Расчёт карьерного конвейерного транспорта.

Исходные данные

    Для расчета должны  быть известны следующие данные:

1) производительность  экскавационно-погрузочной  машины (экскаватора) отдельно по вскрыше (Vвск м³/ч) и отдельно по полезному  ископаемому  (Q_пи =6800000 т/ч);

2) насыпная масса перемещаемых грузов тс/ м³;

3) кусковатость и некоторые  другие свойства перемещаемых грузов;

4) расстояние транспортирования L=2000 м;

5) при  наклонной установке конвейеров – угол наклона вверх или вниз ( , град.)  или разность отметок уровней в начальной и  конечной  точках (H, м);

6)  принятая организация работ на  карьере (количество рабочих дней в году,

количество рабочих смен  в сутки, продолжительность смены).

Выбор типа и параметров конвейера.

   В настоящее время заводы-изготовители выпускают конвейеры номинальной длины в соответствии с ГОСТами. Длина конвейера в конкретных условиях определяется длиной трассы, в которой он устанав­ливается, а количество приводов - в результате расчёта необходимой общей мощности. Параметры изготовляемых конвейеров учитывают обоб­щённые условия эксплуатации, поэтому запасы прочности тягового органа, установленная мощность приводов, производительность и длина вполне определены для каждого типоразмера конвейера.

Однако конвейеры устанавливаются в конкретных условиях с кон­кретными грузопотоками. Для обеспечения заданных грузопотоков и надёжной работы конвейеры должны быть подобраны так, чтобы их  параметры полностью удовлетворяли требованиям эксплуатации в конкретных горно-технических условиях. При этом запасы по произ­водительности, мощности приводов и прочности тягового органа не должны в значительной мере превышать установленных нормативов, так как в противном случае возрастёт стоимость транспортирования. Предварительный выбор типа конвейера производится по табл. I по известной эксплуатационной производительности экскаватора. Производительность однопоточного конвейера должна быть не менее производительности экскаватора, а производительность сборного конвейера - не менее суммарной производительности грузопотоков, поступающих на этот конвейер.

Окончательное же соответствие выбранного типа конвейера конкретным условиям и определение количества и мощности уста­навливаемых на нем

приводов и длины конвейеров рассчитывается в результате проверочных расчетов [з].

ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ КОНВЕЙЕРОВ

Требуемая ширина ленты   определяется, исходя из заданной производительности ( Qэ , т/ч), по формуле

              м         (1)

Выбор типа конвейера. Он производится по его расчетной часовой производительности :

(2)

где - годовая производительность карьера, ;

- коэффициент неравно­мерности работы карьера, ;

- число рабочих дней в году;

- количество смен в сутки;

- продолжительность смены, ч.

По расчетной производительности и исходным данным ориентиро­вочно выбирается тип конвейера.

где Сn - коэффициент производительности ленты;

V - скорость движения ленты, м/с;          

 - насыпная масса груза, т/м³.

В табл.2 приведены значения коэффициентов  Сn   для конвейерных лент, имеющих формы лотков [5].

Указанные значения коэффициента   Сn„    действительны для конвейеров, трасса которых наклонена к горизонту не более 12°. При больших углах наклона, в связи с уменьшением толщины слоя груза на грузонесущем полотне конвейера, необходимо принимать меньшие значения коэффициента Сп, полученные умножением  табличных значений на коэффициент К, имеющий  следующие значения:

Угол наклона конвейера, градус               12      14    16      18      20

Коэффициент К                                         0,98     0,96  0,94  0,92   0,9

Таблица 1.

Техническая характеристика ленточных конвейеров

ПАРАМЕТ-РЫ	Тип конвейера
	КЛ-500	КРП-500		КЛК-500		КРУ-350	КРУ-900		КЛМЗ	НКМЗ
Ширина лены, мм	1000	1000		1200		1200	1200		1200	1800
Скорость движения ленты, м/с	2,2	2,23		1,8		1,5	3,0		2,6	3,5
Производительность т/ч	500	500		500		350	900		1250	4000
Наклон боковых ро ликов, град	30	20		-		20	20		30	30
Продолжение   табл.3.1
Приводной барабан: Диаметр,мм Число Угол  обхвата , град	1200 2 420	1130 1 270		- - 180		800 2 430	1600 2 370		1250 2 390	1510 2 495
Длина горизон- тального конвейера,м	300	150		800		500	1000		800	500
Мощность привода,квт	2 x 75	75		2 x 160		3 x 85	3 x 380		4 x 240	1500
Основа ленты	Кап-рон	Б-820		Б-820		РТЛ-1200	РТЛ-1200		РТЛ-1500	Анид
Вес металлических частей конвейера,т	30	50		163		100	255		600	600
Область примене-ния	Маг-ист	Переда-точный		Подъем-ный		Подъем-ный	Подъемный		Магист.	Магист.
Продолжение табл.3.1
Параметры			Тип конвейера
			КЛШ-500М		КЛЗ-500IIMA			КЛШ-800
Ширина ленты, мм			1000		1000			1200
Скорость движения ленты , м/с			2,26		2,26			2,58-0,85
Производительность. Т/ч			500		500			800
Длина конвейера (м0 при угле наклона става, градус: 0 4 8 12 16			300 250 200 150 100		400 350 300 250 200			800 475 300 220 175
Тип ленты			Резино – тканевая
Тип привода			Однобарабан-ный		Двухбарабан-ный			Однобарабанный
Диаметр барабанов, мм: Приводного Натяжного			900 600		900 600			600 600
Редуктор: Тип Передаточное число			РПДП-750 20		РПДП-750 -			- -
Электродвигатель: Тип Мощность, квт Скорость вращения вала, об/мин Напряжение, в			М36-42/6 75 985 220/380		КО-52-6 75 985 220/380			А0113-12/8/6/4 150-50 1480-490 -
Масса конвейера длиной (300м), (400м), и (800) соответственно   конвей- ерам без ленты, кг			18657		28747			50800
Область применения			Забойные и магистральные

                                                                                                                     

Таблица 2

Нормативные значения коэффициента Cп

Показатели	Р о л и к о о п о р а
	Двухроликовая		Трехроликовая		Четырех-роликовая	Пятироликовая
Угол наклона боковых ро-ликов, градус	15	20	30	36	1’=18 2’=54	1’=18 2’=54
Расчетный угол откоса насып- ного груза на ленте, градус	15      20	15     20	15     20	15      20	15      20	15             20
Коэффициент,Сп	450  535	470  550	550  625	585  655	650  715	600        675

Примечание: -  углы наклона боковых роликов

При   транспортировании   крупнокускового груза (500-700 мм) коэффициент К   снижают еще на 15-20%     .

Значения насыпной массы и углов откоса груза на ленте, а также максимальных допустимых углов наклона конвейеров при транс­портировании различных грузов приведены в табл.3

                                                                                                         Таблица 3

Характеристика насыпных грузов

Транспортируемый груз	Насыпная масса, т/м	Расчетный угол откоса материала на ленте,   p  , град	Наибольший угoл  наклона конвейера , Вmax
Апатит	1,5-1,7	15	24
Галька влажная	1,4-1,5	15	18
Глина сырая	1,8-2,0	25	20
Земля, грунт влажный	1,5-1,7	15	24
Известняк	1,2-1,6	15	18
Калийные соли	1,1-1,6	15	18
Песок сухой	1,3	15	20
Песок влажный	1,4-1,65	20	25
Порода горная вскрышная	1,6-1,7	20	17
Руда, железная	2,0-4,5	20	20
Соль каменная	1,0-1,2	20	23

Ширина ленты, необходимая для обеспечения заданной произ­водительности, должна быть проверена по кусковатости груза. При этом должно соблюдаться следующее соотношение:

- для рядовых грузов, содержащих большие куски в количестве не более 15 %   по весу,                

                                                     (2)

-         для сортированных грузов, содержащих крупные куски до 80 % по весу

                                      (3)

где

- размер поперечного сечения максимального куска, мм.

Из полученных по формулам (1), (2) или (3)   значений принимают большее и округляют его до размера по ГОСТ 20-62,   затем проверяют соответствие расчетной ширины ленты с шириной ленты предварительно выбранного конвейера. При их несоответствии   вы­бирается другой тип конвейера и делается пересчет.

Для условий открытых горных разработок наиболее целесообраз­но применение конвейерных лент шириной 1000, I200, I600, 2000 и 2400 мм [l,2]. На основании практических данных установлены ра­циональные соотношения между производительностью ленточного конвейера и скоростью движения ленты, которые приведены в табл.4 по данным ГОСТ 20-62.

                     Таблица 4

Рекомендуемые скорости движения ленты

Расчетная объемная производитель-ность конвейера, м3/ч	Скорость ленты, м/с
	для рыхлых пород   и нетяжелых грузов		для скальных  пород и руд
400-800	2,0; 2,5	1,6; 2,0
1000-2500	2,5; 3,15	2,0; 2,5
2500-5000	3,15; 4,5	2,5; 3,15
5000-8000	4,15	3,15
8000-12000	4,15; 6,3	3,15; 4,5
12000 и более	6,3	4,5

Определение сопротивлений на конвейере.   Согласно общему уравнению движения мощность привода конвейера расходуется на преодоление работы  сопротивления движению.

Сопротивление на   прямолинейных участках   конвейера возни­кает вследствие трения в цапфах роликов, от качения ленты по роликам; а на наклонных конвейерах также   и от продольной состав­ляющей силы веса.

Для наклонно установленного конвейера сопротивление движе­нию   груженной ветви   подсчитывается по формуле:  , кгс               (4)                                                          .

а сопротивление движению порожней ветви конвейера по формуле: ,кгс            (5)                                                                                                                                                                                             

Для горизонтального конвейера соответственно

                           , кгс                           (6)

                                    ,  кгс                        (7)

где   L - длина конвейера, м;

 - угол наклона конвейера, град;

Н - разность уровней в начальной и конечной точках , м;

 вес груза на длине конвейера I м, кгс/м;

 - вес ленты на длине I м, кгс/м;

  - вес движущихся частей роликов на грузовой ветви,  приходящийся на 1 м длины, кгс/м;

 - вес движущихся частей роликов на порожняковой ветви, приходящийся на I м длины, кгс/м;

  - коэффициент сопротивления движению конвейерной ленты.

Вес 1 м² ленты  приведен в табл.5.  По данным таблицы вес 1 м ленты можно определить по формуле:

                         ,  кгс                             (8)

где B- ширина ленты, м.

Таблица 5

                      Вес 1   лент различных типов

Резино-тканевые ленты		Резино-тросовые ленты
Число прокладок	Вес, кгс/м2	Тип ленты	Вес, кгс/м2
4	18	РТЛ-1500	28
5	20	РТЛ-2500	37
6	22	РТЛ-3500	43
8	25	РТЛ-4000 РТЛ-5000 РТЛ-6000	48 55 65

При отсутствии в технической характеристике конвейера ко­личества прокладок ее можно приближенно принять по табл.6 в зависимости от ширины ленты [4].

 Веса вращающихся частей роликов на длине I м на   грузовой и порожняковой ветвях конвейера находятся по формулам

                                   ,   кгс/м                     (9)

                                              ,    кгс/м                   (10)

где и  – вес вращающихся частей  роликов на  грузовой и порожняковой ветвях, кгс;

,  и – шаг роликоопор рабочей и порожняковой  ветвей, обычно               =0,8-1,2 м (меньшие значения  при транспортировании тяжелого кускового материала), = 2 - 4 м.

Вес роликов, а следовательно, и их вращающихся частей,

оказывающих сопротивление движению, зависит от ширины ленты, диа­метра роликов и их конструкции. В табл.3.7 приведены значения веса вращающихся частей роликов для грузовой (трехроликовой) и по­рожняковой (однороликовой) ветвей конвейера.

                                

                                                                                                             Таблица 6

                Количество прокладок в зависимости от ширины ленты

Шири-на ленты	Тип ленты
	2УБ-820 2УБНКЛ- 65	ПВХ- 100	БНКЛ- 150	ТЛ-150 ТЛК-150 ТЛ-200 ТЛК-200	2ТА-100	2ЛХ-120		2ТА-150	2К-300	1ТК-300 1ТА-300	1ТК-400 1ТА-400
800	4-8	4-6	4-6	3-6	3-5		4-6	3-8	2-4	-	-
1000	4-8	4-6	4-6	4-8	4-6		4-8	4-9	3-9	-	-
1200	5-10	4-7	4-8	4-8	5-6		5-9	4-9	3-8	4-8	4-6
1400	7-10		5-8	5-8	6-8		6-10	5-10	4-9	4-8	4-8
1600	-	-	-	-	-		7-10	6-10	5-9	4-9	4-8
1800	-	-	-	-	-		-	7-12	-	5-10	6-8
2000	-	-	-	-	-		-	8-12	-	5-10	6-8

Величина коэффициента сопротивления движению    конвейер­ной ленты зависит от многих факторов: качества ролика, монтажа конвейера,    толщины ленты, кусковатости материала и пр.

В нормативах предусмотрены следующие значения в зависимости от состояния конвейера [ 3]:

Очень хорошее	0.018  - 0.02
хорошее	0.02   - 0.022
при нестрогой прямолинейности става и опасности сильного загрязнения	0.023 – 0.027

Сопротивление на криволинейных участках возникает при оги­бании лентой отклоняющих роликов и хвостовых барабанов. Оно вы­зывается трением в цапфах роликов или барабанов, качением по   ним ленты, а также упругостью ленты,    сгибаемой при набегании на барабаны и разгибаемой при сбегании. Практически величина со­противления на блоках, барабанах и батареях роликов составляет    . 3-5 % .величины натяжения ленты в точке набегания на данный криво­линейный     участок при угле обхвата 90° и 5-7 % - при угле обхва­та 180°.

  Сопротивление на приводном барабане составляет 3-5 % суммы     натяжений на набегающей и сбегающей ветвях у привода

                           Wпр=(0,03  0,05) (Sнб+Sсб)     ,  кгс                              (11)     

                                                                                                 Таблица  7

Вес вращающихся частей   роликов

Ширина ленты, мм	Трехроликовая роликоопора в исполнении				0днороликовая
	нормальном		тяжелом		диаметр ролика,    мм	вес, кгс
	диаметр ролика, мм	вес,  ктс	диаметр ролика, мм	вес, кг
400,	102    .	10	_	_	102	6
500	102	11,5	-	-	102	7,5
650	102	12,5		-	102	10,5
800	127	.  22.	159	45	127	19,0
1000	127	25	159	50	127	21,5
1200	127	29	159	57	127	26
1400	159	50	194	108	159	40
1600	-	60	194	116	-	-
1800	-	82	194	122	159	47
2000	-	-	219	190	-	-

  Определение мощности привода.   Мощность привода конвейер­ной установки   можно определить точным методом обхода по контуру ленты. Контур, образуемый лентой конвейера, разбивается   на прямолинейные и криволинейные участки (рис.1). Точки сопряжения  участков нумеруются, начиная от точки сбегания ленты с приводного барабана. Далее, последовательно обходя контур по точкам, определяют натяжение набегающей и сбегающей ветвей и мощность при­вода.

Рис.1. Схема к расчету конвейера "по контуру".

Правилом расчета натяжений является натяжение тягового органа в каждой   последующей по его ходу точке контура равно натяжению в предыдущей точке плюс сопротивление на участке между этими точками

                                                       ,кгс                         (12)

По схеме, показанной на рис.1, натяжение ленты в точке сбегания с приводного барабана равно .

Натяжение в точке 2 (угол обхвата лентой отклоняющего бара­бана 90°)

                        ,   кгс                   (13)

Натяжение в точке 3

              ,   кгс                  (14)

  Натяжение в точке 4 (угол обхвата лентой   натяжного барабана 180°) 

, кгс  (15)

                                                                       

Натяжение в точке 5

   ,кгс     (16)

С другой стороны, между натяжениями в точках 5 и I (являю­щихся точками набегания ленты на приводной барабан и сбегания ее с барабана) имеет место зависимость                                      ,                        (17)     

где  - коэффициент сцепления между лентой и поверхностью   барабана, зависящая от условий эксплуатации конвейера и материала поверхности приводного барабана (принимается по табл.8);

d- угол обхвата лентой приводного (приводных) бараба­на, град.

                                                                                               

Значения          для расчетов приводятся в табл.8.                                                                                                                             .                                                                                                      Таблица 8

   Значения        

Вид барабана,атмосферные условия	Коэф-фици-ент сцеп-ления,	При угле обхвата    , град.или радианах
		180	210	240	300	360	400	450	480
		3,14	3,66	4,19	5,24	6,28	7,0	7,85	8,38
Чугунный или сталь-ной, очень влажная атмосфера	0,1	1,37	1,44	1,52	1,69	1,87	2,02	2,19	2,32
С деревянной или резино-вой  футе-ровкой, очень влажная атмосфе ра	0,15	1,6	1,73	1,87	2,19	2,57	2,87	3,25	3,51
Чугунный или стальной: Влажная атмосфе ра Сухая атмос-фера	0,20          0,3	1,87 2,56	2,08 3,00	2,31 3,51	2,85 4,81	3,51 6,59	4,04 8,17	4,84 10,50	5,34 12,35
С деревянной футеровкой, сухая атмосфера	0,35	3,00	3,61	4,33	6,27	9,02	11,62	15,60	18,78
С резиновой футеровкой , сухая атмосфера	0,4	3,51	4,33	5,34	8,12	12,35	16,41	23,00	28,56

Решая совместно уравнения (16) и (17) определяют  S₁  , а затем все остальные значения натяжений ленты в соответствующих точках.

Натяжение ленты на груженной ветви в точке наименьшего натяжения этой ветви (точка 4) должно быть проверено   по стреле провеса ленты   f     в пролете между   роликоопорами  по формуле

               , м                     (18)

По нормам проектирования конвейеров величина наибольшего провеса ленты принимается

                                    , м                            (19)

Подставляя это  значение как равенство в формулу (18), после  соответствующих преобразований получим величину наименьшего натяжения ленты на груженной ветви  из условия допустимого

 провеса ленты:

                                                , кгс                   (20)

Величина натяжения в точке 4, рассчитанная по формуле (15) , должна быть не менее значения, полученного по формуле (20).   В противном случае за окончательное натяжение в точке 4 необходи­мо принять величину, полученную по формуле (20) и сделать пере­счет натяжений в остальных точках.

Необходимое усилие на натяжном устройстве, при котором обеспе­чивается нормальная работа конвейерной установки, определяется как сумма натяжений ленты в точках набегания на натяжной барабан и сбегания с него. По рис.5 усилие на натяжном устройстве определя­ется:

                                ,  кгс                             (21)

Тяговое усилие, развиваемое приводом конвейера,

                                     ,   кгс                     (22)

или с учетом сопротивления на приводном барабане

,кгс           (23)

Мощность двигателя

                    , квт                             (24)

где  K_M - I,I0- I,20 - коэффициент запаса или резерва мощности;

  = 0,75 –0,85 - к.п.д. редуктора.

При транспортировании материала вниз под углом конвейер    может превратиться в   самодействующий, двигатель которого будет работать   в генераторном режиме. Тогда    Sсб=S₁>Sнб=S₅

тяговое усилие  W₀’=S₁-S₅ и мощность

                                                        , квт                        (25)

Длина конвейерного става.   При детальном расчете ленточно­го конвейера величина тягового усилия определяется по формуле (3.22). Для   ориентировочных расчетов эту величину можно опреде­лить по формуле:

                                                 ,  кгс                        (3.26)

где K_T    = 1,05 - 1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление

 от трения в подшипниках барабанов при изгибе ленты на барабанах.

Подставив в формулу (3.26) значения    Wгр  и   Wпор  из фор­мул (3.4) и (3.5), и произведя соответствующие преобразования , по­лучим:                                                                                         

                          ,                      (27)

Откуда

              ,  м                  (28)

Из формулы (24) находим

                                                         ,  кгс                           (3.29)

и подставляя ее значения в формулу (28), окончательно будем иметь

                         ,   м  

  (30)

где

N - установленная мощность двигателя на конвейере

(берется суммарная по технической характеристике),

Расчет ленты на.прочность. При значительной разнице между полученной расчетом по формуле (3.30) и указанной в технической характеристике длинах конвейера необходимо проверить запас прочности конвейерной ленты.  

Максимально допустимое усилие по условию прочности ленты

                                           (31)

где  Sp’ - разрывное усилие ленты, ктс;

        m- коэффициент запаса прочности, принимается 9-12 для '  тканевых и 7-9   для резино-тросовых  лент.

       Разрывное усилие   Sp’  определяется

       - для тканевых лент

                                                           , кгс                        (32)

где

i   - число тканевых прокладок;

р - разрывное усилие   I см ширины прокладки, кгс/см ,   (берется из табл.3.9);

B - ширина ленты, см;

- для резино-тросовых лент

              , кгс                                   (33) 

где      р’ - разрывное усилие I см ширины ленты, кгс (значение разрывного усилия берется из табл 3.5; в этой таблице цифры в столбце 3 после типа ленты означают раз­рывное усилие I см ширины ленты данного типа). Можно решить и обратную задачу по определению требуемого числа прокладок в ленте из условия прочности при наибольшем ее натяжении. На конвейерах     горизонтальных   и наклонных с движе­нием груза вверх   точкой наибольшего натяжения является точка набегания ленты на приводной барабан (где   Smax    = Sнб ).

Потреб­ное число прокладок определяется по формуле:

                                                   , шт                                          (34)

Если число прокладок, полученное по формуле (34), окажется меньше

или равно числу прокладок, указанному в табл.6, то данная лента удовлетворяет условиям и может быть принята к эксплуата­ции.     

              

                                                         Таблица 9

Техническая характеристика резино-тканевых лент

Параметры	Тип ленты
	2ТА-100	2ЛХ-120	2ТА-150	2К-300	1ТК-300 1ТА-300	1ТК-400 1ТА-400
Основание для выпуска	ТУ38-1058-70	ТУ38-105544-73	ТУ-38-1058-70	ТУ38-105544-73	ТУ38-10561-70	ТУ38-10567-70
Тип ткани прокладок	Ткань ТА-100 анид	ЛХ-120 Лавсан и хлопок	ТА-150 анид	К-10-2-3Т и А-10-2-3Т	ТК-300, ТА-300	ТК-400, ТА-400
	К а п р о н    и   а н и д
Прочность прокладки на разрыв, кгс/См: по основе по утку	100 60	120 36	150 70	300 -	300 60	400 80
Относитель-ное удлинение по основе прокладок ленты при рабочей  наг- рузке (10% от разрывной),%	3,5	2	3,5	3	3,5-4	5
Толщина обкладки,мм pабочей нерабочей	4,5 2,0	4,5-6,0 2,0	4,5 2,0	4,5-6,0 2,0	4,5-6,0 2,0	4,5-6,0 2,0