Щеглов О.М.

к.т.н., доцент, Приазовский государственный технический университет

Гринько П.А.

магистр, ведущий инженер ОАО «МК «Азовсталь»

г. Мариуполь, Украина

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НАТЯЖНЫХ УСТРОЙСТВ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН

Транспортирующие машины в промышленном производстве применяются преимущественно в карьерах и на производственных предприятиях для перемещения сыпучих и однородных штучных грузов непрерывным потоком, обычно на небольшие расстояния в пределах одной или нескольких, связанных между собой, производственных площадок. Перемещение грузов таким способом принципиально отличает эти транспортирующие машины от транспортных средств циклического действия – грузоподъёмных кранов, железнодорожных поездов и др. В карьерах транспортирующие машины применяются для подачи материалов от места добычи к месту погрузки на транспортные средства (железнодорожные вагоны, автомобили, суда); складах – для подачи материала от пункта разгрузки к местам хранения и далее к местам использования; на камнедробильных и бетонных заводах – для подачи материалов к технологическим агрегатам (камнедробилкам, грохотам, бетономешалкам и др.); на заводах строительных изделий – для перемещения материалов, полуфабрикатов и готовых изделий по всей цепи технологического процесса, начиная от склада сырья до склада готовой продукции.

По принципу действия транспортирующие машины подразделяются на транспортеры (конвейеры), в которых перемещаемому материалу движение сообщается механическим путем, канатные подвесные дороги, по которым материал перемещается в отдельных вагонетках, пневмотранспортные и гидротранспортные установки).

Наибольшее применение в промышленности получили ленточные конвейеры, предназначенные для транспортирования сыпучих или штучных грузов в горизонтальном и слабонаклонном направлениях.

Значительная роль в обеспечении надёжной и долговечной работы транспортирующих машин принадлежит натяжным устройствам. В современных машинах натяжное устройство является регулятором натяжения тягового элемента в заданных пределах и автоматическим предохранительным устройством, выключающим привод при превышении заданного предела нагрузки и чрезмерной вытяжке тягового элемента. Наиболее широко применяются на транспортирующих устройствах средней и большой мощности грузовые натяжные устройства. Они приводится в действие весом свободно висящего груза и автоматически (без периодического подтягивания) обеспечивают постоянное усилие натяжения, автоматически компенсируют изменение длины тягового элемента от температурных условий. Они также уменьшают пиковые нагрузки при случайных перегрузках, что является их большим преимуществом. К недостаткам грузовых устройств относятся значительные габаритные размеры и большая масса груза для мощных и длинных конвейеров. Для уменьшения массы груза применяют передачу усилия натяжения через полиспасты или рычаги, используют приводные лебедки. Существенным недостатком таких натяжных устройств являются большие сопротивления в полиспастах (особенно на конвейерах, работающих в тяжелых условиях эксплуатации), которые значительно препятствуют автоматичности действия грузовых натяжных устройств.

В ленточных конвейерах большой протяжённости используют грузолебедочные натяжные устройства. В простом, неуправляемом, грузолебедочном натяжном устройстве постоянное натяжение ленты создается массой груза, воздействующего на натяжную тележку через канатный полиспаст, а перемещение груза из его крайних положений обеспечивается автоматически лебедкой, управляемой путевыми выключателями. Когда груз опускается до нижнего предельного положения из-за вытяжки ленты, путевой выключатель дает команду на включение электродвигателя лебедки для подъема груза. Лебедку также используют при проведении ремонтных и монтажных работ и при стыковке ленты. В натяжном устройстве, предложенном кафедрой подъёмно-транспортных машин и деталей машин ПГТУ, лебёдкой создают повышенное пусковое натяжение ленты [1]. Этим же устройством, после завершения пуска, натяжение ленты снижается до номинального, что благоприятствует увеличению срока её службы. Натяжное устройство имеет аварийный путевой выключатель, останавливающий привод конвейера при обрыве ленты или троса и падении натяжного груза. Шахта для перемещения натяжного груза закрыта ограждениями.

Первоначальное натяжение должно обеспечивать определенное минимальное натяжение ленты, необходимое для нормальной работы конвейера. Минимальное натяжение различно и зависит от типа конвейера и его привода. У конвейеров с фрикционным приводом, передающим тяговое усилие при помощи трения, первоначальное натяжение и обусловленное им натяжение ветви ленты, сбегающей с приводного барабана, должны быть значительными. Это необходимо для создания достаточной силы трения между барабаном и лентой с целью передачи требуемого тягового усилия.

Так как лента приводится в движение силой трения, возникающей при вращении приводного барабана, то момент сил трения М_ТР не должен быть меньше момента сил сопротивления движению ленты М_С

М_ТР ≥ М_С (1)

Усилие натяжения ленты S_H ленты должно обеспечить необходимую силу трения между лентой и приводным барабаном в соответствии с условием (1). Это усилие определяют как сумму натяжений набегающей на привод барабана S_HБ и сбегающей с него ветви ленты S_СБ

S_H = S_HБ + S_СБ, (2)

где S_H – номинальное натяжение ленты на приводном барабане.

Чтобы не происходило проскальзывание ленты по приводному барабану, необходимо соблюсти условие уравнения Эйлера

, (3)

где е^μα – тяговый фактор ленточного конвейера;

е – основание натурального логарифма;

μ – коэффициент трения скольжения между лентой и барабаном;

α – угол обхвата барабана лентой, рад.

Усилие, с каким необходимо натягивать ленту, должно обеспечить не только необходимую силу трения между лентой и приводными барабанами, но и определенную стрелу провеса груженной ленты между роликоопорами, не превышающую величину

[f] = ξ · l_p, (4)

где [f] – допустимая стрела провисания ленты между роликоопорами;

ξ – коэффициент провисания, зависящий от типа ленты (ξ ≈ 0,03 для прорезиненых лент [1]);

l_p – расстояние между роликоопорами.

Конвейер, удовлетворяющий условиям (3) и (4), мог бы вполне удовлетворительно работать, если бы не проблема с пуском его в ход. Эта проблема заключается в буксовании ленты по приводному барабану, что недопустимо из-за перегрева и возможного загорания ленты.

Подобного можно избежать, если в период пуска конвейера повысить натяжение ленты на 35…50% по сравнению с номинальным [2].

Однако поддерживать столь высокое натяжение ленты при установившемся режиме работы конвейера не целесообразно из-за заметного сокращения срока ее службы.

В литературе описаны конструкции регулируемых натяжных устройств, которые обеспечивают натяжение ленты, соответствующее режиму работы конвейера – повышенное в период пуска и номинальное при установившемся режиме его работы [2,3]. Однако, в большинстве своем они не нашли применения в промышленности.

На кафедре подъемно-транспортных машин и деталей машин ПГТУ предложено грузоцепное натяжное устройство ленточных конвейеров. Это устройство реализует концепцию дискретного натяжения ленты в зависимости от режима работы конвейера – повышенное до 50% в период пуска и номинальное во время установившегося движения.

Для этого в грузоцепном натяжном устройстве регулирование натяжного усилия осуществляется натяжным грузом, состоящим из двух частей – основной (рабочей) и дополнительной (пусковой).

Принцип работы грузолебедочного натяжного устройства иллюстрируется на кинематической схеме, где видно, что в момент пуска (рис.1) оба груза подняты; рис.2 – положение основного и дополнительного грузов при установившемся движении; рис.3 - положение основного и дополнительного грузов перед пуском конвейера.

Разработанное грузоцепное натяжное устройство включает в себя натяжную тележку 1 (рис.1). На этой тележке установлен натяжной барабан 2 и подвижные блоки 3 канатного полиспаста. Одна ветвь каната 4 через систему канатных блоков 5 идет к натяжному грузу, состоящему из основного 6 и дополнительного 7 грузов. Основной груз 6 разделен на две части 8 и 9, отстоящие одна от другой на некотором промежутке. В этом промежутке находится дополнительный груз 7, подвешенный к основному грузу 6 при помощи гибкой связи (цепи) 10 таким образом, чтобы между нижней кромкой дополнительного груза 7 и нижними кромками частей 8 и 9 основного груза 6 был зазор Δ, определяемый величиной упругой деформации конвейерной ленты под нагрузкой и запасом хода основного груза 6, необходимым для компенсации вытяжки ленты во время эксплуатации.

Рис.1. Пуск конвейера в работу (при этом подняты рабочий 6 и пусковой 7 грузы)

Рис.2. Установившееся движение конвейера (поднят основной груз 6, дополнительный 7 опущен)

Рис.3. Конвейер остановлен, оба груза опущены

Для резинотросовых лент рабочий ход натяжного устройства должен быть не менее 500 мм [3].

Другая ветвь гибкой связи (каната) 19 идет через систему канатных блоков 11 на канатный барабан 12 натяжной лебедки, состоящей из редуктора 13, муфты с тормозом 14, двигателя 15.

Грузоцепное натяжное устройство работает следующим образом. Перед пуском основной 6 и дополнительный груз 7 находятся на опорах, гибкая связь (цепь) свободно свисает (см. рис. 3). В начальный момент пуска включается двигатель 15, тормоз 14 растормаживается, вращение от двигателя через редуктор 13 передается барабану 12, который начинает вращаться, канат 19 наматывается, тележка 1 перемещается влево и натягивает ленту а грузы 6 и 7 поднимаются вверх. Причем вначале происходит подъем основного груза 6, цепь 10 натягивается и после этого поднимает дополнительный груз 7, создавая в ленте конвейера повышенное на 50% пусковое натяжение. Совместный подъем грузов 6 и 7 продолжается до срабатывания выключателя 16 (см. рис. 1) в крайнем верхнем (пусковом) положении натяжных грузов 6 и 7. Двигатель 15 натяжной лебедки останавливается, тормоз 14 замыкается. Лента конвейера оказывается под совместным действием основного и дополнительного грузов.

Вслед за этим включается двигатель привода конвейера. Происходит пуск его в ход.

После окончания пуска двигатель 15 реверсируется и происходит опускание обоих грузов до тех пор, пока дополнительный груз 7 не ляжет на опору, а между нижней частью основного груза 6 и опорой не установится зазор Δ. Цепь 10 при этом также прослабнет на величину Δ (рис. 3). При этом сработает выключатель 17, остановится двигатель 15, замкнется тормоз 14.

В результате, натяжение ленты уменьшится до номинального. Лента будет испытывать действие только основного груза 6 (рис. 3). В установившемся режиме конвейер будет работать при номинальном натяжении ленты.

Вывод. Разработанное на кафедре ПТМ и ДМ грузоцепное натяжное устройство ленточного конвейера обеспечивает увеличение срока службы конвейерной ленты за счет создания оптимального (повышенного на 50%) натяжения ленты в период пуска и номинального в период установившегося режима работы.

Литература:

1. Щеглов О.М. та ін., "Вантажно-ланцюговий натяжний пристрій стрічкового конвеєра", Патент України №45674. Бюл. №22 від 25.11.2009.

2. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчёт ленточных конвейеров. - М.: Машиностроение, 1978. - 392 с.

3. Спивковский О.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машини. -М.: Машиностроение, 1983.-487 с.