Расчет ленточного конвейера

В практической инженерной деятельности зачастую возникают задачи проектирования и выбора параметров конвейера для транспортирования грузов различного вида. Для расчета ленточного конвейера требуется пакет исходных данных. Правильно выполненный расчет облегчит монтаж оборудования на площадке, продлит срок эксплуатации оборудования, предотвратит внезапные поломки, а также позволит нарастить максимально возможную производительность при начальных условиях.

Для расчета ленточного конвейера необходимы данные о типе используемого конвейера, среде и условиях его применения, размерах, местах загрузки и выгрузки, режиме работы, ожидаемой производительности, весу и физических характеристиках перемещаемого груза и т.д. Входные данные позволят определить характеристики оборудования для транспортера (двигатель, барабаны, тип ленты, вид опоры), оптимальную длину и толщину ленты, силу ее натяжения, допустимый угол наклона конвейера. Также определяют необходимость установки тормозного устройства.

1. Геометрическая схема конвейера

2. Задача расчета

В задачу расчета входит выбор оборудования для конвейера

а) очиститель барабана; б) загрузочное устройство; в) плужок; г) скребок; д) сбрасыватель

3. Данные для расчета

Производительность, Q (т/ч)
Скорость движения ленты, V (м/с)
Транспортируемый материал:
Удельный вес транспортируемого материала, γ (т/м³)
Длина конвейера по ленте, м
Длина проекции конвейера, м
Ширина ленты, В (мм)
Угол наклона конвейера, град
Ускорение свободного падения, g (м/с²)

4. Условия расчета

4.1. Режим работы

Режим работы	л	с	т	вт
Число баллов	до 10	11 — 25	26 — 45	св. 45

Время работы в сутки, ч	6	12	24
Число баллов	2	5	8

Абразивность	н	м	а	оа
Число баллов	0	2	5	8

Пыль, мг/м3	10	100	130	больше 150
Число баллов	2	5	8	10

Температура	+5…+25	0…+30	± 45
Число баллов	0	2	8

Осадки	Помещение	Навес	Открытый воздух
Число баллов	0	10	20

4.2 Условия эксплуатации

Конвейер находится…	Влажность, %
В отапливаемом помещении +10…+35° С	60
В неотапливаемом помещении -10…+35° С	80
Под навесом -45…+45° С	100
На открытом воздухе -45…+45° С	100

Категория пожароопасности Д

5. Расчет

5.1. Определение тягового усилия конвейера:

5.1.1. Определение расчетной линейной нагрузки от транспортируемого груза на 1 м ленты конвейера

где Kn – коэффициент непрерывности подачи груза
Непрерывная загрузка при помощи питателя или промежуточного загрузочного бункера K_n = 1,1…1,5
Периодическая загрузка K_n = 1,25…2
g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения
Q — производительность, (т/ч)
К_t = 0,8…0,95 – коэффициент использования конвейера по времени
К_г – коэффициент готовности
Для одного конвейера К_г = 0,9
Для системы конвейеров К_г = К_г1• К_г2•… К_гn
V, (м/с) — скорость движения ленты

5.1.2. Определение расчетной линейной нагрузки от вращающихся частей верхних желобчатых роликоопор

q_ж = g•m_ж/l_р , где m_ж – масса вращающихся частей верхней роликоопоры
Для ленты В = 650 мм, m_ж = 12,5 кг
Для ленты В = 800 мм, m_ж = 22 кг
l_р – шаг рабочих (грузовых) роликоопор
Рекомендуемый l_р = 1200 мм

5.1.3 Определение расчетной линейной нагрузки от вращающихся частей нижней роликооопоры
q_н = gm_н/l_х , где m_н – масса вращающихся частей нижней роликоопоры
Для ленты В = 650 мм, m_н = 10,5 кг
Для ленты В = 800 мм, m_н = 18,5 кг
l_х – шаг холостой ветви конвейера
l_х=2 l_р

5.1.4. Определение сопротивления передвижению ленты от трения материала о стенки лотка
F_б = f_nh²γgn_бL_б, где
f_n — коэффициент трения слоя груза о стенки борта
h = 0,1 м — высота груза у стенки борта
γ, кг/м³ – плотность груза
g = 9,81 м/с²
L_б – длина лотка; L_б = 1,55 м
n_б – коэффициент бокового трения

где V, м/с – скорость ленты; f_в – коэффициент внутреннего трения
F_б = 100…1000 Н

5.1.5. Определение сопротивления передвижению ленты от загрузочного устройства

h‘_э – геометрический коэффициент
h‘_э = 0,5 м при V ≤ 1 м/с; h‘_э = 0,65 м при V > 1 м/с
q_гр, н/м – нагрузка от груза (п.5.1.1)
l_в – длина загрузочной воронки; l_в = 0,5…0,6 м
В, м – ширина ленты
µ — коэффициент сопротивления движению

Помещение	µ
Чистое, сухое, без пыли	0,02
Пыль или сырое	0,022
Абразивная пыль	0,025
Отапливаемое	0,03
Открытый воздух	0,04
Все факторы сразу	0,06

G_а – давление груза на ленту, н
При падении кусков

При питании через воронку (бункер)
а) при прямоугольном окне (l_в – длина воронки, b_в – ширина воронки), (м)

б) при квадратном окне (а – ширина окна бункера), (м)
G_а = k_α1,4k₀γa³
к₀ = 1,5 – бункер опорожняется полностью
к₀ = 1 – бункер опорожняется частично
γ – кг/м³
k_α – коэффициент, зависящий от наклона конвейера

f_вн – коэффициент внутреннего трения (п.5.1.4)
Троганье с места, при загруженном конвейере G = 1,5G_а
F₃ = 100…2000 н

5.1.6 Определение сопротивления очистных устройств

F_c = к_очВ
к_оч = 300…500 – коэффициент сопротивления очистного устройства
В – ширина ленты (м)
Для ленты В = 650 мм – F_c = 195 н
Для ленты В = 800 мм – F_c = 240 н
Сопротивление плужкового сбрасывателя
F_п = к_пq_грВ (н), где
к_п = 2,7…3,6 – коэффициент сбрасывателя
q_гр – (н/м) (п.5.1.1)
В (м) – ширина ленты

5.1.7 Определение натяжений ленты в отдельных точках схемы конвейера

5.1.7.1 Составление уравнений по точкам конвейера
Точка 2

F₂ = k_ζF₁ + (q_л + q_н)lµ — hq_л + 2F_c

q_л — нагрузка от погонного метра ленты при наибольшем числе прокладок
при В = 650 мм q_л = 104 н/м
при В = 800 мм q_л = 132,5 н/м
µ — коэффициент сопротивления движению (п.5.1.5)
l, h (м) — см. схему
k_ζ — коэффициент увеличения натяжения ленты на отклоняющем барабане

Режим работы	л	с	т	вт
kζ	1,02	1,02	1,03	1,04

F_c (н) – (п.5.1.6)
q_н (н/м) – (п.5.1.3)

точка 3

F₃ = k₁F₂ + F_c
K₁ – коэффициент увеличения натяжения ленты при огибании барабана

Угол обхвата	30° — 90°	90° — 140°	140° — 180°
л	1,02	1,02	1,03
с	1,02	1,03	1,04
т	1,03	1,04	1,05
вт	1,04	1,05	1,06

Точка 4

F₄ = F₃ + (q_л + q_ж + q_гр)lµ + (q_л + q_гр)h + F_б, где
q_ж (н/м) (п.5.1.2)
F_б (н) (п.5.1.4)
F₃ (н) (п.5.1.5)

Точка 5

F₅ = k_лF₄, где
k_л — коэффициент увеличения натяжения на роликовой батарее

kл	5° — 15°	16° — 25°
л	1,02	1,03
с	1,03	1,04
т	1,04	1,05
вт	1,05	1,06

Точка 6

F₆ = F₅ + (q_л + q_ж + q_гр)lµ + F_пл + 2F_c

5.1.7.2 Определение тягового фактора конвейера

F_т = F₁ l ^µα
l ^µα — тяговый фактор
µ — коэффициент сцепления ленты барабана

Материал барабана	Влажность	µ	l µα
Гладкий стальной	Очень влажно (мокро)	0,1	1,37
Футированный дерево, резина	Очень влажно (мокро)	0,15	1,6
Гладкий стальной	влажно	0,2	1,87
Футированный дерево, резина	влажно	0,125	2,2
Гладкий стальной	сухо	0,3	2,56
Футированный дерево	сухо	0,35	3
Футированный резина	сухо	0,4	3,51

5.1.7.3 Определение натяжения ленты в точке 1

Решаем совместно систему уравнений
F_т = k_xF₁ + k_y (п.5.1.7.1)
F_т = F₁ l ^µα (п.5.1.7.2), откуда

5.1.7.4 Определение натяжения ленты в точках 2, 3…i
F₂ = …
F₃ = …
F_i = …

5.1.8 Определение тягового усилия на барабане
F_w = F_i – F₁

5.2 Подбор оборудования

5.2.1 Выбор типа ленты

5.2.1.1 Определение числа прокладок

где F_max — наибольшее усилие (н)
В – ширина ленты (мм)
[q] – максимально допустимое напряжение в ленте при угле наклона конвейера к горизонту (н/мм)

Угол наклона к горизонту	Число прокладок	ТК-200	ТК-100	БКНЛ-65
До10	До 5	25	12	7
До10	Свыше 5	22	12	6
Свыше 10	До 5	22	11	6
Свыше 10	Свыше 5	20	10	6,5

5.2.1.2 Наибольшая допустимая нагрузка
[F_q] = [q]Bz (н), где q – н/мм; В – мм

5.2.1.3 Определение запаса прочности ленты

5.2.2 Определение диаметров барабанов

5.2.2.1 Приводной барабан
D_пр = к₁к₂z, где
z– число прокладок
к₁ – тип ткани ленты
БКНЛ 65 – к₁ = 1,25
ТК 160 – к₁ = 1,5
ТК 200 – к₁ = 1,7
к₂ – угол обхвата;   при 180°…200° — к₂ = 100

5.2.2.2 Диаметр концевого барабана (барабана винтовой натяжки; барабана тележечной натяжки)

D_к = 0,85 D_пр

5.2.2.3 Диаметр отклоняющего и оборотных барабанов

D_о = 0,6 D_пр

Проверка барабана на сжатие

где F_w (н) – тяговое усилие
В (м) – ширина ленты
α – угол обхвата барабана
µ — коэффициент сцепления ленты с барабаном
Р = 100000…110000, н/м² – среднее удельное давление

5.2.3 Выбор натяжки

5.2.3.1 Определение хода натяжки
l_н = к_Fк_нεl + к_сВ (м), где к_F — коэффициент использования ленты (п.5.1.7.4; п.5.2.1.2)

к_н – коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера
до 10° — к_н = 0,85
свыше 10° — к_н = 0,65
ε = 0,035 – нормируемый показатель удлинения ленты по основе при нагрузке составляющей 10% от номинальной прочности образца
к_с – коэффициент, зависящий от типа натяжки
винтовая натяжка к_с = 0,3…0,5
грузовая натяжка к_с = 1
В – м
l, м – расстояние по осям между барабанами

5.2.3.2 Усилие натяжки

F_н = F_наб + F_сбег
Число грузов n = (F_н — G_н)/G_гр , где
G_н – вес натяжки
G_гр – вес одного груза (900 н)

5.2.4 Определение длины и толщины ленты

5.2.4.1 Определение толщины ленты

δ_л = δ_р + δ_н + zδ₀,
где δ_р — толщина резиновой обкладки рабочей поверхности ленты
δ_н — толщина резиновой обкладки нерабочей поверхности ленты
δ₀ — толщина прокладки
z – число прокладок

5.2.4.2 Определение длины ленты

L_л = L_п + z_cl_c (м), где
L_п – длина ленты по периметру конвейера
L_п = 2 L_к + π/2 (D_пр + D_к) (м)
L_к – длина конвейера по ленте
z_c – число стыков; z_c = L_п/75
l_c – длина ленты, приходящаяся на 1 стык;  l_c = 1…2В

5.3.1 Выбор двигателя

5.3.1.1 Определение мощности двигателя

F_w – тяговое усилие (н)
V – скорость ленты, м/с
η = 0,9 – к.п.д. привода
к_дв = 1,15…1,25 – запас мощности

5.3.1.2 Определение угловой скорости двигателя

, рад/с, где n – число оборотов двигателя; S – скольжение

5.3.2 Выбор редуктора

5.3.2.1 Определение крутящего момента на тихоходном валу редуктора

, где F_w (н); D (м)

5.3.2.2 Определение передаточного отношения редуктора

, где ω – рад/с; D – м; V – м/с

5.3.3 Определение фактической скорости ленты

5.3.4 Определение фактической производительности конвейера

Q_факт = 0,504 В²Vγ10³ (т/ч)
В – м; V – м/с

5.3.5 Выбор тормоза

Тормоз устанавливается при наклоне конвейера больше 6 градусов
Необходимость установки
5,2• 10^-3 Q_н > F_wV
Определение тормозного момента

F_w – тяговое усилие, н
D – диаметр приводного барабана, м
u – передаточное отношение редуктора
η = 0,9 – к.п.д. привода
η_б – к.п.д. барабана

Заключение

В итоге расчета делают вывод о том, удовлетворяет ли подобранное оборудование исходным требованиям. А также производят сравнение фактической скорости ленты с заданной (больше или меньше в процентном соотношении). Сопоставляют мощность двигателя с необходимой по расчету, и принимают решение о возможности его установки.

Металлоконструкции конвейера

Рекомендации по установке корпуса конвейера:

• Для секций под роликооопоры использовать швеллер №10, уголок 50*50*5. Длина секции должна приближаться к двукратному шагу нижних роликоопор, уголки устанавливать через 1,2 м.
• Кронштейны для установки секций и раму под натяжку изготавливать из уголков 75*75*6, раскосы, растяжки и стойки – из уголка 50*50*5.
• Рама под барабан изготавливать в зависимости от места расположения и мощности привода. Смонтировать стяжки, раскосы и косынки. Оси мотора, редуктора и барабана должны быть сосны, для чего устанавливаются специальные прокладки.
• При высоте рамы более 1,5 м установить ограждение вдоль лестницы до площадки обслуживания.
• Вращающиеся части оградить кожухами.
• Закрепить металлоконструкции прочными болтами к полу.