otdat_GOS_SDM / госы сдм вопросы и приблизительные ответы / Приблизительные варианты ответов на вопросы к гос. экзамену / 2007 / 4. Элеваторы. Устройство и работа. Способы разгрузки ковшей

4. Элеваторы. Устройство и работа. Способы разгрузки ковшей. Расчет элеваторов.

Элеваторами называют машины непрерывного действия, предназначенные для перемещения насыпных грузов (реже штучных) в вертикальном или крутонаклонном (более 60° к горизонту) направлениях. Элеваторы можно классифицировать по следующим признакам:

• по типу грузонесущего органа; ковшовые, полочные и люлечные. Ковшовые — для транспортирования насыпных грузов: пылевидных, зернистых и кусковых (цемент, мука, зерно, песок, торф, уголь, различные химикаты и т. п.), реже наливных жидкостей. Люльки подвешены к цепи и могут разгружаться в любом месте нисходящей ветви, что невозможно в полочном, где они прикреплены к цепи неподвижно; полочные и люлечные — для подъема штучных грузов (ящиков, бочек, рулонов и др.).

• по типу тягового органа: ленточные и цепные с одной или двумя цепями;

• по углу установки: вертикальные и крутонаклонные ;

• по скорости движения ковшей: тихоходные до 1,25 м/с, быстроходные до 3,5...4 м/с и более. В тихоходных элеваторах разгрузка ковшей гравитационная, в быстроходных — центробежная;

• по расположению ковшей на тяговом органе: с расставленными и сомкнутыми ковшами. Первые применяют для мелкофракционных грузов и часто выполняют быстроходными. Элеваторы с сомкнутыми ковшами — тихоходные с самотечной разгрузкой. Их применяют для подъема крупнокусковых и абразивных грузов; загрузка ковшей производится насыпанием.

Элеватор состоит из замкнутого тягового органа — ленты, цепи, огибающего приводной 1 и натяжной барабаны (или звездочки). К ленте или цепи прикрепляют ковши, которые загружаются насыпным грузом в нижней части элеватора, я разгружаются через окно в верхней части элеватора. На нижнем барабане (звездочкам) установлено натяжное устройство.

Привод элеватора включает в себя двигатель, редуктор муфты, останов, барабан (звездочки). Рабочая ветвь наклонных ленточных элеваторов поддерживается роликоопорами, а цепных — опорными роликами или направляющими шинами.

Достоинства ковшовых элеваторов: малые габаритные размеры по сечению и в плане, подъем груза на значительную высоту (до 60 м), простота и надежность конструкции, сохранность транспортируемого груза, возможность обеспечения герметичности. Ковшовые элеваторы имеют ограниченную область применения. Их рационально использовать, главным образом, для подъема легких, не липких, хорошо сыпучих, не кусковых грузов. Кроме того, их применяют для совмещения oпераций транспортирования с технологическими процессами, например сушка у зерновых элеваторов. Условием нормальной работы элеватора является правильный выбор формы и размеров ковшей, скорости их движения, размеров барабана и звездочек, формы и размеров головки и башмака.

Ковши выбирают в зависимости от производительности элеватора и типа перемещаемого насыпного груза. Форма ковшей определяется способом разгрузки и характеристикой транспортируемого груза.

Для стационарных вертикальных ковшовых элеваторов общего назначения применяют ковши следующих типов; глубокие с цилиндрическим днищем для сухих, хорошо сыпучих грузов; мелкие с цилиндрическим днищем для влажных, плохосыпучих грузов; остроугольные и скругленные с бортовыми направляющими для тяжелых абразивных грузов; специальные ковши для больших скоростей (элеваторы мукомольной промышленности). Ковши изготавливают сварными, литыми, клепаными. Передние кромки усиливают стальным листом из прочной износостойкой стали или на­плавляют твердым сплавом.

От правильно выбранных способов загрузки и разгрузки элеватора в значительной степени зависит его работоспособность. Загрузка сухих, хорошо сыпучих пылевидных, зернистых и мелкокусковых грузов осуществляется чаще всего зачерпыванием. Крупнокусковые, твердые абразивные грузы, такие как руда, графит, известняк, крупнокусковой уголь и т. п. загружают непрерывным потоком непосред­ственно в ковши, так как зачерпывать такие грузы из башмака довольно трудно. Непосредственную загрузку применяют при малой скорости движения (до 1 м/с) в элеваторах и сомкнутыми ковшами.

Производительность элеватора в значительной степени зависит от способа разгрузки. При движении груженых ковшей через разгрузочный барабан (звездочки) они должны быть полностью опорожнены в загрузочный патрубок.

Разгрузка ковшей (рис. 4) бывает центробежной (а), самотечной свободной (б), самотечной направленной (в). Центробежная разгрузка происходит под действием центробежной силы. Такую разгрузку применяют для мелкосыпучих грузов.

Самотечная свободная и направленная разгрузка осуществляются главным образом под действием сил гравитации на груз. Для свободного высыпания груза требуется отклонение ковшей (б). Так разгружаются плохосыпучие грузы. Скорость движения ковшей при этой разгрузке 0,6...0,8 м/с.

Для установления характера разгрузки скорость движения ковшей должна быть определенным образом связана с диаметром барабана и должна соответствовать условиям разгрузки, расстановке ковшей и расположению разгрузочного патрубка.

На груз, находящийся в ковше, на прямолинейном участке трассы при подъеме действует сила тяжести ту,, а на криволинейном участке при огибании барабана добавляется центробежная сила (рис. 4, в);

где m —масса груза в ковше;

v - скорость движения центра тяжести груза в ковше;

r - радиус вращения центра тяжести груза относительно оси вращения барабана;

g - ускорение силы тяжести.

Равнодействующая сила Р = mg + F_Ц , действующая на груз при вращении ковша, изменяется по величине и направлению, но при любом положении ковша направление равнодействующей пересекается с вертикалью, проходящей через центр барабана , в одной и той же точке С, называемой полюсом. Из подобия треугольников ОАС и FF_ЦА имеем

Откуда находим значение полюсного расстояния

С увеличением скорости величина l уменьшается, при этом возрастает центробежная сила, действующая на груз. При l < r₆ (радиус барабана) центробежная сила намного больше силы тяжести и в этом случае имеет место центробежная разгрузка.

При l > r_к (r — радиус, проведенный из центра барабана через наружные кромки ковшей) сила тяжести значительно больше центробежной силы, поэтому разгрузка будет самотечной.

При r₆ < l < r_к происходит смешанная центробежная и самотечная разгрузка ковшей.

Таким образом, способ разгрузки ковшей зависит от соотношения между полюсным расстоянием и радиусом барабана. Груз в ковше располагается под углом естественного откоса к нормали, проведенной к линии АС, и его свободная поверхность представляет собой логарифмическую спираль. Уравнение логарифмической спирали в полярных координатах

где R – переменный радиус-вектор;

R₀ – начальный радиус, проведенный из полюса к кромке ковша;

φ – переменный полярный угол;

f₁ – коэффициент внутреннего трения материала

Построив логарифмические спирали поверхностного груза при различим положениях ковша во время обхода барабана, можно определить ту часть груза, которая осталась в ковше (отсечена спиралью). Остальная часть груза из ковша высыпается.

При центробежной разгрузке, когда l/r₆<1, диаметр барабана должен быть D₆ ≤ 0.204v²

При самотечной разгрузке, когда l/r₆>3 D₆ ≤ 0.6v²

При смешанной (центробежной и самотечной) разгрузке, когда l/r₆=1…3 D₆ ≤ (0.205…0.6) v²