Кузьменко В.И. Горные транспортные машины (теория и расчеты)

Подождите немного. Документ загружается.

211

cos β

sin

sin β

Заштрихованная на рис. 11.2 площадь, ограниченная прямой ВD и кри-

вой

′

, численно равна пути, который пройдет груз за один рабочий цикл

. Критическое замедление, при котором происходит отрыв груза от грузо-

несущего элемента, в соответствии с условием (11.4), будет

(

)

sincosf·ga

0кр

. (11.6)

Таким образом, груз двигается вперед на протяжении времени t

при

прямом и обратном ходе грузонесущего элемента и только на протяжении

небольшого отрезка времени t

двигается назад при обратном ходе грузо-

несущего элемента. Режим работы транспортной установки должен быть вы-

бран таким, чтобы отрезки t

и t

были минимальными, тогда заштрихован-

ная площадь и, следовательно, путь, который груз проходит за один цикл,

будет максимальным. Давление груза на грузонесущий элемент при этом не

изменяется и равняется нормальной составляющей силе тяжести груза.

Рисунок 11.3 – Схема сил, действующих на частицу груза, находящуюся на

грузонесущем элементе, совершающем колебания в плоскости под углом β к

направлению транспортирования.

Для перемещения частицы груза по грузонесущему элементу, соверша-

ющему колебания в плоскости под углом к направлению транспортирова-

ния (рис. 11.3), также необходимо, чтобы груз при прямом ходе удерживался

на грузонесущем элементе силой трения.

При колебании грузонесущего элемента в плоскости, которая наклонена

212

ствия груза на грузонесущий элемент изменяется в зависимости от направ-

ления колебания, то есть













β±=β±= sin

1mgsinmamgN

, (11.7)

где знак «+» в кавычках относится к движению грузонесущего элемента

вверх, а знак «–» – вниз. Поэтому транспортные установки с таким режимом

работы называют установками со сменным давлением груза на грузонесу-

щие элементы.

Для того, чтобы грузы в прямом направлении двигались, не отрываясь

от грузонесущего элемента, необходимо, чтобы сила трения груза f

N была

не менее нормальной составляющей силы инерции , то есть

β≥ cosmaNf

п0

, (11.8)

или с учетом формулы (11.7)

β≥













β± cosmasin

1·mgf

, (11.9)

откуда

( )

β±β

≤

sinfcos

. (11.10)

При обратном ходе груз должен скользить или отрываться от грузонесу-

щего элемента, поэтому сила трения должна быть меньше горизонтальной

составляющей силы инерции, то есть

β<













β± cosmasin·

1·mgf

0 , (11.11)

откуда

( )

β±β

sinfcos

. (11.12)

При движении грузонесущего элемента вниз давление груза, как это вид-

но из формулы (11.7), может быть равным или даже менее нуля, следова-

213

гаться во взвешенном состоянии до следующей встречи с грузонесущим эле-

ментом. Транспортные установки, которые работают без отрыва частиц груза

от грузонесущего элемента, называют качающимися, а с отрывом – вибраци-

онными.

Работа таких установок характеризуется коэффициентом режима k, ве-

личина которого определяется из выражения

sinr

sina

max

βω

, (11.13)

где

– частота колебаний, с;

r – амплитуда колебаний, мм.

Для качающихся конвейеров и питателей К< 1, для вибрационных

К= 1,2- 3,5.

Вибрационная транспортная машина, как всякая упругая система, имеет

определенную частоту собственных колебаний.

В зависимости от соотношения частот собственных и вынужденных ко-

лебаний, сообщаемых грузонесущему элементу виброприводом, различают

такие режимы работы вибрационных конвейеров и питателей: дорезонанс-

ный, при котором грузонесущий элемент колеблется с частотой, менее час-

тоты собственных колебаний упругой системы вибромашины; резонансный,

при котором частоты собственных и вынужденных колебаний совпадают;

зарезонансный, при котором грузонесущий элемент колеблется с частотой,

превышающей частоту собственных колебаний.

С точки зрения затрат энергии наиболее экономным является резонанс-

ный режим, однако этот режим не всегда отвечает оптимальным значениям

других параметров: максимальной скорости перемещения груза, максималь-

ной производительности и прочее.

214

12 ТРАНСПОРТНЫЕ УСТАНОВКИ С ПЕРЕДАЧЕЙ СИЛЫ

ТЯГИ ГРУЗУ РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ

12.1 Общие сведения

К транспортным устройствам, в которых сила тяги груза передается

жидкой или газообразной рабочей средой, относят гидро- и пневмотранспор-

тные установки.

Транспортируемый груз в этих установках находится во взвешенном со-

стоянии в рабочей среде и перемещается вместе с нею по грузонесущим эле-

ментам.

Гидротранспортные установки бывают двух типов: с обычным напором,

в котором пульпа, то есть смесь транспортируемого материала с водой, пе-

ремещается по наклонным канавам, по желобам или трубам самоплывом

под действием веса, и с искусственным напором, в котором пульпа переме-

щается только по трубам напором, создаваемым с помощью механических

агрегатов: насосов, углесосов, землесосов и прочее. В последнем случае мож-

но транспортировать не только под уклон, но и в горизонтальном направ-

лении или вверх.

Пневмотранспортные установки бывают напорного и всасывающего ти-

пов, в которых транспортируемый груз перемещается в струе сжатого или

разреженного воздуха.

Движение воздуха по трубопроводу происходит под действием разности

давления в начале и конце трубопровода, которая обеспечивается компрес-

сорами или вакуумными насосами.

215

Струя воздуха, движущаяся по трубопроводу с большой скоростью, об-

разовывает с порошковыми или нетяжелыми легкокусковыми грузами од-

нородную аэросмесь, заполняющую сечение трубопровода.

В воздушной среде кусковые грузы обычно перемещаются скачкообраз-

но во взвешенном состоянии и частично скольжением по нижней стенке тру-

бопровода, что вызывает его интенсивный износ.

В пневмоконтейнерных транспортных установках, которые появились в

последние годы, груз размещают в специальных контейнерах, оборудован-

ных ходовыми роликами, на которых они перекатываются по транспорт-

ным трубам за счет давления сжатого воздуха (или вследствие вакуума), со-

здаваемого воздуходувными (или вакуумными) станциями.

Применение контейнеров на колесном ходу дает возможность переме-

щать их при сравнительно небольших перепадах давления, что разрешает

использовать для этих систем низконапорные трубы из малоуглеродистых

сталей, железобетона, асбоцемента и других недефицитных материалов и,

кроме того, существенно снизить износ транспортных труб.

Трубопроводный контейнерный транспорт имеет некоторые преимуще-

ства по сравнению с другими видами транспорта, может найти при опреде-

ленных условиях применение для перевозки полезных ископаемых, породы

и других насыпных грузов на поверхности шахт и обогатительных фабрик.

12.2 Физические основы передачи силы тяги рабочей средой

Принцип транспортирования грузов рабочей средой основан на том, что

любое тело, помещенное в поток жидкости или газа, испытывает с его сто-

роны давление тем большее, чем большая скорость потока. В общем случае

величина лобового давления потока на частицу расположенного в нем гру-

за может быть выражена формулой Ньютона

0p2pp1л

dv··kd·v···kP γ+νγ=

, Н, (12.1)

где k

и k

– коэффициенты гидравлического сопротивления движению

соответственно при ламинарном и турбулентном обтекании;

– плотность рабочей среды, кг/м

;

216

–

кинематический коэффициент вязкости рабоче

й среды

, м

/с;

– критерий Рейнольдса;

– относительная скорость, которая для расположенных на дне грузонесу-

щего элемента частиц груза равна скорости придонного слоя, м/с;

d – приведенный диаметр частицы груза, м.

Линейное сопротивление движению – первое слагаемое в формуле

(12.1) – определяется вязкостью среды и имеет место при ламинарном обте-

кании частицы груза потоком.

Квадратичное сопротивление движению – второе слагаемое в формуле

(12.1) – определяется инерционными силами и имеет место при турбулент-

ном обтекании.

При транспортировании грузов в рабочей среде всегда имеет перевес

турбулентное обтекание частиц, поэтому первым слагаемым в формуле (12.1)

можно пренебречь, тогда

022л

d·V··kP γ=

, Н (12.2)

Формула (12.2) разрешает определить зависимость между размерами

частиц транспортируемого груза и скоростью потока, при которой не-

подвижно лежащая на дне

грузонесущего элемента час-

тица груза будет сдвинута с

места. Для этого воспользуем-

ся гидродинамическим урав-

нением движения частицы

груза в вертикальной трубе

(рис. 12.1):

( )

oл

mm·gP

·m −−=

, (12.3)

где m и m

– масса соответ-

ственно частицы груза и вытес-

ненной ею рабочей среды, кг;

Рисунок 12.1 – Схема сил, действующих на частицу

груза в вертикальной трубе

217

Если условно принять форму частицы груза шарообразной с диамет-

ром d, то

6·d·m

γπ=

;

6·dm

γπ=

, кг, (12.4)

где

– плотность материала частицы груза, кг/м

При

(

)

0л

mmgP −= ускорение частицы груза равняется нулю, тогда с

учетом формул (12.2) и (12.4) относительная скорость движения потока бу-

дет

(

)

·k·6

·dg

γ−γπ

. (12.5)

Экспериментально определено, что скорость трогания частицы груза под

напором рабочей среды близка к относительной скорости придонного слоя,

которая в свою очередь мало отличается от скорости свободного падения

частицы в неподвижной среде. Однако в реальных условиях транспортируе-

мый материал движется массой, и при этом происходит столкновение между

частицами и частиц со стенками трубы, вследствие чего частицы теряют

скорость, падают на дно трубопровода и задерживают движение других ча-

стиц груза.

Для обеспечения надежного перемещения груза скорость рабочей среды

принимают значительно больше скорости трогания. Наименьшая скорость

среды, при которой еще не происходит оседания частиц транспортируемо-

го груза, называют критической V

кр

. При критической скорости имеют мес-

то минимальные затраты энергии на транспортирование, однако режим ра-

боты установки при этом очень неустойчив, то есть наименьшее снижение

скорости потока или увеличение количества груза в смеси, которая транс-

портируется, вызовет интенсивное осаждение материала и закупоривание

трубопровода. Поэтому при расчетах скорость потока рабочей среды при-

нимают выше критической.

Для напорного гидротранспорта, например, расчетную скорость V при-

нимают:

(

)

кр

V2,11,1V

−

≥

218

средства их снижения

Величина сил движения гидро- и аэросмесей в гидро- и пневмотранспор-

те зависит в основном от шероховатости внутренних поверхностей грузоне-

сущих элементов, наличия криволинейных участков и площади их попереч-

ного сечения.

Предположим, что гидросмесь (пульпа) при самотечном транспорте сте-

кает по наклонной трубе диаметром D и длиной l. Напор в нижней точке

трубы равняется столбу пульпы высотой h. Вследствие обычного напора

происходит перемещение гидросмеси со скоростью V и преодолеваются со-

противления по длине трубопровода. Напор h

тр

, что расходуется на преодо-

ление сопротивления, можно определить по известной из гидравлики фор-

муле

·h

nтр

λ=

м, (12.6)

где

– коэффициент, который характеризует шероховатость стенок тру-

бы и может быть определен по эмпирической формуле

пn

018,0

03,0 γ













+=λ

, (12.7)

где

гв

гpв

γ+γ

=γ

– плотность пульпы, т/м

;

іV

– объемные затраты соответственно воды и твердого материала.

Так как

тр

, формулу (12.6) можно преобразовать следующим образом

·v

·D

или

·vD

, (12.8)

где i = h/l – уклон трубопровода.

Выражая диаметр трубы D через гидравлический радиус R

, равный от-

ношению площади поперечного сечения потока к смоченному периметру,

при заполнении всего сечения трубы гидросмесью получим

219

, м

(12.9)

откуда D=4R

. Подставляя это значение D в формулу (12.8) и решая уравне-

ние относительно V, получим известную формулу Шези

i·R·ci·R·

гг

, (12.10)

где

Подставив в формулу (12.10), вместо v,ó значение относительной скорос-

ти v

, можно определить минимальный уклон, при котором теоретически

частица груза должна смываться потоком. Пользуясь этой же формулой,

можно определить потери напора через шероховатость стенок трубы. При

этом, пользуясь формулами (12.6) и (12.10), находим

тр

gR8

i λ===

, (12.11)

где і

– удельные потери напора, отнесенные к 1 м длины трубы.

Потери напора через местные сопротивления на криволинейных участ-

ках, в задвижках и прочее принимают по формуле

·g2

·v·i

ξ=

, (12.12)

где

– коэффициент местных гидравлических сопротивлений, который

принимается на основании опытных данных.

При пневмотранспорте потери напора от углов отклонения трубопрово-

да принято выражать в метрах эквивалентной длины горизонтального тру-

бопровода, получая для каждого участка сведенную длину.

Для уменьшения сил сопротивления движению гидросмеси иногда при-

бегают к футеровке трубопроводов резиной или другими антифрикционны-

ми материалами, а также к увеличению их диаметра, уменьшению числа кри-

волинейных участков или к другим мероприятиям.

220

13 ТРАНСПОРТНЫЕ УСТАНОВКИ С ПЕРЕДАЧЕЙ СИЛЫ

ТЯГИ МАГНИТНЫМ СПОСОБОМ

13.1 Общие сведения

Магнитным транспортом называют процесс перемещения грузов с исполь-

зованием магнитных полей для образования силы тяги или ее усиления, а так-

же для уменьшения сил сопротивления движению или увеличения возможно-

го угла наклона транспортной установки или транспортных путей.

При этом могут быть использованы как стационарные магнитные поля,

создаваемые постоянными или электрическими магнитами, так и бегущие,

которые образуются линейными индукционными двигателями (ЛИД) или

системой соленоидов, включение и выключение которых от источника тока

производится по определенной программе.

При передаче силы тяги с помощью магнитных полей последние могут

действовать или непосредственно на груз, либо на грузонесущие или тяго-

вые элементы транспортной установки. Первым способом можно транспор-

тировать только ферромагнитные грузы (железную руду, агломерат и про-

чее) и неферромагнитные токопроводящие грузы (уголь, графит, никеле-

вая и медная руда, кокс и прочее), вторым – любые грузы, в том числе и

неферромагнитные нетокопроводящие (нерудные ископаемые и прочее).

Сейчас известно много разных средств магнитного транспорта, которые

по способу передачи силы тяги можно поделить на такие четыре группы:

– установки, в которых сила тяги передается грузонесущим или тяго-

вым элементам магнитофрикционным способом;

– установки, в которых сила тяги передается ферромагнитным или не-