Качающиеся транспортеры

Назначение, принцип действия и применение Качающиеся конвейеры — транспортирующие устройства без специального тягового органа, их схемы показаны на рисунке 73, а, г и д. Транспортирование груза совершается последовательно повторяющимися перемещениями или скачками груза по грузонеcущему органу. В зависимости от характера и режима движения различают конвейеры: инерционные с постоянным или изменяющимся давлением гру­за на дно, в которых груз перемещается, не отрываясь от дна желоба, скольжением; вибрационные, в которых перемещение совершается микроброс­ками с отрывом частиц груза от дна желоба. В сельскохозяйственном производстве качающиеся конвейеры пока не получили надлежащего распространения. Опыт примене­ния мал и относится главным образом к сельскохозяйственным машинам. Качающиеся конвейеры могут найти более широкое применение с экономическим эффектом: снижение удельных энергоем­кости и металлоемкости, габаритов машин и установок, уменьше­ние строительной высоты зданий — кормоцехов, зерноочиститель­ных токов и т. п. Особый интерес представляют вибропитатели, могущие транс­портировать груз равномерным непрерывным потоком или пор­циями. К недостаткам качающихся конвейеров относятся: повышенный износ желоба при транспортировании абразивных грузов; труд­ность перемещения липких грузов; передача вибрационных нагру­зок на конструкции установок и машин и шум. Применяемые инер­ционные и вибрационные транспортеры для элеваторов и складов имеют производительность 5... 140 т/ч, длину транспортирования 2,6...50 м, размер желоба или трубы 0,15...1,0 м, мощность 0,6... 14,0 кВт, амплитуду 0,2... 12 мм и частоту колебаний 500...6000 1/с.  

Инерционные конвейеры с жестким приводом
Привод конвейера осуществляют в виде простого шатунно-кривошипного (см. рис. 73, а) механизма или двухкривошипным качателем и др.

Рис. 73. Схемы качающихся конвейеров: а — инерционного с переменным давлением груза на дно желоба; б — поперечное сечение желоба; в — диаграмма скоростей и ускорений; г — вибрационный опорный; д — вибрацион­ный подвесной с двухмассовым приводом; 1, 4 и 7 — грузонесущие желоба; 2, 5 и 5 - опор­ные подвесные устройства; 3, 6 и 9 — возбудители колебательного движения.



Рис. 74. К расчету виброконвейеров: а — схема действия сил; б — траектории дви­жения элементов груза. 

Конвейер с постоянным давлением на дно желоба совер­шает плоские колебательные движения. На материальную  частицу действуют силы Q =  mg; F = fmg и Р_и = та.

Частица переместится по желобу при условии Р_и  ≥ F. Перемещение возможно по хо­ду движения материала и про­тив него. Но путь скольжения вперед по ходу s₁ больше, чем против хода s₂. Тогда транс­портирующая способность кон­вейера Т = (s₁ – s₂)/s, (220) где s — ход желоба; очевидно; большие значения Т обеспечи­вают при принятом ходе желоба более высокую скорость переме­щения груза. Наибольшая транспортирующая способность T = 1,0...1,65, даль­нейшее увеличение ее приводит к возрастанию динамических на­грузок.

При наклонном расположении желоба конвейера скорость транспортирования зависит от угла наклона в (рис. 74, а). Частица материала на наклонном желобе находится под действием: силы тяжести Q = mg, нормальной реакции желоба N = Q cosв, состав­ляющей от силы тяжести Q sinв, силы трения частицы о желоб fQ cosв и силы инерции частицы Р_и = та. Тогда из условий пре­дельного равновесия при коэффициенте трения f = tgц в момент начала скольжения частицы вверх и вниз ускорения получим

Таким образом, транспортирование вниз возможно при любых: углах уклона, но при в > ц начинается самотек. Транспортирование вверх по уклону возможно только при малых углах в. Производительность инерционных конвейеров определяют пo формуле П = 3600шгFх_с (221) где ш = 0,5...0,8 — коэффициент наполнения желоба или трубы; F — площадь желоба (ВЧАh₀) при h₀ = (0,4...0,6)В или тру­бы 0,785 D²; х_c ≤ (0,15...0,45) м/с — средняя скорость транспортирования определяемая по диаграмме (см. рис. 73, в), или х_c = Sn/60 или n = 40...85 об/мин (частота вращения кри­вошипа) ; S — путь, проходимый грузом за один оборот вала. Приближенно мощность можно определить по формуле N ≈ 0,014g(G_г + G_к) (222) где G_к — суммарная масса движущихся частей конвейера; G_г — масса движущегося груза. Главное отличие конвейера с переменным давлением на дно желоба (см. рис. 73, а) заключается в опоре или подвешивании желоба на упругих элементах, закрепленных в раме под углом И = 20...30є к вертикали. Под действием шатунно-кривошипного ме­ханизма желоб совершает колебательные движения. Упругие стой­ки изготовляют из стали или дерева. О правильном выборе кинематического и динамического режи­мов работы можно судить на основе построения диаграммы скоро­стей желоба и груза — х_ж и х_г ускорения желоба  а_ж (см. рис. 73, в). При проектировании следует соблюдать условия: груз не должен отрываться от желоба; при обратном ходе желоба груз под действием силы инерции должен продолжать двигаться вперед. Это позволит обеспечить пульсирующее движение груза вперед, без обратного перемещения. Рассмотрим условия равновесия и движения частицы груза по желобу, расположенному под углом в, при направлении колеба­ний под углом И к плоскости желоба (рис. 74, а).

Условие безотрывного движения частицы обеспечивается при Р_и sin И ≤ Q cos в или, заменяя Р_и = та sin б sin И и Q = mg (где б — фазовый угол колебания; при б = 90°, а = Ащ²), получим Ащ² sin И ≤ g  cos в, откуда коэффициент режима рабо­ты — отношение нормальных (к дну желоба) составляющих уско­рений от сил инерции и тяжести:  

Тогда

Условие, обеспечивающее движение частицы вперед при обрат­ном ходе желоба, найдем из уравнения суммы проекций сил на ось X: Р_иcosИ ≥ Q sin в +f (Qcosв + sin И), после преобразований получим

Производительность определяют по формуле (221), учитывая влияние угла подъема в ≤ 10...15°. Снижение производительности может достигать 3% на каждый градус подъема. Высоту слоя гру­за h принимают равной 50...100 мм и И = 20°.  

Вибрационные конвейеры
Вибрационные конвейеры отличаются от инерционных режимом работы, который характеризуется коэффициентом режима работы Г, определяемым по формуле (223). Для вибрационных конвейеров всегда Г >1. Это значит, что нормальная составляющая от силы инерции больше нормальной составляющей силы тяжести и частицы в процессе транспортирования отрываются от дна же­лоба, совершая скачки. Вибрационные конвейеры обладают повы­шенной частотой колебаний n = 400...6000 1/мин и сравнительна малыми амплитудами А = 15...0,2 мм. В зависимости от упругих систем подвески конвейеры (см. рис. 73, г и д) делят на: резонансные — в установках среднего и тяжелого типов; у них частота колебаний возмущающей силы п и собственных колебаний По близки или равны. Устойчивая работа обеспечивается при 0,85 < n/n₀ <1,25; дорезонансные, которым соответствует n < n₀, практически ма­ло распространены; зарезонансные — имеют n > n₀, их применяют в подвесных кон­вейерах легкого типа. При пуске и остановке конвейера упругие элементы испытывают кратковременно большие напряжения. По принципиальной схеме устройства вибрационные конвейеры бывают: горизонтальные и пологонаклонные с углом подъема до 15° и вертикальные, имеющие спиралеобразный желоб; по форме поперечного сечения грузонесущего органа — трубча­тые (круглые, квадратные и прямоугольные) и желобчатые (пря­моугольные, трапециевидные и полукруглые); по динамической характеристике — неуравновешенные и урав­новешенные; по количеству колеблющихся масс —_п = Г — времени периода и при Г = 6,36 t_п = 2T, т. е. частица будет встречаться с дном желоба через одно колебание, что приводит к большим ускорениям и соответственно динамическим нагрузкам. Наибольший эффект транспортирования теоретически должен со­ответствовать, когда время полета частицы t_п = T, времени одного периода. Следовательно, коэффициент режима работы необходимо выбирать в пределах 1 < Г < 3,3. На основе опыта эксплуатации рекомендуется: при Г = 1,2...3,3 и частоте колебаний в минуту n = 450...3000 A = 0,2...8,0 — для зер­нистых и кусковых грузов и A = 0,5... 15,0 — для пылевидных и по­рошкообразных. Амплитуда и частота колебаний определяют дина­мику работы конвейера, его производительность, скорость транс­портирования и связаны зависимостью через коэффициент режима работы выражением из формулы (224): При одном и том же значении Г увеличение амплитуды дает больший эффект в повышении скорости транспортирования, чем увеличение частоты колебаний. Кроме указанного с допущением где m = Q₀:g — масса дебалансов привода вибратора; r₀ — эксцентриситет массы дебалансов. Общая масса нагруженного конвейера будет равна M = лG_гт + G_п где  G_г, G_т и G_п — соответственно массы транспортируемого гру­за, желоба и вибратора; л = 0,6...0,07 — коэффициент учета массы. Скорость транспортирования х_с — параметр, опреде­ляющий производительность конвейера, формула (221), зависит от физико-механических свойств груза и конструктивных параметров конвейера.

Основы теории и расчета

Рис. 75. Зависимости производительности от амплитуды (а) и угла наклона лотка (б).

Увеличение ширины желоба В = 50...200 мм ведет к незначи­тельному (от 4 до 20%) возрастанию скорости. Изменение ампли­туды А = 0,75...1,7 мм приводит к линейному нарастанию скорости х_с = 0,125...0,4 м/с. Это еще раз подтверждает эффективность уве­личения амплитуды колебаний. Приближенно определяют скорость х_с по эмпирической зависи­мости х_с =  з₀х_ж где з₀ = 0,3...0,62 — коэффициент проскальзывания; большие зна­чения — для крупнокусковых и зернистых грузов; х_ж = щА — скорость желоба. Более точно скорость можно определить по Бауману В. А. и Дьячкову В. К. с учетом параметров режима работы и конструк­тивных размеров:

где k₁ = 0,2...1,1 и k₂= 1,5...5 — коэффициенты, зависящие от физи­ко-механических свойств груза; меньшие значения принимают для пылевидных и большие — для кусковых и связных грузов. Производительность виброконвейера является сложной функцией ряда параметров: амплитуды и частоты колебаний, гео­метрических размеров желоба, физико-механических свойств транспортируемого груза. * Знак минус в скобках принимается для конвейеров, работающих с подъ­емом груза.     На рисунке 75, а показана зависимость П = f(A, h), т. е. производительности от амплитуды колебаний и толщины транспортируемого слоя. С увеличением А и h произво­дительность повышается, но темп нарастания П по Л замедляется. Для легкосыпучих материалов вполне допустимо принимать h: В = 0,3...0,8 и выше. При узких желобах темп нарастания про­изводительности меньший: сказывается влияние эффекта пристен­ного торможения. Отклонения скоростей х_max и х_min у стенок от х_c потока незна­чительны и колеблются в пределах 3...5%. Производительность от площади потока hЧB имеет линейную зависимость, что согласует­ся с логической формулой (221). Возможность транспортировать груз под углом с подъемом ограничивается в <15° (рис. 75,6). Транспортирование под уклон повышает производительность. При определении производительности по формуле (221) коэф­фициент наполнения принимают ш = 0,6...0,9, большее для жело­бов.

Ширину желоба и диаметр трубы по производительности можно определить по формулам

Высоту слоя материала h принимают (0,25...0,8) В.   Устройство и расчет приводов Приводы конвейеров (вибровозбудители) бывают электромаг­нитные (рис. 76, а), электромеханические (рис. 76,б и в) и гидрав­лические. Электромагнитные вибраторы бывают однотактные и двух­тактные при производительности до 40 м³/ч, n = 3000 1/мин; A = 0,25...0,8 мм — амплитуда колебаний, масса вибратора 4,5... 200 кг и мощность 0,11...3,3 кВт. Электромеханические приводы бывают центробежные и экс­центриковые (шарнирно-кривошипные). Центробежные приводы разделяются на дебалансные с маятни­ковым креплением (рис. 76, б) и самобалансные (рис. 76, в) на­правленного действия. При вращении неуравновешенного груза 1 создается центро­бежная сила Р_и с направлением действия, определяемым фазовым углом б положения груза. Максимальное значение возмущающей силы При любом другом положении груза сила Р_у меньше макси­мального значения, а составляющая Р_х в дебалансном приводе воспринимается упруго-шарнирным устройством и не передается на желоб, а в самобалансном приводе взаимно уравновешивается.  

Кинетический момент дебалансного привода равен M_к = gmr.  (228) Максимальная возмущающая сила, действующая под углом в самобалансном приводе равна 2Р_у = 2Р_и = 2mrщ², где т — масса дебаланса; r —эксцентриситет массы дебаланса; щ - угловая скорость вращения груза. Эксцентриковые (шатунно-кривошипные) приводы (рис. 76, г) бывают с жестким и упругим шатунами, снабженными пружинамв или резинометаллическими пакетами заданной жесткости. Конструкция центробежных и эксцентриковых приводов в части дебаланса и эксцентрика разнообразна. Двухэксцентриковая кон­струкция СИМСХ состоит из вала и жестко укрепленного на нем эксцентрика диаметром D₁ (рис. 76,д). Внешний эксцентрик диа­метром D может поворачиваться и закрепляться относительна внутреннего, занимая положение 1, 2, 3 и т. д., создавая различные эксцентриситеты массы дебаланса относительно центра враще­ния О е_х = 0...2е₁. Его определяют:

Пользуясь выражениями для силы инерции Р_и, кинетического момента М_к и массы груза при z — числе грузов и m = 0,785zD²Bг, получим

Выбор размеров В и D согласуют с оптимальным вариантом кон­структивного оформления.