Расчет вертикальных транспортно-распределительных систем на основе конвейеров с прижимной лентой

Транспортно-распределительные системы (ТРС) на основе конвейеров с прижимной лентой являются разновидностью крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой. Нижний контур таких систем состоит из коротких грузовых поворотных ленточных конвейеров, предназначенных для крутонаклонного подъема и последующего распределения штучных грузов путем перевода конвейера заданного уровня в горизонтальное положение. Верхний контур системы является обычным прижимным конвейером, обеспечивающим устойчивое транспортирование на наклонном участке.

Производительность вертикальной ТРС, шт./ч, определяется скоростью транспортирования V и шагом грузов на полотне

(1)

Средний шаг грузов A зависит от способа загрузки ТРС и в общем виде равен где – средняя длина штучного груза, – интервал (зазор) между следующими друг за другом грузами. Обычно загрузочное устройство обеспечивает постоянный шаг независимо от длины груза. С учетом особенностей функционирования рассматриваемой вертикальной ТРС необходимо, чтобы в момент после прохождения через грузовой поворотный конвейер последнего штучного груза на данный уровень, при возврате этого конвейера в крутонаклонное положение на него еще не подавался бы следующий груз. Тогда минимально допустимый шаг будет

(2)

где – максимальная длина груза; – длина поворотного конвейера 3; t_ср – время срабатывания его механизма подъема (опускания). Минимальная длина где – диаметр барабанов поворотного конвейера.

Повысить производительность ТРС можно за счет более плотного расположения штучных грузов на полотне конвейера. Для этого загрузочное устройство должно обеспечивать минимальный гарантированный зазор между посылками одной партии, следующими на заданный уровень стеллажей. Величина интервала где – время срабатывания штабелера-перегружателя. Вместе с тем, интервал между партиями грузов, идущих на различные уровни, будет

Расчет устойчивости штучного груза, движущегося по наклонному участку, приведен в работах [2, 3]. Несущая конвейерная лента рассматривается здесь как ортотропная первоначально напряженная цилиндрическая оболочка, дифференциальное уравнение изгиба которой на плоских (сплошных) роликоопорах имеет вид [3]

(3)

где – максимальное натяжение ленты, Н; В – ширина ленты, м; – сила давления со стороны прижимной ленты, Н/м²; D – цилиндрическая жесткость ленты, Нм; где – модуль упругости ленты, Н/м², – коэффициент Пуассона, – толщина ленты, м; – перемещение произвольной точки ленты по направлению оси , м.

Тяговый расчет вертикальной ТРС выполняется с учетом следующих моментов. Длина прижимного конвейера (его наклонной части) где – число уровней стеллажей. Угол наклона ТРС β целесообразно принять в пределах 45…55^° – с учетом характера движения груза при переходе с трассы подъема на горизонтальный конвейер. Расчет конвейеров вертикальной ТРС следует производить исходя из максимальной нагрузки в случае транспортирования грузов на последний верхний уровень стеллажей.

Порядок расчета прижимного конвейера ТРС следующий. Сопротивление движению ленты на холостой ветви

(4)

где – погонная нагрузка от веса прижимной ленты; – масса вращающихся частей роликоопор; – расстояние между роликами на холостой ветви; – коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам.

Сопротивление на прижимной грузовой прямолинейной ветви конвейера

(5)

где - погонная нагрузка от веса прижимных роликов; – погонная нагрузка от веса элементов цепи подвески прижимных роликов; – погонная нагрузка от дополнительного пружинного прижима ленты; – масса транспортируемого груза; – коэффициент трения груза о прорезиненную ленту; – расстояние между прижимными роликами.

Натяжение прижимной ленты в точке сбегания с приводного барабана

(6)

где – коэффициент увеличения натяжения ленты при огибании барабана; – коэффициент сцепления ленты с приводным барабаном; – угол обхвата лентой приводного барабана.

Натяжение прижимной ленты в точке набегания на приводной барабан определяется по формуле Эйлера [4]

(7)

Минимальное натяжение на холостой ветви прижимного конвейера

(8)

Тяговое усилие на приводном барабане прижимного конвейера

(9)

где – коэффициент сопротивления ленты на приводном барабане.

Мощность двигателя приводного барабана

(10)

где – коэффициент запаса мощности при запуске загруженного конвейера; – к.п.д. механизма привода.

Величина наибольшего прогиба холостой ветви прижимного конвейера

(11)

где B – ширина ленты; D_{2 –} цилиндрическая жесткость прижимной ленты в продольном направлении, она равна [1]

(12)

где – модуль продольной упругости ленты; h – толщина прижимной ленты; , – коэффициенты Пуассона ленты по продольному и поперечному направлениям.

В случае превышения допустимого прогиба прижимной ленты , или при отрицательном значении минимального натяжения ленты на холостой ветви (за счет отрицательной составляющей в (4)), необходим перерасчет прижимного конвейера.

Минимальное натяжение с учетом стрелы прогиба ленты на холостой ветви

(13)

где [f ₂] = 0,04t₃ – допустимый прогиб ленты.

Тогда натяжение ленты в точках сбегания и набегания на приводной барабан

(14)

Тяговое усилие и мощность привода прижимного конвейера находятся по (9), (10).

Затем проверяется прочность прижимной ленты и при необходимости делается перерасчет прижимного конвейера с увеличением числа прокладок и толщины ленты.

Общую мощность привода нижнего грузового конвейера вертикальной ТРС следует определять как сумму мощностей отдельных составляющих коротких конвейеров. Максимальная нагрузка на короткий конвейер будет в момент прохождения через него груза наибольшей массы. В этом случае сопротивление на грузовой ветви с учетом давления прижимных элементов будет

(15)

где – длина короткого конвейера; – погонная нагрузка от веса ленты грузовых конвейеров.

Сопротивление на холостой ветви

(16)

Натяжение грузовой ленты в точке сбегания с приводного барабана

(17)

где – коэффициент сцепления ленты с приводным барабаном; - угол обхвата лентой приводного барабана.

Натяжение грузовой ленты в точке набегания

(18)

Минимальное натяжение на середине грузовой ветви конвейера

(19)

Тяговое усилие на приводном барабане короткого грузового конвейера

(20)

Мощность, приходящаяся на один грузовой конвейер при максимальной нагрузке

(21)

Величина наибольшего прогиба на грузовой ветви (в случае прохождения небольших по длине грузов) будет (с учетом положений, рассмотренных в [1, 2, 3])

(22)

где – цилиндрическая жесткость грузовой ленты в продольном направлении; h₁ – толщина грузовой ленты.

Если стрела прогиба будет больше допустимого значения необходим перерасчет грузового конвейера.

Минимальное натяжение с учетом допустимой стрелы прогиба определим из (22):

(23)

Натяжение ленты в точках сбегания и набегания на приводной барабан

(24)

Тяговое усилие и мощность для одного грузового конвейера находим по (20) и (21).

Если на полотне короткого грузового конвейера в течение некоторого времени нет проходящего через него груза, то он находится в режиме холостого хода. В этом случае, подставляя в (15) значение массы груза получим сопротивление на грузовой ветви в режиме холостого хода

(25)

Для режима холостого хода натяжение ленты в точках сбегания и набегания на приводной барабан будет

(26)

Тяговое усилие и мощность в режиме холостого хода

(27)

Найдем общую мощность привода нижнего конвейера, состоящего из m коротких конвейеров. Длина трассы нижнего конвейера Количество одновременно транспортируемых грузов при среднем шаге A равно отношению . Тогда число коротких конвейеров, имеющих полную нагрузку, будет

(28)

а число конвейеров, работающих в режиме холостого хода

( 29)

Общая мощность привода нижнего конвейера определяется как

(30)

Рассмотренный тяговый расчет вертикальной ТРС на основе конвейеров с прижимной лентой, основанный на математической модели напряженно-деформированного состояния конвейерной ленты, представляющей ее в виде ортотропной первоначально напряженной цилиндрической оболочки и учитывающей условия устойчивости движущегося штучного груза на рабочем наклонном участке, позволяет определить основные конструктивные параметры таких систем и обеспечить оптимальное энергопотребление при их эксплуатации.

Литература:

1. Черненко В.Д. Теория и расчет крутонаклонных конвейеров / В. Д. Черненко. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1985. – 292 с.

2. Злотников Е.Г. Определение характеристик движения штучного груза на полотне конвейера с прижимной лентой // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 38. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008. – C. 36-39.

3. Злотников Е.Г. Определение технических характеристик двухленточных конвейеров для транспортирования штучных грузов // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 39. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009. – C. 182-185.

4. Спиваковский А.О., Дьячков.В.К. Транспортирующие машины / А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков. – М.: Машиностроение, 1983 – 487 с