ширине ковшей до 250 мм применяют одну цепь с креплением ковшей стальными болтами посередине внутренней стенки, а при большей ширине применяют две цепи с креплением к задней стенке или к боковым стенкам ковшей. Люлечные элеваторы (рисунок 16.4) предназначены для перемещения штучных грузов. Они имеют шарнирно подвешенные к цепям люльки. Наличие таких люлек позволяет производить разгрузку элеватора в любом месте нисходящей ветви. Элеваторы с жесткими захватами, называемые штабелерами, применяют для подачи и укладки досок в штабеля большой высоты, вытаскивания бревен из воды на причал. Расчет люлечных элеваторов производится обычным порядком, так же как и люлечных конвейеров. Рисунок 16.4. Схема люлечного элеватора 16.2. Расчет основных параметров Тип элеватора и форму ковшей выбирают в зависимости от характеристики транспортируемого груза и заданной производительности. Производительность ковшовых элеваторов определяют по вместимости ковшей: Q 3,6 103 ev k , tk где е – вместимость ковша, л; v – скорость движения ковшей, м/с; – объемная плотность груза, т/м3; k – коэффициент наполнения ковшей грузом (для порошковых грузов и продуктов размола k =0,8÷1; зерновых 0,75÷0,9; кусковых грузов средних размеров 0,6÷7; тяжелых крупнокусковых грузов 0,5÷0,6); t k – шаг ковшей, м. Из этой формулы при необходимости определяют вместимость ковша: e Q , t k 3,6 k а затем подбирают ковш и по его параметрам определяют размеры тяговых органов и параметры всех остальных устройств ковшового элеватора. Скорость движения ковшей в быстроходных элеваторах принимается в зависимости от диаметра барабана или звездочек 1-2, а в тихоходных элеваторах – 03-0,6 м/с. Размеры ковша проверяют на соответствие их максимальному размеру кусков груза. Вылет ковша вк кк аmax , где кк – коэффициент, равный 2-2,5 при содержании 10-25 % кусков размером аmax и 4,25-4,75 при содержании 50-100 % кусков аmax. Шаг ковшей обычно равен t k =(2÷З)hk (где hk – высота ковша). Для сомкнутых ковшей t k = h. Для цепных элеваторов шаг t k должен быть кратен шагу цепи. Пластинчатые цепи, применяемые в элеваторах, имеют обычно шаг 100-630 мм. Техническая производительность элеватора для штучных грузов Q 3,6 Gгр l гр v, где Gгр – масса единичных грузов, кг; l – расстояние между грузами, м. При заданной производительности и выбранной скорости движения груза определяют расстояние размещения грузозахватных приспособлений на тяговом органе, м, гр lгр 3,6Gгрv / Q. Мощность на приводном валу барабана ковшового элеватора, кВт, N3 k QH (1,15 п ), 367 где H – высота элеватора, измеренная между осями приводного и натяжного барабанов (звездочек и блоков, м); kп – коэффициент, учитывающий расход мощности на преодоление сопротивления и зависящий от производительности (при производительности до 40, 80, 150 м3/ч; соответственно к = 1150, 950, 750 и для цепных – 750, 650, 550). Мощность двигателя привода, кВт, N=N0/η, где η-КПД привода (η=0,8÷0,85). 104 Тормозной момент на валу барабана, который необходим для удержания от обратного движения груженой ветви элеватора при его остановке, Н-м, MТ Dб / 3 qgH , 2 Q где Dб / 3 – диаметр барабана или звездочки, мм; q – линейная масса груза 3,6v в ковшах, кг/м; g – ускорение свободного падения, м/с2. Глава 17. Грузовые подвесные канатные дороги 17.1. Устройство и область применения В основном эксплуатируются двухканатные грузовые подвесные канатные дороги (ГПКД) без учета специальных дорог для перевозки леса с кольцевым и маятниковым движением вагонеток. Одноканатные дороги, несмотря на высокую эффективность, сейчас не применяются. Насчитывается около 700 ГПКД общей протяженностью примерно 1000 км. Ими транспортируется свыше 200 млн. т грузов в год. Производительность дорог, оборудованных вагонетками грузоподъемностью 33 т, достигает 450 т/ч. Характеристика отечественных ГПКД приведена в таблице 17.1. Таблица 17.1 Отрасль промышленнос ти Число единиц Суммарная протяженнос ть, км Угольная 52 74,7 Годовой объем перевозок, млн. т/год 19,8 Химическая 31 120,3 25,4 44 75 23,6 23 84 17,5 17 74 17,0 10 9 7,5 отходы 4 16,5 1,7 песок и гравий 9 6,5 3,5 разный Черная металлургия Строительных материалов Цветная металлургия Нефтехимическ ая Строительство гидросооружен ий Прочие 105 Транспортируем ый материал уголь, порода сырье для производства, отходы (фосфогипс) сырье для производства то же ** В Африке эксплуатируется одноканатная грузовая дорога протяженностью 76 км и производительностью 150 т/ч. Двухканатные дороги большой протяженности построены также в Бразилии (51 км), Индии (64,4 км), Колумбии (75 км), Швеции (98 км). Фирма "Полиг-Гекель-Блейхерт" (Германии) совместно с индийскими фирмами построила в 250 км от Калькутты кольцевую дорогу протяженностью 62 км, производительностью 400 т/ч с восемью тяговыми участками. В Норвегии построена канатная дорога "Скороват" длиной 44,5 км для транспорта пирита. Дорога работает в условиях низких температур (-15 °С и ниже). Всего в Норвегии действует 520 канатных линий. Канатная дорога "Кристенберг Болиден" (Швеция) длиной 96 км служит для транспортирования рудного концентрата. Английская фирма "Бритиш Сметлор Констракшн" построила дорогу в Бахрейне (Персидский залив) протяженностью 10,1 км, в том числе 6,4 км над поверхностью моря. Производительность дороги 120 тыс. т/год. Техническая характеристика зарубежных ГПКД приведена в таблице 17.2. Таблица 17.2 Страна Фирма (страна)поставщик ГПКД Швеция «Бреко» (Англия) Франция ПХБ (Германия) Италия Индия Иран «Нуово Агудио» (Италия) «Ушна Брека» (Индия) «Бреко» (Англия) «Нуово Агудио» (Италия) Тип дороги и транспортируемый материал кольцевая двухканатная, руда кольцевая двухканатная, руда кольцевая двухканатная, известняк то же кольцевая одноканатная, песок маятниковая двухканатная, бетон Полезная грузо-подъемность вагонетки, т Производитель-ность, т/ч Протяженность, км Скорость, м/с 1,4 80 96 2,4 - 500 2,17 - - 530 5,9 4 3 650 4,9 5 0,9 200 1,9 5 20 450 0,7 10 Подвесные дороги можно разбить на две основные группы: - с централизованной (канатной) тягой, так называемые подвесные дороги, в которых все вагонетки линии соединяются с бесконечным тяговым канатом, имеющим стационарный привод; - с децентрализованной тягой, в которых имеются самоходные вагонетки или же группы вагонеток, перемещаемые с помощью локомотива. Эти дороги выполняются с электрической, реже с тепловозной тягой; иногда применяются самоходные вагонетки с тепловозной тягой или гусеничным ходом. В мировой практике применяются ГПКД следующих видов: - одноканатные с кольцевым движением отцепляемых на станциях вагонеток грузоподъемностью 0,25-1,25 т, производительностью 16-200 т/ч; 106 - двухканатные с кольцевым движением отцепляемых на станциях вагонеток грузоподъемностью 0,8-3,2 т, производительностью 50-450 т/ч; - двухканатные дороги с маятниковым движением неотцепляемых вагонеток грузоподъемностью до 8 т, производительностью до 230 т/ч. Одноканатные кольцевые дороги получили за рубежом довольно значительное распространение. Их производительность достигает 200 т/ч. Такие дороги построены английской фирмой "Бреко" в Индии. Двухканатные дороги с маятниковым движением имеют ограниченное применение как у нас, так и за рубежом; используются в основном в качестве отвальных. Подвесная двухканатная дорога (рисунок 17.1) состоит из следующих основных частей: несущих неподвижных канатов 6 , по которым происходит движение вагонеток 5, с одной стороны эти канаты укреплены неподвижно при помощи анкеров, а с другой-натягиваются при помощи натяжных канатов и грузов 2 ; тягового бесконечного подвижного каната 7, к которому при помощи сцепных приборов автоматически прикрепляются вагонетки, этот канат получает движение через привод от двигателя 10, установленного на одной из конечных станций, а на другой станции канат огибает шкив грузового натяжного устройства, который находится под действием контргрузов; промежуточных опор 3 с башмаками 4 , поддерживающих несущие и тяговые канаты, число которых зависит от характера трассы; погрузочной и разгрузочной станций, из которых одна является приводной 9, а другая – натяжной 1. Рисунок 17.1. Схема подвесной двухканатной дороги На погрузочной станции вагонетка движется по жесткому рельсу 8 и автоматически отключается от ведущего каната. После загрузки грузом 107 вагонетка проталкивается по жесткому рельсу к выходу на несущий канат, где автоматически захватывается зажимом за ведущий канат и перемещается к разгрузочной станции. Разгружаются вагонетки обычно опрокидыванием кузова. Трасса дороги делится на отдельные участки длиной 1-2,5 км. Между участками устанавливаются дополнительные натяжные станции, через которые вагонетки проходят по жесткому рельсу, где каждый канат заякорен или имеет свой натяжной груз. 17.2. Основные элементы подвесных дорог Несущие канаты. В качестве несущих канатов в основном применяются спиральные, одинарной свивки преимущественно закрытого типа. Достоинство таких канатов – гладкая поверхность, благодаря чему уменьшается сопротивление движению по ним колес вагонеток и износ обода колес вагонеток и самих канатов. Спиральные канаты бывают открытого, закрытого и полузакрытого типов. Открытые спиральные канаты (рисунок 17.2, а) состоят из 19, 37 и 61 проволок, собранных в одну прядь. Диаметр проволок 3 - 5 мм, длина кусков каната 300 600 м. Закрытые спиральные канаты (рисунок 17.2, б) имеют наружный ряд zобразных проволок высотой 5 - 6 мм, которые создают плотную поверхность каната и предохраняют от проникновения внутрь каната влаги. Ядро каната состоит из 19-61 круглых проволок диаметром 3,3-4,6 мм, поверх которых ставится промежуточный слой из фасонных проволок трапецеидального сечения, что создает лучшую опору для наружного слоя. Диаметр несущих канатов закрытой конструкции предусматривается 30,5-70 мм, а в отдельных случаях до 100 мм для подвесных дорог с большими пролетами и большегрузными вагонетками, а также для пассажирских дорог. Полузакрытые канаты (рисунок 17.2, в) состоят главным образом из крупных проволок (ядро) и комбинации круглых и фасонных проволок (наружный слой). Высокие контактные напряжения, испытываемые круглыми проволоками, и образование усталостных трещин в фасонных проволоках снижают долговечность полузакрытых канатов. Для каждого из перечисленных типов канатов характерными являются конструкция, диаметр проволок, диаметр каната и разрывное усилие, которые выбираются по государственному стандарту. Концы несущих канатов между собой на линии дороги соединяются специальными муфтами (рисунок 17.2, г ) , коническая форма которых обеспечивает безударный проход вагонеток. Концы канатов заводят в обе половинки муфты, расклинивают стальными клиньями, после чего обе половинки муфты соединяют с помощью гайки с правой и левой нарезкой. Для закрепления канатов на анкерной (якорной) опоре служат конечная, а для соединения с натяжными – переходная муфты. Натяжение каната осуществляется при помощи груза. 108 Для поддержания несущих канатов и осуществления перехода колес вагонетки с каната на подвесной рельс на выходе из конечных станций применяются отклоняющие башмаки. На промежуточных опорах несущий канат поддерживается опорными башмаками. Опорные башмаки (рисунок 17.3) имеют полукруглую канавку, в которой свободно лежит несущий канат. Башмаки изготавливают из чугуна, и они могут быть неподвижными и качающимися. Качающиеся башмаки короче неподвижных и более совершенны, так как они более просты в установке и позволяют нормализовать верхушки опор независимо от угла наклона пути. Длина башмака зависит от радиуса кривизны и угла обхвата. Обычно она составляет 0,6-1,5 м при R=2,5-5 м и а=18°. При больших углах обхвата (а = 18°) применяются неподвижные секционные башмаки, состоящие из ряда секций с радиусом кривизны 6-15 м. Для уменьшения сил трения и износа башмаки могут быть снабжены бронзовой футеровкой, что позволяет также увеличить длину натяжного участка. Рисунок 17.2. Несущие элементы канатной дороги Рисунок 17.3. Башмак несущего каната 109 В пределах конечных станций несущие канаты заменяются подвесными рельсами типов 130х30 и 160х40. Наиболее распространенными являются рельсы типа 160х40. Иногда применяют составные рельсы из двутавра с приваренной головкой из круглой стали. Для крепления рельса к конструкции станции служат подвесные и угловые башмаки, которые выполняются чугунными или сварными с шагом 2-2,5 м, как правило, не превышающим 4 м. На кривых участках пути башмаки устанавливаются чаще. Опоры. Несущие и тяговые канаты на линии дороги поддерживаются опорами, которые изготовляют из металла, дерева и реже из железобетона. Опоры бывают консольного (преимущественно) и портального типов. Наибольшее распространение получили стальные опоры консольного типа (рисунок 17.4). Рисунок 17.4. Опоры подвесных канатных дорог Стандартные опоры имеют высоту 2-25 м (через 0,5-13 м по высоте) с шириной колеи 3 м для нагрузок на консоль 6 и 10 т. При больших перепадах высот применяют опоры высотой 50-100 м. Железобетонные опоры получили применение в последнее время в основном на равнинных или болотистых участках. Деревянные опоры применяют только на дорогах с небольшим сроком службы. В верхней части опора имеет две консоли, несущие валики (оси), на которых шарнирно крепятся очерченные по дуге окружности чугунные башмаки 1 с канавками для несущих канатов. При проходе вагонеток башмаки наклоняются в ту и другую сторону, благодаря чему отсутствует 110 излом канатов и облегчается въезд вагонеток. На нижних консолях опор крепятся ролики 2 для провисающих между вагонетками тяговых канатов и дуги 3, улавливающие и направляющие их при раскачивании. Опоры рассчитываются на прочность по действующим на них наибольшим суммарным силам от силы тяжести вагонеток и канатов, включая силу трения на опорных башмаках, давления ветра на элементы дороги и собственного веса. Тяговые канаты, натяжные и направляющие устройства. Тяговые канаты ГПКД, помимо перегибов на блоках, подвергаются сильному сжатию в зажимах сцепных приборов и истиранию, поэтому они должны иметь гладкую наружную поверхность и достаточно толстые наружные проволоки. В связи с этим тяговые канаты изготавливают из круглых проволок двойной односторонней свивки с пеньковой сердцевиной и прядями линейного контакта из 7 и 19 проволок, например, 6х7х1, D=15 мм, d=1,6 мм, S=84 мм2, q0=0,81 кг/м, Т р а з = 10 500 кг при Â =140 мПа. Нормализованные вагонетки рассчитаны на применение канатов диаметром до 26-32 мм. При приводных блоках с зажимами целесообразно применение канатов ЛК-0, имеющих более толстые наружные проволоки. Срок службы каната зависит от длины приводного участка и будет сокращаться с ее уменьшением, так как каждый элемент каната будет чаще входить в соприкосновение с направляющими и ведущими устройствами на станциях. Постоянное натяжение тягового каната создается с помощью специального натяжного груза, висящего на натяжном канате, огибающем натяжной блок, и движется в направляющих, препятствующих его кручению. Груз представляет собой ящик или каркас, заполненный бетонными блоками, или же железобетонную плиту с установленными на ней бетонными фасонными блоками. Положение груза регулируется с помощью лебедки вручную или автоматически. Для гашения колебаний, вызываемых резкой разгрузкой вагонетки, натяжное устройство снабжается демпфером в виде связанного с грузом или качающейся мачтой (рамой) гидравлического цилиндра или насоса, присоединенного к натяжному блоку с помощью зубчатой передачи. Анкеровка канатов может производиться либо к конструкции станции, либо к отдельным фундаментам, в которые закладывается анкерная рама или тяга. Все поддерживающие и направляющие устройства тягового каната ГПКД по роду работы разбиваются на три группы. Первую группу составляют направляющие блоки на станциях диаметром до 3 м, к которым канат прилегает постоянно и не снимается сцепным прибором вагонетки. Форма канавки направляющих блоков должна быть полукруглой и обеспечивать хорошее прилегание каната без излишних зазоров, но и без заклинивания. Для увеличения долговечности каната применяют упругую футеровку обода из капрона, резины и других материалов. Ко второй группе относятся блоки со сварными плоскими ободами из двухголовчатого рельса или швеллера диаметром 5-6 м для автоматического обхода горизонтальных кривых (рисунок 17.5). В случае автоматического 111 обхода кривой большого радиуса тяговый канат направляется горизонтальной батареей блоков диаметром 600-1000 мм. При этом во избежание частых ударов вагонетка удерживается направляющей шиной и сцепной прибор не соприкасается с ободом блока. Здесь применяются блоки диаметром 600 мм, при этом угол перегиба каната не свыше 5°. Рисунок 17.5. Роликовая батарея на опоре Третья группа – вертикальные поддерживающие и направляющие ролики, с которых тяговый канат снимается каждой проходящей мимо них вагонеткой. Расположение этих роликов зависит от положения сцепного устройства вагонетки и условий, необходимых для направления и поддержания каната (рисунок 17.6). Рисунок 17.6. Направляющие батареи для автоматического обхода При значительном угле перегиба каната на опоре устанавливают роликовую батарею, которая разгружает также вагонетку от давления тягового каната. При движении вагонетки по криволинейному пути устанавливают 112 выпуклые роликовые батареи, которые крепятся к подвесному рельсу или швеллеру с приваренной головкой из круглой стали. Поддерживающие и направляющие ролики выполняются литыми диаметром 150-300 мм, иногда до 600 мм. Наиболее целесообразным является применение упругого обода из полимеров, который выдерживает пробег до 20-40 тыс. км. Вагонетки. Вагонетки подвесных канатных дорог выпускаются трех типов: для насыпных, штучных грузов и перевозки людей. Грузоподъемность вагонеток наиболее распространенных кольцевых дорог составляет 250-1200 кг, при высокой производительности – 1500-2500 кг, а для маятниковых – 50008000 кг. По способу разгрузки различают два основных типа вагонеток: с глухим опрокидывающимся кузовом, опирающимся с обеих сторон двумя валиками (запорами) на крюки подвески, и с откидным днищем. Соответственно характеру тяги различают вагонетки с нижней тягой, в которых зажим для тягового каната располагается ниже несущего каната, и с верхней тягой, в которых зажим для тягового каната лежит выше несущего каната. Наиболее широкое распространение получили вагонетки с нижней тягой, так как их можно применять на любой дороге. Вагонетки подвесных канатных дорог состоят из тележки, подвески и кузова (рисунок 17.7). Кузов в зависимости от назначения вагонетки может быть заменен кабиной, платформой или специальными захватами. Рисунок 17.7. Вагонетки с опрокидывающимся кузовом 113 Запас прочности деталей сочленения подвески с тележкой и кабиной принимается не менее 10, а для остальных деталей – не менее 2-5 м. Ходовые тележки имеют обычно два или четыре колеса, попарно соединенных балансирами, которые, в свою очередь, соединены с корпусом двумя шарнирами – горизонтальным и вертикальным – для свободного прохождения кривых. Расстояние между колесами необходимо выбирать минимальным, что повышает долговечность каната и облегчает проход кривых. При расчете рамы тележки необходимо учитывать горизонтальное давление от тягового каната, а диаметр колеса выбирать в пределах 200-300 мм, так как увеличение его приводит к возрастанию жесткой базы тележки, от которой зависит минимальный радиус горизонтальных кривых пути. Давление от колеса, обусловливающее диаметр несущего каната, обычно не выше 60 МПа, а в вагонетках тяжелого типа 800-900 МПа. Для уменьшения износа обода колеса давление должно быть не более 0,7-0,8 МПа для стального обода и 0,5-0,55 МПа для резинового. Профиль обода колеса в основном определяется диаметром соединительной муфты. На средней части колеса делают канавку соответственно диаметру каната. Съемное резиновое кольцо ставят с натягом 5 % и сжимают боковыми щеками. Подвески обычно выполняются сварными из полосовой стали и крещен с помощью пальцев к тележке шарнирно, что позволяет кузову сохранять отвесное положение на наклонных участках. Расположение связей должно обеспечивать жесткость подвески, не препятствуя одновременно погрузке и выгрузке груза. При расположении на подвеске сцепного прибора следует учитывать действие тягового усилия и давления от перегиба тягового каната. Кузов вагонетки обычно выполняется опрокидывающимся, реже с открывающимся днищем. Кузов вагонетки для насыпных грузов делают трапециевидного или полукруглого сечения из листовой стали толщиной 3 - 5 мм, опрокидывающийся при наезде задвижки кузова на упор, для чего ось запора размещают так, чтобы центр тяжести груженого кузова был выше, а порожнего ниже оси вращения. Это же вызывает автоматическое восстановление положения кузова после разгрузки. Кузова с раскрывающимися днищами и с откидными торцовыми стенками позволяют осуществить замедленную разгрузку и тем самым уменьшить опасные для устойчивости вагонетки вертикальные колебания несущего каната. Сцепные устройства. Сцепные устройства являются одним из наиболее ответственных узлов канатных дорог и должны обеспечивать надежность и плавность автоматического сцепления и расцепления вагонеток с тяговым канатом; достаточную силу сцепления для преодоления крутых подъемов пути и возможность автоматического обхода горизонтальных блоков и вертикальных роликовых батарей с минимальным снятием тягового каната, от которого зависит давление каната на вагонетку. По принципу действия их делят на грузовые и принудительные (винтовые, пружинные). Во всех случаях необходимо, чтобы к моменту начала зажатия каната в губках сцепного устройства вагонетка приобрела скорость движения каната. Это достигается на наклонном участке самокатом или посредством 114 механического толкателя. Закрытие и открытие губок зажима протекают автоматически под действием включающих шин. Выключение также происходит автоматически. Для снижения скорости вагонетки после выключения рельсовый путь имеет небольшой участок подъема. Обычно канат входит в зажим сверху или снизу, что считается равноценным. Боковой вход менее удобен и встречается в основном на пассажирских дорогах с целью уменьшения опасности случайного отрыва каната из зажима. Передача веса подвески и кузова на зажимные щеки сцепного устройства осуществляется с помощью рычагов и винтов, иногда сила зажатия может быть увеличена с помощью дополнительных пружин. Сцепное устройство вагонетки (рисунок 17.8) состоит из двух щек: неподвижной 3 , укрепленной на корпусе тележки, и подвижной 4 , расположенной на коротком плече двуплечего рычага, на другом плече 5 которого подвешена подвеска с кузовом. К подвеске крепится ползун 6, который скользит в направляющих рамы 7 тележки вагонетки. Под действием силы тяжести подвески и кузова ползун, опускаясь, поворачивает подвижную щеку, и тяговый канат зажимается между щеками 3 и 4. Раскрытие зажима осуществляется при подъеме выключающих роликов 1, взаимодействующих на станциях со спрофилированными шинами 2. Включение вагонетки к тяговому канату происходит следующим образом: при движении вагонетки на станции по жесткому рельсу ролики, набегая на шины, поднимают подвеску с кузовом и открывают щеки прибора, между которыми входит тяговый канат. При дальнейшем движении вагонетки ролики опускаются, канат зажимается в щеках под действием силы тяжести подвески и кузова, и вагонетка увлекается канатом. Аналогично в обратном порядке происходит процесс выключения вагонетки. Несколько иную конструкцию представляет сцепное устройство для верхней тяги с опущенным шарнирным зажимом, который закреплен шарнирно в вертикальной плоскости и расположен на уровне несущего каната. Основным достоинством этого сцепного устройства является устранение давления на вагонетку от перегиба тягового каната при переходе опор благодаря высокому расположению опорных роликов, на которые опирается зажим. Недостатком является затруднительность обхода внешних горизонтальных кривых. Винтовые и пружинные сцепные устройства применяются при нижней тяге и могут прикрепляться шарнирно к подвеске вагонетки или размещаются на ходовой тележке. Винтовое сцепное устройство (рисунок 17.9) состоит из винта 3 с участками мелкой (угол 2-3°) и крупной (угол 45°) резьбы с двумя гайками-щеками зажима, которые перемещаются при повороте рычага 2. Гайка 5 зажима вначале быстро приближается к канату, пока не пройдет короткий участок крупной резьбы, соответствующей выбору зазора между канатом и щеками, после чего она останавливается. При дальнейшем вращении рычага вторая гайка 4 , посаженная на мелкой резьбе, продолжает медленное движение и постепенно прижимает с большой силой тяговый канат к остановившейся гайке 5 . При обратном повороте рычага гайка быстро отходит по крупной резьбе, освобождая тяговый канат. Благодаря различной скорости движения обеих щек 115 достигается быстрое и большое раскрытие щек зажима и вместе с тем медленное и сильное сжатие каната в момент заключения. Вследствие небольшого хода щеки зажима с мелкой резьбой требуется точная регулировка зажима по диаметру каната, что выполняется с помощью втулки 1. Рисунок 17.8. Сцепное устройство вагонетки 116 Рисунок 17.9. Винтовой сцепной прибор для нижней тяги Сцепление и расцепление вагонетки с канатом происходят автоматически при помощи направляющих шин. Вагонетка подводится к месту включения (рисунок 17.10, а ) , где рельсу дается наклон для увеличения скорости вагонетки до скорости движения каната. Груз 1 , сидящий на рычаге сцепного устройства, двигаясь по направляющей шине 2 , поворачивает рычаг и доводит его почти до вертикального положения 1’, которое соответствует началу соприкосновения щек зажима в тяговом канате. В этот момент рычаг ударяется нижним плечом об упор и отбрасывается в крайнее положение 1'', сжимая канат в щеках с большой силой за счет кинетической энергии, приобретенной грузом при ударе об упор. При расцеплении вагонетки с тяговым канатом груз рычага зажима набегает на направляющую шину 5 (рисунок 17.10, б), которая поворачивает рычаг в первоначальное положение 1'', соответствующее полному раскрытию щек зажима, причем для перехода рычага через мертвое положение служит вторая направляющая шина 4. При верхней тяге применяется винтовое сцепное устройство аналогичного типа с высокоподнятым зажимом. Передаточное число сцепных устройств принимают равным 3-6. В зависимости от диаметра каната передаточное число существующих конструкций сцепных устройств изменяется от 3,54 до 4,03 при =16÷18 мм. Расчет сцепных устройств ведут из условия предотвращения скольжения тягового каната, для чего необходимо, чтобы сила трения в щеках зажима была бы больше тягового усилия Z , требуемого для движения вагонетки по наклонному пути, FTP ęZ , где ę – коэффициент запаса. 117 Рисунок 17.10. Схема включения и выключения винтового сцепного прибора Сила трения зависит от усилия , сжимающей щеки зажима, формы зажима и коэффициента трения каната о губки и определяется: - для плоских губок ; - для клиновидных губок /sin; - для полукруглых губок . Губки клиновидной и круглой форм понижают контактные напряжения и не расплющивают канат. При известной массе вагонетки и коэффициенте сопротивления вагонетки движению тяговое усилие определяется из условия где угол подъема несущего каната. При расчетах принимают и Приводы. В канатных дорогах в качестве привода используются одно- или двухжелобчатый приводные шкивы, канавки которого последовательно огибаются тяговым канатом; уравнительные приводы, состоящие из ряда одножелобчатых шкивов, соединенных между собой дифференциальной передачей, а также приводы с повышенным сцеплением, создаваемым специальными зажимами, расположенными на шкиве. Приводные блоки могут быть расположены горизонтально (рисунок 17.11, а, б) или вертикально с натяжным и безнатяжным устройствами (рисунок 17.11, в, г, д). При низком расположении станции более рационален горизонтальный привод с размещением приводных блоков на уровне подхода тягового каната, что 118 значительно уменьшает число перегибов последнего. При высоких станциях предпочтительнее вертикально стоящие приводы, которые устанавливаются на фундаменте внизу станции. При уширенной колее дороги может быть использован вертикально лежащий привод и схема со сдвоенным одножелобчатым приводом (рисунок 17.11, е). Рисунок 17.11. Схемы раположения приводов подвесных канатных дорог Нормальный желобчатый привод состоит из металлической рамы, на которой установлены приводной и направляющие блоки, рабочих и предохранительных ленточных тормозов, редуктора, основного и вспомогательного двигателей. Рабочие тормоза колодочного типа с электромагнитом устанавливаются на моторном валу со стороны редуктора, а аварийные (ленточного и колодочного типов) – непосредственно на рабочем валу. Наибольшая надежность достигается при расположении тормозных дисков непосредственно на приводном блоке. Остановка дороги в основном производится рабочим тормозом, аварийный должен автоматически включаться центробежным устройством только при превышении нормальной скорости движения на 20-30 % или в случае экстренной остановки – машинистом. Для ревизии несущих канатов и оборудования линии дорога должна иметь смотровую скорость движения 03-0,5 м/с, что может быть обеспечено специальным микроприводом, соединенным с быстроходным валом редуктора основного привода. 119 При применении переменного тока используют синхронные двигатели как с фазным ротором, так и короткозамкнутые, при постоянном токе – с параллельным возбуждением для поддержания постоянства скорости движения. Для уменьшения инерционных сил при разгоне и торможении на дорогах тяжелого типа используются гидромуфты и тормоза с двухступенчатым торможением. Тяговая способность привода определяется значением тягового коэффициента с, который зависит от угла обхвата и приведенного коэффициента трения . Наибольшее распространение получают приводы с одножелобчатыми шкивами с углами обхвата до 300°. Коэффициент трения помимо формы канавки, зависит от ряда других факторов, таких как род свивки каната, степени смазки его, удельного давления, скорости скольжения и состояния обода. В качестве футеровки приводных блоков широко применяют резину и пластмассу. Анализ тягового коэффициента показывает, что одножелобчатый привод с резиновой футеровкой может заменить двухжелобчатый с деревянной футеровкой, которому свойственны недостатки, связанные с неравномерным износом желобов. Физическую картину явлений, происходящих при работе приводного блока, рассмотрим по рисунку 17.12. При огибании блока натяжение каната изменяется на значение окружного усилия , чему соответствует относительное удлинение каната . Так как усилие передается по дуге окружности то натяжение каната не остается постоянным, и по мере поворота блока происходит упругое скольжение каната по блоку, что вызывает износ желобов блока и поверхности каната. При частичном использовании общей дуги обхвата скольжение происходит в угле определяемом условием Упругое скольжение будет происходить в границах того же угла . На остальной дуге (дуге покоя) натяжение сохраняет свое значение . При полном использовании сцепления, когда возникает уже не только упругое скольжение, но и буксование каната по всей поверхности блока. Поэтому чтобы исключить упругое проскальзывание каната, угол должен быть меньше угла а, так как должно выполняться условие При необходимости передачи значительного окружного усилия применяют многожелобчатые приводы (рисунок 17.13). В таких приводах окружные усилия, передаваемые отдельными желобами, будут неодинаковыми. Рассмотрим это для случая трехжелобчатого привода с разными углами обхвата и одинаковым значением коэффициента трения д. Натяжения ветвей каната при полном использовании сцепления определяются условиями: S1 S min e a1 ; S 2 S1e a2 ; S max S 2 e a3 , 120 где Smin – натяжение в тяговом канате на выходе с привода, Н; a1 , a2 , a3 – углы обхвата, рад.; S1 , S2 – натяжения в канатах после прохождения первого и второго шкивов, Н; µ – коэффициент трения между канатом и шкивом; Smax – натяжение в тяговом канате на входе в привод. Рисунок 17.12.Диаграмма натяжений Рисунок 17.13. каната на приводном блоке трехжелобчатого привода Схема Соответствующие натяжениям окружные усилия P1 S max S 2 S min (e a 1); P2 S 2 S1 S min e a1 (e a2 1); P3 S max S 2 S min . При равных углах обхвата P1 S min (e a 1); P2 S min e a (e a 1); P3 S min e 2 a (e a 1); P P1 P2 P3 S max S min , но так как P P , 1 e e 2 a a то имеем P2 P1e a ; P3 P2 e a . Таким образом, в результате разного значения окружного усилия износ желобов от упругого скольжения будет разным. Вследствие этого диаметры желобов будут неодинаковыми, и возникает дополнительное проскальзывание каната для компенсации разности окружных скоростей блоков. Это проскальзывание будет происходить на том из блоков, у которого дуга покоя 121 будет отсутствовать (блок сбегающей ветви) и, следовательно, сцепление использовано полностью. Рассмотрим последствия этого явления на многожелобчатом приводе (рисунок 17.13). При передаче окружного усилия на блоках 1 и 2 происходит полное использование тяговой характеристики, и дуга покоя отсутствует. На блоке 3 , если максимальное окружное усилие будет больше фактического, т. е. выполняется условие , то будет иметь место дуга покоя. Если же окружное усилие окажется меньше фактического, т.е. , произойдет проскальзывание каната на блоке 3 . Наиболее неблагоприятными условиями, ухудшающими работу многожелобчатого привода, являются наличие сильных и внезапных повышений окружного усилия, работа привода на торможение, работа привода с переменным направлением вращения. Для устранения вредных последствий, возникающих вследствие разницы диаметров желобов, используется замена многожелобчатого блока рядом одножелобчатых, т. е. применяются уравнительные приводы. Уравнительный привод (рисунок 17.14) состоит из нескольких одножелобчатых приводных блоков, приводимых во вращение от одного общего двигателя и связанных между собой дифференциальными передачами, которые позволяют каждому блоку вращаться независимо друг от друга с разной скоростью. Уравнительный привод обладает преимуществом в отношении полного предотвращения последствий неравенства диаметров блоков. Он также исключает возможность проскальзывания каната и перенапряжения его промежуточных ветвей. Рисунок 17.14. Схема уравнительного двухканатного привода Для того чтобы в уравнительном приводе полностью использовать сцепление каната на каждом блоке, необходимо распределять крутящий момент в следующем соотношении: 122 M k1 M k 2 e a0 M k2 M k3 при условии, если все блоки имеют одинаковый диаметр. Если это условие выполнено, то сцепление на всех блоках будет использовано полностью, и наибольшее окружное усилие, передаваемое уравнительным приводом, будет равно окружному усилию, аналогичному усилию привода с многожелобчатым блоком. В уравнительном приводе с симметричной дифференциальной передачей при одинаковом передаточном числе между шестернями 1-3 и одинаковом радиусе приводных блоков будет соблюдаться следующее условие: Если обозначить минимальное натяжение каната на сбегающей ветви то наибольшее усилие, передаваемое каждым блоком при угле обхвата каждого блока составит и полное окружное усилие по условиям сцепления откуда Если в многожелобчатом приводе отношение окружных усилий то в дифференциальном так как Поэтому в уравнительном приводе невозможно использовать полностью сцепления на приводных блоках, и часто приходится увеличивать натяжение каната. Недостатком уравнительных приводов является их более сложная конструкция по сравнению с простыми приводами. Повышение тягового фактора возможно также за счет увеличения силы давления между канатом и блоком посредством зажимов или прижимов, расположенных равномерно по длине окружности обода. Приводные блоки с зажимами могут иметь зажимы распорного и ножничного типов (рисунок 17.15), в которых канат расклинивается под действием радиального давления, вызываемого натяжением каната. Распорные зажимы (рисунок 17.15, а) состоят из двух, не связанных между собой распорных кулачков, которые опираются на центральную пружину и передают распорное усилие, вызванное радиальным давлением каната на боковые поверхности обода. Ножничные зажимы стоячего типа (рисунок 17.15, б) представляют собой два связанных между собой пружиной двуплечих рычага, которые соединены шарниром и опираются нижними концами на поверхность обода. Давление каната на зажим вызывает силу трения в зажиме 123 где распора, Н; приведенный коэффициент трения в щетках зажима; угол давления. сила Рисунок 17.15. Схемы зажимов приводных блоков с повышенным сцеплением Определим тяговую способность блока (рисунок 17.16), имеющего зажимов с угловым шагом их из которых одновременно работают зажимов, соответственно углу обхвата блока Натяжения канатов разложим на краевым радиальные и тангенциальные составляющие. Кроме того, в пределах зажима длиной , соответствующей углу обхвата действует распределенная нагрузка – радиальное давление Рисунок 17.16. Схема сил, действующих на зажимы Разность тангенциальных составляющих будет равна полной силе трения каната в зажиме, Н, 124 Эта сила трения слагается из силы трения вызванной радиальными составляющими и силы трения вызванной радиальными давлениями в пределах угла обхвата зажима = Приравнивая эти выражения и решая их относительно При одинаковом угле каната при входе с зажима получим для всех зажимов получаем равные соотношения Тогда тяговый коэффициент блока с зажимами С изменением угла изменяться в пределах (длины зажима) тяговая способность блока будет , тяговый коэффициент будет равен и блок с зажимами становится как одножелобчатый с клиновидной канавкой и углом обхвата При пренебрежении влиянием длины зажима, считая, что получаем С увеличением угла тяговый коэффициент несколько возрастает, однако при этом усиливается перегиб каната. Поэтому принимают ; при шаге зажимов до 150 мм и диаметре блока . Существенным недостатком блоков с зажимами является повышенный износ каната вследствие высокого удельного давления, дополнительного скольжения, перегиба в щеках зажима. Поэтому их рекомендуют применять только для приводов тяжелого типа. Повышенную силу сцепления можно создать также блоками с прижимами, что достигается в результате радиального давления, вызванного натяжением каната и бокового давления от действия пружин. Профиль и план подвесных канатных дорог. Трасса ПКД может иметь различное очертание, в большинстве случаев она прямолинейна. При необходимости 125 с помощью угловых станций трасса дороги может быть проложена по ломаной линии. Угловые станции могут быть неавтоматическими, автоматическими и полуавтоматическими. В неавтоматических станциях вагонетки расцепляются с тяговым канатом и обводятся по рельсовым путям с использованием самоката или вспомогательной механической тяги. Автоматические станции, как правило, не требуют обслуживающего персонала, так как обходятся вагонеткой без расцепления с тяговым канатом. Полуавтоматические станции имеют автоматический проход вагонеток только на одной линии и служат для промежуточной разгрузки или погрузки, осуществляемой на другой стороне станции. В местах стыка натяжных участков несущего каната устанавливаются промежуточные станции. Промежуточные станции бывают двойные натяжные, якорные и якорно-натяжные, которые проходятся вагонетками автоматически. Станции выполняются металлическими (железобетонными) или деревянными соответственно материалу, выбранному для опор. Деревянные станции имеют форму портального типа, аналогичного деревянным опорам, но с боковыми подкосами. При расчете натяжных и якорных станций предусматривается возможность обрыва каната и одностороннего натяжения канатов во время монтажа. Под профилем канатной дороги понимается линия, соединяющая вершины опор (точнее, опорных башмаков). Отдельные участки профиля дороги могут иметь ровный (прямой), выпуклый и вогнутый характер в зависимости от профиля местности и расположения опор. В связи с этим построение профиля дороги состоит из двух взаимно связанных этапов: разработка общей линии профиля и расстановка на ней опор с учетом промежуточных линейных станций. При построении профиля канатной дороги требуется соблюдение следующих основных условий: - обеспечение требуемого свободного габарита под ПКД; - надежность прилегания каната к опорным башмакам; - плавность профиля и отсутствие чрезмерных узлов перегиба на опорах; - обеспечение равномерной нагрузки привода независимо от кривой Движения вагонеток в пролетах; - равномерное расположение опор в соответствии с профилем местности. Свободные габариты под ПКД следует выбирать с учетом следующих условий: при движении по канату груженых вагонеток с учетом опрокинутого кузова и продольных раскачиваний; при максимальном провесе тягового каната с допущением, что он поддерживается только опорными роликами и имеет минимальное натяжение. Требуемый габарит зависит от условий эксплуатации и определяется специальными нормативными документами. При пересечении ПКД с наземными путями сообщения (рисунок 17.17): - железной дороги нормальной колеи 6,5 м на перегонах и 7,5 м на станциях; - железной дороги узкой колеи 4,1м; автодороги > 4,5 м; - линии электропередачи по Правилам устройства электроустановок; 126 - внутри цехов промышленных предприятий 3,5м, а при отсутствии движения автотранспорта м; - в населенной местности м от снегового покрова; - в малонаселенной местности м от поверхности земли; - над заданиями м; - над судоходными каналами и реками м от верха судоходного габарита; - на территории поселков, промышленных предприятий, стройплощадок, возделываемых полей м от земли. Рисунок 17.17. Свободные габариты под дорогой В некоторых случаях (при подходе к станциям, в стесненных условиях заводских площадок) допускают минимальный габарит 0,5 м от снегового покрова с ограждением доступа к этому участку. При всех пересечениях под дорогой, за исключением дорог местного значения и пешеходных троп, устанавливаются предохранительные мосты и сети. При большом протяжении ограждаемой местности целесообразно устройство рельсового пути на эстакаде. Надежность 127 прилегания несущего каната к упорным башмакам при отсутствии вагонеток должна быть обеспечена на вогнутых участках профиля, где натяжение каната стремится оторвать его от башмака (рисунок 17.18) Рисунок 17.18. Схема сил на опоре Рисунок 17.19. Углы вогнутого участка несущего каната на опоре перегиба Отрывающей силой можно считать вертикальную составляющую натяжения канатов S, а удерживающей – давление Р от веса каната с погонным весом q0. Тогда коэффициент надежности прилегания каната l l 1 2 q0 ( ) P cos 1 cos 2 K 1,2, T 2 S max (sin 1 sin 2 ) где S max – натяжение каната с учетом сил трения. Для увеличения долговечности несущего каната и спокойного хода вагонеток необходимо избегать резких переломов профиля и чрезмерных углов перегиба на опорах. При проходе опоры возникает дополнительное давление на вагонетку от перегиба тягового каната и, следовательно, увеличение давления на колеса. Это вызывает увеличение износа несущего каната и влечет за собой необходимость его усиления. Дополнительное давление от тягового каната возрастает с увеличением угла перегиба несущего каната на опоре и натяжением тягового каната, усиленное влияние этого ощутимо проявляется у опор больших пролетов на и участках выпуклого профиля. Поэтому необходимо тщательно исследовать влияние тягового каната на давление колес вагонетки, включив полученные данные для соответствующих опор в таблицу профиля. При этом необходимо учитывать, чрезмерно малые углы перегиба влекут за собой увеличение числа и стоимости опор. С учетом изложенного рекомендуются следующие значения углов и : - угол перелома выпуклого профиля по хордам смежных пролетов – tg =0,03÷0,08; - угол перегиба несущего каната с вагонетками на опоре – tg =0,10, но не выше 0,15÷0,2; на опорах больших пролетов 0,25-0,30. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы создавать по возможности равномерную нагрузку опор и сглаживать пиковые значения углов перегиба на отдельных опорах. 128 Для обеспечения равномерности нагрузки привода необходимо установить опоры так, чтобы на подходе к ним находилось одновременно не более 20-25 % общего числа вагонеток на приводном участке. Если большое число вагонеток будет одновременно переходить через опоры, то возникнут нежелательные периодические колебания мощности привода и натяжения тягового органа. Для уменьшения числа опор и их высоты необходимо использовать основные достоинства канатной дороги: возможность достаточного приближения пути к профилю местности и перекрытия больших свободных пролетов. Число опор должно назначаться в таком количестве, чтобы высота их была использована полностью с учетом требуемого габарита под дорогой. Местности со впадинами и долинами необходимо стремиться перекрывать большими пролетами, используя естественную глубину местности, также следует учитывать неровности земли, размещая опоры на повышенных точках и зоны максимального провеса (средние части пролетов) в пониженных местах. Для создания большой плавности профиля и устранения отдельных препятствий возможно устройство специальных выемок и тоннелей. Натяжные станции необходимо располагать так, чтобы дополнительное давление на башмаки, вызванное натяжением каната, а следовательно, и сила трения были минимальными. Для этого необходимо стремиться к уменьшению суммарного угла перегиба каната на участке, что достигается обычно расположением грузов на нижней станции (подход канатов сверху). При наличии участков с большими пролетами желательно располагать натяжной груз по возможности ближе к нему, чтобы избежать скольжения каната по промежуточным опорам. Учитывая значительную стоимость и эксплуатационные неудобства колодцев для натяжных грузов, последние необходимо размещать на станции, имеющей достаточную высоту. Якорные станции желательно располагать на повышенных участках профиля. Пролеты, примыкающие ко всем станциям, не должны превышать интервал между вагонетками, чтобы избежать большого колебания угла подхода каната к отклоняющему башмаку. Также необходимо, чтобы пролеты, примыкающие к неавтоматическим станциям, не имели уклонов для устранения опасности скатывания на линию неправильно включенных вагонеток. Для правильной установки промежуточных опор ПКД большое значение имеют профили местности, которые подразделяют на три вида: ровные, выпуклые и вогнутые. На ровной местности опоры по возможности ставят на равных расстояниях, а размер пролетов l назначается из минимальной общей стоимости опор с учетом ограничений, накладываемых значением углов перегиба , и расстояния между вагонетками. Значение l принимают в зависимости от скорости движения в пределах 80-120 м, а при достижении скорости движения 2,5-3 м/с l 1,12 . Высота опор определяется в зависимости от габарита под дорогой в пределах 8-12 м. При плохих грунтах и затоплении водой пролеты увеличивают примерно до 150-200 м для сокращения стоимости оснований. 129 Для соблюдения условия равномерности нагрузки привода значение l следует назначать из числа цифр ряда: 0,85; 1,15-1,3; 1,75; 2 , 3 - 2 ,6 ; 3,45 и выше. Если необходим большой пролет (например, через водную преграду), то применяется устройство перехода, в котором рамы с опорными башмаками несущих канатов подвешиваются к нижним узлам вантовых ферм. На выпуклых участках профиля углы перегиба каната возрастают за счет угла перелома по хордам на каждой опоре. Поэтому для обеспечения плавности профиля опоры здесь располагают значительно ближе, чтобы обеспечить допускаемый угол перелома . Зная допускаемый угол , определяют число опор n на участке с суммарным углом перегиба линии. Распределение опор на выпуклом участке зависит от рельефа и выполняется так, чтобы углы б на всех опорах были примерно одинаковы. При значительном сближении опор, т.е. l <20 м, рационально устройство рельсового перехода с роликовой батареей для тягового каната и секторным башмаком большого радиуса. В этом случае существенно уменьшается перегрузка колес вагонетки от перегиба тягового каната. Как показывает опыт эксплуатации, срок службы несущего каната при выпуклом профиле значительно меньше, чем при прямолинейном и вогнутом профилях, что объясняется повышенными давлениями колес вагонетки из-за перегиба тягового каната. Поэтому по возможности необходимо стремиться к смягчению выпуклостей профиля, в особенности при переходе крутых вершин. Основное условие при проектировании дороги на вогнутом профиле – обеспечение надежного прилегания несущего каната к опорным башмакам, что достигается расположением вершины опор по параболе, представляющей собой кривую провеса порожнего каната между крайними точками вогнутого участка. Расстояния между опорами на вогнутом профиле выбирают максимальными при условии обеспечения требуемого габарита – этому благоприятствует уменьшение углов перегиба на опорах за счет вогнутого перелома по хордам. При достаточной глубине местности, допускающей большие провесы каната, можно осуществить пролеты без опор свыше 1500-1700 м, а на пассажирских маятниковых дорогах до 3000 м. Давление и углы перегиба на опорах больших пролетов могут быть очень большими, для разгрузки их устанавливают дополнительные опоры, кроме того, несущий канат поддерживается специальными башмаками, подвешенными на поперечных канатах с закрепленными концами или снабженными натяжными грузами. Конечные и промежуточные станции. Конструкции станции ПКД весьма разнообразны и зависят от местных условий, требуемого расположения рельсовых путей, способа погрузки и разгрузки вагонеток. Погрузка вагонеток производится на загрузочной станции автоматически с использованием весовых или объемных дозаторов, а разгрузка на разгрузочной станции – только автоматически во время движения вагонеток по станционному пути. Взвешивают вагонетки на автоматических весах, включаемых в отрезок 130 подвесного пути, а число выпускаемых или принимаемых вагонеток регистрируется специальными счетными приборами. Конечные станции могут быть погрузочными, разгрузочными и обводными, в последнем случае разгрузка вагонеток происходит на линии, они обходят кольцевой путь станции без погрузочно-разгрузочных операций. Погрузочные станции оборудуются бункерами с питателем для загрузки вагонеток. Запас груза в бункере должен обеспечивать двухчасовую работу дороги. Для мелкокусковых материалов применяют ленточные питатели, для крупнокусковых – пластинчатые. При автоматической погрузке вагонеток с помощью дозаторов достаточно одновременно грузить одну вагонетку, так как пропускная способность погрузочного пункта, определяемая длительностью цикла погрузки, доходит до 180-200 вагоно-ч. Практически при соответствующих условиях длительность цикла может быть доведена до 18-20 с. На погрузочной станции (рисунок 17.20) последовательность операций осуществляется следующим образом. Прибывшая на станцию вагонетка, пройдя выключатель 2, отключается от тягового каната и ее скорость снижается на тормозной горке, представляющей собой участок наклонного рельса с подъемом 0,006. Далее вагонетка перемещается толкающим конвейером 4, расположенным над рельсовым путем, до разгонной горки перед включателем 3, где, набрав скорость, автоматически проходит включатель и выходит на линию. По пути следования вагонетка проходит спираль 5 для восстановления опрокинутого кузова и грузится автоматически у одного из дозаторов 1. После заполнения кузова вагонетка перемещается толкающим конвейером, подключается к тяговому канату и выходит на линию. Рисунок 17.20. Схема погрузочной станции При большой производительности возможна загрузка вагонеток на нескольких жестких рельсовых путях, снабженных стрелочными переводами. 131 Управление механизированной погрузкой станции (остановка вагонеток, загрузка и выпуск на линию) производится оператором при помощи командоаппарата. Разгрузочные станции являются конечным пунктом дороги и снабжаются бункерами, в которые разгружаются подвесные вагонетки, вместимость их определяется технологическими требованиями обслуживаемого предприятия. Погрузка вагонеток из бункеров может производиться с отключением и без отключения вагонеток от тягового каната. При разгрузке без расцепления вагонетки с тяговым канатом в соответствующих местах устанавливаются неподвижные и передвижные опоры; наезжая на них, вагонетка разгружается, а тяговый канат направляется при помощи блоков и батарей. При разгрузке с отцепкой от тягового каната вагонетка, пройдя выключатель, движется по подвесному рельсу с помощью толкающего конвейера и останавливается в нужном месте для выгрузки. В этом случае работа разгрузочной станции аналогична Погрузочной и протекает автоматически в заданном режиме. Восстановление опрокинутых кузовов в исходное состояние осуществляется гравитационным или принудительным путем, в первом случае за счет смещения центра вращения, во втором случае с помощью специального пальца, который скользит по расположенной на станции спиральной направляющей шине. В обоих случаях задвижка кузова снабжается пружиной или противовесом для автоматического западания в прорезь повернутого кузова. Наиболее надежным является выравнивание кузова спиральной шиной. Промежуточные станции устанавливаются на границах тяговых участков и могут быть погрузочными, разгрузочными и проходными, на проходных промежуточных станциях отсутствуют перегрузочные операции. На участке, где скрещивается сеть дорог, устраиваются узловые промежуточные станции. Схема таких станций зависит от взаимного направления грузопотоков и имеет сложную форму. Иногда для упрощения трассы подвесных рельсов и обеспечения надежности работы узловые станции делают двухэтажными. Рельсовые пути вагонеток всех дорог располагаются на втором этаже, а порожних вагонеток – на первом. В местах резкого изменения направления дороги устанавливаются угловые промежуточные станции. Станция работает в автоматическом режиме с отцепкой вагонетки от тягового каната и прохода участков между выключателями самокатом или без расцепления вагонеток от тягового каната. Несущий канат на таких станциях оканчивается якорным или натяжным устройством, а тяговый канат проходит через угловую станцию при помощи направляющих блоков и батарей. Защитные устройства. Для ограждения наземных путей сообщения и населенных местностей от падения перевозимого груза и самой вагонетки под канатной дорогой располагают защитные устройства – предохранительные мосты или сети (рисунок 17.21). При значительной длине ограждаемой поверхности и в особенности при большой высоте несущего каната сети 132 получаются дешевле мостов, однако при этом необходимо учитывать увеличение высоты опор из-за провеса сетей. Сеть представляет собой металлическую проволочную сетку с ячейками такой величины, чтобы они не пропускали кусков перевозимого груза, за исключением небольших частиц, падение которых не может нанести вреда. При мелких материалах для увеличения прочности укладывают двойную сетку с ячейками 20-40 мм, в некоторых случаях поверх сетки ставят волнистое железо. Рисунок 17.21. Схема предохранительного моста Сеть поддерживается канатами, которые через 3-4 м соединяются между собой поперечинами из углов или швеллеров. В качестве сетевых канатов применяются спиральные канаты открытого типа диаметром 25-45 м с толщиной проволоки не менее 3 мм. Ширина сети должна превышать ширину колеи дороги не менее чем на 4 м. Сетевые канаты поддерживаются на опорах сетевыми башмаками, отводятся к поверхности земли и анкеруются в отдельных фундаментах. Предохранительные мосты выполняются металлическими или деревянными и имеют различные формы в зависимости от местных условий и ожидаемых нагрузок. Опорами моста служат основные опоры канатной дороги, однако при длине моста свыше 20 м целесообразно устройство промежуточных опор. При расчете предохранительных мостов и сетей необходимо соблюдение минимального габарита между вагонеткой и защитными средствами в размере 0,5 м, ограничение провеса сетевого каната 0,05-0,06 м. Величину падающего груза при расчетах принимают в пределах массы вагонетки с добавлением 75 % 133 массы его содержимого, при этом необходимо учитывать возможность наличия на мосту или сети снега, гололеда. 17.3. Расчет основных параметров и технико-экономические показатели Производительность дороги. Часовая производительность дороги Qч (т/ч) определяется из потребной производительности за длительный период времени (например, за год Qгод) исходя из режимов работы дороги – число рабочих дней в году , рабочих часов в сутки Т, коэффициента использования рабочего времени К в =0,85÷0,9: Коэффициент неравномерности рекомендуется принимать равным 1,1 при одно- и двухсменной работе и 1,2 при трехсменной работе. При известных часовой производительности и интервалах времени поступления вагонеток на линию дороги потребная грузоподъемность и вместимость кузова вагонеток устанавливаются из условий: где t – интервал выпуска вагонеток, с; γ – насыпная плотность груза, т/м3; ψ – коэффициент наполнения кузова вагонетки. Обычно интервал t принимается равным 30-40 с в зависимости от средств механизации на погрузочных пунктах и требующейся производительности, соответственно среднее расстояние между вагонетками на линии а = t , где – скорость движения вагонеток, м/с. Скорость движения вагонеток выбирается в зависимости от длины дороги и ее производительности. При кольцевом движении она принимается в соответствии со скоростями приводов типового ряда. Типовые приводы рассчитаны для работы на двух скоростях: рабочей – 0,8-1,25; 1,6-2,8; 3,15 м/с и ревизионной – 0,46-0,55 м/с. Максимальная скорость 3,15 м/с принимается при отсутствии угловых станций. Для маятниковых дорог при глухом креплении вагонеток к тяговому канату скорость принимается 5-10 м/с. Выбор несущего каната. При выборе несущего каната необходимо учитывать действующие на него нагрузки от вагонетки с грузом или порожней массы несущего и тягового канатов и ветровой нагрузки. Массу вагонетки определяют в груженом состоянии и в порожнем 134 где G – грузоподъемность вагонетки, кг; G0 – собственная масса вагонетки, кг; qк – масса 1 м тягового каната (q=2,5÷3,5 кг/м); – расстояние между вагонетками на линии, м. Основными факторами, определяющими выбор несущего каната, являются условия долговечности и ограничение подвеса под нагрузкой. Обычно в канатных дорогах несущий канат, выбранный по условию долговечности, дает приемлемые провесы. Выбор каната из условия долговечности. При проходе вагонетки канат испытывает напряжение растяжения (σр) и изгиба (σи): σ=σр+σи При уменьшении напряжения изгиба, т.е. чем ближе к единице отношение 1 ( и ) , слабее будет проявляться усталость металла, и следовательно, при p р выбранной степени натяжения каната долговечность его должна увеличиваться с уменьшением значений К=σи/σр. Ограничивая это отношение σи/σр≤[К], определим потребное напряжение и разрывное усилие каната, зная, что значения напряжения изгиба при рассмотрении каната как стержня определятся R Ek и , по выражению F p где ξ – коэффициент, характеризующий перекрытие зон изгиба для пары колес вагонеток (ξ =1,05÷1,15); R – давление от колеса вагонетки, Н; F – суммарная площадь сечения проволок каната, мм2; Ек – модуль упругости. Имея в виду, что Fσр=S, получим S Ek , R [k ] p где S – наименьшее натяжение каната, Н. Расчетное значение S выбирают для средних, наиболее характерных условий работы, т.е. без учета сил трения. Обозначим через Z S раз nS , тогда p pmax Z S max и запишем S a в , Zn где S max – наибольшее натяжение каната, Н; n–запас прочности каната; – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки проволок каната (для канатов одинарной свивки =0,9); в – временное сопротивление проволок каната. Давление колес на канат определяют с учетом массы вагонеток с грузом, тягового каната и неравномерности нагрузки колес, влияющей на долговечность каната, G G0 qk a R 0 i или 135 G0 qk a i где ξ0 – коэффициент неравномерности давления на колеса, который зависит от типа вагонетки и угла наклона пути; i – число колес вагонетки. Коэффициент К выбирается в зависимости от числа проходов колес по канату N0 с учетом ряда факторов, влияющих на долговечность каната (тип каната, характер изгибных напряжений, материал обода колес), G 1 1,3 1,5 N 0 , в свою очередь N 0 K i ăđ i 10 6 , K G где Кi – коэффициент, учитывающий влияние эпюры изгибающих напряжений от числа колес вагонетки. При четырехколесной вагонетке Кi=0,7, при шестиколесной – 0,6 и при восьмиколесной – 0,5. Подставляя в уравнение значения ξ=1,1, Еk =1,6·104 мПа, σp=27 мПа, σв=120 мПа, =0,9, Z=1,3 и n=3, получим для постоянных дорог следующие R 0 зависимости: 35 S N 0 ; 140 S раз 160 R N 0 . R Выбор каната из условий провеса. Несущий канат, представляющий собой гибкую тяговую нить, под действием собственной массы, равномерно распределенной нагрузки и сосредоточенных грузов (вагонеток) провисает между опорами, при этом необходимо, чтобы его провес не превышал заданного значения. Для практических расчетов считают, что канат провисает по параболе, и наибольший провес (qk q0 )l 2 Gl f max пр , 8H cos 4H где qk – собственная масса несущего каната, кг/м; q0 – равномерно распределенная масса, кг/м; l – расстояние между опорами, м; Н – горизонтальная составляющая натяжения каната; β – угол между хордой пролета и горизонтом, град; G – единичная нагрузка от груженой (Gгр) или порожней (Gпор) вагонетки, кг; τпр – коэффициент, учитывающий расположение грузов в пролете (таблица 17.3). Таблица 17.3 lв cos l Число грузов в пролете Координата 0,586 и выше 1 l/2 0,586 - 0,450 2 l/2 0,450 - 0,258 3 l/2 0,258- 0,236 4 l/2 136 f max Коэффициент пр 1 lв cos 4 2(1 0,5 3 4 lв cos 4 4 lв cos ) 2 l lв cos l lв l cos (8 в x cos ) l l Для практических расчетов горизонтальную составляющую натяжения с учетом действия силы трения на участке АС (рисунок 17.22) H min Tcp cos ( P qh1 TTPAC ) cos . Рисунок 17.22. Схема сил, действующих на участке дороги Зная, что P Tmax qH TTPAB и выражая силы трения TTPAC и TTPAB от Tmax , т.е. TTPAC =асТмах, TTPAÂ =аВТмах, можно записать H min q[ Rp n (1 aв ас ) h0 ] cos . Так как Tmax=Tраз/n и Tраз=qRp , то, подставляя значения Нmin и q в уравнение и решая его относительно разрывного усилия каната Tраз, получим Tраз (qk l 2G пр cos ) R p , f max R p 2 b [ (1 aв ас ) h] cos 1 l l где G – масса натяжного груза, кг; h – размеры дороги по вертикали, м; Rp – разрывная длина каната, м; TTPAC , TTPAB – силы трения соответственно на участках АС и АВ; аc, aв – коэффициенты, показывающие долю величины силы трения от x L Tmax ( в=0,25, c =0,05÷( в–0,05) ); n – запас прочности с учетом сил трения. Расчет тягового каната. Тяговое усилие, необходимое для перемещения участка дороги, расходуется на преодоление сопротивления движению вагонеток и тягового каната, вредных сопротивлений в блоках и роликах, поддерживающих и направляющих тяговый канат на станциях и в линейной 137 части дороги, собственной массы вагонеток и тягового каната, сил инерции при пуске и торможении дороги. Для определения потерь линию дороги разбивают на ряд участков в соответствии с характером профиля. При определении угла подъема пути кривизна несущего каната не учитывается, предполагается, что вагонетки перемещаются по хордам, соединяющим вершины опор под углом β, равным углу наклона соответствующего пролета. Сосредоточенные грузы-вагонетки, а также масса тягового каната заменяются равномерно распределенной нагрузкой: G G qгр qTk ; qпор Т qTk , a a где G – масса груза и вагонетки, кг. Если обозначить через f0 коэффициент сопротивления вагонетки движению, то потери в ходовых частях от составляющей веса движущихся масс будут qli f 0 cos k qf 0l. cos k Тогда составляющая сила тяжести вагонетки, Н ql в cos sin k q lT tg k qh, i k где li – длина горизонтальных проекций хорд пролетов; lT – длина горизонтальной проекции всего тягового участка; h – разность отметок начала и конца тягового участка. Коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках колес и трение качения по несущему канату, определяется по формуле f0 d K 2 , D D где µ – коэффициент трения в подшипниках колес; К – коэффициент трения качения стальных колес; d – диаметр оси колеса; D – диаметр колеса. Для подшипников качения в закрытом канате f0=0,0065÷0,0050 при силовом режиме f0 =0,0045÷0,0035 при тормозном режиме. Кроме указанных потерь, на выпуклом профиле дороги появляется дополнительное давление N=2tsin δ/2 от натяжения тягового каната, вызванное его перегибом. Считая, что оно полностью воспринимается колесами вагонеток и вызывает дополнительные потери на трение в ходовых частях, можно записать g f 0 N 2 f 0t sin 2 Cв t , где t – среднее натяжение тягового каната на выпуклом участке профиля; δ – внешний угол между направлением хорд начального и конечного участков выпуклого профиля, град; Св – коэффициент сопротивления на выпуклом профиле: 138 Cв 2 f 0 sin . 2 При угле δ < 20° сопротивление Ä невелико и его можно не учитывать. Потери на блоках от жесткости каната и сопротивления от трения в цапфах блока определяются в зависимости от натяжения каната и давления N на цапфы блока: d бл Cж t N , D где Сж – коэффициент жесткости каната; µ – коэффициент трения в цапфах. Для блоков малого диаметра, если пренебречь собственным весом блока, можно получить a N 2t sin , 2 где – угол обхвата блока. Тогда уравнение можно написать в следующем виде: a a бл (Cж 2 sin )t Cблt , D 2 где Сбл – коэффициент сопротивления блока. Коэффициент жесткости каната в зависимости от угла обхвата d k2 0,3 Cж 0,1 . D 10 При пуске и торможении дороги тяговый канат воспринимает значительные силы инерции FD от массы вагонеток, каната и направляющих блоков. Если расстояние между приводным и натяжным блоками L0 <dSH, то расчетное значение силы инерции можно определить по выражению qli GD 2 v v v FD imi (m1 m2 ) 0,1 ( 2i ) 0,1 (qlh 0,6Gi Di2 ), tp SH cos D SH где i – ускорение разгона; mi – масса движущихся частей; v – скорость движения тягового каната; tp – время разгона (tp=15÷30 с); m1 – масса вагонеток и тягового каната; m2 – масса направляющих блоков, приведенных к наружному диаметру блока; Gi Di2 – маховой момент i-го блока, м. Длина тягового участка ограничивается диаметром тягового каната (25-32 мм), входящего в зажим сцепного устройства, и зависит от производительности дороги, характера профиля и предела прочности материала каната. После выбора длины тягового участка при известном плане и профиле ПКД приступают к определению сопротивления на грузовой и порожняковой линиях дороги. При разбивке дороги необходимо стремиться к однотипным приводам, а на схеме указать все применяемое оборудование, отмечать характерные точки профиля, начиная с точки, соответствующей началу порожней ветви у привода по направлению движения тягового каната (рисунок 17.23). 139 Натяжения каната определяют путем последовательного обхода замкнутого кольца каната, двигаясь в обе стороны от натяжного блока к приводу. Рисунок 17.23. Схема тягового участка Для точки ’’ ” 11 S11 S10 q ăđ 0 l1 ; ’’ ” 12 Cá . 12 S12 S11 11 При этом необходимо соблюдать условия S12 / S11 e a . Если провесы каната будут чрезмерными, то необходимо увеличить массу натяжного груза. Провес тягового каната характеризуется коэффициентами 140 e S min qT , Smin eqT . n На основании профиля определяют пункты наибольшего и наименьшего натяжения каната S max Sp qT 800 1000 мм, а также массу натяжного груза M H 103 S H . Расчет мощности привода. При выборе мощности двигателя необходимо иметь в виду, что окружное усилие, полученное в случае неблагоприятной для привода частичной загрузки линии вагонетками, является временной пиковой нагрузкой двигателя, при которой можно допускать некоторую перегрузку его в зависимости от длительности подобной перегрузки и свойств самого двигателя. При известной скорости движения v и КПД передач привода мощность привода при силовом режиме определится N P0v , 102 где P0 – окружное усилие, определяемое с учетом потерь на блоках: P0 ( S íá S ńá ) 0,5(S íá S ńá )Ńá При определении потерь на многожелобчатом блоке нужно рассматривать каждую канавку как самостоятельный блок с углом обхвата, отвечающим одной канавке. В среднем КПД =0,8÷0,85 и мощность двигателя можно принимать с запасом на 15-20 %. Технико-экономические показатели. Подвесная канатная дорога характеризуется следующими показателями: капитальные вложения в строительство, годовые эксплуатационные расходы, стоимость транспортирования одной тонны груза и приведенные затраты. Капиталовложения в строительство ПКД K N i K i , где Ni – число сооружений на трассе; Кi – стоимость строительства одного сооружения (показатели стоимости строительства принимаются с учетом условий местности по справочникам). Годовые эксплуатационные Э (Эзп Ээл )Ф Эс Элl , где Эзп – затрата на заработную плату за 1 ч работы; Ээл – стоимость электроэнергии, затрачиваемой за 1 ч работы; Ф – годовой фонд времени ПКД, ч; Эс – годовые расходы на содержание сооружений ПКД; Эл – годовые расходы на содержание 1 км линии; l – длина линий, км. Стоимость транспортирования 1 т груза C Э / Qгод , где Qгод – годовой объем перевозок. Приведенные затраты 141 Эпр Э Ен К , где Ен – нормативный коэффициент капитальных вложений, принимаемый для всех видов транспорта 0,12, а для районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей 0,08. 17.4. Переносные подвесные канатные дороги Переносные подвесные канатные дороги как временный вид транспорта широко используются для перемещения различного рода грузов в горных местностях, в условиях отсутствия дорог при пересечении рек и других препятствий, затрудняющих применение наземного транспорта. Наибольшее распространение они получили в строительстве и сельском хозяйстве из-за удобства монтажа и демонтажа, облегчения перевозки и простоты обслуживания. Переносные дороги выполняются одноканатными и двухканатными с маятниковым, кольцевым и прерывистокольцевым движением. Производительность дороги с маятниковым движением составляет 5-7 т/ч, с кольцевым движением – 15-20 т/ч, что в основном лимитируется мощностью двигателя. Общая масса дороги при вагонетках грузоподъемностью 0,2 т составляет примерно 9-11 т/км, что позволяет перевозить дорогу длиной 1-2 км на 3-7 трехтонных грузовых автомашинах. Для облегчения монтажа все конструкции и оборудование делаются разборными, причем масса отдельных узлов (за исключением двигателя, коробки скоростей и редуктора) не превышает 80-100 кг. Трудоемкость монтажных работ зависит от типа дороги и характера местности и составляет примерно 1000-1500 чел-ч на 1 км дороги. Вагонетки переносных дорог имеют самые разнообразные формы кузовов и подвесок ввиду разнохарактерности перевозимых грузов. Сцепные приборы для одноканатных дорог применяются так же, как и для дорог стационарного типа, а на двухканатных дорогах пользуются грузовыми сцепными приборами облегченного типа. Опоры переносных дорог в условиях частого перемещения рациональнее выполнять разборными металлическими, причем следует стремиться свести к минимуму число монтажных болтов. Пролеты между опорами обычно составляют около 100 м, однако в горных условиях могут достигать и 300-500 м. Несущие канаты имеют диаметр 12-28 мм, причем для удобства монтажа и перевозки преимущественно применяются канаты двойной свивки типа ЛК-0 с толщиной наружных проволок не менее 1-1,3 мм. Приводные и натяжные станции имеют металлический каркас, загружаемый балластом. В качестве подвесного рельса пользуются полосовой сталью с закруглением кромок. В простейших случаях в качестве приводного устройства можно применять трактор или автомобиль. Как правило, в системе дороги предусматривают вспомогательный ручной привод, который позволяет 142 транспортировать тяжелые части дороги (двигатель, редуктор и т.д.) по предварительно смонтированному канату. С целью максимального облегчения веса дороги применяют для элементов конструкции легкие металлы и качественные стали, уменьшают запасы прочности и повышают допускаемые нагрузки, несмотря на повышенный износ деталей. Для несущих канатов запас прочности на растяжение уменьшают до 2,5-2,75, а для тяговых канатов – до 4,0-4,5 по отношению к разрывному усилию каната в целом. Глава 18. Пассажирские подвесные канатные дороги 18.1. Общие сведения и устройство Для перевозки пассажиров применяют двух- и одноканатные дороги, которые могут иметь маятниковое и кольцевое движение вагонов. Кольцевые дороги в свою очередь бывают с непрерывным и прерывистым движением; в последнем случае дорога останавливается по прибытии на станцию каждого вагона для посадки-высадки пассажиров или для включения-выключения вагона. В кольцевых дорогах вагоны наглухо крепят к тяговому канату или связывают с ним посредством отключаемых на станциях сцепных приборов. Особым типом являются дороги с несущим канатом и самоходными вагонами с тепловой тягой. Также разрабатывались вагоны с клинчатыми гусеничными тележками, пропеллером и фрикционным приводом, перематывающим неподвижный канат, протянутый параллельно несущему. Встречаются также грузопассажирские дороги (маятниковые двухканатные) для смешанных перевозок людей и грузов, когда один из вагонов предназначен для перевозки грузов, а другой – людей. В основном применяются двухканатные пассажирские дороги двух типов: маятниковые дороги (обычно двухпутные) с вагонами вместимостью до 80-100 чел. и кольцевые дороги легкого типа с отключаемыми вагонами вместимостью на 4 чел., так называемые гондольные дороги. Кольцевые двухканатные дороги тяжелого типа с отключаемыми вагонами вместимостью до 40 чел. и прерывистым движением пока имеют ограниченное применение. Характеристики дорог приведены в таблице 18.1. Кроме того, эксплуатируется 80 подземных кресельных дорог для перевозки рабочих в угольных шахтах. Суммарная протяженность маятниковых дорог 39 км, кресельных 40 км. Одно- и двухканатные дороги с кольцевым движением отцепляемых на станции кабин (гондольные дороги) являются одним из прогрессивных видов пассажирского канатного транспорта, однако эти дороги не получили распространения. Пассажирский канатный транспорт общего назначения и буксировочные дороги получили широкое применение за рубежом. В различных странах насчитывается около 16 тыс. наземных ППКД, в том числе 4,6 тыс. дорог общего назначения (кресельных, маятниковых, гондольных) и более 11,2 тыс. 143 буксировочных (таблица 18.2). При этом отмечается преимущество одноканатных подвесных пассажирских дорог с отцепляемыми на станциях вагонами вместимостью 4 или 6 чел. Скорость 3,5-4 м/с обеспечивает их высокую пропускную способность. Посадка и высадка пассажиров производятся на ходу при ползучей скорости 0,3-0,6 м/с. За рубежом для доставки пассажиров используется ПКД следующих видов: - одноканатные с кольцевым движением неотцепляемых кресел или кабин (кресельные дороги) с часовой пропускной способностью до 1250 пассажиров в одну сторону; Таблица 18.1 Наименование (местонахождение дороги) МПКД-1, «Эльбурс1» (пос. Терскол) МПКД-2, горнометаллургический комбинат (г. Тырнауз) МПКД курортного городка «Донбасс» (Ялта) Большая Кизиловка (начальник) Город-пляж (Одесса) Чегет (парнокресельная) (пос. Терскол) Шахта «Капитальная», п/о «Интауголь» Шахта «Распадская», п/о «Кузбассуголь» Пропускная Длина способность в дороги а одном плане, м направлении, пасс./ч 240 1736 586 Скорость движения вагонов (кресел, кабин), м/с 6 740 1862 706 9 80 700 481 110 5,6 40 Кресельные дороги наземные 300 2493 296 1,45 2 800 425 37 1,64 2 400 1355 574 2,2 2 Кресельные дороги подземные 200 970 111 1,2 1 1000 1,2 1 900 Перепад высот станции, м 130 Вместимость вагона (кресла, кабины), пасс. 30 - одно и двухканатные с кольцевым движением отцепляемых на станциях кабин (гондольные дороги) с часовой пропускной способностью 1800 пассажиров; - двухканатные с маятниковым движением вагонов, вмещающие до 140 пассажиров (маятниковые дороги); 144 Таблица 18.2 145 - одноканатные с кольцевым движением неотцепляемых буксировочных приборов для доставки лыжников (буксировочные дороги) с пропускной способностью до 1250 чел/ч; - подземные одноканатные дороги с кольцевым движением неотцепляемых кресел (подземные кресельные дороги) с пропускной способностью до 1200 чел/ч. В Австрии за 5 лет (с 1970 по 1974 г.) было построено 116 кресельных и маятниковых дорог и около 600 буксировочных. Во Франции за 4 года (с 1969 по 1973 г.) построено 104 кресельных, одна маятниковая, 27 гондольных и 1102 буксировочных дорог. В США за 1969 г. построено 172 дороги длиной 105 км, в том числе 108 кресельных, 62 буксировочных и две гондольные. Такой темп строительства выдерживался в течение трех лет (с 1968 по 1970 г.). Одноканатные маятниковые дороги применяются редко. В основном применяют кольцевые одноканатные дороги двух типов: кресельные дороги с жестко закрепленными открытыми вагонами-креслами (одно- и двухместными) с посадкой и высадкой пассажиров на ходу и гондольные дороги с отключаемыми закрытыми или открытыми вагонами малой вместимостью (обычно 2 - 4 чел.). К одноканатным дорогам можно условно отнести буксировочные дороги для лыжников, которые перемещаются на лыжах опираются на подвески, наглухо прикрепленные к непрерывно движущемуся кольцевому тяговому канату. Данные о числе пассажирских дорог по некоторым странам приведены в таблице 18.3. Таблица 18.3 К пассажирским канатным дорогам предъявляются повышенные требования в отношении безопасности и надежности эксплуатации. Наиболее существенным из них является эвакуация пассажиров в случае неисправности дороги и автоматического торможения вагона при обрыве тягового каната. Остановка дороги может быть вызвана разными причинами: перерывом в подаче электроэнергии, остановкой привода, неисправностью ходовых частей 146 вагона, повреждением тягового каната или его направляющих роликов и блоков. Для случая отключения электроэнергии работа дороги обеспечивается устройством резервного ввода или от самостоятельного источника энергии – аккумуляторной батареи, бензинового двигателя и т.п. При неисправности вагона или тягового каната движение становится невозможным и требуется эвакуация пассажиров из вагонов на землю, для чего разработаны ряд устройств и способов, применение которых зависит от типа дороги, характера местности, климатических условий, высоты вагона над землей и, наконец, от местных эксплуатационных требований. 18.2. Расчет основных параметров Профилирование дороги. Минимальное расстояние от низа вагона и тягового каната до земли или другого возможного препятствия (снежный покров, деревья и т.п.) ограничивается требуемыми свободными габаритами. При этом следует учесть продольное качание вагона (до 20°), возможность отсутствия отключаемых вагонов в пролете и увеличение провесов канатов вследствие их колебаний при пуске в ход и торможении (на 10° для несущих и на 20° для тяговых канатов). Максимальное расстояние от низа вагонов (кресел) до земли ограничивается только для кресельных и гондольных дорог, так как в данном случае возможно применять простейшие средства эвакуации (лестницы и спасательные мешки), а при перевозке пассажиров на открытых сиденьях – также для устранения боязни высоты. При перевозке на открытых сиденьях hB =8 м, причем на небольших участках трассы разрешается ее увеличивать до 15 м; при перевозке в кабинах кольцевых дорог hB =20 м. Длина приводного участка дороги лимитируется прочностью тягового каната, которая зависит от его диаметра и предела прочности материала. Для наиболее часто применяемых на практике диаметров тягового каната 30-32 мм и пределе прочности 20 Н/мм2 максимальное натяжение каната может достигать ПО-140 кН. В двухканатных дорогах при устройстве сцепных тяговых канатов суммарное натяжение их может быть 200-230 кН. Основное влияние на усилие в тяговом канате оказывают в кольцевых дорогах масса движущихся частей (вагонов) и разность высот конечных станций, а в маятниковых дорогах масса груженого вагона и наибольший угол его подъема. Поэтому практически длина приводного участка достигает в двухканатных дорогах 3-4,5 км и в одноканатных 2-2,5 км. Значительное влияние на стоимость дороги оказывает скорость движения. Повышение скорости при маятниковом движении позволяет уменьшить вместимость и массу вагона, а при кольцевом движении – сократить число вагонов на линии, т.е. уменьшить нагрузку несущего и тягового канатов. За последние годы в маятниковых двухканатных дорогах скорость движения достигла 10-12 м/с (36-43 км/ч), однако для сохранения плавности движения она ограничивается до 6-8 м/с, что достигается устройством 147 автоматического (программного) управления. В маятниковых одноканатных дорогах скорость движения не рекомендуется более 4 м/с. В кольцевых дорогах с отключаемыми вагонами скорость движения ограничивается требованиями надежности включения-выключения сцепных приборов и составляет 2,5-3,5 м/с для двух- и одноканатных дорог. При этом применение прерывистого движения вместо непрерывного позволяет при достаточно большом интервале по времени между вагонами получить более высокую среднюю скорость движения. В кольцевых кресельных дорогах для удобства посадки-высадки пассажиров на ходу скорость движения ограничивают до 2-2,5 м/с, причем более высокие значения относятся к случаю перевозки спортсменов-лыжников. В буксировочных дорогах скорость движения составляет 2-4,5 м/с в зависимости от упругого подвеса захвата. Производительность дороги. Производительность (пропускная способность) пассажирской дороги определяется числом пассажиров, перевозимых в течение часа в одном направлении при полном использовании вместимости вагона В маятниковых дорогах производительность зависит от длины пути вагона и скорости движения Для двухпутной дороги при движении по всей линии с постоянной скоростью Значение t2' jnB (где j 2 3 с на пассажира) уменьшается в летнее и увеличивается в зимнее время. Значение по практическим данным принимается равным 10 с. Вместимость вагона QL1 A nB , 3600v где Ŕ – коэффициент, учитывающий потери времени на стоянку вагона и замедление-ускорение дороги: Значение jQ представляет затраты времени в течение часа на посадкувысадку пассажиров и оказывает существенное влияние на потребную вместимость вагона nB . Поэтому для создания высокопроизводительных дорог необходимы не только большие скорости движения, но и существенное снижение посадочного времени, что может быть достигнуто созданием оптимальной формы вагона, размеров, расположения дверей и организации посадочных операций. 148 В кольцевых дорогах производительность зависит от интервала по времени выпуска вагонов со станции t0 : расстояние между вагонами на линии Время t 0 зависит от условий по садке-высадке пассажиров, а в дорогах с отключаемыми вагонами – от способа их включения-выключения. Для дорог с отключаемыми вагонами t0 15 с (240 вагоно-ч), в двух- и одноканатных гондольных дорогах t0 36 24 с (100-150 вагонов-ч). Для дальнейшего уменьшения интервала t 0 необходимо устройство механического перемещения вагонов на станциях. При прерывистом движении кольцевая дорога будет периодически через интервалы t 0 останавливаться на время t Ç , необходимое для включения (выключения) вагона и подачи сигнала о начале движения. В этом случае интервал выпуска вагонов где t1 – время движения вагона по канату на длине расстояния между вагонами ; – скорость движения; j – ускорение (замедление) при разгоне (остановке) дороги, которое согласно правилам не должно в кольцевых дорогах превышать значения 0,5 м/с. В течение времени t1 с отключенным вагоном должны быть произведены следующие станционные операции: высадка и посадка пассажиров с открытием и закрытием дверей длительностью t2 и обгон вагона по станционным путям длительностью t4. Следовательно, t1 t2 t4 , j откуда определяется минимальное значение min . Значение t3 с учетом неравномерной работы по одновременному включению-выключению четырех вагонов на обеих конечных станциях можно принимать t 3 10 20 с. Тогда средняя скорость движения дороги или 149 Для получения достаточно больших значений vńđ и ŕ необходимо иметь большие интервалы между вагонами при сравнительно малой частоте выпуска вагонов со станции. Целесообразность применения прерывистого движения ограничивается условием vńđ ' , где v ' – максимальная скорость движения при выключениивключении вагонов на ходу дороги ( v ' 0,4 0,5 ). Если принять t 3 15 с, j 0,5 м/с2, max 6 8 м/с, то получим причем при ŕ 0,5 имеем 160 250 м. Для значения a 0,75 или соответственно vńđ 0,75 , vmax 4,5 6 м/c получим 500 750 м; в этих условиях длительность интервала выпуска составляет t 0 110 125 м/с, а производительность дороги Q (330 290)nB , что позволяет при вагонах вместимостью nB 30 50 пассажиров получить Q 1000 1500 чел.-ч. 18.3. Область применения и перспективы развития Область применения пассажирских дорог чрезвычайно разнообразна. Наибольшее распространения они получили при обслуживании курортов и спортивных баз. Двухканатные маятниковые дороги являются универсальными, пригодными для любых климатических условий и характеров местности с самыми тяжелыми горными рельфами. Имея вагоны вместимостью 80-100 чел., движущиеся со скоростью 10-12 м/с, можно добиться производительности 500100 чел., для дорог длиной 3-1 км. Они имеют высокую надежность, небольшой штат обслуживающего персонала, так как отсутствуют сложные станционные предохранительно-контрольные устройства, свойственные кольцевым дорогам с отключаемыми вагонами. Кольцевые дороги с отключаемыми вагонами при достаточно большой длине и производительности, несмотря на меньшую скорость движения, имеют вагоны меньшей вместимости, чем маятниковые дороги, что позволяет, применять более легкие несущие канаты. При большой длине дороги когда возникает необходимость иметь несколько приводных участков, кольцевые дороги позволяют осуществлять беспересадочное движение. Число обслуживающего персонала в кольцевых дорогах больше, чем в маятниковых, из-за интенсивности движения. Кольцевые двухканатные дороги тяжелого типа могут работать в тяжелых горных условиях и при вагонах вместимостью 30-50 чел., иметь производительность свыше 4 км. Кольцевые гондольные дороги – это дороги облегченного типа и при вагонах вместимостью 4 чел. могут иметь производительность до 600-700 чел.ч, при этом длина приводного участка достигает 3-3,5 км. Они могут работать 150 при крутых подъемах (до 40°), но мало приспособлены к перекрытию больших пролетов вследствие ограничения (по условиям эвакуации пассажиров) высоты линии над землей. Двухканатные гондольные дороги позволяют перекрывать большие пролеты, т.е. менее связаны с рельефом местности, но они тяжелее и дороже одноканатных. Кресельные одноканатные дороги имеют такие же показатели, что и гондольные. Однако они приспособлены только к плавному рельефу местности, так как высота линии над землей весьма ограничена по условиям безопасности перевозки людей на открытых креслах. Выбор того или иного типа дороги зависит от ряда факторов, главными из которых являются назначение дороги, ее производительность и длина, характер и рельеф местности и климатические условия. В условиях тяжелого рельефа и суровых климатических зон наиболее подходящими являются двухканатные маятниковые дороги. При большой длине дороги (свыше 3 км) возможно применение кольцевой двухканатной дороги тяжелого типа, однако опыт эксплуатации их очень мал, и нет достаточных данных для объективного сравнения с другими типами дорог. При благополучных климатических условиях и рельефе местности наибольшее применение имеют маятниковые и гондольные дороги, которые просты в эксплуатации и не требуют больших капиталовложений. Наиболее простыми по конструкции и дешевыми являются кресельные дороги, представляющие собой типичные дороги спортивного типа. Наибольшее распространение они имеют там, где по составу пассажиров возможна перевозка на открытых креслах с посадкой и высадкой на ходу. В связи со значительным развитием строительства пассажирских канатных дорог и стремлением к уменьшению их стоимости за последние годы имеется тенденция к широкому применению наиболее дешевых типов дорог – гондольных (главным образом одноканатных) и кресельных. Возросшие потребности в канатных дорогах из-за освоения новых горных районов (доставка людей к местам работы, курортам, лыжным и туристическим базам) требуют решения ряда научных и технологических задач, связанных с развитием ППКД. Глава 19. Наземные канатные дороги 19.1. Общие сведения При канатной откатке перемещения вагонеток или скипов по рельсовым путям осуществляются с помощью тягового каната, навивающегося на барабан лебедки. По принципу действия установки канатной откатки разделяют на установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия бывают одноконцевые (рисунок 19.1, а, б, в ) и двухконцевые (рисунок 19.1, г, д ) . В выработках с углом наклона 151 более 6° применяют одноконцевые установки, при которых обратное движение происходит под действием силы тяжести вагонеток. На горизонтальных путях применяют двухконцевые установки, в которых вагонетки возвращаются при помощи хвостовых канатов. Лебедки для концевой откатки бывают однобарабанные 1 , используемые только для одноконцевой откатки с головным 2 или с головым и хвостовым 3 канатами, и двухбарабанные 4 , которые применяют при двухконцевой откатке или одноконцевой откатке с головным и хвостовым канатами. Применяются также лебедки со шкивами трения 5 и бесконечным канатом 6 . Рисунок 19.1. Принципиальные схемы канатных откаток Канатная откатка непрерывного действия, или бесконечная канатная откатка, обеспечивает движение вагонеток по двухпутной наклонной выработке: груженых в одном направлении, порожних в противоположном, прицепку и отцепку вагонеток вручную на ходу. Концевыми откатками можно перевозить любые грузы: полезные ископаемые, породу, материалы, людей. Производительность зависит от длины и составляет для одноконцевых откаток до 100 т/ч, для двухконцевых до 200 т/ч. Длина откатки определяется канатоемкостью барабана и составляет обычно 2000 м. Вид пути в плане предполагается прямолинейный. Допускают искривления с минимальными радиусами по норам для горизонтальных рельсовых путей. Максимальный угол наклона у вагонеток 30°. При углах более 25° вагонетки снабжаются щитами, препятствующими осыпанию груза. Профиль может быть волнистым. Достоинствами концевой откатки являются: возможность применения при больших углах наклона, волнистом профиле и искривленном вне пути; простота конструкции и малая стоимость установки; возможность перевозки людей и оборудования; отсутствие узлов перегрузки в конечных пунктах при 152 откатке в вагонетках. К недостаткам можно отнести малую производительность, особенно при больших длинах откатки; трудоемкость прицепки и отцепки вагонеток; интенсивный износ каната; невозможность автоматизации при откатке в вагонах; большие размеры лебедок и камер; сравнительно высокий травматизм. Бесконечная откатка (рисунок 19.1, е ) основана на перемещении вагонеток по рельсовым путям с помощью бесконечного каната, приводимого в действие лебедкой. Груженые и порожние вагонетки по одной вручную прицепляют к движущемуся канату на приемно-отправительных площадках. Площадки могут быть одно- и двусторонние. На промежуточных площадках устраивают сопряжение, допускающее проход вагонеток с каждой ветви на оба штрека и наоборот. Все промежуточные площадки делают горизонтальными. Они имеют длину 5-6 м, чтобы движущиеся вниз вагонетки не останавливались и проходили площадку по инерции. Этот вид откатки заменяется конвейерным транспортом. Канатные маневровые устройства, маневровые устройства предназначены для выполнения маневровых операций на железнодорожных погрузочных станциях шахт, карьеров, обогатительных фабрик. На рисунке 19.2 изображена схема портального толкателя, состоящего из тележки 4 , которая может двигаться по особым рельсам вдоль железнодорожного пути с помощью канатов 2 к 5 , блоки которых укреплены на тележках 1 и 7. На портале тележки расположена поперечная опорная балка 3 , которая с помощью специального привода может опускаться и подниматься. В крайнем верхнем положении балка находится выше габарита вагонов 6 . После подачи состава первый или последний вагон должен находиться в зоне действия маневрового устройства. Тележка 4 подгоняется к междувагонному пространству, балка опускается и захватывает автосцепку 8 , тележка 4 начинает перемещаться и протягивает состав на один вагон. Затем балка поднимается, тележка перегоняется к следующей автосцепке, и цикл повторяется. Управление осуществляет оператор с пульта управления. Рисунок 19.2. Канатное монорельсовое устройство 153 Для передвижения железнодорожных вагонов в составе обоих направлений при погрузочно-разгрузочных работах на переходных или тупиковых разгрузочных путях внутришахтного и внутризаводского железнодорожного транспорта применяют также маневровые устройства, состоящие из маневровой лебедки со шкивами трения, связанной канатом через обводные ролики с подвижной тележкой, которая, передвигаясь под железнодорожными вагонами, перемещает их. Канатный подъем. Канатные подъемные установки могут быть одноканатными (рисунок 19.3, а), многоканатными (рисунок 19.3, б, в) и блоковыми (рисунок 19.3, г). Преимущественно распространены двухскиповые с двухбарабанными подъемными машинами, грузоподъемность скипов при этом не превышает 30-45 т. При грузоподъемности скипов G = 65 90 т эффективнее двухскиповые многоканатные бобинные и блоковые подъемные установки, а при =200 т (иногда более 100 т) – односкиповые многоканатные установки с противовесом. Рисунок 19.3. Наклонные подъемные установки Продолжительность цикла двухконцевого скипового подъема, мин, Tц t p 0 t п 2na (t M t p ) t п , t p 0 –продолжительность tп где разгрузочных операций, мин; продолжительность подъема скипа, мин; n0 – число автосамосвалов, разгружающихся в один скип; t M – продолжительность маневра автосамосвала на перегрузочной площадке, мин ( t M =20÷30 с); t p – продолжительность разгрузки автосамосвала, мин ( t p =45÷60 с). Техническая производительность двухскиповых подъемников, м3/ч, QT 3600Vc K п , v Lп ( ) t по a v 154 где Vc – вместимость скипа, м3; K п – коэффициент влияния породы; v – скорость движения скипа, м/с; а – ускорение при трогании, м/с2; Lп – наклонная длина подъемника, м. Производительность скипового подъема должна соответствовать возможностям обслуживающего автотранспорта, м3/ч, Qa K а N а n рVа K п , где K а – коэффициент неравномерности работы автосамосвалов ( K а =1,15÷1,2); N а – число автосамосвалов, обслуживающих подъемник; n р – число рейсов автосамосвалов в час; Vа – вместимость кузова автосамосвала, м3. У существующих скиповых установок высота подъема составляет 60-240 м, скорость подъема 4-10 м/с, продолжительность цикла подъема 57-70 с, грузоподъемность скипа – 20-40 т, производительность 650-2000 т/ч. С увеличением высоты скипового подъема производительность его постепенно снижается. Основные достоинства скиповых подъемников: большой угол подъема и кратчайшее расстояние перемещения, минимум капитальных работ по сооружению траншей, подъем крупновзорванных пород без предварительного дробления, простота конструкции, несложный ремонт, возможность полной автоматизации, малая энергоемкость, надежность раздельного подъема вскрышных пород и различных сортов и типов полезного ископаемого. Недостатки: переподъем груза на поверхности, высокие трудоемкость и затраты на строительство подъемника и перенос перегрузочных пунктов, большая металлоемкость (0,6-1 т на 1000 т груза). Область применения – карьеры глубиной более 150-200 м с ограниченными размерами в плане, разрабатывающие скальные породы и руды устойчивых вмещающих пород. Клетевые канатные подъемники предназначены для подъема и спуска в специальных клетях с платформами одиночных железнодорожных вагонов или автосамосвалов (рисунок 19.4, а ) . Одноконцевые подъемники с противовесом сооружают с двусторонними приемными площадками, а двухконцевые – с одно- и двусторонними. Подъем и спуск клетевых подъемников производятся с конечных станций и промежуточных горизонтов. Угол наклона пути до 45°, рациональная высота подъема 120-180 м, грузоподъемность до 50-60 т. Из-за существующих недостатков применение клетевых подъемников весьма ограничено. У канатных подъемников с вагонам тягачами (рисунок 19.4, б ) тяговые канаты соединяются с тележкой-тягачом, толкающим при подъеме нерасформированный железнодорожный состав по рельсовому пути, а при спуске – удерживающим его. Скорость движения вагонов не превышает 1,5- 2 м/с, максимальный угол подъема 16°. Одновременно можно поднимать пятьвосемь вагонов грузоподъемностью 40-50 т при уклоне 7-11°. Недостатки такого подъема: малый угол наклона пути и большие объемы траншей, невозможность обслуживания нескольких горизонтов, ограниченная целесообразная высота подъема, пропускная способность и 155 производительность, сложность маневров составов, большие капитальные затраты на сооружение копров и фундаментов. Их применяют в карьерах ограниченной мощности глубиной до 100 м при больших расстояниях откатки на поверхности. Рисунок 19.4. Канатные подъемники Канатно-локомотивные подъемники отличаются от предыдущего вида участием в подъеме сопровождающих составы локомотивов. Значение угла подъема до 5°. Условия применения ограничены. Подъемники с бесконечным канатом (рисунок 19.4, в) оборудуются вагонетками грузоподъемностью до 3 т. Расстояние между вагонетками 12-15 м, скорость движения 0,2-1 м/с, угол подъема не более 20-22°, наклонная длина подъема обычно не превышает 200-300 м. Из-за большой аварийности и малой производительности такие подъемники неперспективны. Для подъема и спуска людей, а также оборудования и материалов могут применяться одно- и двухканатные платформенные подъемники-фуникулеры: однопутные с автоматическим разъездом посередине или двухпутные. Грузоподъемность платформ до 20-25 т (60-80 чел.), скорость движения 1-2 м/с, угол наклона 30-40°. При более крутых углах возможно использование вертикальных лифтовых подъемников, расположенных в стволах, имеющих 156 обойки с отдельными горизонтами карьера, грузоподъемность лифтов 1-2 т, скорость движения кабины 1-5 м/с. Автомобильные подъемники с канатной тягой (рисунок 19.4, г ) обеспечивают подъем горной массы из карьера без перегрузки. Они менее сложны и громоздки, чем клетевые, но допускают меньший угол подъема (обычно 2030°) , определяемый устойчивым углом откоса породы в кузове автосамосвала. Угол наклона можно увеличить на 5-7°, если для предотвращения просыпания породы приподнимать задний борт. Скорость подъема и спуска автосамосвалов с водителями по условиям безопасности принимается не более 5 м/с. Двухконцевой канатно-автомобильный подъемник состоит из приводной станции со шкивами трения, нижней натяжной станции, тяговых тележек с прицепным устройством и ловителями, направляющих для тележек на ограждающих железобетонных столбах, тяговых и хвостовых канатов с поддерживающими роликами, двухполосной автодороги из железобетонных плит. У троллейвозных подъемников (рисунок 19.4, д ) подъемная установка отсутствует, а груженый и порожний троллейвозы соединены (через тележки) проходящим через шкив канатом, что позволяет использовать груженым троллейвозом усилие, развиваемое двигателем порожнего троллейвоза. Достоинства автомобильных подъемников: отсутствие разрыва грузопотока, сравнительно высокий подъем, относительно небольшие капитальные затраты. Недостатки: ограниченная производительность и сравнительно высокие эксплуатационные затраты. Область применения – карьеры небольшой производственной мощности глубиной 100-200 м с ограниченными размерами в плане. 19.2. Устройство и основные элементы. Технико-экономические показатели К оборудованию канатной откатки относятся: одно- или двухбарабанные лебедки или малые подъемные машины, канаты, прицепные устройства, поддерживающие и отклоняющие ролики, предохранительные устройства. Максимальный диаметр барабана лебедок до 2 м, малых подъемных машин 2-3 м. В зависимости от назначения откатки применяются лебедки грузовые и грузолюдские. Грузовые лебедки оборудованы одним рабочим тормозом, грузолюдские – рабочим и предохранительным (оба тормоза колодочного типа). Управление рабочим тормозом дистанционное. В качестве привода лебедки используют асинхронные двигатели с фазным ротором с жидкостным или многоступенчатым реостатом, что обеспечивает плавность пуска и остановки. Канаты бывают параллельной и крестовой свивок, первые меньше изнашиваются, но сильно подвержены раскручиванию, поэтому применяются только в тех случаях, когда вагонетки не отцепляют от каната в течение всего 157 времени эксплуатации. Вторые меньше раскручиваются, но интенсивнее изнашиваются и отличаются жесткостью. Свободный конец каната соединяется с вагонетками прицепными устройствами (рисунок 19.5), состоящими из крюка 1, скобы 2 и канатной петли 3. Канат закрепляется внутри барабана зажимами. Для направления канатов, уменьшения износа шпал, стоек и канатов применяют поддерживающие ролики. При обрыве каната вагонетки улавливают ловителями, которые делятся на путевые и прицепные к вагонам. Рисунок 19.5. Прицепное устройство Одноконцевая канатная откатка может быть выполнена с наклонными (рисунок 19.6, а) или горизонтальными заездами (рисунок 19.6, б) – эту схему применяют редко. При двухконцевой откатке верхний заезд может быть только горизонтальным, нижний – горизонтальным или наклонными. При наличии промежуточного горизонта работа невозможна. Для бесконечной откатки применяют лебедки со шкивами трения с различной схемой запасовки каната. Вагонетки прицепляют с бесконечному канату с помощью зажимов. По трассе откатки канат поддерживается роликами, которые устанавливают через 15-20 м. На изгибах трассы в плане устанавливают отклоняющие ролики звездочного типа, допускающие проход прицепного барабанчика. Рисунок 19.6. Расчетные схемы откатки с заездами Производительность концевой откатки, т/ч, 158 где G – масса груза ТВ вагонетке, т; Z – число вагонеток в составе; t Ö – продолжительность цикла, с: где L – расстояние между горизонтами, м; ńđ – средняя скорость движения, м/с; l0 – длина вагонетки, м; Ń – коэффициент уменьшения скорости при движении по заездам и на участке переподъема (С=2÷3); läîď – суммарная длина заездов, м; – пауза на отцепку канатов и перемену хода на участке подъема, с ( 100 120 с). Допускаемая максимальная скорость движения по наклонным выработкам составляет 5 м/с. Для двухконцевой откатки Допускаемое число вагонеток в составе с учетом прочности сцепки где SCÖ – допускаемая натяжение в сцепке, Н ( SCÖ 6000 Н). Для удобства производства работ при откатке принимают состав не более чем из 15 однотонных вагонеток или 10 вагонеток большей грузоподъемности. Максимальное натяжение каната, Н, где qę – масса каната, кг/м; Lmax – максимальная длина каната, м; ę – коэффициент сопротивления перемещению каната ( ę 0,5 0,6 по почве; ę 0,35 по роликам). Разрывное усилие каната, Н, где m – запас прочности каната. По разрывному усилию выбирают диаметр каната. Запас прочности по правилам безопасности для людского подъема равен 9, для грузолюдского – 7,5, для грузового – 6,5. Мощность двигателя, кВт, где – скорость движения грузонесущих элементов установки, м/с; Ě – КПД передаточного механизма привода, включая и потери на приводном валу. Производительность бесконечной откатки, т/ч, Расстояние между вагонетками, м, 159 Интервал между прицепками вагонеток t 25 40 с, расстояние между вагонетками не менее 15 м, скорость движения каната не более 1 м/с. Максимальное усилие в канате, Н: L a - на грузовой ветви S max [ (G G0 ) qk L](г cos sin ), - на порожней ветви L S пор [ G0 qk L](п cos sin ) . a Запас прочности каната принимают равным 3,5-5,5 в зависимости от длины откатки (1200-3000 м). При эксплуатации канатных дорог необходимо ежесменно осматривать канаты, прицепные устройства, ловители и лебедки по заранее намеченным графикам. Основными источниками опасности являются износ каната и потеря его прочности, износ тормозных колодок и невозможность обеспечения необходимого тормозного момента, износ эластичных втулок муфты между двигателями и редуктором и возможность поломки соединительных пальцев муфты, неисправность рельсового пути и крепления выработки. Особое внимание уделяют состоянию отклоняющих и путевых роликов, смазке каната, удалению концов переломившихся проволок. Канат заменяют новым при уменьшении диаметра наружных проволок на 50 %, если замечено на одном шаге свивки 10 % лопнувших проволок и при уменьшении диаметра каната на 10 %. Регулярно проверяют зазоры между тормозными колодками и шкивом (они должны быть не более 1,5 мм). При перевозке людей особое внимание уделяют исправности людских вагонеток, посадочных площадок и выработки, по которой осуществляется перевозка, исправности системы сигнализации из вагонеток машинисту лебедки (радиотелефон или канатный привод с дугой). Необходим тщательный осмотр лебедок раз в неделю, ежемесячный ремонтный осмотр, раз в три месяца текущий ремонт, раз в полгода ревизия. Капитальный ремонт лебедки проводится раз в 1-2 года. Приемные площадки должны быть оборудованы барьерами с автоматическим или дистанционным управлением. При расчете технико-экономических показателей капитальные затраты слагаются из стоимости откаточной лебедки (малой подъемной машины), электродвигателей, каната, пускорегулирующей аппаратуры (принимается 30 % стоимости откаточной лебедки, подъемной машины), расходов на оборудование лебедочной камеры. При расчете заработной платы учитываются машинисты установки (1 чел. в смену), электрослесари по ремонту и осмотру откаточной лебедки (подъемной машины) и оборудования, установленного в наклонной выработке (направляющие ролики, ловители и др.) из расчета 1 чел. на 1 км выработки при односменной работе вне зависимости от длины выработки. Например, эксплуатационные расходы по указанной ранее установке составляют 74 у.е./сут. (45 % – заработная плата обслуживающего персонала, 30 % – расходы 160 на электроэнергию, 1 5 % – амортизация электромеханического оборудования, 5 % – расходы на канат, 5 % – прочие расходы). Глава 20. Навесные и подвесные монорельсовые дороги 20.1. Общие сведения Для перемещения грузов в закрытых складах или на открытых площадках при ограниченной площади, не позволяющей применять наземные транспортные средства, используют подвесные монорельсовые устройства. Из истории развития техники известны следующие типы монорельсовых дорог: дороги подвесного типа (рисунок 20.1, а, б, в ) , дороги навесного типа с гироскопом (рисунок 20.1, г), с направляющим колесом (рисунок 20.1, д), с двусторонним симметрическим кузовом (рисунок 20.1, е) . Рисунок 20.1. Схемы монорельсовых дорог Монорельсовые дороги применяются для грузовых и пассажирских перевозок, в том числе с высокими скоростями. Высокие скорости движения предъявляют повышенные требования к конструкции пути и подвижного состава для создания средств уменьшения сил взаимодействия. Наиболее перспективны для перехода к высоким скоростям движения дороги, обеспечивающие более устойчивое движение подвесного состава на рельсах, 161 что обусловлено расположением его центра тяжести ниже опорной поверхности рельсового пути. Развитие монорельсового транспорта можно разделить на два этапа. Первый этап относится на период до 1940 г. Основной особенностью этого этапа является использование монорельсового транспорта на внешних перевозках грузов и пассажиров на базе применения конструкции опор из дерева и прокатных стальных профилей. Второй этап развития начинается примерно с 1950 г. в основном для удовлетворения потребности внутри- и межцеховых перевозок, где они являются одним из самых перспективных видов транспорта. В основном монорельсовые подвесные дороги построены и применяются на предприятиях текстильной и легкой промышленности, где ввиду небольшой массы (до 1 т) единицы груза ходовой путь обычно подвешен к конструкциям зданий. Это позволяет значительно сократить стоимость сооружения дороги и обеспечить экономию производственной площади. Грузовые монорельсовые дороги. В этих устройствах рельсовый путь подвешивается на специальных кронштейнах или прикрепляется к конструкции перекрытия. По рельсовому пути над штабелем груза перемещаются тележки с грузом. Если каждая тележка приводится в движение электродвигателем, то такие устройства называются электрическими подвесными дорогами. Обычно они применяются для перемещения грузов на расстояние 10-500 м и более при передвижении со скоростью 0,5-2 м/с и грузоподъемности тележек до 5 т. Для подъема и перемещения штучных грузов к ходовому механизму тележки подвешивают грузоподъемные площадки, тали или оборудуют их грейферами, электромагнитом и другими захватами. Наибольшее распространение имеют подвесные устройства, у которых для подъема и перемещения груза служат электротали. Их преимуществом является компактность, подвижность и возможность лучше использовать площадь склада. Опорной поверхностью для перемещения тележек может служить верхний или нижний пояс подвесных путей, в соответствии с чем различают подвесные монорельсовые устройства с ездой тележек по верхнему или нижнему поясу. На рисунке 20.2 показано общее устройство подвесной монорельсовой дороги с электрической тягой. С помощью токосъемника 3 подается электроэнергия к двигателю 2, движение от которого передается через редуктор 1 к пневмоколесу 4 тяговой тележки. Пневмоколесо, прижатое к нижней части рельса 5, является тяговым колесом. Грузовой вагон в подвесной дороге состоит из двух тележек 7, к которым на рельсах шарнирно подвешена хребтовая балка 8 с автосцепкой, несущая кузов вагона. Разгрузку вагона производят через боковые люки. При проходе вагона у места разгрузки ролики закрывающихся крышек идут по направляющим шинам (шпалам), и крышки люков постепенно открываются, а после разгрузки закрываются. В зависимости от рода груза и условий разгрузки может применяться другой вид кузова вагона. 162 Пассажирские монорельсовые дороги. Для механизации транспортирования по сети подземных выработок с различными уклонами неограниченной длины создан комплекс оборудования шахтной подвесной монорельсовой дороги с дизелевозами ДМВ и ДМВ-5, рассчитанными для работы соответственно в выработках с углом наклона до 12 и 30°. На дизелевозе применена гидрообъемная трансмиссия замкнутого типа (маслонасос – гидродвигатель) с ведущим колесом, которые с помощью рычажного механизма прижимаются к вертикальной стенке монорельса с усилием, прямо пропорциональным составляющей веса состава, направленной вдоль пути. Рисунок 20.2. Подвесная монорельсовая дорога Рабочее торможение осуществляется гидродвигателем. Кроме того, дизелевоз оборудован пружинно-гидравлическими аварийно-станочными тормозами, колодки которых при снижении давления масла в гидроцилиндре сжимают монорельс под действием пружин, обеспечивая тормозной путь не более 2-3 м. Взрывобезопасность дизелевоза достигается присоединением к дизелю газоочистного устройства скубберного типа с промывкой выхлопных газов водяным душем всасывающего и выхлопного коллекторов. Людей перевозят в пассажирских вагонетках вместимостью 8 чел. при уклонах пути до 12° и 6 чел. при уклонах до 30°. Пассажирская вагонетка оборудуется такими же пружинногидравлическими тормозами, что и дизелевоз, управление которыми может осуществляться из кабины машиниста и из салона вагонетки аварийным стопкраном. Сцепка дизелевоза, грузовых и пассажирских вагонеток состоит из одноосной тележки, на которой укреплена сцепная скоба, и из тяги, соединяющей ее с ходовой тележкой. Сила тяги (или толкания) передается при этом не через кузов, а на уровне ходовых тележек вдоль монорельса. Сцепная тележка снабжена также стопорными устройствами, которые надежно 163 удерживают грузовую вагонетку на наклонном участке (без локомотива или при самопроизвольной отцепке). 20.2. Устройство и основные элементы Ходовой рельс. Для монорельсовых подвесных дорог в основном используются двутавровые балки. Разработан специальный сортамент двутавровых профилей с усиленными утолщенными нижними полками (рисунок 20.3). В некоторых случаях при наличии на предприятиях необходимого сортамента прокатных профилей балок целесообразно применение составных профилей рельсов. В качестве опор ходовых рельсов используют элементы зданий, цехов и самостоятельные опоры вне цехов. На внутрицеховых монорельсовых дорогах рельс подвешивается к перекрытию здания с помощью тяг, цепей, хомутов, скоб или прокладывается на кронштейнах. Рисунок 20.3. Профили рельсов монорельсовых дорог Разработаны три основных способа подвески рельсов на тягах: вертикальная подвеска, когда рельс поддерживается только одной тягой, с положенной вертикально (рисунок 20.4, а); продольная раскосная, когда точка подвеса образуется пересечением двух наклонных тяг, расположенных в плоскости рельса (рисунок 20.4, б); поперечная раскосная или полураскосная подвеска, когда наклонные тяги расположены в плоскости, перпендикулярной пути (рисунок 20.4, в). Рисунок 20.4. Способы подвески рельса на тягах 164 Продольное раскосное крепление предупреждает смещение рельса в продольном направлении при действии на подвижной состав и рельсы продольных усилий в период трогания с места и торможения. Поперечное раскосное крепление уменьшает боковое колебание рельса, возникающее от горизонтальных усилий в кривых и боковых колебаниях груза, подвешенного или уложенного на несущие элементы подвижного состава. Крепление рельсов на кронштейнах представляет собой металлическую балку, заделанную в стенку, колонну здания или отдельно закрепленную вне здания. Самостоятельные опоры ходовых рельсов, применяемые вне цехов, а иногда и внутри цехов, представляют собой металлические или железобетонные конструкции необходимой высоты, способные воспринимать вертикальные, продольные и поперечные нагрузки от ходового рельса, который крепится к этим опорам. По конструкции они разделяются на одностоечные (Ги Т- образные) и на двухстоечные (П- и А-образные). Устройство для разветвления трассы. Известны два типа этих устройств: устройства для разветвления трассы в одном уровне стрелки – поворотные круги, вращающиеся крестовины; устройства для разветвления трассы на другой уровень в вертикальном направлении – монорельсовые подъемноотпускные секции. Все эти устройства могут работать от электрического, гидравлического и ручного приводов. Техническая характеристика выпускаемых серийно путевых устройств монорельсовых подвесных дорог приведена в таблице 20.1. Таблица 20.1 В качестве стрелок в этих устройствах применяют перовые и рамные стрелки. Перовые стрелки в основном применяются на дорогах легкого типа. Элементом, позволяющим перейти с одного направления на другое, является перо (остряк), язык которого имеет возможность поворачиваться и занимать 165 соответствующие положения. Трехпутная секция является предельной для данного типа стрелок, так как с увеличением числа ответвлений растет значение угла, называемого углом удара, который не должен превышать 11-15° для ручных дорог и 7-9° для электрифицированных. Длина остряка зависит от принятого угла удара и поперечных размеров тележки и ходового рельса. Ширина современных конструкций тележек составляет 150-160 мм. Рамные стрелки отличаются повышенной несущей способностью, потому что подвижные элементы ходового пути жестко скреплены между собой дополнительными связями, так что образуется плоская рама. Для перевода различных стрелок используется поступательное или вращательное движение рамной системы (рисунок 20.5). Рисунок 20.5. Схемы рамных стрелок монорельсовых путей: а – прямо-направо; б – прямо-налево; в – направо-налево; г – налевопрямо-направо; д – положение вращающейся стрелки Поворотный круг представляет собой неподвижную и вращающуюся рамы. Неподвижная рама служит опорой для вращающейся рамы и привода для ее вращения. Поворотная рама служит для закрепления на ней отрезка ходового рельса. Поворотные круги обеспечивают поворот подвижного состава на любой угол при большом числе направлений и применяются в основном в стесненных условиях при невозможности укладки трассы с кривыми малого радиуса. Вращающиеся крестовины служат для обеспечения пересечения монорельсовых путей в одном уровне. В отличие от поворотного круга вращающиеся крестовины позволяют пропускать через них подвижной состав без остановки. Монорельсовые подъемники и подъемно-опускные секции служат для соединения монорельсовых путей, лежащих на разных уровнях, в единую транспортную систему. Подъемники представляют собой устройства типа лифтов, оборудованных специальными приспособлениями, устройствами для закрепления подвижного 166 состава на отрезке монорельса в кабине во время движения последней, а также стыкующими устройствами, предназначенными для точной остановки кабины, т. е. такой установки, при которой достигается возможность надежного перехода подвижной единицы с отрезка монорельса на путь нового уровня. Защитные устройства предназначены для предупреждения падения груза или деталей монорельсового подвижного состава на зону нахождения людей, пешеходных дорожек, переходов, рабочих мест, оборудования, дороги. В качестве защитного устройства применяют стационарные защитные сетки, устанавливаемые над защищаемыми зонами, или ограждения, надежно закрепляемые на самом подвижном составе. Схема путевого развития составляется на основании технологических требований к транспортному обслуживанию производства с учетом заданного грузооборота на отдельных участках. По путевому развитию монорельсовые дороги можно разделить на следующие типы: по характеру движения вагонеток тупиковые с маятниковым движением вагонеток (рисунок 20.6, а ) , кольцевые с круговым движением вагонеток (рисунок 20.6, б ) , смешанные, включающие два первых типа (рисунок 20.6, в ) ; по сложности – элементарные без стрелочных переводов, простые, имеющие до 3-5 стрелочных переводов, сложные с числом переводов более 5. Рисунок 20.6. Схемы путевого развития монорельсовых дорог Кольцевые транспортные системы обеспечивают наибольшую перевозочную способность. Число стрелочных переводов определяется, в основном, числом и расположением линий погрузки и выгрузки. Иногда применяются схемы с комбинированным использованием монорельсовых дорог и подвесных кран-балок (рисунок 20.6, г ) со стыкующим устройством, обеспечивающим переход подвижного состава с монорельса на кран-балку, что приводит к уменьшению числа стрелочных переводов. Для перехода на более совершенный уровень транспортирования в некоторых случаях целесообразно вместо монорельсовых подъемников устраивать плавный отвод пути в вертикальной плоскости с использованием на 167 наклонных участках устройств внешней тяги (обычно цепной), оборудованной средствами автоматического включения. Подвижной состав монорельсовых дорог. На монорельсовых дорогах используется подвижной состав следующих типов: электрогрузовозы, электротягача с прицепными тележками, самоходные электротали. Техническая характеристика выпускаемого серийно подвижного состава монорельсовых подвесных дорог приведена в таблице 20.2. Таблица 20.2 Электрогрузовоз представляет собой электротяговое устройство, объединенное с грузонесущим устройством. Грузонесущее устройство снабжено электросталью для подъема и опускания груза. Также электровоз может быть оборудован механизмом адресования и предохранительными устройствами. На рисунок 20.7 представлена схема электрогрузовоза, где крутящий момент от электродвигателя к тяговым колесам передается через редуктор мягкого (клиноременная передача) типа. Характерной особенностью электротягачей с прицепными тележками является разделение функций тягового и грузонесущего устройств. Прицепные тележки являются грузонесущими устройствами, а электротягач – тяговым устройством. Ввиду незначительности собственной массы тягового устройства для создания достаточной силы тяги применяются специальные механизмы, прижимающие тяговые колеса к ходовому рельсу. Самоходные электротали выпускаются серийно для использования в качестве подвижного состава монорельсовых дорог. Однако их применение невозможно в случае, когда требуется большая точность остановки подвижного состава из-за отсутствия тормозных устройств, кроме того, несовершенно грузозахватное устройство (захват груза возможен только при помощи крюка), а также отсутствуют предохранительные устройства. Управление 168 электроталями осуществляется с помощью конечных выключателей или специальной адресующей приставки. Рисунок 20.7. Схема общего вида электрогрузовоза Основное уравнение движения поезда, состоящее из электротягача и прицепных тележек, где FĘ – сила тяги, развиваемая электротягачом, Н; P , Q – сила тяжести соответственно электротягача и прицепных тележек, Н; , – коэффициенты сопротивления движению соответственно электротягача и прицепной части поезда; – угол наклона пути к горизонту. Необходимая сила тяги локомотива Масса состава Масса локомотива Угол наклона рельсового пути где 169 Основное условие нормальной работы монорельсовой дороги FŃÖ FĘ . Сила сцепления тяговых колес с рельсами, Н, где N – сила прижатия тягового колеса к рельсу; – коэффициент сцепления колес с рельсами, его значение зависит от материала колеса, рельса и состояния поверхности. Сила прижатия для случая, если функции тяговых колес возложены на поддерживающие (ходовые) колеса, Н где РСЦ – сцепная масса электрогрузовоза или электротягача, т. Глава 21. Гидравлический транспорт 21.1. Общие сведения и классификация Гидравлический транспорт основан на перемещении массовых сыпучих материалов потоком жидкости, пребывание которых в воде, как правило, не ухудшает их качества. Наиболее широкое применение гидравлический транспорт получил в технологических схемах комплексной гидромеханизации горных и земляных работ, гидротехническом и гидромелиоративном строительстве. В котельных тепловых электростанций гидравлическим способом производят уборку золы и шлаков; на металлургических заводах – уборку от печей гранулированных шлаков; на предприятиях горной промышленности – транспортирование и подъем на поверхность угля, руд и других полезных ископаемых, а также транспортирование материалов для закладки выработанных пространств; в строительстве – перемещение размытого струей воды грунта. Гидравлическим транспортом ежегодно перемещается около 1350 млн. м 3 грунта, 4,5 млн. т угля и 300 млн. т золошлаков тепловых электростанций и отходов рудообогатительных фабрик. Гидравлический транспорт применяют не только для технологических перевозок, но и шля перемещения грузов на средние и большие расстояния между сырьевыми базами и предприятиями. В США много лет эксплуатируется трубопровод протяжением 173 км, производительность 1 млн т в год. Построен трубопровод протяжением 115 км через горы Колореф для транспортировки 700 тыс. т асфальта. Канаде разработан проект трубопровода протяжением 500 км для транспортировки угля. В Западной Сибири с 1966 г. работает система гидравлического транспорта для перемещения рядового угля. Уголь по трубопроводу протяжением 10 км подается с шахты на обогатительную фабрику Западно-Сибирского металлургического завода. Разработан проект гидравлического транспорта для 170 перемещения угля на расстояние 25 км от шахты о Беловской ГРЭС. Составлен также проект транспортировки угля на Бураховекую ГРЭС протяжением 80 км. К преимуществам гидравлического транспорта относятся высокая производительность и большая длина транспортирования без перегрузок по сложной трассе с подъемами под любым углом и по вертикали; отсутствие механического оборудования на трассе трубопровода (за исключением сосредоточенных в отдельных пунктах машинных отделений); несложное техническое обслуживание; возможность совмещения транспортирования с некоторыми технологическими процессами ("мокрым" обогащением полезных ископаемых, гашением и гранулированием шлаков, сортированием по крупности и т.п.); возможность полной автоматизации и, следовательно, невысокая трудоемкость. Все это определяет во многих случаях более высокие экономические показатели гидротранспорта по сравнению с механическим транспортом – конвейерным, автомобильным, локомотивным. Недостатками гидравлического транспорта, сужающими область его применения, являются ограничения по роду и характеристикам перемещаемых грузов, в частности по их крупности, что вызывает необходимость дробления груза; повышенный износ трубопровода и входящих в соприкосновение с гидросмесью механических частей при перемещении абразивных грузов; увеличенный расход энергии; потребность в больших количествах воды; опасность замерзания в зимних условиях; повышение влажности в закрытых помещениях и др. По принципу действия и применяемому оборудованию гидротранспортные установки можно разделить на две группы: самотечные, при которых пульпа передается по желобам, лоткам, имеющим необходимый уклон; напорные с применением гидроэлеваторов, при помощи которых пульпу засасывают из зумпфа и перемещают по трубопроводу напорные с перекачкой землесосом и засасыванием пульпы из зумпфа. Наиболее простым и дешевым является самотечный гидравлический транспорт (рисунок 21.1), при котором перемещение пульпы ведется по лоткам с уклоном 0,03-0,04, а при высоких концентрациях пульпы с содержанием твердого груза в пульпе около 14 % – с уклоном 0,04-0,06. Однако этот вид гидротранспорта имеет ограниченное применение, так как перемещение грузов осуществляется только в одном направлении (вниз за счет естественного напора) и в большинстве случаев используется во вспомогательных устройствах гидросмыв в конвейерных галереях, слив в технических установках и т.п. Напорные гидротранспортные установки классифицируются по способу ввода перемещаемого груза в трубопровод, который определяет и применяемое механическое оборудование. В схеме (рисунок 21.2, а) пульпонасос или землесосный снаряд 2 подает пульпу 1 в пульпотрубопровод 3, по которому она поступает на грохот и водоотделитель 7, откуда вода стекает в резервуар 6, а груз – в приемное устройство 8. При необходимости обратного возвращения воды предусматривается насос 5 и водопровод 4. 171 В схеме (рисунок 21.2, б) вода и груз подаются раздельно. Водяной насос 1 забирает воду из резервуара 5 и нагнетает в трубопровод чистую воду, а перемещаемый груз вводится в напорный трубопровод через специальное устройство 2, состоящее из камеры с питателем. Пульпа по трубопроводу 3 подается в приемное устройство 4, где происходит отделение груза от воды, как и в предыдущей схеме. Преимуществом первой схемы является отсутствие довольно сложного питающего устройства, а второй – упрощение основного механического агрегата – водяного насоса, работающего на чистой воде, из-за уменьшения его износа и повреждений твердыми частицами груза. Рисунок 21.1. Схема самотечного гидротранспорта Рисунок 21.2. Схемы напорных гидротранспортных установок Напорный гидравлический транспорт с использованием гидроэлеваторов применяют для перемещения грузов при небольших расстояниях (до 1000 м). Современные гидроустановки напорного действия применяют для перемещения грузов на расстояние от 5 до 170 км производительностью от 30 до 1000 т/ч. Гидромеханизация успешно применяется на выгрузке песчано-гравийной массы груза из судов, при выгрузке свеклы из вагонов, для шлако- и золоудаления из котельной, для спуска в шахту и транспортирования к забоям материала (шлака, дробленой породы и др.), служащего для закладки выработанного пространства. 21.2. Устройство и основные элементы Насосы. Основным гидротранспортным оборудованием, предназначенным для перекачки по трубопроводам гидросмеси, являются насосы. Для перекачки воды применяются одно- и многоступенчатые центробежные насосы, а для пульпы – центробежные и, как правило, одноступенчатые. В зависимости от 172 вида транспортируемого материала различают землесосы, грунтовые насосы, углесосы и шламовые насосы. Землесосы и грунтовые насосы по конструкции – это одноступенчатые центробежные насосы, предназначенные для перекачки смесей, содержащих частицы твердых материалов. Углесосы предназначены для (гидротранспорта и гидроподъема угля с большим количеством мелких фракций. Вследствие этого износ рабочих поверхностей этих установок происходит менее интенсивно, чем землесосов и грунтовых насосов. Для гидротранспорта тонкоизмельченных материалов применяются шламовые насосы. Они предназначены для работы в тяжелых условиях вследствие повышенного содержания песка в перекачиваемых растворах, а также значительных колебаний давления при нарушении технологии бурения. В связи с этим к их конструкции предъявляются особые требования в отношении прочности, износостойкости деталей и быстрой смены изнашиваемых частей. Основными параметрами насосов являются производительность QH – т.е. объем гидросмеси, подаваемый насосом в единицу времени; значение напора Н – разность удельной энергии гидросмеси при выходе и насоса и при входе в насос; КПД H и допустимая высота всасывания H BC . Кривые, характеризующие зависимость между Н и QH , QH и N , H и QH при работе насоса на воде или гидросмеси, когда постоянны плотность и частота вращения насоса, называются нормальными характеристиками насоса. Нормальные характеристики центробежного насоса и характеристики сети для воды 0 и гидросмеси с различной плотностью 1 и 2 приведены на рисунке 21.3. Точка пересечения характеристик для насоса с Í Í f (QH ) характеристикой Í C f (Q0 ) сети определяет производительность насоса при данной сети, значение КПД и затрачиваемую мощность. Отрезок кривой СВ определяет возможные точки характеристики совместной работы пульпонасоса и сети при изменении в пределах 0 2 . Значение НС на характеристике Í f (Q ) при 0 соответствует геодезическому подъему конечной точки сети ( Í C Í ĘÎÍ Í ÍŔ× ). Максимальная производительность насоса определяется допустимой по условиям транспортирования скоростью пульпы во всасывающей трубе, ее значение ограничивается возникновением кавитации из-за значительного понижения давления при входе в насос (большая скорость пульпы). Насосы для перекачки гидросмесей подвержены кавитации. Допустимая высота всасывания НВС определяется из условий, при которых кавитация не возникает (НВС – максимальная сумма гидравлических потерь во всасывающей линии насоса и расстояние от сети насоса до уровня перекачиваемой гидросмеси). Допустимая статическая высота всасывания уменьшается с увеличением расхода и плотности гидросмеси (пульпы). 173 Получает распространение регулирование режима работы грунтовых насосов изменением частоты вращения. С увеличением частоты вращения напор и потребляемая мощность возрастают и характеристика насоса меняется. Изменение числа оборотов при изменении плотности гидросмеси позволяет работать практически с постоянной производительностью. При эксплуатации грунтовых насосов часто соединяют два насоса последовательно (для увеличения напора) или параллельно (для увеличения производительности). При соединении последовательно насосы работают на значительном расстоянии один от другого с тем, чтобы уменьшить избыточное давление на входе во второй насос. При параллельном соединении насосы располагаются рядом. Однако при этом необходимо учитывать более интенсивный износ и снижение напора, что может привести к уменьшению производительности и заилению трубопровода. Трубопроводы. Для гидротранспортных систем применяют стальные цельнотянутые и сварные трубы с продольным швом до 1 м при толщине стенок 4-18 мм, а также фанерные, асбоцементные (бетонные и пластиковые) трубы, рассчитанные на давление до 1 МПа с учетом износа. Магистральные трубопроводы сооружают только из толстостенных стальных труб, рассчитанных на давление до 10 МПа. Наиболее широкое применение получили трубы из особо прочных сталей с высококачественной сваркой трубопроводов, но в отдельных случаях, например для легкости разборки трубопроводов, их соединяют с помощью фланцев. Помимо фланцев, применяют также различные быстроразъемные соединения, например полумуфты и клинья, обеспечивающие плотное стыкование и затяжку резиновых прокладок. Профиль укладки трубопроводов должен обеспечивать самотечное движение гидросмеси по всей трассе или отдельным участкам. Несоосное стыкование труб не допускается по условиям износа и деградации. Поэтому трассы трубопроводов проектируются с наименьшим числом поворотов. Резкие очертания местности сглаживаются планировкой трассы. В верхних точках трассы трубопроводов устанавливают вантузы для выпуска воздуха, а в нижних – задвижку для впуска воды. Для снижения трудоемкости монтажных работ на магистральных трубопроводах в последние годы увеличили длину звеньев труб до 18 м, при этом, применяют сварку с просвечиванием швов и изменениями их толщины. Технологические трубопроводы укладывают на опоры, расположенные на расстоянии 4-6 м друг от друга, или подвешивают на цепях (растяжках и др.) во избежание искривления прямолинейности трассы. Высота и конструкция опор определяются характером трассы и местными условиями (наличием материала, производственной базы и т. п.), как правило, их высота не превышает 7 м. Переходы через препятствия (железные и автомобильные дороги, лощины, овраги и реки) проектируются по специальным нормативам для компенсации температурных изменений, которые могут привести к повреждению 174 трубопровода, применяют сальниковые компенсаторы, состоящие из телескопического соединения двух патрубков и поджимного сальника. Внутренняя труба компенсатора обладает возможностью продольного перемещения, чем и компенсируется температурное изменение. Вдоль трассы прокладывают коммуникации для визуального осмотра и ремонта трубопроводов, линий связи и электроснабжения. При большой протяженности трассы для нейтрализации гидравлических ударов устанавливаются воздушные колонны-колпаки. Загрузочные устройства. Они предназначены для равномерной подачи сыпучего материала в напорный трубопровод, по которому движется поток жидкости. Материал, подлежащий транспортированию, смешивается с водой в загрузочном устройстве, либо в трубопроводе, в который он поступает из загрузочного аппарата. Простейшим загрузочным устройством является гидроэлеватор, состоящий из загрузочного бункера, в который подается материал, подлежащий транспортированию, и энжекторного устройства. Загрузка в бункер может быть сухой и в смеси с водой. Конструктивные схемы гидроэлеваторов различаются в зависимости от области применения. Гидроэлеватор (рисунок 21.4) представляет собой водоструйный аппарат, в котором поступающая по трубопроводу 1 от центробежного насоса напорная вода с большой скоростью вылетает из насадки 2. Благодаря большой скорости струи на входе в смесительную камеру 3, соединенную с бункером 4, создается перепад давления – рязряжение между напором струи и столбом воды в бункере, а в случае заполнения бункера воздухом – вакуум, который обеспечивает засасывание твердого материала или гидросмеси. В смесительной камере происходит перемешивание напорного и подсасываемых потоков, а в горловине 5, где окончательно формируется гидросмесь, поток имеет максимальную кинетическую энергию. Преобразование этой энергии в потенциальную происходит за счет снижения скорости гидросмеси в диффузоре 6. Недостатком гидроэлеваторов является низкий КПД, составляющий 20-30 %, большой расход воды и небольшой (сравнительно с центробежным насосом) напор. Дальность транспортирования гидроэлеваторами не превышает 300 м. К основным достоинствам гидроэлеваторов относятся: отсутствие движущихся частей, простота конструкции и обслуживания, небольшие размеры и масса. Другой, более совершенной разновидностью загрузочных устройств являются питатели. В конструктивном отношении они весьма разнообразны и отличаются по принципу загрузки в питатель и по принципу разгрузки, т. е. загрузки материала в напорный трубопровод. По способу загрузки все питатели можно разделить на питатели цикличного и непрерывного действия. К питателям цикличного действия относятся камерные, роторные, плунжерные и поршневые, а непрерывного действия – шнековые, центробежные и гидродинамические. Из известных отечественных конструкций питателей наибольшее применение, особенно на горных предприятиях, получили камерные питатели. Загрузочное устройство работает по 175 определенному циклу использования материала в камере (рисунок 21.5). Материал с транспортного устройства 1 подается в дозатор 2, который поочередно через загрузочные устройства 3 загружает правую и левую верхнюю камеры 6. Рисунок 21.3. Нормальные характеристики Рисунок 21.4. Схема гидроэлеватора После загрузки верхней камеры закрывается ее крышка 5 и открывается крышка 7 нижней камеры, куда и пересыпается материал. Через отверстие в нижней камере материал поступает в струю воды, подаваемую по трубопроводу, и пульпа поступает в пульпопровод 9. Вода, попадающая в камеры и вытесняемая материалом при загрузке, собирается в загрузочной воронке и отводится через слив 4. Во время подготовки и загрузки верхней правой камеры разгружается левая нижняя камера. Затворы срабатывают автоматически по заданной программе, и при правильной эксплуатации поступление материала происходит почти равномерно. При этом в зависимости от производительности установки регулируется объем загружаемого материала, время цикла и расход воды на вымыв и гидротранспортирование материала. В плунжерном питателе (рисунок 21.6) готовая гидросмесь загружается в бункер 1 и при помощи грунтового насоса низкого давления засасывается в тот карман плунжера 3, который находится под выходным отверстием бункера. На дне кармана установлена сетка, задерживающая пульпу. Вода и пульпа, прошедшие через сетку, снова подаются в бункер. После заполнения карманов материалом плунжер передвигается, и карман становится напротив отверстия водовода. Вода вымывает пульпу из кармана, плунжер вновь передвигается, и карман снова становится напротив выпускного отверстия бункера. При наличии двух выпускных отверстий и двух карманов подача материала в пульпопровод 2 получается достаточно равномерной. Для интенсификации процесса и равномерности загрузки материала в трубопровод применяют шнековые питатели (рисунок 21.7). Материал с конвейера 2 подается в приемную воронку 3 шнекового питателя. Винт 176 питателя 4 имеет переменный (дифференциальный) шаг, уменьшающийся к концу винта. Скорость материала в патрубке 5, находящегося между концом винта и трубопроводом, должна быть больше скорости фильтрации воды через материал. Рисунок 21.5. Схема камерного питателя Рисунок 21.6. Схема плунжерного питателя Вода, поступающая по напорному водопроводу 6 , подхватывает материал, поступающий из патрубка, и гидросмесь попадает в трубопровод 1 . Для отключения питателя и промывки трубопровода устанавливается задвижка 7 и соединительная труба 8 . В основном шнековые питатели применяются для перемещения материалов. Недостатком их являются высокий удельный расход энергии и интенсивный износ шнека и корпуса, также невысок КПД (20-30 %). Преимуществами питателей по сравнению с землесосами являются: дальность транспортирования без применения перекачных станций (выше в 4-5 раз); крупность транспортируемого материала, лимитирующегося только диаметром трубопровода; легкость регулирования и поддержания концентрации гидросмеси; уменьшение измельчения перемещаемого материала и меньший износ оборудования. Рисунок 21.7. Схема шнекового питателя Отделители и гидроотвалы. Они в основном применяются для отделения материала от воды. При ведении горных работ средствами гидромеханизации 177 гидроотвалы предназначаются для размещения пород вскрыши, приема гидросмеси, выделения из нее породы, осветления и удаления отработанной воды. Гидроотвал состоит из заранее построенных дамб обвалования и широко используется для хранения "хвостов" обогатительных фабрик и при гидрозолоудалении. Для образования гидроотвалов используют естественное понижение местности (болота, долины, русла, ручьи и т.д.), однако при этом должен учитываться состав сбрасываемой воды, чтобы она не оказывала вредного воздействия на окружающую среду. При необходимости разделения материала по фракционному составу по классам применяют более сложные схемы, например с помощью классификаторов различных типов и гидроциклонов. При применении классификаторов (рисунок 21.8) вода и материал поступают одновременно, создавая вертикальный поток, имеющий определенную скорость. Все частицы, гидравлическая крупность которых мала, поднимаются в верхнюю часть классификатора и удаляются через верхний слив в отвал или в следующий классификатор для отделения более мелких фракций. Отделяемые более крупные частицы удаляются через нижний патрубок. Рисунок 21.8. Схема вертикального классификатора Для ускорения отделения материала от воды, когда не требуется высокая точность разделения, применяются гидроциклоны (рисунок 21.9). Пульпа 1 поступает в цилиндрическую часть гидроциклона 2 и за счет энергии струи получает вращательное движение. Более крупные частицы осаждаются в нижней части конуса 5 и через разгрузочную насадку 6 выливаются наружу по отводному патрубку в виде более густой гидросмеси. Оставшаяся часть 178 гидросмеси с более мелкими частицами через сливной патрубок 4 собирается в водоприемнике. При засорении насадки или увеличении подачи гидросмеси излишки ее сливаются по трубе 3. Рисунок 21.9. Схема гидроциклона Аппаратура управления и контроля. Важными условиями нормальной эксплуатации гидротранспорта, а также достижения высоких показателей ее работы являются автоматизация контроля, управления и регулирования их, особенно автоматического поддержания заданного экономического режима, определяемого концентрацией гидросмеси и скоростью движения ее по гидропроводу, т.е. основных параметров, характеризующих процесс транспортирования. Для измерения диаметров гидротранспорта применяются специальные приборы, а для контроля за работой отдельных механизмов служат приборы общего назначения. Приборы контроля и управления позволяют следить за процессом гидротранспорта и управлять этим процессом. Основной задачей управления процессом гидротранспорта является постоянное поддержание наиболее благоприятного (оптимального) режима работы. Оптимальный режим работы достигается при работе с такой конструкцией и скоростью движения пульпы, при которых расход жидкости для перемещения насыпного груза не превышает расход, необходимый для достижения требуемой производительности по твердой фракции, при обеспечении устойчивой и надежной работы установки. Потери напора растут с увеличением консистенции пульпы (рисунок 21.10), однако общий объем перекачиваемой пульпы и воды с увеличением консистенции уменьшается значительно быстрее, поэтому более рациональной является работа с гидросмесью, имеющей высокую (до известного предела) консистенцию. Также из диаграммы можно проследить влияние скорости движения пульпы: потери напора для воды растут пропорционально скорости, а для пульпы сначала уменьшаются (до значения, при котором частицы груза в 179 основном начинают двигаться в пульпе во взвешенном состоянии), а затем возрастают тоже пропорционально скорости. Рисунок 21.10. Зависимость потери напора от концентрации пульпы и скорости В процессе эксплуатации свойства грузов не остаются неизменными, что часто приводит к изменению потери напора и, следовательно, вызывает необходимость соответственно регулировать и концентрацию гидросмеси. Давление и вакуум в гидротранспортных установках измеряются различными манометрами. Расход воды и гидросмеси может измеряться при помощи трубки Вентури. Плотность гидросмеси, значение которой необходимо для определения расхода, должна определяться отдельно. Приборы для измерения консистенции (отношения твердого к жидкому) могут быть: периодические – отбор проб, весовые – взвешивание участка пульпопровода, манометрические – замер перепада давлений между двумя точками пульпопровода, электрические – замер электрического сопротивления или напряженности магнитного поля в одном сечении пульпопровода, радиометрические – по изменению проницаемости пульпопровода. Современные гидротранспортные установки имеют системы автоматики и телеуправления, которые позволяют с одного пульта управлять гидротранспортной системой и осуществлять контроль за работой всех механизмов (насосов, питателей, смесителей и т.д.). В дальнейшем будут разработаны системы автоматизации и телеуправления, обеспечивающие поддержание оптимального режима работы гидротранспорта. 21.3. Расчет основных параметров При расчете гидротранспортных установок по заданным объемам или производительности, характеристике груза (плотности, гранулометрическому составу и др.), характеристике трассы (длина, высота подъема, наличие горизонтальных и вертикальных поворотов и т.д.) определяют необходимую 180 скорость движения пульпы, потребное количество воды, диаметр трубопровода, сопротивления движению и потребный напор или давление для их преодоления, производительность насоса и мощность двигателя, а в самотечных установках – размеры желоба и необходимый уклон. При определении скорости, напора или давления несущей среды первостепенное значение имеют физико-механические свойства транспортируемого материала, особенно крупность частиц, которые разделяются на три основные группы: кусковые – с размерами кусков более 40 мм, крупнозернистые – 6-40 мм и мелкозернистые – 2 - 6 мм; грубодисперсные (песчаные частицы) с размерами частиц 0,15- 2 мм; тонкодисперсные (пылевидные) с размерами частиц меньше 0,15 мм. Перемещение по горизонтальному трубопроводу во взвешенном состоянии происходит благодаря турбинному движению потока с градиентом скоростей, при изменении скоростей в поперечном сечении от минимальных значений у стенок до максимального ближе к оси. Силы, поддерживающие частицы при турбинном движении, являются функцией продольной скорости потока и возрастают с его увеличением. Поэтому скорости потока гидросмеси в трубах в общем случае должны быть не меньше некоторого определенного значения и тем больше, чем больше размеры и плотность частиц груза. Расчет напорного транспорта. Зная заданную производительность по твердому материалу, производительность установки где Q – сезонная производительность по объему твердого материала в целике, м; т – коэффициент пористости материала (т =0,2÷0,3); q – удельный расход воды (для легких грунтов q=3÷4 м3/м3, для тяжелых грунтов q=5÷12 м3/м3 в зависимости от содержания гравия); Т – фонд чистого времени за сезон, ч; К – коэффициент использования гидрооборудования во времени (К=0,65÷0,75). Диаметр трубопровода определяют из условия неразрывности потока: где v – рабочая скорость гидросмеси, равная (1,1-1,2)vкр, м/с. После выбора диаметра трубопровода согласно государственному стандарту определяют фактическую скорость гидросмеси и проверяют соблюдение условия v>vкр. Для определения необходимого напора гидроустановки находят суммарные потери напора в трубопроводах, которые складываются из потерь на всасывание hВС, потерь на трение по длине трубопровода hТР, потерь на подъем гидросмеси hП, местных потерь hМ и остаточного напора на конце трубопровода hОС Потери на всасывание равны сумме потерь на подъем гидросмеси от уровня думпфа до оси землесоса и потерь на трение во всасывающем трубопроводе hВС: 181 где Z1 – разность отметок от оси землесоса и уровня гидросмеси в зумпфе, м; Ă – плотность гидросмеси, т/м3. При приближенных расчетах потери на трение во всасывающем трубопроводе можно принимать 2-3 м. Потери на подъем гидросмеси где Z2 – разность отметок оси землесоса и выпуска гидросмеси на отвал, м; где Г – плотность гидросмеси;, М – плотность материала в плотном теле (для песчано-гравийных грунтов М =2,65 т/м3). Если задана объемная концентрация гидросмеси S, т. е. отношение объема твердых частиц к объему гидросмеси, то ее плотность где S – объемная концентрация гидросмеси 0 – плотность воды ( 0 =1). Потери на трение по длине трубопровода определяются в зависимости от вида гидросмеси и крупности транспортируемого материала: где – соответственно потери на горизонтальных и вертикальных , участках: = iГОР lГОР; iГОР – удельные потери напора на горизонтальном участке на 1 м длины, кПа/м; lГОР – общая длина горизонтальных участков, м: = i 0 l BEP Ă ; i0 – удельные потери при движении чистой воды, кПа/м. 0 Потери на трение при транспортировании неоднородных гидросмесей с разнофракционным составом грунта и наличием кусковых материалов можно определить по формуле Трайниса: где К-эмпирический коэффициент (для тяжелых горных пород К=1,4, для легких материалов К=1,9); – коэффициент сопротивления свободному падению частиц в воде, ; С – коэффициент, учитывающий влияние мелких фракций (при отсутствии классов, мельче 1-2 мм, С= 1), при 182 наличии мелких классов ; – содержание мелких фракций, % (уголь 3 мм, порода 2 мм, руда менее 1 мм). Удельные потери при движении чистой воды определяются по формуле Дарси-Вебебаха: : 0 – коэффициент сопротивления для воды, зависящий от диаметра трубопровода, например для гладких труб Плотность гидросмеси, т/м3, , где Qo – расход воды, м /ч; 3 Местные потери, м, где – сумма коэффициентов местных сопротивлений; принимается по таблице из справочников. Местные потери также можно определить приближенно равными hM 0,1hTP Л =0,1Л . Остаточный напор на конце трубопровода принимается по опытным данным равным 30-50 кПа. По потерям напора Н и производительности установки по гидросмеси Q подбирается насосный агрегат и определяется мощность двигателя с учетом того, что напор, развиваемый насосом при работе на гидросмеси, меньше напора, развиваемого при работе на воде, где К – коэффициент, учитывающий потери напора. Тогда необходимая мощность при работе на гидросмеси где КЗ – коэффициент запаса (КЗ=1,1÷1,2); – КПД насоса ( =0,7÷0,9). Расчет самотечного транспорта. При расчете самотечного транспорта по открытому гидропроводу (желобу, лоткам, канавам) исходя из требующейся производительности, по твердой фракции, вида перемещаемого груза, его кусковатости (а'ср, а'мах) , как и для трубопроводного транспорта, определяют необходимые для обеспечения транспортирования параметры потока (относительное количество воды, скорость), уклон и поперечные размеры желоба для гидросмеси. 183 Основная формула, которой при этом пользуются (формула Шези), связывает скорость струи v, гидравлический радиус R и уклон желоба i: где С-коэффициент Шези. Он определяется степенью шероховатости поверхности и гидравлическим радиусом R (отношение площади сечения струи к смоченному параметру), который, в свою очередь, зависит от формы открытого желоба и соотношения его размеров. Так, для заполненного гидросмесью сечения в виде полукруга диаметром D гидравлический радиус Для открытого желоба прямоугольного сечения шириной b, глубиной потока h гидравлический радиус При рекомендуемом соотношении Аналогичным образом находится значение R для трапецеидального сечения. Для определения коэффициента С в зависимости от коэффициента шероховатости n поверхности открытого желоба и гидравлического радиуса R пользуются таблице 21.1. Таблица 21.1. Порядок расчета гидротранспорта по лоткам и канавам рекомендуется следующий: по заданному объему перемещаемой породы V и коэффициенту разрыхления КР определяется расчетный объем VТ=V/KР, в соответствии с принятой концентрацией гидросмеси S находится производительность по гидросмеси VГ=VТ/S; выбирается скорость гидросмеси v, равная или несколько большая критической; задаваясь формулой и соотношением размеров открытого желоба, по величинам VГ и v устанавливаются геометрические размеры его сечения и находится гидравлический радиус R. Приняв в зависимости от местных условий тот или иной вид облицовки гидропривода и установив для него коэффициент шероховатости n, в зависимости от значений R и n, находим коэффициент Шези С. По уравнению 184 вычисляем необходимый уклон i желоба. Полученное значение уклона проверяют по данным таблицы 21.2. Таблица 21.2. Во многих случаях практики уклон желоба определяется рельефом местности. При избыточном уклоне целесообразно применять желоба с повышенным коэффициентом шероховатости, а в обратном случае – с пониженным. Порядок расчета гидротранспортных установок. При расчете гидротранспортных установок выполняются следующие операции: - выбирается режим транспортирования на основании анализа трассы (вертикальное или горизонтальное транспортирование) и фракционного состава перемещаемого груза; - определяются критическая и рабочая скорости транспортирования с одновременным выбором объемной концентрации гидросмеси; - определяется или выбирается диаметр трубопровода по критической или рабочей скорости; - определяются потери напора; - подбирается грунтовый насос путем пересчета характеристик. Показатели насосного агрегата (группы насосов) должны соответствовать необходимому расходу и напору, а высота всасывания должна обеспечивать работу насоса вне кавиатационных режимов. Глава 22. Пневматический транспорт 22.1. Общие сведения и классификация Пневматический транспорт находит широкое применение в различных отраслях промышленности: в строительстве, сельском хозяйстве на перегрузочных работах. В пневматических установках груз перемещается по трубопроводу в струе воздуха вследствие разности давлений в начале и конце его благодаря нагнетанию или созданию вакуума с помощью нагнетательных 185 или вакуумных насосов. В качестве воздуходувного оборудования в нагнетательных системах применяют компрессоры, воздуходувки и вентиляторы, а в вакуумных (всасывающих) – вакуум-насосы и вентиляторы. Производительность пневматических установок – несколько десятков, реже 100 т/ч и более, а расстояние транспортирования – десятки метров, иногда несколько сотен метров, а в отдельных случаях – до 2 км и более. К основным преимуществам пневматического транспорта относятся: герметичность системы; отсутствие потерь перемещаемого груза, а следовательно, и предохранение их от влияния внешней среды; возможность перемещения груза по сложной трассе; удобство сопряжения криволинейных участков; легкость обслуживания и создание безопасных условий для обслуживающего персонала; возможность совмещения транспортирования с некоторыми технологическими процессами, например с охлаждением и сушкой. К недостаткам пневмотранспорта можно отнести: высокий удельный расход энергии и интенсивное изнашивание трубопроводов (особенно в местах поворота) при соприкосновении с потоком груза. На эффективность пневматического транспорта значительное влияние оказывает не только крупность кусков перемещаемого груза, но и его физико-механические свойства, особенно такие, как влажность, слеживаемость, налипание, которые затрудняют их отделение в конечном пункте от выпускаемого из трубопровода воздуха. Существуют пневмотранспортные установки, в которых насыпные грузы перемещаются в специальных конвейерах-патронах, обычно цилиндрической формы, перекрывающих подобно поршням сечение трубопровода. Разновидностью пневмотранспортных устройств являются пневможелоба с перфорированным дном, в которых происходит аэрирование (насыщение воздухом) порошкообразных грузов, получающих при этом большую подвижность и перемещающихся по желобу при его незначительном уклоне. По способу получения разности давления в начале и в конце трубопровода пневмотранспортные установки можно разделить на три существенно отличающиеся группы: всасывающие (или вакуумные), нагнетательные (напорные) и комбинированные (всасывающе-нагнетательные). Всасывающие установки с низким вакуумом до 0,01 МПа применяются с использованием вентиляторов; со средним вакуумом до 0,03 МПа с применением воздуходувок и с высоким вакуумом до 0,09 МПа с применением водокольцевых вакуумнасосов. Во всасывающей установке (рисунок 22.1, а ) груз забирается через всасывающую насадку (сопло) 1 в рабочий трубопровод 2 и перемещается до приемного резервуара-отделителя 3 . Здесь груз выпадает из струи воздуха изза резкой потери скорости. Воздух, содержащий мелкую пыль, по трубопроводу 4 поступает в фильтр (пылеулавливатель) 8 , из которого чистый воздух по трубопроводу 5 поступает в вакуум-насос 6 и через воздухоотводную трубу 7 выбрасывается в атмосферу, а груз через шлюзовые затворы 9, 10 (в виде 186 вращающихся барабанов с ячейками) выгружается отдельно из отделителя и пылеулавливателя на транспортные средства 11. Рисунок 22.1. Схемы пневматических установок В низконапорных нагнетательных установках с давлением до 0,2 МПа применяются вентиляторы с высокими напорами, в установках среднего давления до 0,3 МПа – воздуходувки и высокого давления 0,6 МПа – компрессоры. В нагнетательных установках среднего давления (рисунок 22.1, б) груз принудительно с помощью шнека подается в камерный питатель 1, где смешивается со сжатым воздухом, по трубопроводу 2 перемещается в отделитель 3, в котором происходит осаживание груза, а воздух через фильтр 4 выбрасывается в атмосферу. В нагнетательных установках высокого давления (рисунок 22.1, в) сжатый воздух от компрессора через ресивер, маслоотделитель и водоотделитель поступает в камерный питатель 2, из которого груз захватывается струей воздуха, перемещается по трубопроводу 5 и с помощью переключателей 4 направляется в один из приемных устройств 6, а воздух через фильтр 7 выходит в атмосферу. Для лучшего смешивания груза с воздухом на дне питателя укладываются плиты 1, через которые поступает воздух и аэрирует груз. Уровень груза в питателе определяется датчиком-сигнализатором наполнения 3. Когда необходимо забирать груз из нескольких точек и перемещать на значительные расстояния, применяют смешанные пневматические установки. В таких установках (рисунок 22.1, г ) груз забирается через сопло в трубопровод 1 и, пройдя в промежуточном пункте отделитель 4 с пылеулавливателем 5, передается через шлюзовой затвор 3 в нагнетательный трубопровод 6. Расположенная в промежуточном пункте воздуходувка 2 одновременно всасывает воздух из трубопровода и нагнетает в трубопровод. Из нагнетательной ветви смесь воздуха с грузом выбрасывается прямо в закрытый склад или подается в свой разгружатель 7. Эта схема позволяет разветвлять 187 транспортный трубопровод по обе стороны машинной части установки. Она довольно часто применяется для уборки золы из крупных котельных установок. 22.2. Устройство и основные элементы Пневмотранспортные установки состоят из трубопроводов с арматурой, воздуходувных машин, питателей, всасывающих насадок, струйных аппаратов, сопл, отделителей, фильтров. Питатели. Для равномерной подачи сыпучих материалов под давлением в трубопроводы применяют загрузочные устройства, которые можно разделить на камерные, шлюзовые и бескамерные с механическим вводом груза в трубопровод. Для пылевидных и мелкозернистых материалов питатели выполняются с нижней и верхней разгрузкой. На рисунке 22.2 приведены принципиальные схемы однокамерного (рисунок 22.2, а) и сдвоенного питателя (рисунок 22.2, б) с верхней разгрузкой для транспортирования хорошо аэрируемых материалов, особенностью которой является использование эжектора для регулирования концентрации аэросмеси. Работа питателей с верхней разгрузкой (против силы тяжести материала) характеризуется постоянной для данного материала производительностью. Непрерывная работа установки без переключения потока на трубопроводе достигается при двухкамерных питателях с аэрированным материалом и верхней разгрузкой. Рисунок 22.2. Схемы камерных питателей В винтовых питателях горизонтального и вертикального присоединения рабочего трубопровода винты имеют переменный, постепенно уменьшающийся шаг. При этом груз, двигаясь вдоль винта, уплотняется и не пропускает сжатый воздух через цилиндрический кожух. В связи с быстрым изнашиванием винта и кожуха головную часть винта и цилиндрический вкладыш, вставляемый в кожух, делают сменными (рисунок 22.3, а). Питатели для материалов, плохо поддающихся аэрированию, выполняются в основном с нижней разгрузкой. Особенностью их конструктивного 188 выполнения является использование подвода воздуха в камеру через систему сопл. Сжатый воздух в камеры таких питателей подается, как правило, к форсунке, смесителю и в верхнюю часть емкости. В питателе (рисунок 22.3, б) подводящее воздух сопло расположено вертикально, и воздух подхватывает груз в вертикальном патрубке. Предохранительный клапан отсутствует, но впускное отверстие для груза дополнительно перекрыто барабанным ячеечным питателем, регулирующим количество поступающего к винту груза. Рисунок 22.3. Схемы винтовых питателей Отделители. Отделители представляют собой резервуар, в котором скорость струи воздуха в смеси с грузом резко уменьшается, и груз выпадает из струи и собирается на дне резервуара, а затем — через затвор. Для повышения эффективности отделения частиц груза внутри резервуара устанавливают направляющие поверхности из листовой стали, обтекая и ударяясь о которые, аэросмеси изменяют свое направление, что способствует более интенсивному выпадению из нее частиц груза. В схеме отделителя (рисунок 22.4, а ) основная масса частиц груза собирается на дне резервуара, а более легкие частицы выпадают внутри конуса, через который струя движется к выходному отверстию вверху. В отделителях, применяемых при перемещении пылевидных (или содержащих пыль) грузов (рисунок 22.4, б), используется центробежная сила, возникающая в отделителе-циклоне при вращательном движении струи по его кольцевой полости. Смесь воздуха с частицами груза впускается в циклон по касательной и получает вращающее движение, прижимаясь под действием центробежной силы к внешней стенке цилиндра. Благодаря возникающим силам трения скорость частиц груза интенсивно уменьшается. Очищенный от частиц груза воздух отсасывается в верхний патрубок, а груз выпускается через нижнее отверстие. Отделители для перемещения сильно абразивных грузов снабжаются футеровкой (против износа). Объем отделителей определяется конкретными технологическими задачами использования материала. Воздуходувные машины. В зависимости от принятой схемы пневмотранспорта и условий работы применяют центробежные или поршневые воздуходувные машины. Центробежные машины разделяют на вентиляторы и 189 турбомашины разных типов, а поршневые – на ротационные, т.е. с вращательным движением рабочего органа (коловоротные) и с возвратнопоступательным движением поршня. Рисунок 22.4. Отделители груза Воздуходувные центробежные машины применяются на всасывающих установках с высоким разряжением. Они имеют четыре рабочих колеса, последовательно обтекаемые воздушной струей, вал которого вращается с весьма высокой частотой – до 5000-7000 об/мин. Водокольцевые ротационные насосы имеют эксцентрично насаженный по отношению к цилиндрическому кожуху вал с радиальными лопастями, при вращении которой увлекается находящаяся в цилиндрическом кожухе вода, образующая у стенки кожуха водяное кольцо равной толщины (рисунок 22.5, а ) . Через отверстие в поршневых стенках кожуха воздух, с одной стороны, засасывается в специальные ячейки, а с другой – вытесняется. Преимуществами водокольцевого насоса являются простота конструкции и возможности при такой свежей воде регулировать температуру, чтобы избежать перегрева насоса, а также очищать воду от попадающих в нее из воздуха частиц. К недостаткам насоса относятся большие потери на трение воды о стенки кожуха, обусловливающие низкий КПД (0,4-0,45). Двухроторная ротационная воздуходувная машина (рисунок 22. 5, б) имеет два вращающихся навстречу друг другу рабочих элемента, напоминающих по форме восьмерку; с одной стороны (сверху) они засасывают в кожух воздух, а с другой вытесняют его. Сжатие воздуха происходит в боковых пространствах между кожухом и поршнем (штриховая линия на рисунке 22.5, б). Недостатком такой машины является проникновение сжатого 190 воздуха через зазоры между поверхностью рабочих элементов и кожухом, а также между рабочими элементами, возрастающее с увеличением давления и износа. Таким образом, основные типы воздуходувных машин основаны на принципе вытеснения объема воздуха рабочими элементами. Рисунок 22.5. Схемы воздуходувных машин Трубопроводы. В пневмотранспортных установках применяют цельнотянутые толстостенные трубы из обычных марок стали, а также трубы, футерованные каменным литьем, закаленные токами высокой частоты. Помимо труб из низколегированных сталей, широко применяются трубы из качественных сталей, в том числе биметаллических футерованных, а также стеклянные трубы. Для пылевидных материалов применяют резиновые, армированные и пленочные рукава различного диаметра, трубы из искусственной пленки длиной 20-25 м. Разгрузочные и другие гибкие рукава с металлической армировкой выполняют с быстроразъемными соединениями. Также находят применение и резиновые шланги, хотя в них потери давления повышаются (в стеклянных они меньше на 20 % по сравнению со стальными). Важными конструктивными элементами трубопроводов являются всасывающие наконечники, пылезаборные устройства, соединения и отводы (колена). Наиболее рациональными конструкциями наконечников, обладающими высокими гидравлическими и эксплуатационными качествами, являются пылезаборные устройства с угловым (рисунок 22.6, а) и прямоугольным (рисунок 22.6, б) соплами. Эффективность эксплуатации трубопроводов определяется степенью трудоемкости монтажа и демонтажа, сроками службы труб и отводов. Для ускорения сборки труб применяют быстроразъемные соединения, при этом важным моментом является достижение соосности труб. В трубопроводах для ликвидации закупорок используют колена. Известны различные конструкции колен в зависимости от условий эксплуатации. 191 Например, для пылевидных материалов предпочтительнее колена литые, футерованные резиной и камнем; для зернистых и кусковых - с вкладышами из высокопрочных сталей. Часто на предприятиях применяют сварные колена из обычных труб, вложенных в металлический каркас, куда заливается бетон или смесь цемента с корундом. Такие колена отличаются высокой износостойкостью. При перемещении пыли колена футеруют резиной. Лист резины, свернутый в виде рулона, вводится внутрь колена трубопровода. Лист крепят при помощи полуколеса и винтов к вкладышу. Срок службы на песке 69 мес. Отсутствие перекосов, выбоин, задиров и резких переходов сечений – основа эффективной работы пневмотранспорта. Поэтому изготовление и монтаж трассы должны вестись с особой тщательностью, так как небольшое отклонение от прямолинейности приводит к быстрому износу труб, отводов и арматуры. Рисунок 22.6. Схемы пылезаборных устройств Аэрожелоба. Некоторые порошкообразные грузы при насыщении воздухом приобретают свойства текучести, что позволяет применять аэрожелоба для их перемещения. Аэрированные грузы могут перемещаться как по желобу при его незначительном уклоне (2,5-3°), так и по нагнетательному трубопроводу, заполняя его сечение. При этом достигается высокая концентрация смеси, значительное снижение расхода воздуха и уменьшение диаметра трубопровода по сравнению с обычным способом транспортирования. Аэрожелоб (рисунок 22.7) состоит из стальных штампованных секций 4 , соединенных между собой резиновыми прокладками между фланцами. Желоб по высоте разделен пористой перегородкой 6 . В верхнее отделение через точку 3 подается груз, а в нижнее – сжатый воздух вентилятором 1 через дроссель 2, создающий давление, незначительно превышающее атмосферное. Перегородка, изготовленная из пористых керамических плит или нескольких слоев специальной ткани, должна равномерно по всей площади пропускать воздух очень тонкими струйками. Груз выгружается на конце желоба, а воздух 192 очищается, выходя в атмосферу через матерчатые фильтры 5 , которые состоят из фильтрованного сукна и металлической сетки, предохраняющей ткань от вспучивания. Примером установки для транспортирования аэрированного груза по трубопроводу является перегрузочная установка для цемента, наиболее часто применяемая в строительстве. Производительность аэрожелобов достигает более 200 т/ч, а длина – до 40 м. Ширина серийно выпускаемых аэрожелобов составляет 100, 150, 200, 250, 400 и 700 мм. Намечается распространение способа пневматического транспортирования с высокими концентрациями смеси не только на порошкообразные, но и на мелкозернистые и гранулированные насыпные грузы. Эксплуатация и автоматизация пневмотранспорта. Важным условием нормальной эксплуатации пневмотранспорта является сохранение определенной консистенции и скорости аэросмеси в зависимости от рода перемещаемой горной массы, а также от некоторых других факторов, влияющих на процесс транспортирования. Недостаточность аэросмеси и падение скорости ниже допустимого предела приводят нередко к выпаданию частиц и образованию в трубопроводе завалов, а избыточность воздуха ведет к повышенному расходу энергии, износу трубопровода и изменению перемещаемого груза. Для достижения высоких показателей работы пневмотранспортных установок, в особенности для снижения их энергоемкости и износа, а также трудоемкости большое значение имеет автоматизация контроля, управления и регулирования их, особенно автоматического поддержания заданного экономического режима, определяемого конструкцией аэросмеси и скоростью движения ее по пневмопроводу. Как показывает опыт эксплуатации, автоматизация пневмотранспорта позволяет сократить численность обслуживающего персонала на 25-35 % и снизить тем самым затраты примерно на 10 %. Увеличение срока службы оборудования составляет 15-20 %, что дает возможность дополнительно снизить себестоимость перекачки на 5-6 %. Экономия, получаемая от внедрения автоматизации транспортной системы в выгоднейшем режиме, составляет 5-10 % всех эксплуатационных затрат. Автоматическое регулирование пневмотранспортных установок должно обеспечивать поддержание заданных режимов работы в течение длительного промежутка времени, так как эксплуатация их происходит обычно в изменяющихся условиях, а именно при неравномерном притоке аэросмеси и изменении во времени гранулометрических характеристик перемещаемых грузов. Для этого применяют аппаратуру, контролирующую такие параметры, как давление воздуха в трубопроводах, скорость струи воздуха, количество подаваемого в трубопровод груза (регулированием работы питателя) и воздуха (в том числе регулированием частоты вращения воздуходувной машины). Кроме того, на установках используют автоматическую блокировку отдельных элементов – переключателей, затворов, питателей, а также контроль уровня груза в бункерах и пр. 193 Рисунок 22.7. Аэрожелоба для перемещения грузов Разработаны следующие основные типы датчиков регулирования: - для измерения давления во всасывающих и напорных линиях – манометры, вакуумметры, дифманометры; - для изменения расхода (скорости) аэросмеси – электрические, электромагнитные, ультразвуковые и другие расходомеры; - для измерения плотности аэросмеси – пьезометрические, радиоактивные, гидростатические, радиоизотопные и другие расходомеры; - для изменения уровня – радиометрические, емкостные, радиоактивные уровнемеры и электропневматические сигнализаторы. Кроме того, автоматический контроль осуществляется за подшипниками насосов (нагрев, смазка), за положением и состоянием запорной аппаратуры и пр. Глава 23. Пневмоконтейнерный транспорт 23.1. Общие сведения Необходимость создания высокопроизводительных и эффективных транспортных средств привела к разработке нового вида транспортаперемещение одиночных или объединенных в поезда сосудов по трубопроводу под действием перепада давления на торцах подвижного состава, создаваемого воздуходувными агрегатами. Первые системы контейнерного трубопроводного транспорта промышленных грузов были приняты к эксплуатации начиная с 194 1968 г., когда СКВ «Транснефтеавтоматика» и институт «Грузгипроводхоз» спроектировали первую в мире опытно-промышленную установку «Лило-1» (п. Шулавери, Грузия) для доставки гравия из карьера на завод железобетонных конструкций производительностью 640 тыс. т/год и систему на Сычевском ГОКе (Московская обл.) производительностью 8 млн. т/год. В 1976 г. построена трубопроводная контейнерная система для транспортировки 340 тыс. т угля в год. Ведется строительство пневмоконтейнерного трубопровода в г. Дзержинске (Горьковская обл.) и системы «Лило-2» в Грузии. СКВ «Транспрогресс» работает над созданием опытных трубопроводных пневмотранспортных систем КПТ8, ОСБ1, КПТ8, представляющих собой сеть закольцованных транспортных трубопроводов диаметром 1200 мм со станциями погрузки и разгрузки, воздуходувной станции, обеспечивающей перемещение грузов в контейнерах в напорном, вакуумном и напорновакуумном режимах. Характеристика некоторых систем «Транспрогресс» приведена в таблица 23.1. Таблица 23.1. Идет усиленное строительство опытно-промышленной системы КПТ2 («Лило-2») для перевозки щебня из карьера в пос. Шулавери на заводы железобетонных изделий в городах Тбилиси и Марнеули; экспериментальной системы КПТ28, которая обеспечит подачу 280 тыс. т щебня из карьера «Берники» Тульской области на асфальтобетонный завод и железнодорожную станцию; опытно-промышленной системы КПТЗ для удаления бытовых отходов из Санкт-Петербурга на мусороперерабатывающий завод. 195 Разрабатывается ряд проектов системы «Транспрогресс» для различных отраслей народного хозяйства. Проводятся работы по созданию внутризаводских систем пневмоконтейнерного транспорта; так, например, выполнены проектные работы для Сарапульского радиозавода, парфюмерного объединения «Свобода» (Москва), Тутаевского завода дизельных агрегатов ярославского объединения «Автодизель» и др. 23.2. Устройство и основные элементы Основные элементы установки: приводная воздушная станция, контейнерный подвижной состав, линейный магистральный трубопровод и концевые погрузочно-разгрузочные комплексы. Подвижной состав состоит из двух пневмовозов и четырех контейнеров, а также станции погрузки-выгрузки. Ходовая часть контейнера включает в себя две колесные тележки, установленные на продольной оси, и расположенную между ними грузовмещающую емкость. Каждая из тележек может свободно поворачиваться вокруг своей оси. Колеса тележки расположены радиально, подпружинены по внутренней поверхности трубопровода. Недостатком данной конструкции является наличие в составе двух пневмовозов, что значительно уменьшает возможность достижения высокой производительности системы. Загрузка всех контейнеров состава осуществляется одновременно на участке, состоящем из двух вложенных друг в друга труб с окнами. Они соответствуют люкам контейнеров. Совмещением окон и люков в верхнем и нижнем положениях достигается загрузка и выгрузка материала. Особенностью контейнерного транспорта, разрабатываемого институтом ВНИИПИтранспрогресс, является движение состава по направляющему рельсу, прокладываемому в магистральном трубопроводе. Этим достигается увеличение допускаемого удельного давления на опорноходовой аппарат, а следовательно, повышение грузоподъемности подвижного состава, направленность движения по магистральному трубопроводу и на участках погрузки-выгрузки. Однако технологические трудности прокладки, направляющей в трубопроводе, и повышенная металлоемкость системы значительно ухудшают технико-экономические показатели пневмоконтейнерных установок данного типа. Двухтрубная система (рисунок 23.1, а ) непрерывного действия протяженностью 3 км, предназначенная для транспортирования гравийнопесчаной смеси, установлена на Сычевском ГОКе (Московская обл.). Диаметр трубопровода 1200 мм, масса контейнера с грузом 9,2 т, удельная энергоемкость 1,15 кВт-ч/т. Однотрубная система (рисунок 23.1, б) периодического действия для транспортирования песка и щебня от порта до завода ЖБК построена в Горьковской обл. (г. Дзержинск). Движение груженых составов, состоящих из 196 восьми контейнеров полезной грузоподъемностью 56 т, осуществляется нагнетанием, возврат порожнего состава – вакуумированием пространства трубопровода перед ним. Особенностью данной системы является спаренный погрузочный комплекс, позволяющий предварительно загружать состав и по двум пускоприемным трубопроводам отправлять их в разгонный участок магистрального трубопровода. Рисунок 23.1. Пневмоконтейнерная установка двухтрубная (а) и однотрубная (б) За рубежом значительно повысился интерес к пневмоконтейнерному транспорту, при этом особо отмечается широкое распространение систем перемещения твердых материалов в горной промышленности. В США работает трубопроводная пневмоконтейнерная система для перемещения угля на расстояние 500 м. Диаметр трубопровода 400 мм, производительность 40 т/ч. Ожидается, что при достижении производительности 600 т/ч такие транспортные системы будут наиболее экономичными и найдут широкое применение. Интересные работы в этом направлении проводятся в Японии, где построен экспериментальный трубопровод диаметром 900 мм и длиной 1500 м для транспортирования известняка в закрытых капсулах. Полученные экспериментальные данные положены в основу расчетов проекта трубопроводной транспортной системы длиной 30 км, диаметром 2032 мм и производительностью 1800 т/ч. Перепад высот составляет 300 м, скорость движения составов: груженых 17 м/с, порожних 14 м/с. Контейнерный подвижной состав состоит из 10 транспортных единиц общей длиной 50 м. Установленная мощность системы равна 5500 кВт, в том числе приводных воздуходувных станций 4800 кВт. Широкое применение пневмоконтейнерных систем обусловлено следующими основными ее преимуществами: - максимальная сохранность транспортируемого материала; - транспортирование материала по кратчайшему технологическому маршруту; - простота строительства линейного транспортного трубопровода; - возможность прокладки трубопровода в условиях большой концентрации инженерных коммуникаций; 197 - полная автоматизация погрузочно-разгрузочных и транспортных операций; - снижение численности обслуживающего персонала. Пневмоконтейнерная система состоит из следующих основных узлов. Транспортный трубопровод выполняется из секции стальных труб, соединенных сваркой с помощью фланцев. В перспективе стальные трубы могут быть заменены железобетонными, асбоцементными, пластиковыми и др. Толщина стенок стальных труб диаметром 1000 и 1200 мм – 8-10 мм. Установки рассчитаны на рабочее давление сверх атмосферного на 0,1 МПа. Станция погрузки состоит из системы торможения поездов, посредством которой осуществляется остановка порожнего состава и его выставление в положение погрузки; камеры погрузки, выполненной в виде поворотного участка трубы (ее диаметр равен диаметру транспортного трубопровода) с загрузочными окнами, которые автоматически закрываются крышками; бункеров с дозаторами поворотного типа, обеспечивающими дозирование по объему. Станция разгрузки включает в себя систему торможения, посредством которой осуществляется остановка груженого поезда и его выставление в положение разгрузки; камеру разгрузки, аналогичную по конструкции с камерой погрузки и смонтированную на эстакаде; приемные бункера, расположенные под камерой разгрузки. Контейнерный поезд состоит из 2-3 пневмовозов и 6-14 контейнеров. Пневмовозы несут на себе секторные уплотнения специальной конструкции, которые обеспечивают постоянство зазора между манжетами и внутренней стенкой трубопровода при имеющих место отклонениях диаметров отдельных труб от номинального значения и правильной геометрической формы поперечного сечения. Пневмовозы и контейнеры соединяются в поезд с помощью сцепок. В качестве ходовой части пневмовоза и контейнеров служат колесные тележки, имеющие по пять радиально установленных колес. Воздуходувные станции движут поезда за счет перепада давления, создаваемого воздуходувными агрегатами (трубовоздуходувками, нагнетателями, компрессорами, вакуум-насосами), установленными вдоль транспортного трубопровода на воздуходувных станциях. Система автоматически обеспечивает полную автоматизацию рабочих процессов. Важнейшей рабочей частью установки является система автоматического управления движением поездов. Глава 24. Тенденции развития и сферы рационального использования средств промышленного транспорта 24.1Тенденции развития видов промышленного транспорта Тенденции развития видов промышленного транспорта в основном совпадают с тенденциями развития аналогичных видов магистрального 198 транспорта. Так, для железнодорожного промышленного транспорта характерны следующие направления развития: увеличение доли электрифицированных дорог, повышение грузоподъемности транспортных средств, увеличение доли и расширение номенклатуры специализированного парка вагонов, автоматизация производственных процессов и т.д. Автоматизация технологических процессов, как показал зарубежный и отечественный опыт, уменьшает общее время транспортировки на 25 %, повышает пропускную способность на 10-30 %, а скорость движения на 30-35 %. Перспективна тенденция объединения железных дорог отдельных предприятий, связанных общей технологией производства или развозкой определенного груза, в единую систему без включения в нее магистральных дорог (по примеру круговой железной дороги США). Прообразами такой системы можно считать систему обслуживания комбинатом «Экибастузуголь», продукция которого перевозится по железной дороге в кольцевых маршрутах 15 крупным электростанциям; систему «Ритм» на Московской и ЮгоВосточной железных дорогах при перевозке руды на Новолипецкий металлургический комбинат (Россия) и др. Для автомобильного промышленного транспорта перспективна разработка большегрузных самосвалов и других специализированных автомобилей разнообразных конструкций, более широкое применение электромобилей, а также широкая автоматизация транспортного процесса, особенно при перевозках в карьерах. Важным направлением является развитие транспорта непрерывного действия, увеличение протяженности его линий, внедрение автоматизированных систем управления, а также повышение эффективности механизации перегрузочных работ, что влияет на оборот транспортных средств и показатели работы магистральных видов транспорта. Промышленный транспорт находится в прямом контакте с магистральным транспортом, с помощью которого осуществляется более 90 % отправлений и свыше 80 % прибытия грузов. Поэтому выработка согласованной технической, технологической и экономической политики взаимодействия промышленного и магистрального транспорта является весьма важной задачей. 24.2 Сферы рационального использования различных видов промышленного транспорта Сфера применения того или иного вида промышленного транспорта определяется прежде всего номенклатурой грузов, мощностью грузопотоков и дальностью перевозок. Так, уголь, железорудный концентрат, песок, щебень, песчано-гравийная смесь и другие массовые навалочные грузы могут перевозиться практически любыми видами промышленного транспорта. Железнодорожный и автомобильный транспорт применяются для перевозки всех видов грузов (до 80 % всех внутрипроизводственных 199 перевозок). Пневмотранспорт используется при перевозке бытовых отходов, песка, гравия и других насыпных грузов, гидравлический – насыпных грузов, в том числе глины, угля, мела, фосфогипса и т. п.; подвесной – длинномеров, тарных грузов (в бочках, ящиках, поддонах). Основные массовые грузы на предприятиях многих отраслей промышленности перевозятся железнодорожным промышленным транспортом. Выполняемый им объем перевозок в 3 раза превышает объем работы магистрального железнодорожного транспорта и в 6 раз – объем перегрузочных работ на всех видах транспорта общего пользования. Причем наибольшее значение он имеет на предприятиях черной металлургии (45 % по объему и 37,6 % по грузообороту), в угольной промышленности (соответственно 22,8 и 30,1 %), в промышленности строительных материалов (соответственно 10,5 и 8,9 %). Промышленный транспорт некоторых отраслей, особенно черной металлургии и угольной промышленности, располагает разветвленной сетью подъездных железнодорожных путей, специализированным подвижным составом (хопперы для кокса, думпкары, большегрузные платформы для крупногабаритных и тяжеловесных грузов и др.), устройствами комплексной механизации и автоматизации перегрузочных и складских работ, которые способствуют понижению себестоимости перевозок и повышению производительности труда. Автомобильный транспорт при сравнительно небольших объемах перевозок (20-25 млн. т в год) используется в карьерах в качестве основного, а при больших объемах – в комбинации с другими видами транспорта, т.е. в смешанном сообщении. Доля автотранспорта в перевозках из карьеров нерудных ископаемых, цветных металлов и горно-химического сырья составляет 85-90 %; горной массы для черной металлургии – около 40 %. Трубопроводный пневмотранспорт применяют для транспортировки твердых грузов в цилиндрических контейнерах или вагонетках под действием воздушной струи при наличии грузопотоков в 0,1-5 млн. т в год. Гидравлический транспорт транспортирует грузы в виде водных смесей пульпы, что в свою очередь требует измельчения крупных фракций груза при отправке и удаления воды у грузополучателя. Процесс обезвоживания грузов происходит на специальном оборудовании, что несколько усложняет систему транспортировки. Гидравлический транспорт широко применяется для непосредственной связи нескольких предприятий. Например, между Норильским ГОК и местным металлургическим комбинатом перевозка рудных концентратов осуществляется данным видом транспорта на расстояние 40 км; в системе Стойленский ГОК - Новолипецкий металлургический завод расстояние перевозки составляет 230 км (Россия). Трубопроводный промышленный транспорт широко используется для транспортировки жидких грузов (спиртов, молока, нефтяных производных и т.п.) во многих отраслях. 200 Подвесные канатные дороги применяются в условиях сложного рельефа местности при объемах перевозок 2 млн. т в год на расстояние 20-30 км. Их применяют также при раздельном расположении производственных территорий. Канатные дороги широко используются в рудниках, в производстве стройматериалов, в текстильной и других отраслях промышленности. Конвейерный транспорт эффективно применяют при потоке грузов 3-5 млн. т в год на расстояние до 20 км. В производстве нерудных строительных материалов по нему транспортируются грузы непосредственно от карьера до перерабатывающего производства или грузовой станции. На металлургических предприятиях конвейеры используются для доставки руды и другого сырья в бункер доменного и сталеплавильного цехов и т.п. Водные виды промышленного транспорта применяются в промышленном производстве, расположенном на берегах рек, озер и морей. Воздушный промышленный транспорт представлен в основном как внешний, в частности для снабжения производств, основа которых – сборочный конвейер. 24.3 Новые виды транспорта Когда говорят о новых видах транспорта, то имеют в виду транспортные средства, существенно отличающиеся от традиционных либо двигателем, либо движителем, либо взаимодействием их с опорной поверхностью. С этих позиций к новым видам относят действительно оригинальные системы, предложенные в наше время в результате научно-технического прогресса и не имевшие аналогов в прошлом. Однако новыми нередко называют средства, появившиеся сравнительно давно, но не получившие широкого применения и ныне возрожденные, как правило, на современной технической основе. В настоящее время новые виды транспорта создаются и предлагаются для всех видов сообщений: дальнего, местного, пригородного и городского. Создание этих средств обусловлено не только естественным ходам развития науки и техники. Сегодня можно назвать примерно 4 десятка новых видов транспорта наземных, водных, воздушных и комбинированных, из которых некоторые уже прочно вошли в жизнь и, по существу, потеряли право называться новыми. Это суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке, вездеходы, пассажирские конвейеры (движущиеся тротуары) и ряд других. Однако большая часть средств названной категории представлена экспериментальными образцами или проектами и техническими условиями для конструкторов. Если отбросить явно нереальные, незрелые и просто курьезные предложения, то заслуживающими серьезного внимания можно назвать, прежде всего, монорельсовые дороги, аппараты на воздушной подушке и магнитной подвеске, новые конвейерные системы, средства электротранспорта, аппараты с инерционными двигателями. 201 24.3.1 Специальные монорельсовые дороги В 1895 г. инженер И. В. Романов построил подвесную электрическую монорельсовую дорогу для перевозки грузов на территории одесского городского ломбарда. В 1897 г. монорельсовая дорога И. В. Романова была сооружена в Петербурге, а в 1899 г. в Гатчине под Петербургом-20-верстная ветка монорельсовой дороги, по которой ходил небольшой пассажирский вагон. Первой реальной пассажирской дорогой такого типа считается городская дорога, сооруженная в 1901-1903 гг. в Вуппертале (Германия). Большим ее недостатком был шум при движении металлических колес по металлическому рельсу. В последующие примерно полвека особого интереса к таким дорогам не проявлялось, если не считать монорельсовых подвесных конвейеров, применявшихся на промышленных предприятиях, главным образом в машиностроении. Во второй половине XX столетия появилось несколько пассажирских дорог в различных странах, преимущественно в качестве аттракциона в городских парках, а также на выставках. Монорельсовая дорога состоит из железобетонной или металлической балки (рельса), поднятой на 4-7 м над поверхностью земли и опирающейся на бетонные опоры, и подвижного состава (вагонов) с колесами на малошумном пневматическом ходу. - Из действующих ныне в мире монорельсовых дорог наиболее длинной (13,2 км) является дорога, связывающая центр Токио с аэропортом. Ее трасса на значительном протяжении проходит по прибрежной полосе моря, здесь курсируют поезда в 3 и 6 вагонов со скоростью до /и км/ч. Такого же типа дорога сооружена в развлекательном парке «Диснейленд» (США). К числу подвесных дорог можно отнести небольшую линию в Дюссельдорфе (Германия), где применены вагоны на 30-35 пассажиров, движущиеся со скоростью 35 км/ч под контролем ЭВМ. Все современные монорельсовые дороги имеют электротягу и получают энергию от контактного провода (шины). Поезда на большинстве дорог состоят из 1-6 вагонов и развивают максимальную скорость 70-125 км/ч. При использовании многовагонных поездов провозная способность их может достигать 40 тыс. пассажиров в час, т. е. уровня современных метрополитенов. В то же время стоимость сооружения подобных дорог примерно в два раза ниже, чем подземного метро. Следовательно, монорельсовая дорога такого типа может оказаться эффективным средством городского (пригородного) транспорта, если имеются соответствующие свободные площади для прокладки трассы. 24.3.2 Аппараты на воздушной подушке Идея использования воздушной подушки в транспортных средствах с целью резкого снижения трения, возникающего при контакте подвижного состава с опорной поверхностью, применительно к водному транспорту зародилась давно. В 1853 г. в России было создано судно на воздушной подушке, которое назвали 202 «Духоплав». О возможности создания таких аппаратов писал К. Э. Циолковский. В настоящее время такие суда, хотя и в небольших количествах, построены и эксплуатируются во многих странах. Главные их преимущества заключаются в большой скорости (реально до 125-150 км/ч) и вездеходности, то есть возможности движения не только над водной поверхностью и ровными безлесными болотами, но и по ровному сухопутью. Эти достоинства еще в 50-60х годах побудили конструкторов к разработке своеобразных автомобилей на воздушной подушке. Сухопутные аппараты (автомобили) на воздушной подушке создавались в виде экспериментальных образцов, в частности, в СССР, Франции, Англии и других странах. Под днища таких машин компрессорами нагнетался воздух, свободный выход которого несколько затруднялся «гибкой юбкой», опоясывающей днище автомобиля. С началом работы компрессоров автомобиль приподнимался над поверхностью земли, но одно колесо (или несколько) оставалось в контакте с ней, чтобы обеспечить аппарату горизонтальную тягу. Для устойчивости автомобиля при движении по неровностям и более экономного расхода энергии на создание воздушной подушки в некоторых конструкциях под днищем выделялось несколько круглых участков, которые ограждались замкнутыми вокруг них «юбками». Так, аппарат системы Бертэна (Франция) опирался на 8 круглых низких и широких воздушных цилиндров. Нужно отметить, что из-за большого расхода энергии на образование подушки, шума, пыли и недостаточной устойчивости аппарата при движении по суше эксперименты были повсеместно прекращены, хотя создание специальных прицепных платформ для перевозки тяжелых грузов и конструкций продолжалось (такие устройства находят применение для перемещения, например, буровых вышек, контейнеров и т. п.). Наиболее обстоятельные теоретические и экспериментальные исследования в этой области проводились с 60-х годов во Франции. Здесь на участке Гомец Лимур (6 км) была сооружена опытная модель монорельсовой дороги на воздушной подушке. В качестве рельса была применена железобетонная балка в виде опрокинутой буквы «Т», уложенная на опорах. Под днище вагона, опирающегося на эту балку, нагнетался воздух, создававший тонкую подушку («смазку»), обеспечивающую движение практически без трения. На указанной модели, где вагон имел массу 2,5 т и вмещал 4 человека, были достигнуты следующие уровни скоростей: 200 км/ч при дизеле мощностью 225 л. с; 303 км/ч при той же силовой установке плюс ракетные ускорители мощностью 1700 л. с; 345 км/ч при турбореактивном двигателе и ракетных ускорителях общей мощностью 2700 л. с. Торможение осуществлялось с помощью реверса реактивного двигателя и двух парашютов. За два года испытаний на этой модели было выполнено около 3 тысяч рейсов. Результаты исследований позволили принять решение о строительстве полномасштабного вагона на 84 пассажира и опытного участка длиной 18 км (у Орлеана) с использованием турбовинтовой тяги для обеспечения скорости движения 250-300 км/ч. Эксперименты с лабораторной моделью снаряда на воздушной подушке проводились в Японии, с помощью реактивной тяги были достигнуты высокие 203 дозвуковые скорости (920 км/ч) и даже сверхзвуковые. Разработка подобных проектов велась также в Англии и США, однако эти проекты остались нереализованными из-за их высокой стоимости. 24.3.3 Транспортные средства на магнитной подвеске Более перспективными (экономичными и менее шумными) признаны системы с использованием магнитной подвески подвижных единиц над путем. Они берут свое начало от лабораторных моделей, созданных в 30-е годы. С начала 70-х годов созданием транспорта на магнитной подвеске наиболее основательно занялись некоторые фирмы Германии, которые построили опытный полигон (кольцо) для испытания модели вагона, а затем и образцов, выполненных в натуральную величину. Позднее аналогичные исследования были развернуты в Японии, Англии и других странах. Принцип действия системы весьма прост: на пути и на вагоне устанавливаются магниты, обращенные одноименными полюсами друг к другу; в результате взаимодействия магнитов вагон висит над путем, образуя зазор порядка 10-15 мм. Необходимый зазор может поддерживаться и под действием одной системы магнитов, укрепленных, допустим, на вагоне: притягиваясь к путевым металлическим шинам (рельсам) снизу, магнит будет приподнимать вагон. Для горизонтального движения могут быть использованы винтомоторные установки, реактивный двигатель или линейный электродвигатель. Следует отметить, что конструктивная разработка таких транспортных систем оказалась достаточно сложной и капиталоемкой. В качестве магнитов могут быть использованы мощные постоянные магниты или электромагниты. С позиции экономии электроэнергии целесообразнее применять сверхпроводящие электромагниты, но они остаются еще достаточно сложными и дорогими в изготовлении и в эксплуатации. Винтомоторная и реактивная тяга, применявшаяся в экспериментах, признается малопригодной из-за недопустимого шума. Поэтому во всех позднейших проектах преимущество отдано линейному электродвигателю, где ротором служит металлическая шина на пути, а статором-индукторы, установленные на подвижном составе, но этот двигатель еще нуждается в совершенствовании. Поезда на магнитной подвеске в силу своей экологической чистоты желательны в первую очередь в городах. В СССР был разработан проект подобной дороги для Алма-Аты, где поезда могут развивать скорость до 100 км/ч, а на пригородных линиях-до 200 км/ч. Первой, из построенных городских линий протяженностью немногим более 600 м, где использована магнитная подвеска, считается двухпутная линия, связывающая железнодорожный вокзал с аэропортом в Бирмингеме (Англия). Здесь поезд состоит из двух легких вагонов из стеклопластика вместимостью 40 пассажиров и следует со скоростью 40 км/ч., управляемый ЭВМ (без машиниста). При включении тока электромагниты поднимают вагоны поезда на 15 мм над путем и удерживают их с таким зазором с помощью автоматики, ретуширующей силу 204 тока в электромагнитах. Поступательное движение поезда осуществляется линейным электродвигателем. На испытательном полигоне в Японии была достигнута скорость поезда на магнитной подвеске, равная 517 км/ч. В этой стране испытано уже несколько образцов вагонов на магнитной подвеске, в том числе со сверхпроводящими магнитами. Западногерманские фирмы достигли на опытных пробегах поездов на магнитной подвеске скорости более 300 км/ч, а с увеличением длины испытательного пути рассчитывают получить скорость свыше 400 км/ч. В условиях настоятельной необходимости экономии нефтяного топлива сверхскоростные средства на магнитной подвеске при скорости до 500 км/ч могут оказаться конкурентоспособными воздушному транспорту на расстояниях 1000-2000 км. 24.3.4. Новые конвейерные системы Различные конвейеры занимают видное место в транспортной системе страны. Особенно велика их доля в рамках так называемого промышленного транспорта. Наибольшее распространение здесь получили ленточные конвейеры, рольганги, скребковые и др. По существу, к конвейерным системам следует отнести все разновидности гидро- и пневмотранспорта твердых грузов, а также трубопроводы для перекачки жидкостей. Примерно 10 лет назад в Голландии был создан ленточный конвейер на воздушной подушке для транспортировки гранулированных и порошкообразных грузов производительностью около 700 куб. м/ч при скорости ленты 3,9 м/с. Характерной особенностью этого конвейера является желобообразная перфорированная платформа, на которую опирается несущая лента. При работе через отверстия под ленту подается воздух, который создает устойчивую подушку, резко снижающую трение между лентой и желобом. Благодаря этому расход энергии в целом остается таким же, как и у обычных конвейеров, во он легко трогается под нагрузкой, а в конструкции значительно меньше подвижных частей, что повышает надежность установки и сокращает расходы на техническое обслуживание и ремонт. Сравнительно новым видом являются пассажирские конвейеры, которые часто, но не всегда обоснованно называют движущимися тротуарами. Имеющийся опыт использования пассажирских конвейеров за рубежом и в отечественной практике позволяет рассматривать их как средства вспомогательного транспорта для перемещения пассажиров на коротких расстояниях в местах массового скопления людей. Такие средства находят все большее применение на переходах под улицами и площадями, в метро, в аэропортах, на вокзалах, а также на заводах, в крупных магазинах, в парках, на выставках и т. п. Обеспечивая постоянную скорость, эти конвейеры упорядочивают пассажирский поток вне зависимости от темперамента и физических возможностей разных людей к передвижению и в конечном счете существенно повышают пропускную способность узких мест на пути движения пешеходов-пассажиров. 205 По конструкции такие средства передвижения достаточно разнообразны. Это ленточные, пластинчатые, тележечные конвейеры с различными приводами, а также системы с открытыми и закрытыми (кабинами) сиденьями. Наряду с односторонними существуют двусторонние конвейеры, замкнутые в вертикальной или горизонтальной плоскости. На большинстве ленточных конвейеров применяется стальная, как правило обрезиненная, лента шириной 0,6-1 м, которая лежит на ведущих и опорных роликах. Тележечные конструкции близко напоминают эскалаторы, широко распространенные в метро. Конвейеры обеспечивают не только горизонтальное, но и наклонное перемещение с углом не выше 15°. Скорость движения обычно составляет 0,6-0,9, реже -1,0 м/с. Чтобы уберечь конвейеры от прямого воздействия атмосферных осадков и создать большие удобства для пешеходов, пассажирские конвейеры (если они не находятся в зданиях) прокладываются либо в туннелях, либо в специально сооруженных галереях. Рядом с движущейся лентой конвейера, которая ограждается барьерами с подвижными поручнями, как в метро, нередко оставляется дорожка для пешеходов, не желающих двигаться на конвейере. К настоящему времени у нас уже накопился некоторый опыт сооружения и эксплуатации пассажирских конвейеров, который позволяет более обоснованно выбирать сферы их применения и изыскивать методы снижения энергозатрат, а также совершенствовать конструкции этих устройств для повышения долговечности и надежности основных деталей и узлов (в частности, лент), особенно при работе конвейеров на открытом воздухе. Сложную техническую проблему представляет реализация идеи многополосного конвейера, где каждая рядом лежащая лента движется примерно в 2 раза быстрее. При наличии, например, четырех полос, движущихся со скоростями соответственно 1, 2, 3 и 4 м/с, пешеход может выбирать приемлемую для него скорость передвижения. 24.3.5 Дирижабли К. Э. Циолковский отмечал: «Не забывайте, что космос начинается в метре от Земли. А из всех космических аппаратов ближе всего к Земле, конечно, дирижабль». Управляемые дирижабли, созданные в 1900 г. в Германии, «Цеппелин» и «Гиндербург» продемонстрировали всему миру свою мощь и работоспособность. Они совершали кругосветные полеты, регулярные сообщения между Европой и Северной Америкой, а также применялись Германией в годы Первой мировой войны. Первый русский дирижабль создан в 1925 г. В нашей стране было построено 15 дирижаблей и разработано 10 новых проектов, однако в 1930-е годы эра дирижаблей закончилась из-за нерешенности целого рада технических вопросов. Энергетический кризис 1970-х годов дал новый толчок к развитию дирижаблестроения. Сфера применения дирижаблей достаточно широка: пассажирские перевозки на небольшие расстояния, монтаж строительных конструкций, доставка грузов в труднодоступные для других видов транспорта районы, патрулирование определенных территорий, перевозка крупногабаритных 206 или тяжеловесных грузов, туризм, осмотр и снабжение морских нефтепромыслов, фотогеодезия и магнитная съемка, спорт и др. Дирижабль может быть конкурентом другим видам транспорта. Проект пассажирского дирижабля на 192 чел. предполагает стоимость техники, коэффициент использования которой к тому же крайне низок. Кроме того, от протаскивания волоком тягачами оборудования для буровых и других установок остается «мертвая» полоса земли шириной 50-70 м, растительный покров на которой восстанавливается лишь через 10-15 лет. Преимущества дирижаблей состоят в бесшумности и незначительной вибрации, экологической чистоте, экономичности, возможности вертикального взлета-посадки, независимости от погодных условий. Чем грузоподъемнее аэростатический летательный аппарат, тем ниже себестоимость перевозки на нем. В настоящее время эксплуатируются дирижабли грузоподъемностью 16-30 т (Россия, США, Япония и др.). Эксплуатируемый 24-тонный дирижабль при скорости 100-125 км/ч имеет дальность полета 2600 км. Для перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов в США существуют проекты дирижабля с вертикальной тягой несущих винтов (гелиостата) грузоподъемностью до 250 т при дальности полета 180 км. Основными проблемами развития дирижаблестроения являются: создание гибридных конструкций-дирижабля с воздушным винтом, реактивным и другим типом двигателя, что особенно важно при взлете и посадке (английская фирма «Скайшип»); широкое применение бортовых ЭВМ для решения вопросов управления; поиск и применение новых высокопрочных материалов для основных агрегатов дирижабля, в том числе композитных; создание бортовых грузоподъемных механизмов; борьба со статическим электричеством при эксплуатации; грозозащита; антиобледенение; проектирование оригинальных конструкций укрытия подвижного состава и др. Проект пассажирского дирижабля для перевозок между Нью-Йорком и Атлантик-Сити на трассе протяженностью 195 км предполагает получение 16,8 млн долл. прибыли в год при обслуживании пассажиропотока в 168 тыс. чел. Подобные проекты имеются и в России. Пример тому-проект транспортного дирижабля большой дальности полета и грузоподъемности ДЦ-Н1, предлагаемый группой российских ученых, работающих под эгидой Русского воздухоплавательного общества. Грузоподъемность дирижабля до 200 тонн крупногабаритных грузов (машин и оборудования), дальность полета-до 15 тыс. км при скорости 150 км/час. Длина такого дирижабля составляет 270 м, высота оболочки-55 м, наружный ее объем-400 тыс. куб. м. Требуемая скорость полета обеспечивается девятью двигателями, размещенными в носовой и кормовой частях. Остов аппарата-ажурные ферменные конструкции, соединенные тросами. Оболочка из композитных материалов. Внутри нее расположены баллоны с гелием для создания необходимой подъемной силы. Современный комплекс бортового оборудования ДЦ-Н1 - навигационная и пилотажная аппаратура, аппаратура радиосвязи-обеспечит круглосуточное пилотирование в сложных погодных условиях. 207 Для радиолокационного и экологического патрулирования, энергетической, аварийно-спасательной, санитарно-медицинсюй службы, для эвакуационной и других нужд труднодоступных районов разрабатывается дирижабль МД-900 со сменными модулями различного назначения. Его грузоподъемность 3 тонны, дальность 4 тыс. км. на высоте 1000 м. Длина аппарата-61 м, объем оболочки9050 куб. м. Разрабатывается также одноместный дирижабль для воздушного патрулирования [20]. 208 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Александров А.М., Лурье М.В., Кованов П.В, Контейнерный трубопроводный пневмотранспорт. М.: Машиностроение, 1979. 263 с. 2. Балабаев О.Т. Совершенствование конструкции отклоняющих барабанов грузовой ветви рудных ленточных конвейеров. Дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. Караганда: КарГТУ, 2010, 106 с. 3. Гриневич Г.П. Комплексная механизация и автоматизация погрузочноразгрузочных работ на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1981. 343 с. 4. Данияров А.Н. Основы выбора средств поточного транспорта. Караганда: КарПТИ, 1980. 75 с. 5. Данияров А.Н., Хайруллин Т.X. Специальные виды промышленного транспорта. Ч. 1. Караганда: КарПТИ, 1981. 81 с. 6. Данияров А.Н., Малыбаев С.К. Специальные виды промышленного транспорта. Ч. 2, 3. Караганда: КарПТИ, 1983-84.159 с. 7. Дьячков В. П. Подвесные конвейеры. М.: Машиностроение, 1976. 320 с. 8. Зенков Р.Л., Ивашков Н.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 1980. 304 с. 9. Коновалов В.С., Короткина Т.В., Рогожина Н.В. Области эффективного взаимодействия специальных и универсальных видов транспорта. М.: Транспорт, 1977.- 383 с. 10. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Выш. шк., 1983. 350 с. 11. Малыбаев Н.С. Повышение технического уровня пластинчатых конвейеров. Дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. Караганда: КарГТУ, 2006.-170 с. 12. Малыбаев С.К., Данияров А.Н. Специальные виды промышленного транспорта.-М.: Транспорт, 1993.- 208 с. 13. Научно-исследовательский отчет «Повышение эффективности работы магистрального ленточного конвейера на руднике «Нурказган». Караганда: КарГТУ, 2010. 14. Пертен И.А. Крутонаклонные конвейеры. Л.: Машиностроение, 1977;214 с. 15. Подвесные канатные дороги/М.Б. Беркман, Г.Н. Бовский, Г.Г. Куйбида, Ю.С. Леонтьев.-М.: Машиностроение, 1984.-264 с. 16. Промышленный транспорт: Справочник проектировщика /Под ред. А.С. Гельмана, С.Д. Чубарова.- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1984.415 с. 17. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины.-М.: Машиностроение, 1983.- 487 с. 18. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт (техника и технология, инж. расчеты).-3-е изд., перераб. и доп.-М. : Недра, 1980.- 293 с. 19. Смолдырев А.Е. Гидро-, пневмотранспорт металлургии (техника и 209 технология, инж. расчеты).-3-е изд., перераб. и доп.- М.: 1985.- 280 с. 20. Симонов А.К. Общий курс транспорта. СПб: ИВЭСЭП, Знание, 2004.148 с. 210