Устройства повышения грузоподъемности кранов

Устройства повышения грузоподъемности (УПГ) кранов включают дополнительные металлоконструкции в виде контр­стрелы, стойки и противовеса с канатно-блочными системами (рис. 5.30). Они являются дополнительным оборудованием стреловых систем кранов, улучшающим их грузовые характеристики, особенно на больших высотах. Это позволяет в ряде случаев при отсутствии или неэффективности использования кранов большей грузоподъ­емности производить работы имеющимся краном.

Рис. 5.30. Гусеничный кран с УПГ на монтажных работах

Техническими критериями при выборе и установке УПГ яв­ляются условия устойчивости крана и прочности его основных металлоконструкций. Принцип действия большинства УПГ осно­ван на увеличении восстанавливающего момента в управлении грузовой устойчивости крана. (Лишь отдельные конструкции УПГ реализуют снижение опрокидывающего момента).

Индексация ССК не является единой, но в обязательном по­рядке предусматривает значение номинальной грузоподъемности в т или в виде размерной группы соответствия, а также вид ис­пользуемого самоходного шасси.

Грузовысотные характеристики ССК определяются типом используемого в них самоходного шасси.

5.5.5. Гусеничные краны

Гусеничные краны(КГ) выполняют на специальном само­ходном двухгусеничном шасси.

Его значительная масса и низкое расположение центра масс обеспечивают возможность размеще­ния на нем решетчатых стрел значительной длины (свыше 100 м) и башенно-стрелового рабочего оборудования. Оснащение КГ решетчатыми стрелами обеспечивает повышенные грузовые ха­рактеристики на значительной высоте в связи с их увеличенной изгибной жесткостью в сравнении с телескопическими (рис. 5.31). Номинальная грузоподъемность таких кранов составляет от 25 т и может превышать 1000 т, доходя до 3000 т.

Рис. 5.31. Схема гусеничного крана и его грузовысотные характеристики

при различных видах рабочего оборудования (ДЭК-631А):

а) основная стрела, б) основная стрела с жестким гуськом

(гусек 10 м – противовес 19,6 т), в) башенно-стреловое оборудование

(гусек 15,25 м, 24 м – противовес 19,6 т; гусек 29 м, 37,75 м – противовес 22,8 т)

Привод гусеничного шасси: дизель-электрический и дизель-гидравлический (гидрообъемный). Самоходное шасси имеет бор­товую систему поворота и значительную опорную поверхность движителей. Это обеспечивает высотную маневренность крана и низкие давления на грунт. Перечисленные особенности конст­рукции позволяют работать как в позиционном режиме, так и в режиме движения. Еще одной важной особенностью гусеничного шасси КГ является возможность изменения ширины ходовой час­ти, что при необходимости обеспечивает их повышенную устой­чивость в поперечной плоскости при работе в режиме передви­жения. В гусеничных кранах может использоваться рабочее обо­рудование стационарных башенных кранов. Кабины ряда конст­рукций кранов могут перемещаться вдоль башен с помощью соб­ственных механизмов. Также как и краны КШ, они могут рабо­тать с УПГ. КГ обладают значительными технологическими воз­можностями. Они используются при возведении энергетических сооружений, мостов, а также при разработке грунтов специаль­ными грейферами (рис. 5.32, а), устройстве свайных оснований. Краны повы­шенной грузоподъемности выполняют из отдельных быстромонтируемых модулей ограниченной массы и размеров. Это позволя­ет оперативно решать задачи по переброске их с одного объекта на другой с помощью трейлеров.

Рис. 5.32. Гусеничный кран со специальными видами рабочего оборудования:

а) грейфером – для устройства противофильтрационных завес,

б) драглайном – для копания грунтов на больших радиусах

5.5.6. Автомобильные краны

Краны автомобильные(КА) смонтированы на дооборудо­ванных шасси серийных автомобилей, в связи с чем имеют высо­кую скорость и плавность хода, но ограничены по грузоподъем­ности: в основном до 16 т, реже до 24, 30, 40 и 50 т.

Рис. 5.33. Кран автомобильный КС-55722-1:

а) общий вид, б) технические характеристики, в, г) грузовысотные

характеристики, д) диаграмма зон выполнения крановых операций

по углу поворота поворотной платформы

Рис. 5.34. Автомобильный кран-манипулятор с телескопической стрелой:

а) общий вид, б) схема, в) технические характеристики

5.5.7. Краны на специальном шасси автомобильного типа

Краны на специальном шассиавтомобильного типа (КШ), сохраняя преимущества КА в скорости передвижения и плавно­сти хода, имеют усиленные шасси специального кранового ис­полнения, что позволяет оснащать их различными видами крано­вого оборудования, имеющими значительные грузовысотные ха­рактеристики, по своим численным значениям являющиеся про­должением характеристик КА: грузоподъемности от 25 т до 250, 400, 500 т и выше; высоте подъема до 60÷70 м (имеются КШ, грузоподъемность которых составляет 800, 1000 т и выше).

Специальные пневмоколесные шасси КШ в качестве первич­ных силовых установок имеют обычно два дизеля: один из них размещен под капотом и реализует транспортный режим и режим установки выносных опор; а другой установлен на раме, сзади кабины и обеспечивает работу крановых механизмов. В приводе использованы гидрообъемные 2-, 3-поточные трансмиссии с гид­рораспределителями пропорционального управления. Наличие нескольких потоков в гидроприводе позволяет при необходимо­сти объединять их, тем самым повышая скорости рабочих движе­ний выходного звена.

КШ выпускают с телескопическим стрелами. Для достижения повышенных высотных характеристик и рабочей зоны их обору­дуют решетчатыми стрелами, удлинителями и управляемым гуськом. В этом случае они представляют башенно-стреловое оборудование, где башней является вертикально установленная телескопическая стрела. КШ имеют значительные собственные массы, в связи с чем в них используют многоосные СШ с колес­ной формулой 6×4; 8×4; 12×6; 14×6; 16×18, позволяющие обеспе­чивать требуемую нагрузку на ось, ограниченную несущей спо­собностью поверхностей передвижения. Увеличенное число при­водных колес (вторая цифра в колесной формуле), конструкция и форма их покрышек, возможность регулирования давления в ко­лесах, наличие устройств блокировки обеспечивают этим кранам высокую проходимость.

Основные режимы работы КШ - позиционные, реализуемые на средних и больших вылетах с большой высотой подъема.

К этой же группе можно отнести и короткобазные краны (КК, рис. 5.35), выполняемые на специальном короткобазном шасси автомобильного типа. Они предназначены для работы в стесненных условиях и, в част­ности, в режимах передвижения (без установки на выносные опо­ры). Особенностью СШ, кроме его уменьшенных габаритов, яв­ляется наличие гидростатического привода хода всех колес. Ко­лесная формула кранов серии КК: 4×4 или 6×6. Причем все коле­са одновременно являются и управляемыми, а режимы управле­ния разнообразны: ручное и автоматизированное. Указанные осо­бенности самоходного шасси обеспечивают его высокую манев­ренность при движении. При работе в позиционном режиме ха­рактерно использование средних вылетов. Номинальная грузо­подъемность КК до 55 т, максимальная высота подъема ≈ 50 м, вылет – 45 м.

Рис. 5.35. Самоходный стреловой кран КК LIEBHERR LTC 1055-3.1:

а) общий вид, б) технические характеристики

5.5.8. Краны пролетного типа

В группу кранов пролетного типа входят мостовые, козловые и кабельные (рис. 5.36).

В пролетных кранах несущей металлоконструкцией является жесткий или гибкий пролет.

Жесткий пролет выполняют в виде сборной решетчатой металлоконструкции, опираемой с обеих сторон на опорные элементы: колесно-рельсовые тележки у мостовых кранов и жесткие высокие опоры у козловых кранов. Гибкий пролет выполняют в виде несущего каната, растянутого между боковыми опорами. Главным параметром кранов пролетного типа является номинальная грузоподъемность, дости­гающая сотен тонн. Основным грузонесущим элементом пролет­ных кранов является грузовая каретка, на которой смонтирован полиспаст грузоподъемного механизма. В зависимости от конст­рукции крана грузовая и тяговая лебедки расположены внутри пролета или на опорах. На рис. 5.36, б представлены схемы запасовки канатов грузовой и тяговой лебедок козлового крана. Кра­ны козлового типа могут иметь консольно-расположенный про­лет, на концевых частях которого могут использоваться дополни­тельные грузоподъемные механизмы в виде талей. К числу ос­новных характеристик кранов пролетного типа относят длину пролета и максимальную высоту подъема груза, скоростные ре­жимы механизмов и опорные нагрузки.

Рис. 5.36. Краны пролетного типа:

а – кран мостового типа (кран-балка), б – козловой кран и схемы запа-

совки механизмов передвижения грузовой каретки и грузоподъемной

лебедки, в – кабельный кран; 1 – рельсоколесная тележка с приводом

хода, 2 – жесткий пролет, 3 – электроталь, 4 – пульт управления,

5 – каретка с грузовым полиспастом, 6 – лебедка перемещения грузо-

вой каретки, 7 – опора крана, 8 – комплект грузоподъемных лебедок,

9 – несущие канаты, 10 – тяговый канат, 11 – противовес, 12 – грузовая

тележка с грейфером, 13 – тяговая лебедка

5.5.9. Грузоподъемные машины специального назначения.

Помимо грузоподъемных машин общего назначения имеются специальные машины, используемые в особых условиях.

В технологиях эксплуатации подмостовых пространств применяют мачтовые подъемники с выдвижной рабочей площадкой (рис. 5.37). Она установлена на опорно-поворотное устройство мачты с возможностью вращения в поперечной плоскости. Подъем и опускание мачты осуществляется гидроцилиндрами подачи, размещенными в её верхней части. Установка мачты в рабочее и транспортное положения осуществляется рычажным манипулятором, устанавливаемым на поворотной платформе транспортных средств. В зависимости от конструкции мачт уровень размещения платформы может составлять от 12 до 30 м и больше. Грузоподъемность платформ 0,5÷0,8 т.

Рис. 5.37. Специальный автомобильный подъемник для ремонта

подмостового пространства

Примерами кранов специального назначения могут служить плавучие (рис. 5.38), портальные краны (рис. 5.39) и краны-трубоукладчики (рис. 5.40).

Рис. 5.38. Плавучий кран для ремонта шлюзов Q_н = 350 т

Рис. 5.39. Портальный кран

Рис. 5.40. Кран-трубоукладчик

Плавучие краны размещают на понтонах обычно прямоуголь­ной формы, оборудованных дизель-генераторной силовой уста­новкой (одной или двумя), гидростанцией, комплектом электро­оборудования. Кроме этого, на понтоне предусмотрены водолаз­ная станция, различное технологическое оборудование (свароч­ное и др.), а также площадки для размещения людей и грузов. Сами понтоны могут быть передвижными и самоходными; реч­ного и морского исполнения. Их основной характеристикой явля­ется водоизмещение, представляющее отношение эксплуатаци­онной массы понтона к плотности воды. Их грузовысотные ха­рактеристики получают на основании критерия остойчивости, являющимся и аналогом устойчивости в водной среде.

Плавучие краны применяют, в основном, в гидротехническом строительстве при укладке кабелей и трубопроводов под воду, сооружений мостов, перегрузке грузов. Они имеют широкий спектр по грузоподъемности: от 5 до 500 (5000) т. Рабочее оборудование устанавливается на поворотной платформе, опирающейся через катковое опорно-поворотное устройство на неподвижную раму. Используют чаще всего уравновешенные стреловые системы, в том числе и шарнирно-сопряженные (с управляемым гуськом). Грузоподъемные механизмы по исполнению аналогичны соот­ветствующим механизмам кранов тяжелых серий.

На рис. 5.38 показан специальный плавучий кран для ремонта шлюзов. Технология проведения работ предусматривает монтаж-демонтаж тяжелых деталей (например створок ворот шлюзов) требующих использования крана повышенной грузоподъемности.

Портальные краны используют в портах для выполнения мон­тажных (Q_н до 300 т) и перегрузочных работ (Q_н до 5÷8 т). Их отличительными особенностями являются следующие:

• наличие специальной опорной несущей конструкции в фор­ме портала с высокорасположенным ОПУ, под которым имеется достаточно места для осуществления транспортных средств, включая железнодорожные составы;

• оснащение специальным рабочим оборудованием, с уравно­вешенной стреловой системой, подъем - опускание которой вы­полняется на повышенных скоростях и является основной рабо­чей операцией.

В перегрузочных портальных кранах малой грузоподъемности (3÷5 т) используют стреловые системы с уравнительным поли­спастом, а в монтажных кранах – с уравнительным блоком.

Краны-трубоукладчики – группа специальных кранов, обеспе­чивающих комплекс работ в технологии укладки магистральных трубопроводов открытым способом диаметром 529, 720, 820, 1020, 1220 и 1420 мм. Их грузоподъемность составляет 6,3…80 т.

Стреловое V-образное рабочее оборудование с грузовым по­лиспастом в вершине стрелы крепят с левой стороны гусеничных тягачей к раме их ходового оборудования. Противовес, грузо­подъемная и стреловая лебедки размещены на раме рабочего оборудования с противоположной правой стороны тягача. В ка­честве грузозахватных устройств используют петли.

Рабочий процесс по укладке трубопроводов реализуется ком­плексом кранов-трубоукладчиков одновременно. Поэтому эф­фективность его реализации во многом определяется согласован­ностью рабочих движений каждой машины, нагрузка на крюке которых переменная, определяется равномерностью «вывешива­ния» нити гибкого трубопровод, грунтовыми условиями и релье­фом местности под каждой машиной. Кроме грузоподъемных стрел краны-трубоукладчики могут оснащаться рабочим обору­дованием для захвата труб с целью их транспортировки, свароч­ными агрегатами, гидроизоляционным оборудованием.

5.6. Основы технико-эксплуатационных расчетов кранов. Расчет характеристик.

Технико-эксплуатационные расчеты кранов заключаются в их обоснованном выборе по грузовысотным характеристикам для конкретного объекта с учетом реальных условий эксплуатации; разработке комплекса мер по эффективной эксплуатации и оцен­ке производительности (с учетом возможностей их модернизации от применения устройств повышения грузоподъемности (УПГ)).

Основными характеристиками кранов, во многом определяю­щими их технологические возможности, являются грузовысотные характеристики в виде зависимости грузоподъемности Q и высо­ты подъема Н от вылета крюка при рабочем состоянии крана и заданном коэффициенте запаса грузовой устойчивости К_гр.

Так, грузовая характеристика стрелового крана с балочной стрелой получена из уравнения грузовой устойчивости:

где А - постоянные коэффициенты.

Физический смысл уравнения грузовой устойчивости – урав­нение равновесия свободно стоящего крана в форме моментов относительного ребра опрокидывания "1" от нормативной систе­мы опрокидывающих факторов: ветровой нагрузки W - наиболь­шей, при которой разрешена работа крана; силы тяжести груза Qg, инерционных сил (рис. 5.41, для упрощения расположение крана дано на горизонтальной плоскости, в отличие от требования рассматривать его на уклоне α=5°).

Рис. 5.41. Упрощенные расчетные схемы устойчивости

свободностоящих кранов:

а, б - схемы башенных кранов, в, г - схемы их грузовой и собственной

устойчивости, 1, 1 `- ребра опрокидывания, 2 - центр масс крана, 3, 3` - точка

приложения ветровой нагрузки, 4 - точка расположения крюка с грузом,

В - база крана

Уравнение высотной характеристики крана получено из гео­метрических соображений:

H» H0+(a1^2–(L–a2–a3)^2)^0,5.

(5.2)

Помимо грузовой устойчивости, проводимой для рабочих условий, рассчитывают и собственную – для нерабочего состояния, оцениваемую коэффициентом собственной устойчивости (К_с) – отношением удерживающего момента к опрокидывающему. Здесь опрокидывающим фактором является только ветровая нагрузка, действующая со стороны стреловой части крана (ребро опрокидывания 1'÷1'). Значения ветровых нагрузок здесь другие. Это предельные нагрузки, зарегистрированные когда-либо в районе установки крана.

Выбор режимов работы и паспортной группы классификации.

Режимы работы кранов при эксплуатации в конкретных усло­виях, с целью обеспечения их нормативной безопасности, уста­навливаются в соответствии с паспортной группой класси­фикации (определяется как в целом для крана, так и для его ме­ханизмов) (ГОСТ 25546-82;25835-83, а также стандарты ISO).

Группы классификации А_n определяют в зависимости от клас­са использования U_j и режима нагружения в виде:

А_n =A(U_j, )

n=1…8; i=0…9; j=1…4

Uj = U (Tmax; )

(5.3)

Q_i = Q (K_р; )

Здесь А_n – группа классификации крана в целом;

U_j – класс использования крана;

T_max – максимальное число рабочих циклов;

К_Э – коэффициент условия эксплуатации;

K_р – коэффициент распределения нагрузки;

C_j – среднее число циклов работы с частным уровнем массы груза Qj;

Ст – суммарное число рабочих циклов;

Q_max – масса наибольшего груза;

m = 3.

Аналогичным образом определяют группы классификации крановых механизмов. При этом класс использования оценивают с учетом числа часов их работы.

Грузоподъемность крана Q_тр рассчитывают по формуле:

Qтр = Qгр·Км,

(5.4)

где Q_тр - масса груза,

К_м - коэффициент, учитывающий массу грузозахватных орга­нов, К_м = 1,08÷1,12.

На основании грузовысотных характеристик крана, требуемой скорости подъема груза и группы классификации проводят пове­рочный расчет полиспастовой подвески и привода грузовой ле­бедки.

Рассмотрим производительность и технологические характе­ристики строительных кранов.

Среднечасовую эксплуатационную производительность П_э.ч, т/ч, рассчитывают по формуле:

Пэ.ч = 3600·Qн·Кг·Кв/Тц,

(5.5)

где К_г и К_в - коэффициенты использования крана по грузоподъ­емности и по времени, принимаемые в зависимости от вида под­нимаемых грузов и используемых грузозахватных устройств по справочной литературе;

Т_ц = t_м + t_ро - продолжительность (усредненная) рабочего цик­ла, с, включающая среднюю продолжительность машинного вре­мени цикла t_м и вспомогательных ручных операций t_ро, приведен­ных к конкретным условиям эксплуатации; рассчитываемая по формуле:

где Н/V_г - время подъема груза в равномерном режиме со скоро­стью V_г;

Σl_i/V_i - сумма усредненных значений времени работы меха­низмов изменения вылета, хода и поворота в равномерном режиме.

Реальную продолжительность цикла определяют для конкрет­ной протяженности трассы на каждом участке и реальных скоро­стных режимов. Последние учитывают, в частности, неравномер­ность режимов движения механизма подъема (на участках прямо­го и обратного ходов). При этом время движения груза и крана устанавливают путем решения уравнений их движения, предпо­лагая на участках разгона и торможения наличие соответствия равноускоренного и равнозамедленного движений, с одинаковым по величине ускорением. В этом случае время соответствующего перемещения рассчитывают по формуле:

ti=(li–Vi^2/ai)·Vi+2Vi/ai,

(5.7)

где а - ускорение движения.

Кроме этого, на участке опускания груза к месту монтажа реа­лизуют пониженный скоростной режим, называемый режимом плавной посадки. Скорость этого режима V_пп = 0,1 м/с.

На участке опускания порожнего крюка принимают повышен­ную скорость V_ок » 3V_г , где V_г - средняя скорость подъема груза.

Часовую эксплуатационную производительность (неусредненную) рассчитывают при средневзвешенной грузоподъемно­сти:

Qср = ΣQimi /100,

(5.8)

где mi - доля времени подъема грузов Q_i, %.

Годовую эксплуатационную производительность на средне­списочный кран определяют по формуле:

Пэ.г = Пэ.ч·Тг·Кв,

(5.9)

где Т_г - число часов работы крана за год;

К_в=0,122Т_пр - коэффициент использования внутреннего вре­мени (Т_пр - время полной работы крана в течение смены, продол­жительность которой принимают 8,2 ч).

Значения Т_пр и К_в приведены в справочной литературе (усред­ненное значение К_в» 0,86).

Для оценки производительности кранов важна продолжитель­ность ручных операций: t_ро = t_c + t_у, определяемая выполнением такелажных работ по строповке груза и монтажных работ по ус­тановке груза, обычно превосходящих значение t_м.

Продолжительность рабочего цикла крана может быть сниже­на за счет обеих составляющих, однако, более значимая из них – составляющая выполнения ручных операций.

Число циклов работы крана в час:

nц=3600/(tм + tро)=3600n0/(n0tро + 1),

(5.10)

где n₀ = 1/t_м, с^–1.

Особенностью выражения является нелинейный характер n_ц (при t_ро ≠ 0) при увеличении n₀, т.е. снижении t_м (см. рис. 5.42) та­ким образом, что интенсивность возрастания производительности (П ~ Q n_ц) со снижением tj, выше при меньших значениях t_ро (и максимальна при t_ро = 0).

Рис. 5.42. График числа циклов n_ц от n₀ = 1/t_м

при различных значениях t_p.o

Основными техническими направлениями снижения продол­жительности выполнения ручных операций и повышения эффек­тивности монтажа являются использование активных аэродина­мических стабилизаторов-наводчиков грузов дистанционного управления с пульта оператора-монтажника, а также автоматизи­рованных монтажных комплексов, которые сводят к минимуму или полностью исключают ручные операции

Эффективность крана от использования УПГ оценивают также по следующим характеристикам Q(L)=const; H(L)=const:

- коэффициенту эксплуатационной эффективност

- коэффициенту средней относительной высоты подъема

- коэффициенту средней относительной высоты подъема

Здесь L_i – принимаемый шаг изменения вылета крюка;

Q_i; H_i – соответственно средние значения грузоподъемности и высоты подъема.

5.7. Машины непрерывного транспорта (мнтр).

Машинами непрерывного транспорта (МНТр) называют ма­шины, осуществляющие транспортирование сыпучих материалов непрерывным потоком, что повышает их производительность и создает лучшие устройства для автоматизации режимов работы.

Техническая производительность является их главным пара­метром. К числу основных относят также характеристики трассы, режимы транспортирования, размеры рабочих (грузонесущих, транспортирующих) органов.

Непрерывность реализации рабочего процесса транспортиро­вания обеспечивает их высокую производительность и создает благоприятные условия для его автоматизации, основными зада­чами которой являются:

- автоматизация пуска и остановки;

- автоматический контроль состояния механизмов;

- автоматическое выполнение вспомогательных операций, учета, дозирования, регулирования производительности и др.;

- автоматизация операции загрузки и разгрузки и распределе­ния материала;

- автоматический контроль степени заполнения емкости загру­зочных устройств (бункеров).

Для примера рассмотрим возможность реализации режима транспортирования при постоянной, наперед заданной произво­дительности конвейера. Указанный режим работы является наи­более характерным для питателей.

В подкласс машин непрерывного транспорта входят:

- конвейеры;

- пневмо- и гидротранспортные установки;

- конвейерные поезда;

- подвесные канатные и монорельсовые дороги.

Они используются в виде отдельных транспортных систем или транспортных комплексов на трассах протяженностью от не­скольких метров до нескольких километров. Основным видом транспортируемого материала являются насыпные от пылевид­ных до среднекусковых.

5.7.1. Конвейеры

Конвейеры- группа МНТр с рабочими (грузонесущими, транспортирующими) органами различного исполнения, совершающими непрерывное или вибрационное движение, обеспечи­вающее направленное поступательное перемещение материалов.

1) Ленточные конвейерыполучили название по виду рабочего органа – ленты, на которой транспортируется материал (рис. 5.43). Лента поддерживается роликоопорами, закрепленными на раме (ставе) конвейера. Верхняя часть ленты является рабочей, так как именно она перемещает материал от места загрузки до места раз­грузки - приводного барабана, а нижняя – холостой (порожней).

Рис. 5.43. Ленточный конвейер:

а - конвейер; б - очистное устройство; 1 - натяжное устройство,

2 - натяжной барабан, 3 - загрузочный бункер, 4 - роликоопоры, 5 - слой

перемещаемого материала, 6 - лента, 7 - рама, 8 - плужковое сбрасывающее

устройство, 9 - приводной барабан, 10 - очистное устройство ленты (10а - щеточное,

10б - скребковое), 11 - отклоняющий барабан,

1р - шаг роликоопор (з - в месте загрузки, р - рабочей ветви, п - порожней ветви)

Ленточные конвейеры оснащают устройствами для очистки ленты, ловителями для улавливания ленты в случае обрыва, а так же различными датчиками и приборами контроля за работой и техническим состоянием.

Привод ленточного конвейера – редукторный, фрикционного типа, обеспечивающий передачу усилия тяговому органу – той же ленте – за счет сил трения поверхности ленты с приводным барабаном. С целью увеличения поверхности контакта ленты с приводным барабаном устанавливают откло­няющий барабан. Строительные конвейеры и питатели имеют только концевой привод, при котором ведущим является разгру­зочный барабан. Магистральные конвейеры оснащают также и промежуточными приводами. В качестве тягового органа в лен­точных конвейерах используют также тяговые канаты и цепи.

Необходимым условием создания тяги ленты является натя­жение ленты, которое производится специальным натяжным уст­ройством, в данном случае, грузового типа. Груз массой т_гр через канат, огибающий отклоняющий блок, смещает натяжной бара­бан, создавая при этом давление ленты по поверхности привод­ного барабана. Современные натяжные устройства различны по исполнению. Они способны автоматически регулировать величи­ну натяжения ленты, обеспечивая высокое предпусковое натяже­ние, плавное его снижение по мере приближения к установлен­ному режиму и поддержание его в этом режиме. В магистраль­ных конвейерах в качестве натяжных устройств используют ка­натные лебедки.

Лента может совмещать функции рабочего и тягового органа. К ней предъявляют требования по прочности, удлинению и жест­кости. Прочность ленты при растяжении обеспечивается ее сило­вым (тяговым) каркасом. Он состоит из тканевых прокладок, имеющих несколько слоев (резинотканевые ленты), или металли­ческих канатов (тросов), находящихся внутри ленты (резинотросовые). Характеристикой прочности является предельное раз­рывное усилие, приходящееся на единицу ширины ленты, а_р, Н/мм или Н/см. Величину удлинения лент оценивают по характе­ристике относительного удлинения каркаса прокладок ленты (%) при величине рабочей нагрузки, составляющей одну десятую часть от разрывной. Величина относительного удлинения состав­ляет до 3-4 % для резинотканевых и до 0,25 % для резинотросовых лент. Процесс загрузки рабочей ветви ленты материалом производят с помощью загрузочного устройства (воронки, лотка, бункера), расположенного над ней. Роликоопоры ленты в месте приема материала установлены на амортизаторах и расположены чаще, чем по трассе, с шагом 0,5 м, исключающим ее значитель­ный прогиб. Для этого высоту свободного падения материала (особенно кускового) ограничивают. Конструкция загрузочных устройств должна предусматривать формирование загрузочного потока материала по возможности близкого по величине и на­правлению скорости движения ленты. С целью предотвращения потерь материала в местах загрузки могут устанавливаться на­правляющие борта. При транспортировке насыпной материал рас­положен на ленте сплошным слоем и перемещается вместе с лен­той со скоростью последней 0,5-6,0 м/с. Максимально-допустимый угол наклона конвейера к горизонту ограничен эффектом сполза­ния материала под действием собственной тяжести, с учетом ди­намических воздействий на него при транспортировке.

2) Ковшовые элеваторы– вертикальные или круто наклонные конвейеры с ковшовыми рабочими органами, расположенными на тяговой ленте или цепи с шагом S_к.

Привод элеватора (рис. 5.44, а) расположен в его верхней части, а внизу установлено натяжное устройство, обычно винтового типа. Привод элеватора оснащен остановом и расположен внутри металлического кожуха, состоя­щего из головки с разгрузочным патрубком, средней части и ниж­ней, выполняемой в форме так называемого башмака, в который подается материал через загрузочный патрубок. По скоростному режиму работы различают: тихоходные – при скорости движения рабочих органов до V_э = 1,0 м/с и быстроходные – при 1,0 < V_э < 4,0 м/с.

Рис. 5.44. Вертикальный ковшовый элеватор:

а - схема элеватора; 1 - ведущая звездочка (или барабан), 2 - головка кожуха с разгрузочным патрубком,

3 - редукторный привод, 4 - средняя часть кожуха, 5 - цепь (лента) тяговая, 6 - направляющие цепи, 7 - ведомая

звездочка (барабан) с натяжным устройством, 8 - нижняя часть кожуха с загрузочным

патрубком, 9 - ковшы; б - схема разгрузки ковшей; в - д - схемы винтовых ковшей; в - мелкий

полукруглый ковш для сыпучих малоподвижных материалов; г - глубокий полукруглый для сыпучих

подвижных материалов; д - остроугольный для кусковых материалов

Скоростные режимы работы существенным образом опреде­ляют способы загрузки и разгрузки материала. На рис.5.44, б при­ведена схема разгрузки ковшевого элеватора с ленточным тяго­вым органом.

Указанная на схеме система сил, действующих на ковш, на­полненный материалом, при огибании им приводного барабана характерна тем, что направление их равнодействующей R (при любом положении ковша по углу поворота) проходит через по­люс-точку А. Ее вертикальная координата может быть определе­на из подобия заштрихованных треугольников:

h=mqr/mω^2r=q/ω^2.

(5.11)

Различают три характерных зоны значений h: h < r_б; r_б < h < r_к; h > r_к, каждой из которых соответствуют свои условия разгрузки материала.

В зоне h < r_б (центробежная разгрузка) преобладающее значе­ние при разгрузке оказывает центробежная сила. Разгрузка мате­риала начинается еще до подхода ковша к наивысшей точке его траектории, что может привести к необоснованным потерям ма­териала.

В зоне r_б < h < r_к (смешанная разгрузка) оказывает равнозначное влияние силы тяжести и центробежной силы на процесс разгруз­ки, происходящей при 0 < α < π.

В зоне h > r_к (гравитационная разгрузка) процесс разгрузки проходит при α > 0,5π, после перехода ковшом верхней точки ба­рабана, в результате превалирующего действия силы тяжести ма­териала. При этом опорожнение происходит интенсивно на не­большом угле поворота ковша.

Для обеспечения эффективности разгрузки ковшей элеватора необходимо согласовать характер разгрузки, тип используемых ковшей, вид транспортируемого материала с диаметром привод­ного барабана (D_б), частотой его вращения и положением разгру­зочного патрубка. Практикой установлены рекомендуемые зна­чения скорости разгрузки для различных материалов, типов ков­шей и характера разгрузки.

Тихоходные элеваторы транспортируют тяжелые кусковые материалы. В них материал загружается непосредственно в ковш (без зачерпывания с днища башмака), а разгружается под дейст­вием силы тяжести (гравитационная разгрузка). В таких элевато­рах используют ковши с бортовыми направляющими, располо­женные с минимальным шагом расстановки S_к.

Быстроходные элеваторы широко применяют для транспорти­ровки материалов по крупности: от мелкокускового до пылевид­ного. В них материал загружается зачерпыванием с днища баш­мака, а разгружается, в основном, центробежным способом (цен­тробежная разгрузка).

Для различных материалов и состояния их по влажности ис­пользуют различные ковши (по форме и вместительности), обес­печивающие при правильно выбранном шаге хорошие условия разгрузки (рис. 5.44, в-д). Производительность элеваторов оцени­вают с учетом степени наполнения его ковшей, определяемой видом и состоянием транспортируемого материала.

3) Винтовой конвейеримеет рабочий орган в виде винта (рис. 5.45), установленного в рабочей камере и обеспечивающего перемещение сыпучего материала в осевом направлении от места загрузки к месту выгрузки непрерывном потоком по днищу рабо­чей камеры.

Рис. 5.45. Схемы винтовых конвейеров:

а − горизонтального, б − вертикального с горизонтальным винтовым

питателем, в - д − виды винтов, в −сплошной для порошкообразных и

зернистых материалов, г − ленточный для кусковых материалов, д −

фасонный для тестообразных, слежавшихся и влажных материалов, 1−

редукторный привод, 2 − желоб, 3 − винт (шнек) (стрелками указаны

направления потока транспортируемого материала и вращения винта

диаметром D_s и шагом S_s

Сечение потока материала определяют как часть се­чения рабочей камеры через диаметр винта В_в и коэффициента наполнения К_н:

F = πD^2вКн/4.

(5.12)

Особенностью рабочего процесса винтовых конвейеров явля­ется их повышенная энергоемкость, которая в 1,5-2 раза превыша­ет энергоемкость ленточных конвейеров. Это объясняется допол­нительной затратой энергии на трение при перемещении материа­ла по поверхности рабочего органа, так и внутреннее трение.

4) Инерционные конвейеры- машины динамического действия. Они обеспечивают (направленное) перемещение материала по поверхности рабочего (грузонесущего) органа: желоба или трубы в результате его направленных колебаний, создаваемых приво­дом под углом к направлению перемещения материала.

Особен­ностью рабочего процесса виброперемещения является измене­ние состояния насыпного материала, приобретающего лучшую подвижность в результате снижения эффекта трения. Инерцион­ные конвейеры - динамические системы, способные работать в различных режимах, каждый из которых характеризуется ампли­тудой и частотой колебаний рабочего органа. От правильного выбора режима работы зависит эффективность реализации рабо­чего процесса транспортирования.

Наиболее широкое применение получили вибрационные кон­вейеры, характеризуемые значениями амплитуд колебаний («полуразмахом») и частот в пределах 0,3+20 мм; 5+60 Гц соответственно.

В зависимости от назначения, длины (протяженности) трассы транспортирования различают их различные исполнения: кон­вейеры, подъемники, питатели, бункеры – дозаторы.

Перемещаемые материалы – насыпные, в том числе абразив­ные, различного гранулометрического состава. Исключение со­ставляют липкие материалы.

5.7.2. Другие виды МНТр

Пневмо- и гидротранспортные установки – группа транспортирующего оборудования, обеспечивающая перемещение насыпных материалов и строительных составов с помощью энергии воздуха или жидкости по трубам.

Используются в транспортных систем или технологического оборудования, часто с функцией нанесения (под напором) транспортируемых составов.

Основными видами силового оборудования являются воздуходувные машины в виде компрессорных установок, создающих номинальное избыточное давление p_н=0,2÷0,8 МПа и вакуум насосов, а также насосы чистой воды и пульсонасосы. Недостатком пневмо- и гидротранспорта является высокий расход энергии, а при транспортировании абразивных материалов и износ трубопроводных систем и оборудования.

Эти две группы МНТр являются наиболее. Представим далее две оставшиеся группы МНТр, являющиеся разновидностями магистрального транспорта: пассажирского и грузового, грузонесущие органы которых перемещаются по жестким (рельсам, спец. профилям) и гибким направляющим.

Конвейерные поезда- магистральный транспорт, грузонесущими органами которого являются сцепленные между собой вагонетки на колесно-рельсовом ходу, перемещаемые электро­приводом различного исполнения: вращательным, с цепным тя­говым органом; или линейным; используется также пневмо- и гидропривод

Цепи вагонеток могут размещаться как на открытой местности, так и внутри трубопровода (трубопроводное исполне­ние). Трасса перемещается: 3-10 км; скорость перемещения 3-10 м/с. В комплект оборудования входят станции загрузки и раз­грузки, контролирующая аппаратура.

Подвесные канатные и монорельсовые дороги- транспортные системы с грузонесущими органами различного исполнения, пе­ремещаемыми по несущему канату или монорельсу с помощью тяговой лебедки или индивидуальных приводов хода.

Усредненные характеристики грузовых подвесных канатных дорог: производительность 150-200-450-(1000) т/ч; длина трассы до 15-20 км; перепад высот по трассе 100 м скорость движения 4,5 км/ч.

Грузонесущим органом монорельсовых дорог является состав грузовых тележек, перемещаемых тяговым канатом лебед­ки или индивидуальным электроприводом каждой тележки от собственного мотор-редуктора, перемещающийся по жесткому ходовому пути специального профиля. Электродвигатели приво­да тележек асинхронные переменного тока одно- или двухскоростные со встроенным тормозом, или постоянного тока.

5.8. Основы оценки производительности и основ выбора мнтр.

МНТр перемещают различные виды строительных материа­лов: сыпучие от пылевидных до крупнокусковых, в том числе абразивные, бетонные смеси, штучные грузы.

Режим транспорти­рования определяется его скоростью транспортирования мате­риала V_м, м/с и его погонной массой кг/м, формирующих про­изводительность, кг/с:

П ~ Vм·qм.

(5.13)

В соответствии с формулой (5.13) величина погонной массы q_м, кг/м, представляет собой отношение массы материала к длине его транспортирования: q_м = m_м/L.

При непрерывном потоке, характерном для ленточных и вин­товых конвейеров, а также пневмо- и гидротранспортных устано­вок, в которых материал перемещается в несущей среде:

qм = Fρ,

(5.14)

где F - площадь поперечного сечения транспортируемого мате­риала, м²;

ρ - плотность материала или смеси (ρ_м; ρ_с), кг/м³. При транспортировании материала в ковшовых рабочих орга­нах элеваторов

q_м = qК_н ρ_м /S_к^, где q - вместимость ковша;

S_к - шаг расстановки ковшей;

К_н - коэффициент наполнения ковша материалом.

В этом случае производительность П, кг/с, часто выражают через число разгрузок в единицу времени i_разгр = V/S_к и количест­во продукции, выдаваемой за одну разгрузку:

П = q Кн ρм / iразгр.

(5.15)

Производительность СМ цикличного действия с технологиче­ским рабочим оборудованием непрерывного действия, выпол­няющего заключительную операцию рабочего цикла (ленточные бетоноукладчики, погрузчики непрерывного действия, камерные пневмонагнетатели), определяют с учетом отношения времени их работы t_р к общему времени технологического цикла Т_ц.

Скорость транспортирования материала для различных видов МНТр определяют по-разному. В машинах, привод которых вы­полнен в виде тяговых лебедок, она соответствует скорости пе­ремещения рабочего и тягового органов и составляет:

V =Vм = ωб 0,5 Dб = 0,5 ωдв Dб/iред,

(5.16)

где ω_б - угловая частота вращения барабана (звездочки),

D_б - диаметр барабана (звездочки),

i_ред - передаточное число редуктора.

Скоростные режимы транспортирования определяются видом рабочего тягового органов и материала (V≈0,5+6,0 м/с).

В винтовых конвейерах рабочий процесс перемещения мате­риала по поверхности рабочего органа рассматривают как осевое перемещение гайки в винтовой передаче с ведущим винтом. В соответствии с этим скорость осевого перемещения материала V_м, м/с, выражают через шаг винта S_в и частоту его оборотов n, мин^-1:

Vм = Sв n КlК2/60=εDвnКlК2/60,

(5.17)

где ε = S_в/D_в;

К_l - коэффициент учета степени вертикальности трассы; К₂ - коэффициент учета функциональных свойств пары "мате­риал - винт".

В винтовых конвейерах, имеющих редукторный привод,

ωв= ωдв/iред,

(5.18)

где ω_в - угловая частота вращения винта (шнека), i_ред - передаточное число редуктора, ω_дв - угловая частота вращения двигателя.

В гидро- и пневмотранспортных установках, в которых мате­риал переносится в несущей среде, внутри трубопровода, в виде смеси с несущей средой, скорость его движения выражают через скорость несущей среды V_ср:

Vм = βVср,

(5.19)

где β= V_м/V_ср < 1,0 зависит от вида рабочей среды: воздуха - В, жидкости - Ж.

Скорость перемещения рабочей среды (воздуха - В, жидкости -Ж) определяют расходными характеристиками Q(р) силового обо­рудования - гидравлических насосов или воздуходувных машин:

V_в = 4Q_в/(πD_тр²)=Q_в/F_тр,

Vж = Qж/Fж,

(5.20)

где D_тр; F_тр - диаметр и площадь поперечного сечения трубопро­вода, соответственно;

F_ж - площадь поперечного сечения в трубопроводе.

Для оценки характеристик смеси вводят понятие ее расходной концентрации, погонной массы и плотности. Так, для аэросмеси расходную концентрацию выражают формулой:

μ=П/(3,6G)=П/(3,6Qв ),

(5.20)

где - плотность воздуха при стандартных условиях: давле­нии р=10⁵ Па и абсолютной температуре по Кельвину 293 К ( =1,2 кг/м³).

Погонная масса смеси (аэросмеси), выраженная через анало­гичные характеристики груза (г) и воздуха (в):

qc = qг + qв = qв (1+ μ/β) = G/Vв (1 + μ/β),

(5.21)

(здесь β = V_г/V_в = 0,35-0,85) и плотность смеси:

ρс = qc/Fтр = 4G(1+ μ/β)/(π D^2трVв) = ρв (1+ μ/β).

(5.22)

Помимо характеристик плотности воздух ρ_в и груза ρ_г исполь­зуют относительную характеристику

а = (ρг - ρв)/ρв ≈ ρг/ρв.

(5.23)

В инерционных конвейерах средняя скорость транспортирова­ния материала составляет 0,1-0,4 м/с, ее рассчитывают по формуле:

Vм = (K' ± K" sin α) Aω cos β (1 - 1/Г^2)^1/2,

(5.24)

где А - амплитуда колебаний рабочего органа, ω - угловая частота колебаний,

β - угол между направлением действия вынужденных колеба­ний и продольной осью рабочего органа,

α - угол расположения рабочего органа к горизонтали: "–" со­ответствует подъему трассы, а "+" спуску,

Г - коэффициент режима работы - перемещение материала.

Расчет МНТр состоит в выборе типа и размеров рабочего ор­гана, силового оборудования, режимов транспортирования. Ис­ходными данными для этого являются: транспортируемый мате­риал; характеристики трассы транспортирования; производи­тельность; условия эксплуатации.

Общим условием для определения размеров рабочего орган является реализация заданной производительности. Силовое оборудование подбирают с учетом затрат, имеющих место при транспортировании материала по трассе, таким образом, чтобы они могли обеспечить требуемый скоростной режим транспорти­рования.

Для обоснования решения о выборе транспортных комплексов их сопоставляют по показателям технико-экономической эффек­тивности. При этом суммарные эксплуатационные расходы С_о обычно представляют в виде трех слагаемых:

где С_о1 = З + Э + М - затраты, зависящие от времени работы (на заработную плату, расход электроэнергии, расход на смазочные и обтирочные материалы);

С_о2 и С_о3 - затраты, не зависящие от времени работы, соответ­ственно, на амортизацию, текущий ремонт, а так же связанные с хранением и перевозкой переносных и передвижных транспорти­рующих устройств и вспомогательного оборудования.

Кроме этого особенностью транспортных операций является зависимость себестоимости их единицы продукции от пути транспортировки груза L. С достаточной для практики степенью точности она может быть принята линейной:

Sе = А = ВL,

(5.26)

где А и В - коэффициенты, зависящие от вида используемых ма­шин.

В соответствии с этим могут быть определены равнозатратные варианты различных комплексов 1, 2, 3 по расстоянию доставки конкретных грузов (рис. 5.46, а) или зоны эффективного использо­вания различных видов транспортирующих машин для заданных грузов и протяженности трассы L (рис. 5.46, б).

Рис. 5.46. Технико-экономические характеристики транспортных средств:

а - зависимости себестоимости перевозки груза от расстояния

(для 3-х вариантов транспортных средств) при Q = сonst;

б - зоны эффективного использования транспортных средств по Q

Так, на разных участках L (рис. 5.46, а) будут более эффектив­ны (при меньшей себестоимости S_e) следующие виды транспорт­ных средств:

второе - при 0≤L≤L_A;

третье - при L_А≤L≤L_В;

первое - при L>L_B.

Точки Т пересечения графиков С_е (L) определяют равнозатратные пути транспортировки одного количества груза.

На рис. 5.46, б показаны графики Q (L), отражающие протя­женность эффективного участка транспортировки третьего транспортного средства L_a÷L_b для разных значений Q.

5.9. Основы теории ленточных конвейеров

Основы теории ленточного конвейера заключаются в форму­лировке условий движения ленты на всех участках и выявлении параметров, влияющих на него.

Представим эти условия в виде уравнений тягового баланса между движущими силами и сопротивлениями передвижению ленты с материалом.

Будем считать, что рабочая ветвь ленты перемещается со ско­ростью V. Массовые характеристики материала (м), ленты (л), роликоопор (р) зададим в виде погонной массы(кг/м):

q_л + q_р = q_к

Длина трассы транспортирования включает прямолинейные (горизонтальные, наклонные) и криволинейные участки на при­водном и натяжном барабанах, отклоняющих блоках.

Выделим активные и пассивные участки трассы. Активными участками трассы являются:

• криволинейный участок огибания лентой приводного бараба­на, так как здесь к нему приложен движущий момент со стороны привода в виде касательной силы тяги по двигателю (окружного усилия), ограниченной условиями сцепления ленты с барабаном.

P=Nдв· η/V ≤ Pсц =Sнаб - Sсб,

(5.27)

Sнаб / Sсб ≤ e^μβ,

(5.28)

где μ - коэффициент трения между лентой и барабаном;

β – угол охвата лентой приводного барабана;

μβ – тяговый фактор.

• участок загрузки, где на конвейер подается материал, про­гибающий ленту; по техническим условиям прогибы ленты меж­ду роликоопорами ограничены f_max=0,0251_p, где l_p – расстояние между опорами. В результате этого наложены ограничения на усилие растяжения ленты(Н):

So min=5 (qм + qк)·glp

(5.29)

при g = 9,81 м/с² и l_p=1,25 эта формула имеет вид:

So min ≈ 50× (qм + qк).

(5.30)

Остальные участки трассы - пассивные.

При расчете фрикционного привода зависимости между уси­лиями в набегающей на приводной барабан ветви ленты и сбе­гающей с него являются базовыми. В них β - угол охвата лентой приводного барабана, не учитывающий эффект упру­гого скольжения, что соответствует максимальному значению окружного усилия:

Р = Sнаб – Sсб = Sсб (e^μβ – 1).

(5.31)

Мощность электродвигателя привода N_дв, Вт рассчитывают по формуле:

Nдв = PV/ηред.

(5.32)

Основными способами повышения тяговой способности при­вода ленточных конвейеров являются увеличение тягового фак­тора и усилия предварительного натяжения ленты. Тяговый фак­тор увеличивают, выполняя отделку (футеровку) внешней по­верхности барабана фрикционными материалами со значением μ = 0,3+0,45 и увеличивая угла охвата β путем использования от­клоняющих барабанов или двухбарабанного привода. В послед­нем случае привод оснащают дифференциальным редуктором, выравнивающим значения тяговых усилий каждого барабана.

Предварительное натяжение ленты S₀ создается натяжным устройством. На практике предварительное натяжение ленты принимают минимальным по (5.29) или (5.30). При необходимо­сти реализации требуемого тягового усилия следует уточнять значения наперед заданного тягового фактора и S₀ в соответствии с имеющимися сопротивлениями передвижению ленты на пас­сивных участках трассы.

Сопротивления передвижению ленты рассчитывают следую­щим образом. На прямолинейных участках трассы их считают независящими от усилий в ленте и выражают так:

при загрузке материала:

Wзагр = (1+Кп) ПVg/3600

(5.33)

при перемещении материала в период рабочего хода:

Wр.х. = (qм + qк)L g (sin α + w cos α);

(5.34)

при холостом ходе ленты:

Wх.х= - qk L g sin α +qk Lg w cos α.

(5.35)

Здесь К_п – коэффициент погрузки материала, значение которого определяется условиями загрузки и характеристиками материала.

w - коэффициент сопротивления движению ленты отряда факторов (вращения роликов, трения в подшипниковых опорах, изгибов ленты и других

Дата добавления: 2015-07-14