Проектирование ленточных конвейеров: практические рекомендации по расчёту и выбору

Что такое ленточный конвейер?

Ленточные конвейеры относятся к числу наиболее распространенных и экономически эффективных видов оборудования, используемого для непрерывной транспортировки сыпучих материалов. Они подходят для широкого спектра областей применения, включая горнодобывающую промышленность, порты, производство цемента, энергетику, химическую промышленность, перевалку зерна, складское хозяйство и производство. Проектирование ленточного конвейера — это не просто выбор ленты и двигателя. Инженеры должны провести комплексные расчеты и проверки с учетом характеристик материала, производительности, скорости ленты, её ширины, угла наклона лотка, роликов, барабанов, методов натяжения, требований к мощности и различных вспомогательных устройств.

Часть 1: Основные компоненты и области применения

1.1 Основные компоненты

Ленточный конвейер, как правило, состоит из следующих компонентов: двух или более барабанов, непрерывной замкнутой конвейерной ленты, несущих роликов, обратных роликов, приводного узла, натяжного устройства, точек загрузки, точек разгрузки, а также очистительного и защитного оборудования.

1.2 Принцип работы

Верхняя поверхность конвейерной ленты служит для транспортировки материала, тогда как нижняя поверхность на обратном участке движется без груза. Приводной барабан приводит конвейерную ленту в движение за счет трения, обеспечивая тем самым непрерывную транспортировку материала.

1.3 Применение

Он особенно хорошо подходит для непрерывной транспортировки на большие расстояния, с высокими скоростями, при высокой пропускной способности или в условиях значительного перепада высот. При подходящих условиях эксплуатации крупногабаритные ленточные конвейеры позволяют значительно сократить эксплуатационные расходы по сравнению с грузовым автомобильным транспортом.

1.4 Вопросы проектирования

К основным факторам, которые необходимо учитывать при проектировании, относятся: характеристики материала, ширина и скорость ленты, распределение натяжения, потребность в мощности, расстояние между натяжными роликами, диаметр барабана, воздействие нагрузки, а также очистка и техническое обслуживание.

Часть 2: Типы конвейерных лент и области их применения

Выбор резины для покрытия конвейерной ленты, армирующего материала и конструкции должен основываться на таких факторах, как температура материала, абразивность, содержание масел и смазок, огнестойкость, ударопрочность, угол наклона и условия технического обслуживания. Распространенные типы приведены в таблице ниже:

Часть 3: Основные расчёты: нагрузка, натяжение и мощность

3.1 Расчет нагрузки на единицу длины

Первым этапом процесса проектирования является пересчёт пропускной способности (в тоннах в час) в массу материала на метр конвейерной ленты.

Эмпирическая формула:

Q = 0,278 × Qt / v (кг/м)

Пояснение к параметрам: Q = нагрузка на единицу длины, Qt = пропускная способность (тонн/час), v = скорость ленты (метров/секунду)

Например, для конвейера с пропускной способностью 400 тонн/час и скоростью ленты 1,4 метра/секунду: Q = 0,278 × 400 / 1,4 ≈ 79,4 кг/м.

3.2 Составляющие напряжения и мощности

Эффективное усилие (Te) — это суммарная сила, необходимая для привода конвейерной ленты; оно состоит из нескольких составляющих сил:

Эмпирическая формула:

Te = Tx + Ty + Tz + Tus

Где:

Tx: Натяжение, необходимое для работы пустого ремня

Тай: Натяжение, необходимое для горизонтального перемещения материала

Tz: Усилие, необходимое для подъема или опускания материала

Tus: Сопротивление, вызванное трением между материалом и бортиком

Конвейеры, работающие на коротких расстояниях, требуют большей доли мощности для преодоления трения; поэтому необходимо внести поправку на длину.

Эмпирическая формула: метрическая длина Lc = L + 70 метров

Описание параметра: Lc = скорректированная длина, L = фактическая горизонтальная длина

Часть 4: Методика расчёта по теории растяжения CEMA

Метод CEMA (Ассоциация производителей конвейерного оборудования) представляет собой широко применяемую систему расчета натяжения. Он учитывает сопротивление роликов, сопротивление изгибу ленты и материала, трение боковых юбок, высоту подъема и дополнительное сопротивление.

Формула для расчета мощности привода выглядит следующим образом:

Эмпирическая формула:

Метрическая система: Мощность (CV) = Te (кг) × v (м/с) / 75

Имперская система: Мощность (HP) = Te (фунты) × v (фут/мин) / 33 000

Источник данных: CEMA ‘Ленточные конвейеры для сыпучих материалов’

Часть 5: Демонстрация примеров расчетов

Предположим, что нам необходимо спроектировать ленточный конвейер со следующими параметрами: ширина ленты 900 мм, горизонтальная длина 250 м, высота подъема 20 м, производительность 400 тонн/час, скорость ленты 1,4 м/с, а транспортируемый материал — уголь.

Расчеты, выполненные по приведенной выше формуле, дают следующие основные результаты:

Часть 6: Производительность ленты желоба, ширина ленты и скорость ленты

Чем больше угол наклона корытообразных роликов, тем больше теоретическая площадь поперечного сечения, на которую приходится нагрузка, и тем выше пропускная способность конвейера. Однако более значительный угол наклона также предъявляет более высокие требования к поперечной гибкости конвейерной ленты.

Эмпирическая формула:

Метрическая система: Производительность конвейера Qt = 3,6 × площадь поперечного сечения × плотность материала × v (тонн/час)

Источник данных: CEMA ‘Ленточные конвейеры для сыпучих материалов’

Часть 7: Натяжные ролики и классификация CEMA

Натяжные ролики — это ключевые компоненты, которые влияют на эффективность конвейера, срок службы ленты и стабильность работы. На них приходится значительная доля затрат на оборудование, а их качество напрямую определяет надежность всей установки.

Наконечники желоба: Используются на ‘верхней ветви’, по которой транспортируется материал.

Опорные ролики обратного хода: используются на ‘нижней ветви’ обратного хода конвейерной ленты.

Амортизирующие ролики: устанавливаются в местах загрузки для амортизации удара падающего материала; расстояние между ними, как правило, составляет половину расстояния между стандартными роликами.

Самовыравнивающиеся натяжные ролики: используются для корректировки смещения ремня; рекомендуется устанавливать по одному комплекту примерно через каждые 15 метров на стороне нагрузки и через каждые 30 метров на стороне возврата.

Часть 8: Барабаны, натяжение и привод

Барабаны являются ключевыми компонентами систем передачи мощности; их стандартные диаметры варьируются от 200 мм до 1600 мм.

Эмпирическая формула (минимальный диаметр барабана):

Dp > K × i

Пояснение к параметрам: Dp = диаметр барабана (мм), K = коэффициент (обычно 125–150, в зависимости от количества слоев ремня), i = количество слоев ремня
Например, для конвейерной ленты с 6-слойным канвасом минимальный диаметр барабана должен составлять 125 × 6 = 750 мм.

Приводные ролики, как правило, имеют резиновое покрытие для увеличения коэффициента трения; толщина покрытия обычно составляет 6–12 мм.

Часть 9: Материал воздействия, чистящие средства и принадлежности

Система подачи должна обеспечивать минимальную высоту падения материала, чтобы крупные острые куски не ударялись непосредственно о ленту. В зоне разгрузки обычно устанавливаются амортизирующие ролики или амортизирующие слои.

Статические скребки: они отличаются простой конструкцией и используют сегментированные лезвия для непосредственного удаления прилипшего материала с поверхности ленты.

Динамические скребки: приводимые в действие электродвигателем, они требуют более высоких капитальных затрат и затрат на ввод в эксплуатацию, но подходят для более сложных задач очистки.

Часть 10: Контрольный список для проверки проекта

Ниже приведены рекомендуемые этапы предварительного проектирования:

Подтвердите свойства материала: насыпная плотность, максимальный размер частиц, абразивность, температура, влажность, угол естественного откоса и рабочий угол откоса.

Уточните условия эксплуатации: производительность конвейера, горизонтальное расстояние, высота подъема, угол наклона, скорость ленты, время работы, частота запусков и условия окружающей среды.

Предварительный выбор ширины ленты и угла наклона желоба: расчет с использованием формул для площади поперечного сечения и пропускной способности с учетом достаточного запаса прочности.

Рассчитать натяжение: разбить по пустому конвейерному ленту, грузу, подъемнику, боковым ограждениям, скребкам и дополнительному оборудованию.

Проверьте привод: состояние втулки, угол наклона, накладки барабана, способ натяжения и мощность двигателя.

Проверить конвейерную ленту: максимальное натяжение, натяжение на единицу ширины, количество слоев или прочность стального троса, способность к формированию желоба и минимальный диаметр барабана.

Расположение роликов: сторона нагрузки, сторона возврата, зона загрузки, самоцентрирующиеся ролики и расстояние между переходными участками.

Принадлежности: бункеры, желоба, скребки, кожухи, устройства защиты от сноса, устройства защиты от заторов, системы пылеулавливания и люки для технического обслуживания.

Заключение: краткое изложение и источники стандартов

Проектирование ленточного конвейера представляет собой систематический инженерный процесс. Приведенные в данной статье вводные сведения и расчетные формулы могут служить ценным справочным материалом для предварительного проектирования. Однако при проведении официального инженерного проектирования необходимо учитывать местные проектные нормы, стандарты CEMA, каталоги продукции производителей оборудования, а также технические требования заказчика.

Источник данных

1. CEMA (Ассоциация производителей конвейерного оборудования). Ленточные конвейеры для сыпучих материалов. 7-е издание.
2. ISO 5048:1989. Оборудование для непрерывной механической перегрузки — Ленточные конвейеры — Расчет мощности и растягивающих усилий.
3. ISO 3684:1990. Конвейерные ленты. Определение минимальных диаметров шкивов.
4. ISO 14890:2013. Конвейерные ленты. Технические условия на конвейерные ленты текстильного строения с резиновым или пластиковым покрытием для общего назначения.
5. Конвейерные ленты Dunlop. Руководство по проектированию лент Dunlop.