Вспомогательные устройства машин непрерывного транспорта

ЛЕКЦИЯ 22. Вспомогательные устройства машин непрерывного транспорта

План лекции

22.1. Гравитационные устройства.

22.2. Питатели и дозаторы.

22.3. Метательные машины.

22.4. Автоматические весы.

Рекомендуемые материалы

Вспомогательные устройства необходимы для обеспечения работы транспортирующих машин. Они обеспечивают загрузку, разгрузку, дозирование, учет грузов, автоматизируют процесс перемещения груза и управления машинами.

22.1. Гравитационные устройства

22.1.1. Желоба и трубы

На гравитационных устройствах на­сыпные и штучные грузы движутся вниз по наклону или вертикали под дей­ствием силы тяжести.

Скорость движения насыпного груза по желобу принимают обычно до 2,5 м/с, коэффициент наполнения жело­ба 0,5…0,7.

На конвейерных установках короткие желоба (лотки) служат в качестве вспо­могательных устройств для направле­ния груза на погрузочных, разгрузочных и перегрузочных пунктах. Иногда, на­пример при транспортировании горячих или пылящих грузов, их делают закры­тыми в виде трубы прямоугольного, круглого или фасонного сечения. При подаче в несколько точек желоба и трубы выполняют разветвленными или поворотными. Схемы двух пово­ротных труб – для подачи по окружно­сти и по кольцевой площадке показаны на рис. 22.1.

Если требуется при перегрузках на­править поток насыпного груза не по прямой линии, а под углом, то желобу придается изогнутая форма. При этом весьма важно, чтобы форма желоба обеспечивала наименьшее сопротивле­ние движению груза и чтобы при на­сыпных грузах поток не терял сплошно­сти.

Иногда требуется два грузопотока соединить в один и направить его в нужную сторону, а иногда, наоборот, один грузопоток разделить на два. Предназначенные для этого желоба со­бирают из нескольких фасонных частей (рис. 22.2).

При транспортировании абразивных грузов для увеличения срока службы желоба и труб их нередко изготовляют из износостойких материалов или армируют ими – плитами из хромоникелевого чугуна, марганцовистой стали, плавле­ного базальта и др.

Рис. 22.1. Поворотные спуски-трубы

Рис. 22.2. Фасонные желоба для соединения и разделения грузопотока

Чтобы избежать большой скорости падения насыпных грузов, применяют ступенчатые (каскадные) или спи­ральные спуски (рис. 22.3).

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.

Рис. 22.3. Спуски

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 на периферии – порядка 45°. Как и прямые желоба, секции спирали армируют изно­состойкими материалами.

22.1.2. Бункера

Бункера представляют собой проме­жуточные грузохранилища в виде сосу­дов большого объема, устанавливаемых в общей цепи транспортного и техноло­гического оборудования, и предназна­чаются для временного накапливания в них некоторых количеств насыпных грузов и затем – для дальнейшей от­грузки их на транспортное и технологи­ческое оборудование. Бункера загру­жают через открытый верх или загру­зочные отверстия и разгружают, как правило, через отверстия в днище или внизу боковых стенок.

Продвиже­ние груза по бункеру и истечение через отверстия происходят под действием его силы тяжести.

Форма бункера, помимо строи­тельных требований, должна удовлетво­рять условиям возможно полного за­полнения и полной разгрузки, без обра­зования «мертвых зон», в которых при опорожнении бункера груз задерживает­ся и не сходит под действием силы тя­жести к разгрузочным отверстиям. По­следнее имеет место главным образом при недостаточном наклоне стенок, на­правляющих груз к разгрузочным от­верстиям. Кроме того, форма бункеров должна предупреждать возможность возникновения сводообразования («за­висания») груза над отверстиями, нару­шающего режим истечения из бункера.

Несколько типичных геометрических форм бункеров показано на рис. 22.4. Обычно бункера состоят из двух частей: верхней – призматической или цилин­дрической и нижней – суживающейся книзу (к выпускным отверстиям),в виде пирамиды, конуса или сферы.

Рис. 22.4. Типичные формы бункеров

Для облегчения движе­ния груза стенки бункеров изнутри вы­полняют гладкими; для перемещения абразивных грузов их облицовывают съемными стальными плитами, спе­циальным износостойким стеклом. При транспортировании влажных смерзаю­щихся грузов используют утепленные и отапливаемые бункера.

Для обеспечения перегрузки из желез­нодорожных вагонов на конвейер без строительства тяжелых железнодо­рожных эстакад бункера делают заглуб­ленными. Груз подается на ленточные конвейеры с помощью спе­циальных лопастных сгребающих или сталкивающих питателей, передвигаю­щихся вдоль разгрузочного фронта.

Процессы истечения и сводообразования в бункерах. Процесс истечения насыпного груза через выпускное отверстие в дне бунке­ра происходит примерно так, как пока­зано на рис. 22.5, а и б, при симметрич­ном и боковом расположении отвер­стия. В обоих случаях в движение приходит вертикальный столб груза над отверстием, вследствие чего на поверх­ности груза образуется воронка, по ко­торой по мере истечения ссыпаются ча­стицы. При расположении выпускного отверстия вблизи вертикальной стенки бункера насыпной груз скользит вдоль последней, и образующаяся воронка имеет несимметричную форму.

По опытным данным, истечение груза через симметрично расположенное от­верстие бункера происходит в следую­щем порядке (рис. 22.5, в): сначала высы­пается часть 2, имеющая в зависимости от формы отверстия форму конуса или клина, затем расположенная над нею часть 2, имеющая форму эллипсоида, затем сдвигаются части 3 и далее части 4, так что к моменту окончания процес­са в нижней части бункера образуется воронка из частей 5, заполняющих «мертвое» пространство. Наименьший угол наклона стенок в нижней части бункера, при котором «мертвое» про­странство не образуется и груз высы­пается без остатка, зависит от коэффи­циента трения груза о стенку, возрастая с его увеличением. Так, для сортирован­ного угля этот угол составляет 45…50°, для мелкого угля 60°, для руды не менее 65°. При высыпании над выпускным от­верстием нередко образуется свод груза в виде купола или арки. Это характерно для грузов, содержащих крупные куски (рис. 22.5, г), однако может иметь место и при некрупнокусковых грузах, особен­но влажных и слеживающихся, в связи с поперечным распором под действием силы тяжести вышележащих слоев гру­за, причем образующийся купол или ар­ка опирается, как и в предыдущем слу­чае, на наклонные стенки суживающейся части бункера, а при небольших попе­речных размерах бункера — иногда и на вертикальные стенки.

Рис. 22.5. Схемы процессов: а, б, в – истечения насыпного груза из бункера; г – сводообразования

Для ликвидации сводообразования применяют различные ручные и механи­ческие средства. В простейшем случае свод разрушают вручную через спе­циальные отверстия в стенках бункеров, устроенные с таким перекрытием, что груз через них не высыпается. Механи­ческие разрушающие устройства имеют вид груза, подвешенного на цепи сверху, или лопастного вращающегося колеса. В некоторых случаях используют ук­репленные на стальных стенках бункера вибраторы, активизирующие процесс высыпания груза. Вибраторы включают только при открытом выпускном отвер­стии и работающем питателе, в против­ном случае вибрация может вызвать обратный эффект – слеживание и уплот­нение груза в бункере. Применяют так­же толчкообразное вдувание сильной струи сжатого воздуха через фурмы, расположенные ниже мест возможного опирания свода на стенки. При порош­кообразном грузе вдувание в бункер воздуха служит для его аэрирования и повышения внутренней подвижности частиц. Средство для борьбы со сводообразованием в каждом отдельном слу­чае выбирают главным образом в зави­симости от свойств груза.

Автоматизация обслуживания бункеров. Автоматизация обслуживания бунке­ров состоит в основном в контроле степени их заполнения и управления ме­ханическими устройствами, служащими для подачи насыпного груза и его вы­грузки.

Контроль заполнения бункеров осу­ществляется указателями (датчиками) уровня груза, основанными на механи­ческом воздействии на них груза и на действии фотоэлектрических и радиоак­тивных элементов.

К указателям уровня, основанным на механическом воздействии, относится опущенный в бункер близ его стенки маятник (поплавок), представляющий собой шарнирный стержень с укреп­ленным на его конце полым шаром (рис. 22.6, а). Указатель этого типа при­меняют преимущественно для контроля уровня в бункере при его заполнении до наивысшего допустимого уровня. При этом груз нажимает на шар и отводит его в сторону к стенке, вследствие чего происходит замыкание ртутного контак­та в защитном колпаке над точкой под­веса маятника, вызывающее замыкание или размыкание электрической сигналь­ной цепи и подачу сигнала. При полной автоматизации импульс передается на подающее груз транспортное устройство, и последнее либо прекращает по­дачу груза, либо переключается на дру­гую ячейку бункера.

Указатель уровня второго типа, осно­ванный тоже на механическом воздей­ствии груза – мембранный или ло­паточный прибор, укрепляемый на раз­ных уровнях изнутри на стенках бункера (рис. 22.6, б). Когда груз достигает в бун­кере того уровня, на котором располо­жен указатель, под его давлением де­формируется мембрана или отклоняется лопатка, и, как и в предыдущем случае, замыканием контакта передается сигнал или команда.

Механическое сигнальное устройство третьего типа (рис. 22.6, в) представляет собой крыльчатку, опущенную в бункер на вертикальном валу или пропущен­ную через боковую стенку бункера и вращаемую электродвигателем не­большой мощности (~ 5 Вт). Статор двигателя удерживается от вращения пружиной. Когда уровень насыпного груза доходит до крыльчатки, ее вращение затормаживается. При этом возра­стает электромагнитное взаимодействие между ротором и статором двигателя, и статор, преодолевая сопротивление пружины, поворачивается на некоторый угол, включая сигнальное устройство или систему автоматического управле­ния конвейерами, подающими груз к бункеру.

Более надежными следует считать указатели уровня, не требующие непо­средственного механического воздей­ствия на них груза – ультразвуковые и радиоактивные (последние – в виде гамма-излучателей и гамма-индикато­ров). Схема их установки для фиксиро­вания верхнего, нижнего и среднего уровней в бункере показана на рис. 22.6, г.

С помощью указателей уровня можно достичь полной автоматизации работы бункерных установок и связанных с ни­ми транспортных средств. Так, при за­полнении ячейки бункера загружающе­му транспортному устройству (конвейе­ру) может передаваться импульс на переключение подачи груза в другую ячейку, а при полной разгрузке ячейки может автоматически выключаться рас­положенный под ней питатель и вклю­чаться питатель другой (заполненной) ячейки.

Рис. 22.6. Указатели уровня груза в бункере: а – маятниковый; б – лопаточный; в – крыльчатый; г – основанный на действии гамма-лучей;
1 – ртутный контакт; 2 – гамма-излучатель; 3 – гамма-индикатор

Бункерные затворы. Бункерные затворы служат для за­крывания и открывания выпускных от­верстий бункеров, а в некоторых слу­чаях также для регулирования выходя­щего через них потока насыпного груза. Точность регулирования потока откры­ванием выпускного отверстия дости­гается только при хорошо сыпучих ма­териалах.

Бункерные затворы должны удовле­творять следующим требованиям: удоб­ству маневрирования и быстроте дей­ствия, плотности закрывания, возмож­ности регулирования потока груза. Кро­ме того, они должны иметь мини­мальные возможные габаритные раз­меры, простую и прочную конструкцию, а в некоторых случаях должны быть приспособлены к применению дистан­ционного и автоматического управле­ния.

По роду привода затворы разделяют на ручные и механические. Последние бывают электрическими, пневматически­ми и гидравлическими. Все виды затво­ров с механическим приводом могут быть с дистанционным управлением.

По характеру рабочего движения за­твора (кратковременное включение, ко­роткий быстрый ход, возможность воз­никновения внезапных сопротивлений при застревании крупных кусков) наи­большие преимущества имеют приводы прямого действия – пневматические и гидравлические. Рабочим органом в них служит пневмо- или гидроци­линдр с поршнем. Особенно целесо­образны пневматические приводы при наличии сети трубопроводов со сжатым воздухом. К недостатку их при работе в зимнее время под открытым небом или в неотапливаемом помещении отно­сится замерзание на выходе содержа­щейся в сжатом воздухе воды. В ука­занных условиях гидравлический привод с маслом в качестве рабочей жидкости характеризуется большей надежностью.

По способу действия затворы разде­ляют на две группы: отсекающие поток груза и создающие подпор. К первой, более многочисленной группе относятся затворы в виде плоской задвижки и сек­торные, ко второй группе – лотковые.

22.2. Питатели и дозаторы

Питатели представляют собой меха­нические, снабженные двигателями, устройства, монтируемые у выпускных отверстий бункеров или воронок и слу­жащие для обеспечения равномерного и регулируемого потока груза при исте­чении его из бункера или воронки. В не­которых случаях, например при погруз­ке на конвейер, питатели служат для сообщения потоку груза направленной скорости требуемого значения. Производительность питателя регулируется изменением величины выпускного от­верстия бункера или рабочих параме­тров питателя.

Большинство типов питателей не тре­бует отдельно бункерных затворов, так как при остановке питателя он подпо­ром удерживает груз от самопроизволь­ного высыпания через отверстие. Вместе с тем выгрузка насыпного груза из бун­кера с помощью питателей характери­зуется активным воздействием их рабо­чих элементов на груз, что особенно важно в случае плохосыпучих грузов, истечение которых через отверстие только под действием силы тяжести бы­вает затруднено.

Питатели характеризуются большим разнообразием типов, выбираемых в ка­ждом отдельном случае в зависимости от рода и свойств груза, требующейся производительности и местных условий.

Большая группа питателей предста­вляет собой разновидности конвейе­ров – ленточных, пластинчатых, скреб­ковых, винтовых, качающихся, вибра­ционных (рис. 22.7, а, б, в, г, д, е). Питатели отличаются от одноименных конвейе­ров меньшей длиной, относительно повышенной мощностью двигателя и про­чностью, так как они могут испытывать давление груза под отверстием бункера или воронки, перемещают груз более толстым слоем и преодолевают боль­шие сопротивления при рабочем движе­нии.

Рис. 22.7. Схемы питателей: а – ленточного; б – винтового;
в – пластинчатого; г – скребкового; д – качающегося; е – вибрационно­го; ж – барабанного; и – дискового; к – цепного

Питатели этой группы иногда слу­жат одновременно и конвейерами, пере­мещая груз на некоторое расстояние от отверстия бункера.

Другая группа питателей – бара­банные, дисковые, цепные и лопастные (рис. 22.7, ж, и, к) не имеют прототипов среди конвейеров и могут служить толь­ко для выдачи груза непосредственно у отверстия бункера.

Ленточные питатели приме­няют главным образом при перемещении зернистых, мелко- и среднекусковых грузов. К преимуществам ленточных питателей относятся надежность, не­большая масса и широкий диапазон производительности.

Пластинчатые питатели (рис. 22.7, в), как и ленточные, могут быть горизонтальными и наклонными, с углом наклона большим, чем угол на­клона ленточных питателей. Скорость движения рабочего полотна пластинчатого пита­теля обычно составляет 0,05…0,25 м/с.

Пластинчатые питатели характери­зуются высокой прочностью и могут применяться при перемещении тяжелых, крупнокусковых и абразивных грузов, например, рядовой и крупнокусковой руды, камня и пр. При плохосыпучих грузах они могут служить дном бункера (как показано на рис. 22.7, в), восприни­мая удары при погрузке в бункер и да­вление столба груза. Недостаток пла­стинчатых питателей – большая масса и высокая стоимость.

На рис. 22.8 показан отдельно пла­стинчатый питатель тяжелого типа. Пластинчатое полотно движется на ра­бочей ветви по батарее стационарных роликов, смонтированных на устано­вленных на раме поперечных балках.

Рис. 22.8. Пластинчатый питатель тяжелого типа

Скребковые питатели (рис. 22.7, г). Подобно пластинчатым, скребковые питатели мо­гут применяться для наиболее тяжелых условий работы, но по сравнению с ни­ми они имеют более простую конструк­цию, а также меньшую высоту. К их не­достаткам относятся некоторое изнаши­вание опорных плит и возможность затягивания кусков груза под цепи на звездочки. Производительность и по­требную мощность двигателя ленточ­ных, пластинчатых и скребковых питате­лей определяют как для однотипных конвейеров, но с учетом специфических условий их работы.

Винтовые питатели (рис. 22.7, б) имеют сплошной винт, смонтиро­ванный на двух подшипниках и вра­щающийся в закрытом желобе или тру­бе. Винтовые пита­тели используют для транспортирова­ния пылевидных, зернистых, а также мелкокусковых насыпных грузов.

Качающиеся питатели (рис. 22.7, д) представляют собой горизонтальный или наклонный (с наклоном вниз) лоток с подвижными или неподвижными бор­тами, опирающийся на стационарные роликовые или катковые опоры, либо подвешенный на тягах и совершающий от кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательное движение.

Ка­чающиеся питатели применяют для транспортирования рядовых и сортиро­ванных грузов с кусками малых, сред­них и больших размеров и при широ­ком диапазоне производительности, од­нако их нельзя использовать для нали­пающих грузов. К преимуществам пита­телей относится простота и прочность конструкции.

Вибрационные питатели (рис. 22.7, е) работают по принципу вибрационных конвейеров и оснащаются такими же, как у вибрационных конвейеров, цент­робежными (дебалансными) и электро­магнитными вибраторами, опорами и упругими элементами. Производитель­ность вибрационных питателей обычно несколько десятков тонн в час, а наиболее мощных – до 2000 т/ч. Вибрационные питатели могут одновременно служить гро­хотами, что используется, например, при подаче груза на ленточные конвейеры для отсева мелких фракций. Одним из пре­имуществ вибрационных питателей, как и качающихся, является возможность при подаче груза на ленту расположить переднюю грань лотка на незначитель­ной высоте над поверхностью ленты, при этом последняя предохраняется от повреждений падающими на нее куска­ми груза. Производительность вибрационных питателей регулируется автоматически изменением амплитуды и частоты коле­баний лотка.

Барабанные питатели (рис. 22.7, ж) имеют наиболее простую конструкцию. Их применяют с гладкой поверхностью барабана для хорошо сыпучих зер­нистых и мелкокусковых грузов и с ре­бристой поверхностью барабана – для крупнокусковых грузов. Производитель­ность питателей пропорциональна сече­нию слоя груза и скорости на окружно­сти барабана.

Дисковые или тарельчатые питатели (рис. 22.7, и) применяют при перемещении пы­левидных, зернистых и мелкокусковых хорошосыпучих грузов. Частоту вращения стола выбирают такой, при которой частицы не сбрасы­ваются по окружности под действием центробежной силы.

Цепные питатели (рис. 22.7, к) со­стоят из ряда подвешенных на привод­ном барабане тяжелых кольцевых цепей, соединенных между собой поперечными кольцевыми звеньями. Образующийся «цепной занавес» перекрывает выпуск­ное отверстие бункера и лежит в нижней части на слое груза, расположенном на спускном лотке, удерживая груз от самопроизвольного ссыпания. При вра­щении барабана цепи прижимают слои груза к лотку и регулируют скорость его скольжения. Цепные питатели предназначаются для крупнокусковых более или менее однородных по размерам грузов. При наличии в грузе мелких частиц, послед­ние могут проходить сквозь «занавес», а отдельные очень крупные куски могут приподнимать занавес и двигаться с по­вышенной скоростью.

Дозаторами называются устройства цикличного действия, производящие при каждом цикле выдачу из бункера опре­деленного количества (дозы) насыпного груза. Дозирование может производить­ся по объему или по массе. Дозирова­ние по объему осуществляется с по­мощью мерного сосуда, плунжера или ячеечного барабана. Мерный сосуд поворачивается пневмоцилиндром, при этом его цилиндри­ческая спинка закрывает отверстие бункера.

Автоматическое дозирование по массе производится с помощью сосуда, уста­новленного на весах, которые обусло­вливают автоматическое воздействие на бункерный затвор или питатель в мо­мент, когда масса насыпного груза в со­суде достигает заданного значения. Ав­томатически производится также откры­вание и закрывание выпускного отверстия сосуда, а затем следующее откры­вание затвора бункера или включение питателя.

Применяются также способы автома­тического отмеривания определенной массы груза с помощью конвейерных весов, по показанию которых произво­дится выключение конвейера или пита­теля после пропуска ими этой массы груза.

22.3. Метательные машины

Метательными называются машины, с помощью которых насыпному грузу сообщается кинетическая энергия, необ­ходимая для направленного его полета на некоторое заданное расстояние (обы­чно в пределах 20…30 м).

Метательные машины (рис. 22.9) применяют в различных обла­стях народного хозяйства, причем ис­пользование их особенно эффективно при подаче груза в труднодоступные места. В горном деле метательные ма­шины применяют для заклад­ки породой выработанных пространств (закладочные машины) и на открытых работах для отсыпки отвалов; в метал­лургии – для загрузки шихты в печи; на дорожно-строительных и земляных ра­ботах – при сооружении земляного по­лотна дороги, насыпке дамб и пр. (грунтометатели); на железнодорожном и водном транспорте – для заполнения трюмов судов (штивующие машины); на складах угля и некоторых других грузов – для укладки их в штабеля; на погрузочно-разгрузочных и сортиро­вочных работах складов для зерна ам­барного типа (зернометатели) и пр.

Рис. 22.9. Схемы метатель­ных машин: а – ленточной с прямой лентой;
 б, в – ленточно-барабанных; г, д – лопастных (ро­торных); е – дисковой

По принципу действия различают ма­шины, сообщающие струе груза ско­рость вылета трением о рабочий орган, захватом-толканием и двумя этими спо­собами, т. е. частично тем и другим. По роду рабочего элемента машины не­прерывного действия разделяют на три типа: ленточные, лопастные и дисковые.

22.4. Автоматические весы

Автоматическое взвешивание транс­портируемого насыпного груза произво­дится непосредственно на конвейере или на отдельно установленных весовых агрегатах.

По режиму взвешивания автоматиче­ские весы разделяют на устройства пре­рывного и непрерывного действия, по способу взвешивания и типу устрой­ства – на механические и электронные (электрические). Кроме того, начинают находить применение снабженные радиоактивными и ультразвуковыми эле­ментами устройства, контролирующие количество перемещаемого на конвейе­ре насыпного груза по объему.

Обратите внимание на лекцию "8 Корпоративные объединения".

В последнее время широкое распро­странение находят более простые и ком­пактные электронные весы, производя­щие операции по мгновенному взвеши­ванию груза на ленте и интегрированию показаний массы по времени. При изме­рении распределенной нагрузки на ленте весовая роликоопора воспринимает да­вление на нее груза и передает опорным элементам, напряжение и упругая де­формация которых фиксируется датчи­ком, производящим соответственные из­менения в электрической системе. По их величине устанавливается масса груза на длине 1 м в момент измерения.

С помощью конвейерных весов раз­ных типов можно не только определять производительность конвейера в точке установки весов и количество переме­щенного груза за тот или иной проме­жуток времени, но и по показаниям ве­сов регулировать производительность конвейера, для чего служит специальная автоматическая аппаратура, воздей­ствующая, например, на питатель.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Перечислите вспомогательные устройства машин непрерывного транспорта.

2. Назовите типы и опишите конструкции гравитационных вспомогательных устройств.

3. Назовите типы и опишите конструкции питателей, применяющихся в машинах непрерывного транспорта.