Сборка привода конвейера

Подбери двигатель, муфту, редуктор, передачу, барабан, подшипники и тормоз. Стенд проверит мощность, скорость ленты, ресурс и торможение и выдаст паспорт привода.

01 Что это такое

Привод конвейера превращает быстрые обороты двигателя в большую силу на ленте.

Ленту ленточного конвейера тянет приводной барабан. Его крутит цепочка: двигатель, муфта, редуктор, иногда открытая цепная или ременная передача. Двигатель делает около 1500 об/мин при небольшом моменте, а барабану нужно 50 - 100 об/мин и момент в десятки раз больше. Редуктор во столько же раз снижает обороты и поднимает момент, а мощность по пути почти не меняется, теряются только несколько процентов на трение. Лента держится на барабане трением, поэтому ее натягивают, а барабан часто покрывают резиной.

Кроме этого, приводу нужны подшипники и вал барабана, которые выдерживают натяжение обеих ветвей ленты, тормоз, чтобы лента быстро остановилась, и стопор обратного хода, чтобы груженая наклонная лента не пошла назад при отключении. В лаборатории ты собираешь такой привод из каталожных деталей, а стенд сразу проверяет, годится ли он.

Мощность идет от двигателя к ленте. На каждом валу P = T · ω почти одинакова, а обороты и момент меняются местами.

F: Тяговое усилие, кН. Сила, с которой барабан тянет ленту. Она равна сопротивлению движения: трению в роликах и подъему груза.
P: Мощность, кВт. Работа за секунду: P = F · v. Двигатель должен дать ее с запасом, плюс потери в передачах.
u: Передаточное число. Во сколько раз редуктор и передачи снижают обороты и поднимают момент.

02 Лаборатория

Задай конвейер, собери привод с полки, запусти и останови. Читай замечания стенда. ЛАБОРАТОРИЯ

ЛАБОРАТОРИЯ

Потянет ли привод груженую ленту?

Лаб.

КОНВЕЙЕР

Нужно на валу двигателя

Скорость ленты

Проверки стенда

Паспорт привода

Запомни сборку, поменяй детали и сравни: строки, где варианты различаются, выделены.

ⓘ Каталожные числа и коэффициенты примерные, по порядку величины как у настоящих деталей. Расчет упрощенный и учебный: для проекта конвейера нужен расчет по нормам (ГОСТ, DIN 22101) и данные производителей. Выполненные задания сохраняются в этом браузере.

03 Формулы по буквам

Как стенд проверяет привод

Подбор привода идет по цепочке: сначала сила на ленте, из нее мощность, потом передаточное число и момент, потом сцепление барабана, пуск, подшипники и торможение. Числа под формулами из лаборатории.

Какая сила нужна ленте и сколько это киловатт?

W ≈ (C f L (2q_л + q_гр + q_р)
+ q_гр H) · g
P = F · v / η

Лента катится по роликам, и каждая погонная масса дает трение f. Груз на подъеме добавляет свой вес, поднятый на высоту H. Тяговое усилие F равно сопротивлению W, а мощность на барабане F · v делим на КПД всех передач.

f: коэффициент сопротивления роликов, около 0,02
C: добавка на сопротивления у концов конвейера: у короткого 2 - 3, у длинного около 1
q_гр = Q / (3,6 v): масса груза на метре ленты, кг/м
q_л, q_р: масса ленты и вращающихся роликов на метр, кг/м
η: КПД цепочки: муфта 0,97 - 0,99, редуктор 0,95 - 0,97, цепь 0,96

Какое нужно передаточное число и какой момент на барабане?

u = n_дв · π · D / (60 v)
T = F · D / 2

За минуту барабан должен провернуть 60 v метров ленты, это 60 v / (π D) оборотов. Двигатель делает n_дв, отношение и есть u. Момент на барабане равен силе на ленте, умноженной на радиус барабана.

n_дв: обороты двигателя, об/мин: 1470 или 980
D: диаметр приводного барабана, м
v: скорость ленты, м/с
T: момент на валу барабана, Н·м. Двигатель дает в u раз меньше

Не забуксует ли барабан и сколько длится пуск?

F₁ / F₂ ≤ e^fα
t = J ω / (M_п − M_с)

Барабан передает ленте силу F = F₁ − F₂, пока натяжения ветвей отличаются не больше чем в e^fα раз (формула Эйлера). Пуск длится, пока избыток момента двигателя над моментом сопротивления разгоняет всю массу, приведенную к валу двигателя.

F₁, F₂: натяжение набегающей и сбегающей ветви, Н
f, α: трение ленты о барабан (0,15 мокрый гладкий, 0,4 сухой футерованный) и угол обхвата, рад
J: момент инерции ротора, муфты и ленты с грузом, приведенный к валу двигателя, кг·м²
M_п, M_с: пусковой момент (2 - 2,5 M_н) и момент сопротивления, Н·м

Откуда берутся проверки

Мощность считается как в теме 3.3: сила на скорость. Чтобы лента шла с нужной скоростью, обороты барабана должны быть 60 v / (π D), а редуктор с передачами снижают обороты двигателя в u раз и во столько же раз поднимают момент, как в теме 6.1. Поэтому один и тот же двигатель годится и для большого, и для малого барабана, нужно только другое u.

Барабан тянет ленту трением. Формула Эйлера из темы 7.2 говорит, что сила сцепления растет с натяжением F₂ и экспоненциально с fα. Мокрая лента на гладком барабане держит вдвое хуже, поэтому приводные барабаны футеруют резиной и увеличивают угол обхвата отклоняющим барабаном.

При пуске двигатель разгоняет не только ротор, но и всю ленту с грузом. Ее масса, приведенная к валу двигателя, J = m (v / ω)², оказывается в десятки раз больше ротора (тема 3.4). Прямой пуск дает момент 2 - 2,5 номинального сразу, и длинная лента получает рывок. Гидромуфта и частотник ограничивают момент и растягивают разгон.

Натяжение ветвей давит на вал барабана. Подшипник выдерживает его тем дольше, чем больше его динамическая грузоподъемность C: ресурс L₁₀h = 10⁶ / (60 n) · (C / P)^10/3 (тема 7.3). После отключения лента катится по инерции, пока сопротивление и тормоз не погасят ее энергию, а на подъеме груз тянет ее назад, и держит только стопор.

Проверка	Условие в стенде
мощность	P_дв ≥ 1,1 F v / η
скорость ленты	±5 % от нужной
редуктор	M_н · u · η ≤ T_доп
муфта	1,5 M_н ≤ T_доп
сцепление	F_пуск ≤ F₂ (e^fα − 1)
провис ленты	не больше 1 % между роликами
пуск	a ≤ 0,3 - 1 м/с², прямой пуск до 10 с
перегрузка при пуске	T_пуск ≤ 2 T_доп
подшипники	L₁₀h ≥ 50 000 ч
вал барабана	σ_экв ≤ 60 МПа
обратный ход	стопор ≥ 1,5 M_обр
остановка	s = v² / (2a) ≤ 8 м

Пороги взяты как типовые для учебного расчета. В проекте их задают нормы и заказчик.

04 Где и зачем это применяют

От фабричного конвейера до разбора отказов

Конвейеры обогатительной фабрики
Руду от дробилки к мельнице везут короткие наклонные конвейеры с приводами 15 - 90 кВт. Для них главное: запас мощности на мокрую и смерзшуюся руду, стопор на наклоне и подшипники барабанов, которые не придется менять между плановыми остановками.
Карьерные магистральные конвейеры
Конвейер длиной в километры с приводом в сотни киловатт пускают только плавно: иначе лента вытягивается волной и рвется в стыке. Там ставят гидромуфты или частотники, а привод часто делят на несколько барабанов.
Подбор и замена привода
Когда меняют производительность или ставят ленту шире, механик пересчитывает тяговое усилие и проверяет, хватит ли двигателя, редуктора и муфты. Замена редуктора на другой типоразмер требует проверить и момент, и скорость ленты.
Модернизация на частотник
Частотный преобразователь дает плавный пуск, позволяет менять скорость ленты под загрузку и экономит энергию. Но на пониженных оборотах хуже охлаждается двигатель, а рама и барабаны могут попасть в резонанс (тема 4.4).
Разбор отказов
Буксование ленты, перегрев подшипников барабана, обрыв цепи, сработавшая пробка гидромуфты: у каждого отказа есть число, которое вышло за предел. Проверки стенда показывают, где искать причину.
Безопасность наклонных конвейеров
Груженая лента на подъеме после отключения сама пойдет назад и завалит хвост. Поэтому правила требуют стопор обратного хода, а тормоз подбирают так, чтобы лента остановилась до того, как засыплет перегрузочный узел.

Допущения модели+

Сопротивление ленты считается одной формулой с коэффициентом f = 0,02 и добавкой C = 1 + 80 / (L + 20) на сопротивления у концов конвейера, как упрощение методики DIN 22101. Масса ленты принята 16 кг на метр ширины, роликов 25 кг. Натяжение F₂ задает грузовое натяжное устройство и считается постоянным. Провис проверяется для роликоопор через 1,2 м. Пусковой момент двигателя принят постоянным и равным 2,2 номинального, гидромуфта и частотник пропускают к ленте около 1,5 номинального момента, частотник разгоняет ленту с ускорением 0,15 м/с².

Каталоги двигателей, муфт, редукторов, тормозов, стопоров и подшипников примерные: числа по порядку величины как у настоящих, но у конкретного производителя они другие. Ресурс подшипников считается по базовой формуле без поправок на смазку и загрязнение, год работы принят 7000 часов. Вал барабана проверяется в одном сечении у ступицы с допускаемым напряжением 60 МПа, как в теме 7.4. Это учебная модель: для проекта и решений по технике нужен расчет по нормам и данные производителей.

Еще в направлении «Механика»

Все темы направления «Механика» →