Сопротивления перемещению тягового элемента

При транспортировании груза возникают силы, мешающие его перемещению по трассе, это силы сопротивления.

К ним относятся силы тяжести груза и перемещаемых элементов конвейера, если на трассе конвейера есть участки, имеющие подъем, силы трения, возникающие при взаимодействии тяговых органов и поддерживающих устройств, силы трения и упругости, возникающие при взаимодействии тяговых органов и отклоняющих устройств. Силы сопротивления, действующие по трассе конвейера, определяют энергозатраты привода и прочность и долговечность элементов конвейера, поэтому целесообразно рассмотреть влияние этих сил более подробно.

Сопротивления от весов груза и движущихся элементов конвейера.

Вес груза  на наклонном участке раскладывается на 2 составляющих: нормальную , перпендикулярную направлению движения, и тангенциальную , направленную параллельно перемещению груза (рис. 2).

 

Рис. 2 Схема конвейера для определения сопротивлений от сил тяжести.

 

Чтобы переместить груз, необходимо преодолеть силу сопротивления, действующую параллельно направлению движения навстречу ему, и совершить работу, т.е. затратить энергию. При угле наклона участка конвейера к горизонту, равном , нормальная и тангенциальная составляющая веса груза определяются по зависимостям (4) соответственно.

 и                                     4)

Из зависимостей (4) следует, что для горизонтальных участков () тангенциальная составляющая 0, а нормальная составляющая . Для вертикальных участков все наоборот. Работа по преодолению тангенциальной составляющей определяется по зависимости

 или                     5).

Требуемая мощность на преодоление тангенциальной составляющей определяется по зависимости

,                                                         6)

где  - скорость перемещения груза по трассе конвейера. Таким же образом определяются сопротивления от веса движущихся элементов конвейера на наклонных и вертикальных участках.

Сопротивления от сил трения, возникающих при взаимодействии тяговых органов и поддерживающих устройств.

В зависимости от типа тяговых органов и поддерживающих устройств при их взаимодействии возникают различные силы трения при передвижении тяговых органов (рис. 3).

 

Рис. 3 Схема конвейера для определения сопротивлений от сил трения.

 

Рассмотрим самый простой случай – возникновение сопротивлений от сил трения между грузом и желобом скребкового конвейера. При опирании груза на желоб с силой, равной нормальной составляющей веса груза , в желобе возникает нормальная опорная реакция . Как известно, сила трения определяется по зависимости

,                                            7)

где  - коэффициент трения скольжения груза по желобу. То есть, силы сопротивления от трения возникают только на горизонтальных и наклонных участках. Если принять обобщенный коэффициент от сил трения  (т.н. коэффициент сопротивления), то работу от сил трения будем определять по зависимости

.                                  8)

Сопротивления, возникающие при огибании отклоняющих устройств. При огибании отклоняющих устройств (звездочек, барабанов, шин, роликовых батарей и пр. в зависимости от типа конвейера и типа тягового органа) происходят следующие события. Во-первых, тяговый орган меняет свою форму, что сопряжено с преодолением сил упругости или сил трения. Во-вторых, при движении тягового органа по отклоняющему устройству, либо вместе с ним необходимо преодолевать сопротивления от сил трения, возникающих между тяговым органом и отклоняющим устройством или в опорах отклоняющего устройства. Рассмотрим возникающие сопротивления на примере огибания барабана ленточного конвейера (рис. 4).

 

Рис. 4 Схема конвейера для определения сопротивлений

при огибании отклоняющих устройств.

 

Сопротивления при огибании  увеличивают натяжение в ленте

.                                                                9)

Удобно учитывать эти сопротивления с помощью коэффициентов в виде

.                                                                 10)

Тогда можно записать

.                                                        11)

Искомые коэффициенты определяются эмпирически или расчетным путем.

 

Тяговый расчет конвейера

Рассмотрим канат, жестко закрепленный одним концом (рис. 5).

 

 

Рис. 5 Схема нагружения каната.

 

Очевидно, что натяжение  (внутреннее усилие в произвольном сечении каната) будет определяться по зависимостям

,  или ,                   12)

и т.д., то есть последовательно возрастая на величину сил, действующих на канат. Таким образом, натяжение в канате любом произвольном сечении определяется по зависимости

,                                                              13)

где  - усилие, приложенное к канату перед рассматриваемым сечением,  - натяжение в канате до точки приложения усилия . На этой последовательности основывается тяговый расчет конвейеров. Он заключается в последовательном расчете натяжений в тяговом элементе во всех узловых точках конвейера. Таковыми традиционно принято считать точки, в которых действуют сосредоточенные нагрузки или происходит резкое изменение характеристик конвейера, т.е. отклоняющие, загрузочные и разгрузочные устройства. Трасса конвейера с тяговым органом представляет собой замкнутый контур (рис. 6). Обход узловых точек этого контура начинается с точки, где натяжение известно. Как правило, это натяжное устройство, натяжное усилие в котором задается из условия обеспечения минимально допустимого натяжения тягового элемента по трассе конвейера и, значит, допустимой стрелы провеса тягового элемента ().

 

Рис. 6 Расчетная схема конвейера.

 

Обход узловых точек до точки, в которой установлен привод, ведется в двух направлениях: в направлении движения тягового элемента (по ходу конвейера) и в направлении противоположном движению тягового элемента (против хода конвейера). Натяжение в тяговом элементе до узловой точки при обходе по ходу конвейера называется набегающим (), после узловой точки – сбегающим натяжением (). Разность набегающего и сбегающего натяжений в точке, в которой установлен привод, () дает нам необходимое тяговое усилие, которое должен развить привод, чтобы привести в движение конвейер. Традиционно, прямолинейные участки, располагающиеся за некоторой узловой точкой по ходу конвейера, нумеруются так же, как и эта точка.

По результатам тягового расчета строится диаграмма натяжений (пример диаграммы, рис. 7). Диаграмма натяжений – это характеристика изменения натяжения тягового органа по трассе конвейера, строится в виде кусочно-линейной функции. Она показывает, насколько сильно меняется натяжение тягового органа на различных участках и в различных точках трассы конвейера.

Рис. 7 Диаграмма натяжений.

 

Для того, чтобы характер изменений натяжения тягового органа по трассе конвейера отображался верно, необходимо строить диаграмму с соблюдением масштабов. По оси абсцисс откладываются геометрические длины участков в определенном масштабе, по оси ординат - натяжения тягового органа в узловых точках трассы конвейера тоже в некотором масштабе. Угол наклона зависимости на произвольном участке показывает, насколько интенсивно нагружается тяговый элемент.