КАЧАЮЩИЕСЯ И ВИБРАЦИОННЫЕ КОНВЕЙЕРЫ И ПИТАТЕЛИ

14.1. Принцип действия и схемы качающихся и вибрационных конвейеров и питателей

Принцип действия качающихся и вибрационных конвейеров и питателей (рис. 14.1) заключается в перемещении груза скольжением или микробросками по грузонесущему органу 1 установленному на катках 2 или амортизирующих опорах 3 и получающему возвратно-поступательные и колебательные движения от привода 4 по определенному кинематическому закону. В качающихся конвейерах грузонесущий орган совершает возвратно-поступательные движения с амплитудой (длиной хода) 200—350 мм и числом колебаний в минуту 35—100, а в вибрационных конвейерах — колебательные движения с амплитудой 0,5—10 мм и числом колебаний в минуту 500—3000.

Рис. 14.1. Схемы качающихся и вибрационных питателей и конвейеров: а — качающийся конвейер; б — вибрационный питатель с ненаправленными колебаниями; в — то же с направленными колебаниями; г — двухмассовый уравновешенный вибрационный конвейер с колеблющимися массами, расположенными одна над другой; д — то же, расположенными последовательно

На качающемся конвейере (см. рис. 14.1, а) при движении грузонесущего органа вперед груз массой т за счет силы трения mgf перемещается вместе с грузонесущим органом, при этом сила инерции ma ≤ gf, где а — ускорение грузонесущего органа при прямом ходе, f — коэффициент трения груза по грузонесущему органу.

При резком замедлении грузонесущего органа в конце прямого хода в результате изменения скорости движения грузонесущего органа по асимметричной диаграмме и при изменении направления его движения на обратное груз за счет запасенной кинетической энергии скользит вперед по грузонесущему органу по инерции, преодолевая силы сопротивления скольжению, т.е. при обратном ходе и скольжении груза вперед ma > mgf. На качающемся конвейере, установленном под углом b (см. рис. 14.1, б), ускорение обратного хода грузонесущего органа - а > (fcosb ± sinb)g (знак «плюс» соответствует движению груза вниз, а «минус» — вверх).

Таким образом, на качающемся конвейере груз в процессе транспортирования скользит по грузонесущему органу без отрыва от него.

Грузонесущий орган 1 вибрационного питателя с ненаправленными колебаниями (см. рис. 14.1, б) укладывается непосредственно на почву или жесткие опоры 5 и удерживается от сползания канатами или цепями 6. Под грузонесущим органом закреплен вибратор 4 (вибропобудитель), возмущающая сила F которого непрерывно изменяет свое направление. В питателе такого типа (с ненаправленными колебаниями по отношению к направлению транспортирования) вследствие вибрации находящейся на грузонесущем органе горной массы уменьшаются действия сил внутреннего трения и угол естественного откоса, улучшается текучесть горной массы. Для обеспечения надежного транспортирования вниз грузонесущий орган питателей с ненаправленными колебаниями должен быть установлен под углом b ≥ 15÷20°.

В вибрационном питателе с направленными колебаниями (см. рис. 14.1, в) вибропобудитель 4 придает грузонесущему органу 1 направленные колебания, т.е. возмущающая сила F направлена под углом a к плоскости грузонесущего органа. На таком питателе при движении грузонесущего органа вперед, когда действующая на частицы груза сила инерции превышает их силу тяжести (ma>mg), частицы груза периодически отрываются от поверхности грузонесущего органа и перемещаются по нему вперед — вверх скачкообразно микробросками (см. рис. 14.1, в, пунктир).

На вибрационном питателе с направленными колебаниями вибрация не только уменьшает действие внутренних связей между частицами горной массы, но и воздействует в направлении ее перемещения, что обеспечивает транспортирование по горизонтальному или наклонному (β = 5÷8°) грузонесущему органу.

Вибрационные конвейеры и питатели с направленными колебаниями обеспечивают высокую производительность при относительно малой энергоемкости процесса транспортирования ж небольшом износе грузонесущего органа.

Режим работы вибрационного конвейера или питателя, рабочий орган которого опирается на упругие элементы, зависит от отношения частоты вынужденных колебаний, сообщаемых грузонесущему органу, к частоте собственных колебаний, которая, определяется жесткостью упругих связей и приведенной колеблющейся массой. Различают, в основном, три режима работы — дорезонансный, резонасный и зарезонансный, при которых частота вынужденных колебаний соответственно меньше, равна пли больше частоты собственных колебаний. Все используемые-в горной промышленности вибрационные питатели и конвейеры работают в зарезонансном режиме, при котором обеспечивается максимальная скорость транспортирования, а следовательно, и максимальная производительность.

Вибрационный питатель с направленными колебаниями (см. рис. 14.1, в) является одномассовой динамически неуравновешенной вибрационной машиной, в которой вследствие неуравновешенности масс передаются значительные динамические нагрузки на несущие конструкции, закрепленные к фундаменту.

Рассмотрим схему двухмассового уравновешенного конвейера (см. рис. 14.1, г), на опорных подвесках которого закреплены две колеблющиеся в противофазе массы: одна из них является грузонесущим органом 1, вторая — противовесом 7 (дебалансом). Благодаря уравновешенности колеблющихся масс опорная рама такого конвейера может свободно лежать на почве выработки без фундамента. В некоторых конструкциях вибрационных конвейеров роль противовеса выполняет второй грузонесущий орган. Колеблющиеся в противофазе массы (грузонесущие органы 1) могут быть расположены последовательно (см. рис. 14.1, д), что позволяет уменьшить высоту конвейера.

Преимущества качающихся и вибрационных конвейеров — возможность транспортирования крупнокусковых абразивных грузов под некоторым углом вниз или по горизонтали (при транспортировании вверх с углом наклона свыше 3° производительность заметно уменьшается). Недостатки качающихся конвейеров — интенсивный износ грузонесущего органа вследствие скольжения по нему груза при транспортировании, большие динамические нагрузки, возникающие в элементах конвейера», относительно невысокая производительность. Качающиеся конвейеры не нашли широкого применения в горно-рудной промышленности.

К преимуществам, присущим только вибрационным конвейерам и питателям, относятся небольшой износ грузонесущего органа, невысокая энергоемкость, большая техническая производительность (150—1500 т/ч), надежная работа при любом гранулометрическом составе горной массы, относительная простота конструкции и удобство обслуживания.

Недостатки вибрационных конвейеров — небольшая длина на один вибропобудитель (до 30 м), невозможность транспортирования липких грузов, шум при работе, высокая трудоемкость монтажа и демонтажа неуравновешенных вибрационных конвейеров в горных выработках.

В горно-рудной промышленности при подземной разработке крепких руд широко применяют вибрационные питатели длиной 3—8 м при донном выпуске руды в другие транспортные средства (вагоны, автосамосвалы), в рудоспуск или в скреперный штрек. Их используют также в качестве вибролюков, предназначенных для выпуска руды из рудоспусков, при торцовом выпуске руды (в сочетании с вибрационным секционным конвейером). Применение вибрационных питателей значительно уменьшает число зависаний, обеспечивает снижение себестоимости выпуска и погрузки руды на 25—30% и увеличение производительности труда рабочего по блоку более чем в 2 раза.

Устройство вибрационных питателей и конвейеров|

Основными узлами вибрационных питателей и конвейеров являются вибропривод, грузонесущий орган, упругая система и рама.

Вибропривод создает возмущающую силу и передает грузонесущему органу конвейера колебательные движения. Возмущающая сила привода должна преодолевать силы инерции колеблющихся масс, восстанавливающие силы упругих элементов, w сопротивления перемещению транспортируемого груза.

В вибрационных питателях и конвейерах применяют инерционные, эксцентриковые, пневматические и электромагнитные приводы.

Широкое распространение получили инерционные приводы, как наиболее простые по конструкции и обеспечивающие эффективную работу конвейера. В зависимости от числа неуравновешенных масс различают дебалансный привод (одновальный) с одной неуравновешенной массой (рис. 14.2, а) и самобалансный привод с 2 или 3 неуравновешенными массами (двух- и трехвальный) (рис. 14.2, б, в). Дебалансный привод создает незаправленную возмущающую силу F, которая непрерывно изменяет свое направление, но по величине всегда остается постоянной и равной F = mω²r, где т — неуравновешенная вращающаяся масса привода; ω — круговая частота; r — радиус вращения.

Рис. 14.2. Схемы приводов вибрационных питателей и конвейеров: а—в — инерционные (а — дебалансный одновальный; б — самобалансный двухвальный; в — то же трехвальный); г — эксцентриковый; д — пневматический вибратор ударного типа; е — то же диафрагменного типа; ж — электромагнитный вибратор

Самобалансный привод с двумя неуравновешенными массами m₁ и m₂, вращающимися с одинаковой частотой, но в разные стороны (см. рис. 14.2, б), создает направленную возмущающую силу F, которая складывается из продольных векторов Р' центробежной силы Р, создаваемых каждым дебалансом. Поперечные составляющие Р" центробежной силы, направленные противоположно друг другу, взаимно уравновешиваются и. не влияют на формирование возмущающей силы.

В самобалансном приводе с 3 неуравновешенными массами (см. рис. 14.2, в) можно изменять направление возмущающей силы F путем изменения фазы вращения каждого из 3 дебалан-сов. При любом направлении возмущающей силы не возникает крутящего момента, как это происходит в приводе с двумя дебалансами.

Эксцентриковый привод (рис. 14.2, г) состоит из кривошипа 1 и шатуна 2, шарнирно соединенного с грузонесущим органом 3. Для снижения пускового момента двигателя и уменьшения динамических нагрузок шатун с грузонесущим органом соединяют через упругий связующий элемент 4. Эксцентриковый привод обеспечивает устойчивую амплитуду с небольшой частотой колебаний и применяется на вибрационных конвейерах с грузонесущими органами большой длины.

Пневматические виброприводы отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. В этих приводах возмущающая сила создается энергией сжатого воздуха. Применяют пневматические приводы ударные (активные) и безударные (реактивные). В приводах первого типа грузонесущий орган соединен со штоком пневмоцилиндра, на поршень которого поочередно с обеих сторон действует сжатый воздух (см. рис. 14.1, а). Привод такого же типа может быть выполнен в виде камеры (рис. 14.2, д), образованной металлическим элементом 5, резиновой манжеткой 6 и плитой 7. Сжатый воздух, поступающий в камеру, поднимает элемент 5, который наносит удар по грузонесущему органу 3. При подъеме элемента между манжетой и плитой образуется зазор, через который происходит выхлоп сжатого воздуха, и элемент 5 после ударного воздействия по грузонесущему органу 3 возвращается в исходное положение, после чего цикл работы привода повторяется. Недостатками ударных вибраторов являются значительный шум: и износ резиновой манжеты.

В пневматических приводах безударного типа возмущающая: сила возникает либо за счет колебаний инерционной массы; поршня, либо за счет деформации резиновой диафрагмы.

В безударном приводе поршневого типа свободный поршень, совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре, закрепленном на грузонесущем органе конвейера. Благодаря воздушным подушкам, образованным в рабочих камерах по обе стороны от поршня, обеспечивается безударный режим работы вибропривода.

В пневматическом приводе диафрагменного типа (рис. 14.2,е) при подаче воздуха полый поршень 8 поднимается вверх до совмещения окон 9 и 10, и воздух из магистрали поступает в камеру резиновой диафрагмы 11,поднимая грузонесущий орган 3, соединенный с диафрагмой. При открывании окна 12 воздух из-под поршня выходит в атмосферу, и поршень начинает двигаться вниз, открывая верхнее окно 13, через которое воздух из диафрагмы выходит в атмосферу, и цикл работы привода повторяется. Пневматический диафрагменный привод имеет небольшие габариты и массу, обеспечивает получение возмущающего усилия в широких пределах и высокую надежность в работе.

В электромагнитных вибраторах переменного тока (рис. 14,2, ж) колебания якоря 14, закрепленного на грузонесущем органе 3, осуществляется за счет его притягивания к электромагниту 15 в каждый полупериод протекаемого через обмотку переменного тока и полупериоды отталкивания якоря под действием пружин 16. Недостатком электромагнитных вибро приводов является высокая частота при малой амплитуде колебаний, что ограничивает длину грузонесущего органа. Для уменьшения частоты колебаний в цепь обмотки электромагнита вводят выпрямитель 17. В подземных условиях электромагнитные виброприводы на вибрационных конвейерах распространения не получили.

Грузонесущий орган вибрационных конвейеров выполняют лоткообразной формы, обычно с прямолинейной транспортирующей поверхностью. В некоторых конструкциях вибрационных питателей, работающих под навалом горной массы, задняя часть днища лотка длиной 1—1,5 м расположена под некоторым углом (14—20°) к транспортирующей поверхности, что позволяет уменьшить сводообразование и увеличить производительность питателя. Грузонесущий орган вибрационных питателей должен быть прочным и жестким для обеспечения на нем вторичного дробления негабарита накладными зарядами.

Упругую систему вибрационных питателей и конвейеров выполняют обычно в виде резинометаллических элементов, работающих на сдвиг и сжатие, или плоских листовых рессор, испытывающих при работе знакопеременную деформацию изгиба.

Металлическая рама вибрационных питателей и конвейеров должна быть жесткой и разборной, обеспечивающей ее многократное использование.