Условия и режимы работы конвейеров

ЛЕКЦИЯ 2. Условия и режимы работы конвейеров.
     Свойства транспортируемых грузов

План лекции

2.1. Условия и режимы работы конвейеров.

2.2. Характеристики и свойства транспортируемых грузов
 как объектов перемещения.

   

На всех этапах при проектировании, изготовлении и эксплуатации машин непрерывного транспорта, необходимо четко определить и в дальнейшем учитывать, какие факторы будут накладывать ограничения. Этими факторами могут быть как местные условия, загруженность машины, так и влияние свойств транспортируемого груза.

2.1. Условия и режимы работы конвейеров

Рекомендуемые материалы

2.1.1. Режимы работы конвейеров

Для выбора типов и параметров конвейеров и расчета узлов на прочность и долговечность необходимо учитывать условия их работы и режим эксплуатации.

Работу конвейеров характеризуют три группы показателей.

1. Фактическое (эксплуатационное) время работы.

2. Нагрузки, действующие на конвейер и его элементы и продолжительность их действия.

3. Условия производства и окружающей среды, в которой работает конвейер.

Совокупность этих показателей определяет условия и режим работы конвейера.

Известно, что срок службы машины зависит как от конструкции, так и от интенсивности использования этой машины и её отдельных элементов.

В чем смысл режима работы? Режим работы конвейера – комплексная характеристика, учитывающая характер внешних нагрузок и интенсивность использования машины во время ее эксплуатации.

Классификация по режимам работы имеет большое значение. Она дает возможность подобрать определенный конвейер, механизм или сборочные единицы и поэтому служит основой взаимоотношений между потребителем и изготовителем.

Расчетчик и конструктор получают исходные данные для проектирования с учетом эксплуатации, чтобы обеспечить требуемый уровень безопасности, долговечности и надежности.

Характеристика «режим работы» является определяющей при выполнении расчетов на прочность, выносливость деталей механизмов и металлоконструкций, при выборе стандартных изделий (канаты, тормоза, редукторы и т. д.).

Различают пять режимов работы конвейеров: ВЛ – весьма легкий;
Л – легкий; С – средний; Т – тяжелый; ВТ – весьма тяжелый.

Режимы работы определяются сочетанием классов использования конвейеров по времени В и производительности П. Класс использования по времени устанавливается по табл. 2.1.

                                                                                         Таблица 2.1

                                      Класс использования по времени

Классы использования конвейера по производительности определяются общим коэффициентом загрузки

,

 

где Q_ср – средняя производительность; Q_max – максимальная производительность конвейера.

Максимальной считается такая производительность, которую можно обеспечить при полном использовании загрузочного устройства (питатель, загрузчик и т. п.), т. е., конвейер не сможет переместить больше, чем на него может погрузить установленное перед ним загрузочное устройство при своей наибольшей производительности.

Средняя производительность конвейера

,

где Q_i – производительность конвейера в характерный промежуток времени  в общем времени смены t_см.

Зная коэффициент загрузки, можно определить класс использования по производительности (табл. 2.2).

                                                                                         Таблица 2.2

Класс использования по производительности

 

Режимы работы конвейеров определяются по сочетаниям классов использования по времени и производительности (табл. 2.3).

                                                                                         Таблица 2.3

                                               Режимы работы

2.1.2. Условия работы конвейера

Окружающая конвейер среда характеризуется:

· климатическими условиями;

· температурой;

· составом и концентрацией пыли;

· влажностью воздуха;

· насыщением воздуха парами химических веществ, газами и т. п.

· пожаро- и взрывоопасностью.

Исполнения конвейеров с учетом климата использования:

– умеренного – У;

– холодного – ХЛ;

– влажного тропического – ТВ;

– сухого тропического – ТС;

– общеклиматического – О.

Если конвейер устанавливается в нескольких помещениях с различными производственными и температурными условиями, то в качестве расчетной базы принимается помещение с наихудшими условиями.

Условия эксплуатации могут быть:

· хорошие (легкие);

· средние;

· тяжелые;

· весьма тяжелые.

Разделяют качественные и количественные показатели условий работы конвейеров. Качественные показатели характеризуют место установки конвейера, в том числе доступность для обслуживания, освещенность и т. д., а количественные показывают численные значения факторов, влияющих на работу конвейера (например, влажность, температура, запыленность и т. д.). Важно оценить весь комплекс показателей в целом и назначить соответствующие условия работы.

Показатели, определяющие условия работы конвейеров, приведены в табл. 2.4.

                                                                                         Таблица 2.4

                                      Условия работы конвейера

Окончание табл. 2.4

2.2. Характеристики и свойства транспортируемых

       грузов как объектов перемещения

Для правильного выбора типа конвейера необходимо учитывать существенные для процесса транспортирования физико-механические свойства грузов.

Грузы, перемещаемые машинами непрерывного транспорта, разделяют на штучные и насыпные (навалочные, массовые).

Штучными называют единичные грузы, транспортируемые отдельными единицами или группой единиц. Разновидностью их являются грузы в таре. Тарой служат ящики, бочки, мешки, кипы, контейнеры, поддоны и пакеты.

Размеры и виды тары обычно стандартизованы, что упрощает процесс транспортировки. Использование тары улучшает возможности применения машин непрерывного транспорта и их сочетания с транспортными средствами (вагоны, автомобили), сокращает число перегрузок, способствует унификации грузонесущих элементов машин.

Тару широко используют при перемещении грузов подвесными, роликовыми, пластинчатыми конвейерами.

Штучные грузы характеризуются следующими свойствами:

· габаритными размерами;

· конфигурацией;

· массой одной штуки;

· хрупкостью;

· температурой;

· острокромочностью;

· коэффициентом внешнего трения о поверхность грузонесущего органа.

Тарно-штучные грузы весом до 15 кг – легкие; от 15 до 50 кг – средние; от 50 до 200 кг – тяжелые; свыше 200 кг – весьма тяжелые.

Размеры штучных грузов:

· от нескольких сантиметров (почтовые отправления);

· до нескольких метров (прокат, лесоматериалы).

Насыпными, или навалочными, называют грузы, состоящие из частиц (кусков) различной формы, хранимые и перемещаемые навалом (например, руда, уголь, торф, щебень, песок).

Ниже приводятся свойства, которыми характеризуются насыпные грузы.

1. Плотность – отношение массы груза к занимаемому им объему ρ_н, т/м³.

Для грузов, представляющих собой куски различной крупности, используют понятие насыпной плотности, численно равной массе единицы объема груза при свободной насыпке.

По плотности грузы разделяют на следующие группы:

· легкие (торф, кокс, мука, древесные опилки) –  т/м³;

· средние (зерно, шлак, каменный уголь) –  т/м³;

· тяжелые (гравий, щебень, песок) –  т/м³;

· весьма тяжелые (железная и медная руда) –  т/м³.

2. Кусковатость (гранулометрический состав) – количественное распределение частиц по крупности.

Если частица (кусок) в трех измерениях имеет размеры а_x, а_y, и а_z, то расчетный размер куска .

Кусковатость с частицами размером более 0,05 мм определяют ситовым анализом (грохочением); если менее 0,05 мм – проводится гидравлический анализ. Критерий – различие скорости оседания в воде.

Насыпные грузы по однородности кусков разделяются на рядовые и сортированные.

Для рядовых грузов коэффициент однородности размеров частиц груза

k₀ = a_max/a_min > 2,5 ,

где a_max и a_min – соответственно наибольший и наименьший размеры частицы.

Для сортированных (просеянных, разделенных на однородные фракции) грузов

k₀ = a_max/a_min < 2,5.

Все насыпные грузы – и рядовые, и сортированные – характеризуются размером типичного куска a':

· для сортированных грузов

;

· для рядовых грузов учитывается их процентное содержание в пробе А (рис. 2.1):

.

Рис. 2.1. Гранулометрический состав груза

Куски груза размером от 0,8·а_тах до а_тах составляют группу наибольших кусков. Размер типичного куска:

а) для рядового материала при массе группы наибольших кусков А меньше 10 % массы пробы

а' = 0,8·а_тах;

б) для рядового материала при массе группы наибольших кус­ков А больше 10 % массы пробы

а' = а_тах.

В зависимости от размера а' типичного куска насыпные грузы делятся, мм:

· на особо крупнокусковые (например, камни) – 320 < а' < 500;

· крупнокусковые (например, руда) – 160 < а' < 320;

· среднекусковые (например, уголь) – 60 < а' < 160;

· легкокусковые (например, щебень) – 10 < а' < 60;

· крупнозернистые (например, зерно) – 2 < а' < 10;

· мелкозернистые (например, крупный песок) – 0,5 < а' < 2;

· порошкообразные (например, мелкий песок) – 0,05 < а' < 0,5;

· пылевидные (например, цемент) – а' < 0,05.

Кусок размером более 500 мм считается «негабаритом» и перед транспортированием должен дробиться.

Кусковатость насыпных грузов учитывается при определении размеров несущих элементов конвейеров (ширины ленты, настила), а также выходных отверстий бункеров, воронок.

При транспортировке пылевидных грузов требуется применять герметичные конвейеры и предусматривать меры против пылеобразования, особенно в местах погрузки-выгрузки.

3. Угол естественного откоса φ – это угол между образующей конуса из свободно насыпанного груза и горизонтальной плоскостью (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема к определению угла естественного откоса насыпного груза:
а – заполненный грузом цилиндр; б – конус из свободно насыпанного груза

Для определения этого угла груз насыпается в цилиндр, не имеющий дна и крышки, который установлен на горизонтальной плоскости (рис. 2.2, а). Затем цилиндр медленно поднимается вверх. Так образуется конус из свободно насыпанного груза (рис. 2.2, б).

Этот угол зависит от взаимной подвижности частиц груза, которая, в свою очередь, зависит от сил трения между ними и сил сцепления между частицами.

При движении груз рассыпается сильнее, что необходимо учитывать при проектировании конвейера, а именно при выборе размеров рабочих элементов. При сдвиге и последующем равномерном движении угол откоса груза в движении φ_сд = 0,7 φ; при реальной работе конвейера возникают дополнительные колебательные воздействия на груз, что приводит к более значительному рассыпанию груза, поэтому угол реального расположения материала на движущемся грузонесущем органе φ_дв = (0,35…0,55) φ.

4. Подвижность (сыпучесть) – характерная особенность сыпучих материалов, связана с величиной угла естественного откоса груза. Зависит, как уже упоминалось выше, от сил трения между частицами и сил сцепления между частицами груза. Рассмотрим диаграмму напряжений в сыпучем теле (рис. 2.3).

Угол наклона прямой φ_вн, называемый углом внутреннего трения груза, выражает зависимость сопротивления сдвига материала (касательных напряжений)  от внутреннего нормального напряжения σ. Отличен для разных материалов.

 

Рис. 2.3. Диаграмма напряжений в сыпучем теле

Условие начала взаимного движения частиц

,

где  – наибольшие касательные напряжения в заданной точке насыпного груза, Па.

При этом tgφ_вн называется коэффициентом внутреннего трения материала;  – начальное сопротивление сдвигу (характеризует начальную силу сцепления между частицами). При  – идеально сыпучие грузы;  – связные грузы. Для хорошо сыпучих грузов угол естественного откоса равен углу внутреннего трения, т. е. φ = φ_вн.

5. Коэффициент внешнего трения f_о о грузонесущие элементы зависит от того, в покое материал или в движении, и определяется экспериментально.

    Угол наклона конвейеров обычно не превышает угла внешнего трения.

6. Абразивность – способность груза истирать рабочие поверхности элементов конвейера, зависит от твердости частиц груза по
10-балльной шкале. Категории: А – неабразивные; В – малоабразивные; С – среднеабразивные; Д – высокоабразивные.

Кроме отмеченных основных свойств, насыпные грузы характеризуются рядом других, не менее важных, а во многих случаях и решающих при выборе схемы транспортирования и элементов транспортирующих устройств:

– липкостью (обычно характерна для влажных грузов, но иногда проявляется и для сухих, особенно тонкодисперсионных грузов);

– режущей способностью (наличие острых углов, граней у кусков);

– коррозионностью (вызывает коррозию соприкасающихся с грузом материалов, например, соль, химические удобрения);

– гигроскопичностью (склонность к поглощению влаги из окружающего воздуха);

– высокой температурой;

– смерзаемостью;

– слеживаемостью (свойство грузов терять подвижность при длительном хранении);

– сводообразованием (образование сводов из частиц груза над выпускными отверстиями бункеров);

– самовозгораемостью (способность к воспламенению под действием происходящих в грузе химических реакций, например, влажное зерно, уголь каменный, карбид кальция);

– взрывоопасностью (кроме взрывчатых, характерно для пылящих грузов, например, мука, зерно, уголь);

– хрупкостью (склонность к разрушению частиц в процессе загрузки, транспортирования и разгрузки);

– вредностью для здоровья (химические, пылящие, ядовитые, радиоактивные, выделяющие резкие запахи грузы);

– волокнистостью;

– биологической активностью и др.

Характеристики большинства видов перемещаемых грузов можно определить по [1, 3–8].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вместе с этой лекцией читают "9. Внешние факторы поведения потребителей, семья".

1. Чем определяются условия работы машин непрерывного транспорта?

2. Чем определяются режимы работы машин непрерывного транспорта?

3. Назовите физико-механические характеристики насыпного груза как объекта перемещения.

4. Что такое насыпная плотность? На что влияет насыпная плотность?

5. Что такое угол естественного откоса груза? От чего зависит величина угла для того или иного насыпного груза?

5. Назовите физико-механические характеристики штучного груза как объекта перемещения.