Пособие по проектированию конвейерного транспорта

ПОСОБИЕ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА

ЛЕНТОЧНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
(к СНиП 2.05.07-85)

Рекомендовано к изданию решением научно-технического совета Промтрансниипроекта.

Распространяется на проектирование стационарных ленточных конвейеров (конвейерных линий) общего назначения с резиновыми лентами шириной от 300 до 2000 мм, применяемых для транспортирования насыпных грузов плотностью до 3,15 т/м³, а также штучных грузов. Параметры указанных конвейеров регламентированы ГОСТ 22644-77* - ГОСТ 22647-77*.

Содержит расчеты технических параметров ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ и конвейерных линий (определение производительности конвейерного транспорта, выбор трассы конвейера, приближенный и уточненный методы тягового расчета, выбор основного технологического оборудования), рекомендации по другим разделам проекта конвейерного транспорта.

Для инженерно-технических работников научно-исследовательских и строительных организаций.

Разработано Промтрансниипроект (канд. техн. наук В.Л. Орешкин, Н.Н. Кузнецов, В.П. Здешнев, Т.Н. Жарова, А.В. Тюленев, В.И. Лившиц); ВНИИПТМаш (канд. техн. наук В.К. Дьячков, В.А. Барков); Механобр (О.В. Зеленский, В.П. Вольфсон); Атомтеплоэлектропроект (Н.И. Муратов, И.И. Вессерман, Л.Б. Воронова, Н.Н. Рубачев, Л.А. Стельмах); Южгипроруда (Ю.Е. Чечельницкий, В.П. Пичугин, В.А. Акинтьев); ГПКИ Союзпроммеханизация (О.Б. Желдаков, С.И. Модин).   

L             - длина конвейера, м;

l              - длина участка конвейера, м;

l_г             - длина горизонтальной проекции участка конвейера, м;

H             - высота подъема (спуска) груза конвейером, м;

H₀            - высота подъема груза разгрузочной тележкой, м;

B             - ширина ленты, м;

D_п           - диаметр приводного барабана, м;

d              - диаметр ролика, м;

R₁ (R₂)     - радиус выпуклого (вогнутого) участка конвейера, м;

α              - угол охвата лентой приводного барабана,

β              - угол наклона конвейера  к горизонтальной плоскости,

φ₀            - угол естественного откоса груза в покое,

φ             - угол естественного откоса груза в движении,

S_нб           - натяжение ветви ленты, набегающей на приводной            барабан, даН;

S_сб           - натяжение ветви ленты, сбегающей с приводного барабана, даН;

S_i             - натяжение в какой-либо точке ленты, даН;

P             - окружное тяговое усилие на приводном барабане, даН;

W            - сопротивление движению ленты на каком-либо участке, даН;

T             - годовой фонд времени работы конвейера (конвейерной линии), ч;

Г             - годовой грузооборот (объем перевозок), т/год;

Q_п           - потребная производительность конвейера, т/ч;

Q             - расчетная производительность конвейера (конвейерной линии), т/ч;

V_п            - потребная объемная производительность конвейера , м³/ч;

V             - расчетная объемная производительность конвейера , м³/ч;

v              - скорость ленты, м/с;

γ              - насыпная плотность груза, т/м³;

M_т           - тормозной момент на валу приводного барабана, даН/м;

M_кр          - крутящий момент на валу приводного барабана, даН/м;

q_г             - линейная нагрузка от массы груза на ленте, даН/м;

q_л            - то же, от массы ленты, даН/м;

q'_р, q_р      - то же, от массы вращающихся частей роликоопор, соответственно на верхней и нижней ветвях, даН/м;

z              - число прокладок в ленте;

w             - коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам;

к              - коэффициент запаса;

к_г             - коэффициент готовности конвейера;

μ             - коэффициент трения ленты о поверхность барабана;

η              - коэффициент полезного действия;

l'_р            - расстояние между верхними роликоопорами, м;

l_р             - то же, между нижними роликоопорами, м;

g              - ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование конвейерного транспорта осуществляется на основе следующих исходных данных:

• номенклатура грузов;
• потребная производительность или годовой грузооборот (объем перевозок);
• характеристика* транспортируемого груза:

​​​​​​​-насыпная плотность (масса единичного груза для тарно-штучных грузов),

-гранулометрический состав,

-угол естественного откоса в покое и движении,

-влажность,

-абразивность,

-взрыво- и пожароопасность,

-химическая активность,

-склонность к налипанию на ленту и пылеобразованию,

-слеживаемость и другие сведения о грузе, которые могут оказать влияние на выбор параметров конвейера и его работоспособность;

* Справочные данные о насыпных грузах с указанием их насыпной плотности, угле естественного откоса и допустимом угле наклона ленточного конвейера приведены в прил. 1. Сведения о наибольшем угле наклона конвейеров для перемещения некоторых тарно-штучных грузов приведены в прил. 2.

• генеральный план с нанесенными на нем инженерными сооружениями с указанием высотных отметок;
• климатический район зоны строительства;
• режим работы производств предприятия, технологически связанных с проектируемым конвейерным транспортом, а также рекомендуемый режим работы конвейерного транспорта (число рабочих дней в году, смен в сутки, часов в смену);
• коэффициент неравномерности загрузки конвейерной линии;
• производственные условия работы конвейера в зависимости от положений норм технологического проектирования для определенной отрасли промышленности и местных условий (имеется в виду работа этих конвейеров в отапливаемых или неотапливаемых помещениях, на открытом воздухе, с использованием навесов или местных укрытий конвейерных лент);
• источники энергоснабжения и их параметры.

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

    Расчет производительности ленточного конвейера

2.1.  Расчетная производительность ленточного конвейера (конвейерной линии) определяется по формулам:

                                                   (1)

                                                  (2)

где к_н - коэффициент неравномерности загрузки конвейерной линии; к_в - коэффициент использования конвейерной линии по времени, равный отношению фактического времени работы конвейера к плановому в смену; обычно принимают к_в = 0,7 - 0,95 (по указанию заказчика в зависимости от организации и технологии производства); кⁿ_г - коэффициент готовности конвейерной линии; n - число конвейеров в линии. Для стационарного конвейера к_г = 0,96.

2.2. Величина коэффициента неравномерности загрузки конвейерной линии зависит от характера организации грузопотока.

При равномерном грузопотоке к_н = 1 - 1,2.

При неравномерном грузопотоке величина коэффициента неравномерности определяется по графику подачи груза на конвейер. Различают два вида к_н - минутный и часовой. Ориентировочно принимают к_н.мин = 1,5 - 2, к_н.ч = 1,2 - 1,5.

По минутному (максимальному) грузопотоку определяют ширину ленты, по часовому - прочность ленты, мощность двигателя.

2.3. Расчетная производительность может определяться исходя из заданного годового грузооборота (объем перевозок) по формулам:

                                                                 (3)

                                                                   ()

Выбор скорости движения ленты

2.4. Значения скорости движения ленты выбираются в зависимости от свойств транспортируемого груза и особенностей конструкции конвейера: ширины и типа ленты, типа разгрузочного устройства, угла наклона конвейера.

2.5. Скорость ленты конвейера согласно ГОСТ 22644-77* должна выбираться из следующего рада: 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3 м/с. Допускается применять скорости менее 0,25 м/с. Отклонение скоростей от указанных допускается в пределах ±10 %.

Таблица 1

2.7. При наличии на конвейере барабанных разгружателей с механическим передвижением скорость ленты должна приниматься не более 2 м/с.

2.8. При наличии на конвейере плужковых разгружателей скорость ленты должна приниматься не более 1 - 1,6 м/с.

2.9. Рекомендуемые скорости лент конвейеров для транспортирования различных штучных грузов приведены в табл. 2.

2.10. При транспортировании насыпных грузов на спуск скорость ленты не должна превышать 1,6 м/с.

Таблица 2

Определение ширины ленты

2.11. При транспортировании насыпных грузов ширина конвейерной ленты определяется по формулам:

                                                                     (5)

                                                                   (6)

где C - коэффициент площади сечения груза на ленте, зависящий от угла наклона конвейера к горизонту, угла естественного откоса груза в покое и угла наклона боковых роликов (табл. 3).

Полученное значение ширины ленты округляется в большую сторону до ближайшего из ряда по ГОСТ 22644-77*.

Таблица 3

2.12. Согласно ГОСТ 22644-77* производительность горизонтальных конвейеров, не имеющих промежуточных разгрузочных устройств, при скорости ленты 1 м/с не должна иметь значения менее указанных в табл. 4.

2.13. Полученное значение ширины ленты должно быть не менее рассчитанного по формуле

B = к_б×а' + 200 мм,                                                       (7)

где к_б - коэффициент, принимаемый равным 2 для рядового груза и 3,3 для сортированного груза; а' - максимальная крупность кусков транспортируемого материала.

2.14. При транспортировании штучных грузов ширина конвейерной ленты определяется по формуле

B = а_ш + 2Δ_ш,                                                                (8)

где а_ш - наибольший поперечный размер груза по способу его укладки на ленту, м; Δ_ш - расстояние от кромки груза до кромки ленты, м.

Обычно принимают Δ_ш = 0,05 - 0,1 м.

Полученное значение ширины ленты округляется в большую сторону до ближайшего из ряда по ГОСТ 22644-77*.

Таблица 4

Выбор трассы и определение геометрических параметров

конвейерной линии

2.15. Трасса конвейерной линии должна иметь минимально необходимую длину и включать наименьшее число конвейеров при минимуме суммы затрат на капитальное строительство и эксплуатацию.

2.16. Максимально допустимые углы наклона конвейеров при перемещении груза на подъем принимают по данным прил. 1 и 2. При перемещении груза на спуск значения максимальных углов наклона по прил. 1 и 2 следует уменьшать на 6 - 8°. При этом во всех случаях они должны приниматься не более 10 - 12°.

2.17. Минимально допустимые радиусы выпуклых участков конвейеров с резинотканевыми лентами принимают в зависимости от ширины ленты и угла наклона боковых роликов по табл. 5.

Таблица 5

2.18. Минимально допустимые радиусы выпуклых участков конвейеров с резинотросовыми лентами определяют по формуле

R_1min = к₁B,                                                                    (9)

где к₁ - коэффициент, зависящий от отношений натяжения ленты S в верхней точке кривой при установившемся движении к допускаемому натяжению ленты S_д (табл. 6).

Таблица 6

2.19. Минимально допустимые радиусы вогнутых участков конвейеров (рис. 1) определяют по формуле

R_2min = (1,2S/q_л)к₂к₃,                                                     (10)

где S - натяжение ленты в верхней точке кривой при загруженном полностью горизонтальном участке и незагруженных криволинейном и наклонном участках при установившемся движении; к₂ - коэффициент, учитывающий тип натяжного устройства (табл. 7); к₃ - коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера (табл. 8).

Рис. 1. Расчетная схема участка конвейера при определении радиуса R₂

Таблица 7

Таблица 8

Определение расчетной длины ленты

2.20. Расчетная длина ленты конвейера определяется по формуле:

L_р = ΣL_i + Σl_i + (π/360)(Σα_iD_i + 2Σβ_iR_i),                                (11)

где L_i - длина i-го прямого участка ленты; l_i - длина i-го стыка; α_i - угол охвата i-го барабана; D_i - диаметр i-го барабана; β_i - угол дуги i-й окружности, по дуге которой проходит лента; R_i - радиус i-й окружности.

2.21. Длина вулканизированного стыка резинотканевой ленты согласно ГОСТ 20-85 определяется по формуле

i = l_ст(i - 1/3) + B/3 + 2l_з,                                             (12)

где l_ст - длина средней ступеньки, табл. 9; i - число прокладок; l_з - ширина заделки стыка, табл. 10.

Таблица 9

Таблица 10

При холодном способе вулканизации l_з не учитывается.

2.22. Длину вулканизированного стыка резинотросовой ленты можно принимать по табл. 11

Таблица 11

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Приближенный метод тягового расчета

3.1. Приближенный метод тягового расчета сводится к определению окружного усилия на приводном барабане, а также сбегающего и набегающего усилий в конвейерной ленте на приводном барабане.

3.2. Величина окружного усилия на приводном барабане при загруженной ленте конвейера определяется по формуле

P = к_дL_гw(q_г + q'_р + q"_р + 2q_л) + q_гH₀ ± q_гH,                            (13)

где к_д - коэффициент дополнительных сопротивлений, определяется по графику рис. 2.

В формулу (13) у члена ± q_гH знак плюс принимается при движении груженой ветви ленты на подъем, знак минус - при движении груженой ветви ленты на спуск.

Рис. 2. График изменения коэффициента дополнительных сопротивлений к_д

3.3. Величина окружного усилия на приводном барабане при незагруженной ленте конвейера (холостой ход) определяется по формуле (13) при q_г = 0.

3.4. Для конвейеров длиной 100 м и более в формуле (13) коэффициент к_д необходимо умножить на дополнительный коэффициент к'_д, который принимается в зависимости от длины конвейера L и числа изгибов ленты n, включающих изгибы на неприводных барабанах и выпуклых участках верхней и нижней ветвей.

Значения коэффициента к'_д приведены в табл. 12.

Таблица 12

3.5. Линейная нагрузка (даН/м) от массы груза на ленте определяется по формуле

q_г = Qg/(36v).                                                               (14)

3.6. Линейная нагрузка (даН/м) от массы ленты определяется по формуле

q_л = 0,1G_лg,                                                                  (15)

где G_л - масса 1 м ленты, кг.

Масса 1 м резиновых конвейерных лент приведена в прил. 3.

3.7. Линейная нагрузка (даН/м) от массы вращающихся частей роликоопор верхней ветви определяется по формуле

q'_р = G'_рg/(10l'_р),                                                         (16)

где G'_р - масса вращающихся частей одной роликоопоры верхней ветви.

Принимается по каталогу завода-изготовителя и прил. 4.

3.8. Линейная нагрузка (даН/м) от массы вращающихся частей роликоопор нижней ветви определяется по формуле

q"_р = G"_рg/(10l"_р),                                                       (17)

где G"_р - масса вращающихся частей одной роликоопоры нижней ветви. Принимается по каталогу завода-изготовителя и прил. 4.

3.9. Средние величины линейных нагрузок (даН/м) от массы ленты и вращающихся частей роликоопор для приближенных расчетов приведены в табл. 13.

Таблица 13

3.10. Величины коэффициентов сопротивления движению ленты по роликоопорам w приведены в табл. 14.

Таблица 14

3.11. Расчетное натяжение ветви ленты (даН), набегающей на приводной барабан, определяется по формуле

S_нб = e^μα/(e^μα - 1)P.                                                       (18)

где e = 2,72 - основание натуральных логарифмов; μ - принимается по табл. 15.

Таблица 15

Для двухбарабанного привода

μα = μ(α' + α"),                                                             (19)

где α' и α" - углы охвата лентой первого и второго приводных барабанов.

3.12. Расчетные величины тягового фактора

Ф = e^μα,                                                                         (20)

коэффициентов

Г = 1/(e^μα - 1),                                                              (21)

Ж = e^μα/(e^μα - 1)                                                           (22)

приведены в прил. 6.

3.13. Расчетное натяжение ветви ленты, сбегающей с приводного барабана, определяется по формуле

S_сб = S_нб - P                                                                  (23)

и проверяется по допустимой величине минимального натяжения ленты из условий ее допустимого прогиба между роликоопорами

S_сб ≥ 8q_лl"_рcos β.                                                          (24)

Уточненный метод тягового расчета

3.14. Уточненный метод тягового расчета сводится к определению тяговых усилий в характерных точках конвейерной ленты: начальных и конечных точках горизонтальных, наклонных и криволинейных участков ленточного конвейера, а также в набегающей и сбегающей ветвях ленты с последующим определением окружного усилия на приводном барабане.

3.15. Расчеты уточненным методом необходимо выполнять для различных режимов работы конвейера. Расчетными режимами работы конвейера являются: режим I - пусковой с грузом, при котором производительность Q равна заданному расчетному значению; режим II - установившийся с грузом, при котором Q равно заданному расчетному значению; режим III - пусковой без груза, при котором Q = 0, режим IV - установившийся без груза, при котором Q = 0.

Расчет и выбор привода, натяжной тележки (рамы), ленты и других частей конвейера производится по результатам расчета режима II; грузовое устройство выбирается по результатам расчета режима I.

Расчеты режимов III и IV производят при наличии двигателей с фазным ротором, результаты этих расчетов используются при составлении заданий на проектирование привода.

3.16. Исходные данные для уточненного тягового расчета ленточного конвейера:

транспортируемый груз и его характеристика;

расчетная производительность конвейера; скорость ленты;

линейные нагрузки от ленты, груза и вращающихся частей роликоопор;

расчетная геометрическая схема конвейера с нанесенными характерными точками.

3.17. На рис. 3 представлены примерные расчетные геометрические схемы ленточных конвейеров.

Характерные точки конвейера нумеруются, начиная с точки сбегания ленты с приводного барабана, натяжение в которой обозначается S₁ или S_сб и до точки набегания ленты на приводной барабан, натяжение обозначается S_n или S_нб.

3.18. Формулы для расчета сопротивлений движению ленты на отдельных характерных участках ленточного конвейера приведены в табл. 16.

Рис. 3. Характерные расчетные схемы конвейеров

а - с головным приводом и разгрузочной тележкой S₁ = S_сб, S₁₉ = S_нб; б - с двухбарабанным приводом, S₁ = S_сб, S₉ = S_нб, α = α' + α"

Таблица 16

В таблице обозначено: S_i - натяжение ленты в начале 1-го участка (даН), l_б - длина бортов лотков вдоль ленты, м, β_к - угол дуги криволинейного участка, рад.

Сопротивление участка с несколькими загрузочными устройствами определяется как сопротивление участка с одним загрузочным устройством, имеющим нагрузку q_г равную сумме нагрузок от нескольких загрузочных устройств.

При расчете конвейеров-питателей, загружаемых из-под бункеров, необходимо учитывать дополнительное сопротивление от давления груза.

3.19. Расчет начинают с составления выражений, определяющих натяжение ленты в характерных точках, от S₁ = S_сб до S_n ⁼ S_нб. Учитывая, что натяжение в каждой характерной точке трассы - S_i - равно сумме натяжения в предыдущей точке - S_i-1 - и сопротивления участков - W_(i-1)-i, получим:

                                          (25)

После подстановки последняя формула системы уравнений (25) примет вид

S_нб = b₁S_сб + b₂,                                                             (26)

где b₁ и b₂ - коэффициенты, получаемые после подстановок и сокращений.

3.20. Затем определяют тяговый фактор приводного барабана e^μα:

для однобарабанного привода по формуле

e^μα = S_нб/S_сб;                                                                 (27)

для двухбарабанного привода по формуле

e^{μ(α' + α")} = S_нб/S_сб.                                                         (28)

Величины e^μα и μ см. в прил. 6.

Решая совместно (26) и (27) получаем

S_сб = b₂/(e^μα - b₁).                                                          (29)

Полученное по формуле (29) значение S_сб подставляют последовательно в выражение (25), в результате чего получают натяжение ленты во всех рассматриваемых точках.

Аналогично определяют натяжения в характерных точках для всех четырех расчетных режимов, отличие заключается в принимаемых значениях коэффициента w (пусковой или установившийся режим) и в наличии или отсутствии на ленте груза.

3.21. Расчетное окружное усилие на приводном барабане определяется по формуле

P = (S_нб - S_сб)/η_б,                                                          (30)

где S_нб и S_сб - из расчета режима II; η_б - КПД приводного барабана, который определяется по формуле

                                                   (31)

где w_б - коэффициент сопротивления приводного барабана (с учетом сопротивления очистных устройств и изгиба ленты); для пускового режима можно принять w_б = 0,06, для установившегося режима w_б = 0,04, Значения Ж приведены в прил. 6.

В табл. 17 даны величины η_б и η'_б приводных барабанов для режимов I и II соответственно, при наиболее часто встречающихся значениях μ и α.

Таблица 17

Определение мощности привода

3.22. Мощность на валу приводного барабана (кВт) определяется по формуле

N_б = Pv/100.                                                                 (32)

3.23. Расчетная мощность двигателя привода конвейера определяется по формуле

N_э = N_бк/η_п,                                                                  (33)

где к = 1,1 - 1,2 (меньшая величина берется при N_б > 50 кВт); η_п = КПД привода, принимается в пределах 0,8 - 0,92.

По полученной величине N_э по каталогу подбирается двигатель ближайшей большей мощности.

Определение тормозного момента и необходимости установки тормоза

3.24. Тормозной момент (даН/м) на валу приводного барабана определяется по формуле

M_т = 0,5{q_{г тах}(H + H₀) - к_и[P - q_г(H + H₀)]}D_пη,                         (34)

где к_и - коэффициент изменения сопротивления движению ленты на трассе конвейера (принимается равным 0,5 - 0,6); η - общий КПД привода; q_{г тах} - линейная нагрузка от массы груза на ленте при наибольшей загрузке конвейера. Определяется по Q_max и к_{н min}.

3.25. Необходимость установки тормоза в приводном механизме конвейера с наклонными участками трассы определяется из выражения

q_{г тах}(H + H₀) ≥ ΣW,                                                     (35)

где ΣW - сумма сопротивлений движению ленты по всему ее контуру. Численное значение ΣW принимается равным величине P.

4. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

4.1. Вид и тип ленты выбирается с учетом положений ГОСТ 20-85, а также по техническим условиям заводов-изготовителей лент.

При выборе ленты необходимо учитывать вид транспортируемого груза и условия эксплуатации.

4.2. При применении на конвейере резинотканевой ленты количество прокладок в ней определяется по формуле