Приводные устройства машин непрерывного транспорта

Приводной механизм (или, сокращенно, привод) служит для приведения в движение тягового и грузонесущего элементов конвейера или непосредственно рабочих элементов в машинах без тягового элемента.

По способу передачи тягового усилия различают приводы с передачей усилия зацеплением (для цепных конвейеров) и фрикционные, передающие тяговое усилие трением. Фрикционные приводы применяют для лент, канатов и круглозвенных цепей.

7.1. Общие сведения о приводных устройствах

Состав привода в общем случае следующий:

– двигатель;

– редуктор;

– муфты;

– тормоз или останов;

– приводные элементы (барабаны, блоки, звездочки).

По числу приводов, расположенных на трассе, различают конвейеры одноприводные и многоприводные. У многоприводного конвейера на трассе размещают несколько (до 12) приводных механизмов, называемых промежуточными, с отдельными электродвигателями. Применение промежуточных приводов позволяет значительно уменьшить натяжение и использовать тяговые элементы невысокой прочности на конвейерах большой протяженности.

Привод конвейера может иметь один, два или три отдельных двигателя. Два двигателя устанавливают на один приводной вал при использовании типовых двигателей и редукторов меньшей мощности (вместо одного большого) и для более компактной планировки привода. Три двигателя применяют в двухбарабанном приводе ленточного конвейера.

По виду движущей энергии и роду двигателей в конвейерах применяют электрический и значительно реже – электрогидравлический и пневматический приводы. В электроприводах, получивших преимущественное распространение, используют асинхронные электродвигатели трехфазного тока с короткозамкнутым (до 100 кВт) и фазным роторами общепромышленного исполнения. Для многоприводных конвейеров применяют двигатели с повышенным скольжением или двигатели с фазным ротором с дополнительным сопротивлением в цепи ротора для увеличения скольжения, а для конвейеров тяжелого типа, а также при пульсирующем движении – двигатели с повышенным пусковым моментом.

Электродвигатели постоянного тока используют очень редко.

Гидравлический привод в конвейерах имеет сравнительно малое применение, и главным образом в условиях взрывоопасной среды, например в угольных шахтах. К его преимуществам относятся компактность, возможность плавного регулирования скорости, взрывобезопасность, а к недостаткам – пониженный кпд, невысокий срок службы основных деталей, сравнительно большая частота вращения выходного вала, что ограничивает использование гидропривода для цепных конвейеров тяжелого типа, имеющих скорость до 0,5 м/с.

По конструкции составных элементов электрические приводы бывают наборные из открытых передач (устаревшая конструкция), полностью редукторные (наилучшая конструкция), комбинированные – с редуктором и дополнительными открытыми клиноременной, зубчатой или цепной передачами и специальные, встроенные (например, мотор-барабан). Выходной вал редуктора соединяется с валом приводного барабана или звездочки при помощи зубчатой или уравнительной муфты, или какой-либо дополнительной передачи (зубчатой или цепной). Входной вал редуктора соединяется с валом электродвигателя при помощи упругой муфты.

В конвейерах тяжелого типа с большими пусковыми нагрузками, а также при многодвигательном приводе широкое распространение получили гидравлические муфты. Эти муфты позволяют осуществить плавный, постепенный разгон машины при пуске и вследствие повышенного скольжения способствуют равномерному распределению нагрузок между отдельными двигателями многоприводного конвейера.

Приводы конвейеров в большинстве случаев снабжаются остановами или электромагнитными тормозами и блокируются с предохранительными устройствами. Большинство приводов цепных конвейеров с зацеплением шарниров цепи на звездочке или кулачке гусеничной цепи имеют также механическое предохранительное устройство в виде срезного штифта с заданным расчетным сечением. При повышении пускового тягового усилия приблизительно на 25 % штифт срезается, приводная звездочка останавливается, и прерывается подача тока к электродвигателю привода. Это очень простое устройство надежно предохраняет тяговый элемент от повреждений и обрыва.

7.2. Расположение на конвейере привода

Расположение привода на конвейере нередко определяется местными строительными, конструктивными и эксплуатационными условиями, например, удобствами сооружения фундамента под привод и машинного здания для него, удобством управления и обслуживания привода, а также условиями подвода тока и др. Устанавливают привод обычно на одном из поворотных пунктов.

От расположения привода в контуре конвейера зависит натяжение тягового элемента на разных участках контура и наибольшее натяжение тягового элемента. Поэтому если местные условия не имеют решающего значения, то привод необходимо располагать так, чтобы по возможности уменьшить наибольшее натяжение тягового элемента и натяжение на поворотных пунктах и криволинейных участках (на которых сопротивления пропорциональны натяжению).

Целесообразно располагать привод сразу после прямолинейного участка с очень большим сопротивлением, так как при этом возникающее значительное натяжение тягового элемента непосредственно передается на привод.

Если конвейер в простейшем случае состоит из двух прямолинейных параллельных ветвей и груз перемещается по горизонтали или по наклонной вверх (рис. 7.1, а и б), то привод надо размещать в головной части конвейера, т. е. в конце грузовой ветви.

Если груз движется по наклонной вниз (рис. 7.1, в) при небольшом угле наклона, при котором общее сопротивление на грузовой ветви больше, чем на обратной, т. е.

то располагать привод целесообразно также в головной части конвейера, в противном случае – в хвостовой части (рис. 7.1, г). Здесь q_г – погонная нагрузка от веса груза; q_о – погонная нагрузка от веса подвижных частей конвейера; ω – коэффициент сопротивления движению.

На конвейере с движением груза вниз при общем сопротивлении
W > 0 привод работает в двигательном режиме, при W < 0 – в генераторном (скорость тягового элемента регулируется тормозом).

Точка а наименьшего натяжения на контуре тягового элемента горизонтального конвейера всегда совпадает с точкой сбегания его с привода. На наклонном конвейере с движением груза вверх (рис. 7.1, б) при сопротивлении обратной ветви точка наименьшего натяжения а находится вверху у привода, в обратном случае – внизу у хвостовой части (а’). На наклонном конвейере с движением груза вниз при расположении привода внизу (см. рис. 7.1, в) точка наименьшего натяжения находится на холостой ветви у привода, а при расположении привода вверху (см. рис. 7.1, г) – на грузовой ветви у головного блока конвейера.

На конвейере со сложным контуром тягового элемента, расположенным в горизонтальной плоскости, тяговый элемент имеет наименьшее натяжение у привода на сбегающей ветви, а при наличии наклонных участков – или у привода на сбегающей ветви, или в нижней точке одного из участков с движением вниз (рис. 7.1, д).

Рис. 7.1. Схемы расположения на конвейере привода П
и точки наименьшего натяжения тягового органа а^’ при
трассах: а – горизонтальной; б, в, г – наклонных; д – сложной

Промежуточное расположение привода. В рассмотренных случаях привод расположен на одном из концевых барабанов или на одной из звездочек – головной или хвостовой. Для возможного уменьшения максимального натяжения тягового элемента иногда (например, на длинном наклонном или вертикальном конвейере) целесообразно располагать привод в промежуточной точке грузовой ветви.

Для установки натяжного устройства обычно используют один из поворотных пунктов контура тягового элемента с углом обхвата 180°.
В общем случае натяжное устройство целесообразно устанавливать в месте наименьшего натяжения тягового элемента, чтобы ограничить необходимую силу на натяжном устройстве. На конвейере с двумя параллельными ветвями натяжное устройство обычно устанавливают на поворотном пункте со стороны, противоположной приводу (см. рис. 7.1, а, б, в, г).

7.3. Многоприводные конвейеры

Натяжение тягового гибкого элемента в общем случае возрастает от точки сбегания с приводного устройства к точке набегания, где оно обычно имеет максимальное значение. По максимальному натяжению и определяют размеры тягового элемента. Чтобы избежать чрезмерного усиления и утяжеления тягового элемента длинного и сложного конвейерного контура, нередко приходится разбивать его на раздельные, последовательно установленные конвейеры, однако это вызывает необходимость перегрузочных операций. Кроме того, при сложном контуре конвейера от точки сбегания тягового элемента с приводного устройства к точке набегания значительно возрастают усилия, передаваемые на отклоняющие устройства поворотных пунктов и криволинейных участков, а следовательно, в этих местах увеличиваются силы сопротивления и износ, и требуется соответственное усиление опорных конструкций.

Многоприводные конвейеры, на которых тяговая сила передается на тяговый элемент двумя или большим числом приводов, расположенных в промежуточных точках контура, не имеют этих недостатков. Так, при установке на ленточных конвейерах промежуточных фрикционных приводов можно транспортировать груз значительной массы на большие расстояния и, если требуется, на большую высоту подъема без перегрузки.

Вместе с тем недостатками многоприводных конвейеров являются более высокая стоимость нескольких приводов, по сравнению с одним приводом такой же или несколько меньшей общей мощности, усложнение обслуживания и подвода энергии в несколько пунктов конвейера вместо одного и особенно возможность перераспределения мощности и тяговых сил между приводами. Поэтому целесообразность применения многоприводных конвейеров следует в каждом отдельном случае проверять технико-экономическим сравнением вариантов.

Основное условие, которое необходимо соблюдать при проектировании многоприводных конвейеров, состоит в следующем. Для наилучшего использования прочности тягового элемента максимальные силы его натяжения на отдельных участках, возникающие, как правило, в точках набегания на приводной барабан или звездочку, должны быть возможно одинаковыми. Для этого контур конвейера разбивают на участки с равными силами сопротивления, а следовательно, с одинаковыми по мощности приводами.

7.4. Устройство промежуточных приводов

Различают промежуточные приводы, передающие движущую силу при помощи зацепления и трения (фрикционные). При использовании первых применяют цепной тяговый элемент, а при использовании вторых – ленточный или цепной, имеющий у привода прямолинейную форму (рис. 7.2, а и б) или образующий на звездочке или барабане дугу обхвата (рис. 7.2, в, г).

Из тяговых элементов двух типов – ленты и цепи – лента по своим свойствам менее приспособлена для передачи на нее движущей силы в промежуточных пунктах. Как видно из рис. 7.2, д, е и ж, движущая сила может передаваться на прямолинейных участках конвейерной ленты с помощью расположенных под ней и поддерживающих ее приводных лент или роликов либо путем образования на рабочей ветви петли, огибающей приводной барабан. Такая схема дает наилучшие показатели по тяговой силе, которая может быть передана им на ленту, но имеет существенный недостаток – при его применении конвейер должен иметь добавочный пункт промежуточной перегрузки.

Рис. 7.2. Схемы промежуточных приводов: а, б, д, е,
и, к – на прямой; в, г, ж – на дуге обхвата

Применяют фрикционный промежуточный привод с двумя парами приводных пневматических колес, зажимающих края ленты (рис. 7.2, и), либо с двумя зажимными лентами (рис. 7.2, к); при использовании таких приводов края ленты должны быть свободны от груза.

В конструкции с приводными лентами, к которым грузонесущая лента прижата под действием собственной силы тяжести и силы тяжести лежащего на ней груза (рис. 7.2, д), для получения достаточной тяговой силы общая длина лент должна быть значительной, а для наклонных конвейеров тем больше, чем больше угол наклона. Это является недостатком рассматриваемых приводов.

7.5. Приводы цепных конвейеров

Приводы с передачей тягового усилия зацеплением разделяют на угловые со звездочкой или кулачковым блоком, устанавливаемые на повороте трассы конвейера на 90 или на 180° (рис. 7.3, а и б) и иногда на прямолинейном участке (рис. 7.3, в, г), прямолинейные (гусеничные) со специальной приводной цепью с кулаками (рис. 7.3, д), устанавливаемые на прямолинейном участке.

Достоинства угловых приводов в компактности и надежности работы. Гусеничный привод, по сравнению с угловым, имеет следующие преимущества: меньший диаметр приводной звездочки, а следовательно, и меньшие крутящий момент и размеры механизмов при одних и тех же тяговом усилии и скорости конвейера; возможность установки на любом горизонтальном участке трассы конвейера и, следовательно, большие возможности для оптимального расположения привода.

Рис. 7.3. Схемы приводов с передачей тягового усилия зацеплением: а, б, в – угловых со звездочкой при повороте на 90°, 180° и на прямолинейном участке соответственно; г – со звездочкой на отклонении цепи; д – промежуточный гусеничный

Недостатками гусеничного привода являются некоторая сложность его устройства и более высокая стоимость из-за наличия двух звездочек и приводной цепи.

В гусеничных приводах приводная цепь может располагаться в горизонтальной или вертикальной плоскости.

В гусеничном приводном устройстве движение тяговой цепи конвейера передается приводной (гусеничной) цепью с укрепленными на ней кулаками (захватами), входящими в зацепление с шарнирами или другими элементами тяговой цепи. Кулаки укрепляют на звеньях приводной цепи жестко (рис. 7.4, а) или подвижно (шарнирно, «управляемые» кулаки) (рис. 7.4, б).

Рис. 7.4. Схемы гусеничных приводов: а – с жесткими кулаками; б – с шарнирными кулаками

На рабочей ветви приводная цепь направляется прямолинейной или профильной шиной – одно– или двусторонней. Прямолинейную направляющую шину располагают параллельно продольной оси тяговой цепи или под углом к ней.

Рабочая поверхность кулаков может иметь прямолинейный или криволинейный профиль, иногда ей придают форму крючка. Для уменьшения неравномерности движения ведущая звездочка приводной цепи должна иметь возможно большее число зубьев. Кроме того, должны быть обеспечены непрерывность зацепления и плавный выход кулаков из зацепления. Последнее достигается, например, при применении шарнирных кулаков и профильной направляющей шины (рис. 7.4, б), соответственным очертанием профиля шины.

7.6. Приводы ленточных конвейеров

В ленточном конвейере движущая сила передается на ленту трением при огибании ею приводного барабана (при барабанном приводе) или при контакте приводной ленты с грузонесущей (при прямолинейном промежуточном приводе многоприводного конвейера).

Барабанный привод состоит из барабана, передаточных механизмов (муфты и редукторы) и двигателя. В приводах наклонных конвейеров устанавливают также стопорное устройство (останов) и тормоз, препятствующие в случае выключения двигателя самопроизвольному движению ленты вниз под действием силы тяжести находящегося на ней груза. Различают однобарабанные приводы с одним (рис. 7.5) или двумя двигателями; двухбарабанные с близко расположенными друг около друга приводными барабанами (рис. 7.6, а) и с раздельным расположением приводных барабанов на переднем и заднем концах конвейера (рис. 7.7); трехбарабанные с близко расположенными друг около друга барабанами (рис. 7.6, б) или с раздельным расположением двух приводных барабанов на переднем (головном) и одного – на заднем концах конвейера. Трехбарабанные приводы из-за сложности, многократных перегибов ленты и недостаточной надежности применяют крайне редко.

Рис. 7.5. Схема однобарабанного привода

Для однобарабанного привода (см. рис. 7.5) полное усилие для преодоления всех сопротивлений или тяговая (окружная) сила, Н,

где S_нб – усилие в набегающей на приводной барабан ветви, Н;
S_сб – усилие в сбегающей с приводного барабана ветви, Н.

Рис. 7.6. Схемы обводки ленты на приводе: а – двухбарабанном;
б – трехбарабанном; ПБ — приводной барабан

Рис. 7.7. Схема конвейера с приводами на переднем и заднем барабанах: ПБ – приводной барабан; НУ – натяжное устройство

Условие работы такого привода (фрикционного) заключается в отсутствии проскальзывания барабана относительно ленты (условие Эйлера) и выражается соотношением усилий в ленте

где f – коэффициент трения (сцепления) ленты по поверхности барабана; α – угол обхвата лентой барабана, рад; e – основание натуральных логарифмов, e = 2,71.

Величину е^fα, определяющую тяговую способность приводного барабана, называют тяговым фактором.

Тогда

Можно отметить, что тяговое усилие, которое может быть передано с приводного барабана на ленту, возрастает с увеличением угла обхвата, коэффициента трения и первоначального натяжения ленты. Коэффициент трения зависит от рода поверхности барабана и состояния соприкасающихся поверхностей ленты и барабана, а угол обхвата – от схемы огибания лентой приводного барабана. Для повышения коэффициента трения поверхность обода приводного барабана покрывают (футеруют) фрикционными материалами (например, резиной) с канавками (насечкой) глубиной 3…4 мм, образующими прямоугольные или ромбические клетки для сбора грязи и отвода влаги. При нефутерованном барабане коэффициент трения небольшой и требуется значительное первоначальное натяжение, поэтому применение нефутерованных барабанов неэффективно для конвейеров достаточно мощных и протяженных.

Повышения тягового усилия без увеличения первоначального натяжения ленты (так как это не выгодно из-за увеличения усилий в ленте, а соответственно и ее типоразмера, что повлечет за собой увеличение барабанов и т. д.) можно достичь путем приложения внешней силы, прижимающей ленту к барабану при помощи прижимного ролика или прижимной ленты, охватывающей приводной барабан поверх конвейерной ленты, или же атмосферного давления при создании вакуума между барабаном и лентой (при так называемом присасывающем барабане). Такие устройства вследствие их сложности не получили широкого распространения.

Наибольшее же распространение получили дополнительные отклоняющие ролики или барабаны, при помощи которых добиваются увеличения угла обхвата лентой барабанов.

В случае нехватки одного барабана применяют двухбарабанный привод (см. рис. 7.6), для которого

где S_нб₁ – натяжение ветви ленты, набегающей на первый по ходу ленты приводной барабан, Н; S_сб₂ – натяжение ветви ленты, сбегающей со второго приводного барабана, Н; f₁ и f₂ коэффициенты трения ленты соответственно о поверхность первого и второго барабанов; α₁ и α₂ – углы обхвата лентой соответственно первого и второго барабанов, рад. Суммарный угол обхвата в двухбарабанном приводе может достигать 480 град.

Для обеспечения более высокого коэффициента трения обводка должна быть такой, чтобы лента соприкасалась с поверхностью барабана нижней (внутренней, «чистой») стороной, иначе коэффициент трения снижается. Общее суммарное тяговое усилие W, необходимое для преодоления всех сопротивлений движению ленты на трассе конвейера, распределяется на два окружных усилия W₁ и W₂, создаваемых первым и вторым барабанами:

W = W₁ + W₂.

Недостаток привода в том, что в основном полезную нагрузку забирает первый барабан, т. е. W₁ > W₂, и хотя угловые скорости барабанов равны, из-за перепада усилий на барабанах изменяются упругие деформации ленты, при этом лента перемещается относительно второго барабана и изнашивается.

Рекомендуем посмотреть лекцию "4. Обеспечение надежности работы систем противопожарного водоснабжения".

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Какими способами возможна передача тягового усилия от привода к тяговому элементу?

2. Как определяется место расположения привода на конвейере?

3. Назовите виды приводов цепных конвейеров.

4. Назовите виды приводов ленточных конвейеров.

5. Какими способами возможно обеспечить работу фрикционного привода в случае проскальзывания приводного элемента относительно тягового элемента?

Поделитесь ссылкой:

Популярные услуги

Приводные устройства машин непрерывного транспорта

Рекомендуемые материалы

Рекомендуемые лекции