Лабораторная работа №6. Исследование работы ковшового элеватора.

6.1. Цель работы.

6.1.1. Изучение конструкции и работы ковшового элеватора;

6.1.2. Определение производительности элеватора и коэффициента заполнения ковшей;

6.1.3. Определение к.п.д. элеватора;

6.1.4. Изучение процесса загрузки и разгрузки ковшей элеватора.

6.2. Основные теоретические положения.

Ковшовые элеваторы предназначены для транспортирования насыпных грузов по вертикали или под большим углом наклона к горизонту ( α=75-90°). Груз располагается в ковшах закрепленных на тяговом органе- ленте или цепях(Рис. 7.1).

Расчетная производительность ковшового элеватора определяется по формуле, т/ч

, (7.1.)

где φ=f ( v, характера груза, типа ковшей)- коэффициент заполнения ковшей (φ=0,6÷0,85); ρ- насыпная плотность груза, т/м³; v- скорость транспортирования, м/с; i₀- объем ковша, л; p_k- шаг ковшей, м.

Эксплуатационная производительность элеватора определяется по формуле, т/ч.

, (1.2)

где m_гр- масса груза, поднятого элеватором, кг; t- время работы элеватора, с.

Основной причиной расхождения расчетной и эксплуатационной производительности элеватора является коэффициент заполнения ковшей, который можно определить по формуле:

, (7.3)

Коэффициент полезного действия элеватора

, (7.4)

где N_n=- полезная мощность, т.е. мощность потребная на подъем груза, кВт;

H=5,9м - высота элеватора;

- мощность, потребная на зачерпывание,груза, кВт;

-сила сопротивления зачерпыванию груза, H.

K₃=1,25+2,5 - коэффициент зачерпывания, Н м/Н;

- линейная сила тяжести, Н/м;

g=9,81 м/с - ускорение свободного падения;

-мощность потребляемая электродвигателем при транспортировании груза, кВт:

- к.п.д. привода элеватора;

η_дв=0,98÷0,99 – к.п.д. электродвигателя;

η_m=0,98 - к.п.д. муфты.

η_p=0,88 - к.п.д. редуктора.

Загрузка ковшей быстроходного элеватора производится зачерпыванием груза ковшами в башмаке (мелкозернистые неабразивные грузы а тихоходного элеватора- засыпанием грузов в ковши через загрузочный патрубок(абразивные кусковые грузы).

Разгрузка ковшей элеватора(Рис. 7.2) бывает центробежная, самотечная свободная и самотечная направленная. При центробежной разгрузке (Рис. 7.2 г) ковши разгружаются главным образом под действием центробежной силы, возникающей во время прохождения ковша через приводной барабан элеватора. Центробежная разгрузка ковшей возможна в быстроходных элеваторах (v=1÷4 м/с) с расставленными ковшами. Шаг ковшей в этом случае выбирается та­кой, чтобы выброшенный из ковша груз не попадал на идущий впере­ди ковш.

Свободная самотечная (Рис. 7.2,е) разгрузка характеризуется дополнительным отклонением ковша, обеспечивающим свободное высы­пание груза под действием силы тяжести (v =0,6÷0,8 м/с).

Самотечная направленная (Рис. 7.2,д) разгрузка ковшей при­меняется на тихоходных элеваторах (v= 0.4÷1 м/с) при ис­пользовании ковшей типа 0. В этом случае насыпной груз под действием силы тяжести высыпается из ковша на заднюю стенку впе­реди идущего ковша и по ней, как по лотку, ссыпается в разгрузоч­ный патрубок.

Использование того или иного способа разгрузки ковшей опре­деляется отношением радиуса приводного барабана и его частоты вра­щения, т.е. полюсным расстоянием; при полюсном расстоянии l≤r_б происходит центробежная разгрузка, при l>r_k (r_k-радиус окружности, проведенной через наружные кромки ковшей) -самотечная; при r_б <l< r_k - смешанный способ разгрузки ковшей.

Полюсное расстояние определяется по формуле, м

, (7.5)

где n-частота вращения вала приводного барабана, 1/мин;

Для того, чтобы правильно спроектировать разгрузочное уст­ройство нужно знать траекторию движения груза при любом способе разгрузки.

Начало отрыва частиц груза от ковша определим графически (рис 7.2,б). Для этого вычертим в масштабе барабан и ковш в произвольном положении. Отложим произвольную нормальную силу N и касательную T=f*N ( f-коэффициент трения груза о стенку ковша.

Сложив геометрические силы N и T, получим равнодействующую R. Из центра барабана радиусом ОВ (расстоя­ние до полюса) делаем засечку на продолжении равнодействующей и получим точку B₁- полюс, который должен лежать на вертикали. По­ворачивая рисунок так, чтобы т. B₁- совместилась с вертикалью, получим положение ковша, в котором начинается разгрузка груза, т.е. положение ковша, в котором начинается разгрузка, определяется углом α.

Частика груза, оторвавшись от ковша под действием сил инерции и силы тяжести, будет перемещаться по параболе. Кривую полета час­тицы удобнее строить в косоугольных координатах (Рис. 7.2,в), при­няв за ось X направление касательной к барабану из точки начала отрыва, а за ось У - вертикальную ось.

Очертание параболы определяется координатами

x_i=v_i*t, (7.6)

, (7.7)

где v_i скорость движения частицы груза, м/с; t- время движения частицы, с; g=9.81 м/с- ускорение свободного падения.

Для внутреннего очертания слоя груза

v_i=v_Λ (7.8)

для наружного очертания слоя груза

(7.9)

где - радиус барабана, м; -суммарная толщина ленты и стенки ковша, м; L- вылет ковша(толщина груза), м.

6.3. Лабораторная установка

Ленточный элеватор (см. Рис 7.1) состоит из приводного 1 и натяжного 2 барабанов, огибаемых бесконечной лентой 3 – с жестко прикрепленными к ней ковшами 3. Кожух элеватора является однов­ременно защитной и несущей конструкцией. Он состоит из головки 5, башмака 6 и средних секций 7.

Средние секции обычно имеют длину 2-2,5 м. Соединение секций кожуха - болтовое. В головке кожуха устанавливаются подшипники приводного барабана и разгрузочный патрубок 9, в башмаке имеется загрузочный патрубок 9 и винто­вое натяжное устройство 10.

Для предотвращения обратного хода ленты с гружеными ковшами при отключении привода на нем, как правило, устанавливается тор­моз или останов на конце вала приводного барабана.

Натяжное устройство имеет ход 3-5% от высоты элеватора.

В вертикальных элеваторах к кожуху крепятся направляющие уст­ройства 11, которые уменьшают колебания ленты. У наклонных элева­торов рабочая ветвь ленты движется по опорным роликам. По расположению ковшей на ленте элеваторы различают с расставленными ковшами (p_k>H_k) и с сомкнутыми ковшами (p_k≈H_k). Шаг расстав­ленных ковшей p_k=(2÷3)Н_к.

ГОСТ 2036-77 предусматривает три типа ковшей (см. Рис.7.1.а,б,в):

1) глубокие со скругленным днищем (тип Г) для сухих легкосыпучих грузов (см. Рис. 7.1,а);

2) мелкие со скругленным днищем (тип М) для влажных и слежи­вающихся грузов (см Рис. 7.1,б);

3) с бортовыми направляющими и остроугольным днищем (тип О) для хорошо сыпучих грузов на тихоходных элеваторах (см. Рис. 7.1,в).

Основные параметры ковша: ширина В, вылет L , высота Н, емкость i₀.

Достоинства ковшовых элеваторов: малые габаритные размеры в поперечном сечении, большая высота подъема груза (60-75 м), боль­шой диапазон производительности (5-500 м³/ч).

Недостаток - необходимость равномерной подачи груза.

6.4. Порядок выполнения работы.

6.4.1. Изучить конструкцию элеватора с помощью п.7.3 методич­ки и лабораторной установки. Включить элеватор и ознакомиться с его работой,

6.4.2. Определить расчетную производительность элеватора по формуле(7.1), приняв коэффициент заполнения ковшей φ=0,5÷0,6.

Для этого нужно замерить емкость ковша, шаг их установки, на­сыпную плотность груза и скорость транспортирования. Результаты измерений свести в таблицу 7.1.

Таблица 7.1.

Емкость ковшей, l0, л	Шаг ковшей, pк, м	Диаметр барабана, D	Частота вращения барабана, n1, 1/мин	Скорость ленты, v, м/с	Насыпная плотность груза, ρ, т/м3	Коэффициент заполнения ковшей φ	Расчетная производительность, Qp, т/ч
1
2
3

Определить фактические производительности по формуле (7.2) и коэффициент заполнения ковшей по формуле (7.3) и данные свести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2.

№ опыта	Масса груза, кг	Время работы элеватора, с	Фактическая производительность элеватора, т/ч средняя	Фактический коэффициент заполнения ковшей, φср	Мощность развиваемая электродвигателем, Nф
1
2
3

6.4.3. Определить к.п.д. элеватора по формуле (7.4). Для это­го необходимо определить полезную мощность по фактической производительности, мощность, потребную на зачерпывание груза и к.п.д. привода элеватора (см. раздел 7.2).

6.4.4. Построить расчетные траектории движения частиц груза, отрывающихся от основания и носка ковшей. Для этого необходимо вы­чертить в масштабе приводной барабан элеватора, определить по фор­муле (7.5) и отложить полюсное расстояние, найти начальное положе­ние ковша на барабане, при котором происходит отрыв грузами построить траекторию движения задавая X и определяя У по формуле (7.6) для скоростей внутреннего и наружного слоев груза.

По вычерченным траекториям движения слоев груза очерчивается головка элеватора так, чтобы весь груз из ковшей попадал в разгру­зочный патрубок. Данные по расчету траекторий занести в таблицу 7.3.

Таблица 7.3.

Формула траектории	ТОЧКИ
	X1	X2	X3	X4	X5

6.5. Требования по технике безопасности

6.5.1. Перед проведением лабораторной работы студентов инст­руктируют по технике безопасности на рабочем месте.

6.5.2. Включить и выключить лабораторную установку можно только с разрешения преподавателя и под его наблюдением.

6.5.3. Измерения частоты вращения приводного барабана и ско­рость ленты производить под наблюдением преподавателя.

6.6. Мерительный инструмент

6.6.1. Ваттметр

6.6.2. Тахометр

6.6.3. Штангенциркуль

6.6.4. Линейка L=500 мм

6.6.5. Секундомер

6.7. Требования к отчету и его содержание

6.7.1. Отчет составляется каждым студентом самостоятельно с зарисовкой эскизов конструкции элеватора и его узлов, с написани­ем формул и пояснений к ним, с приведением таблиц с измерениями и вычислениями.

Отчет должен содержать:

6.7.2. Название работы и ее цель;

6.7.3. Определение расчетной и фактической производитель­ности элеватора, а также фактического коэффициента заполнения ковшей,

6.7.4. Определение к.п.д. элеватора

6.7.5. Траектории полета частиц груза из ковша и профиль головки элеватора с разгрузочным патрубком.

6.8. Литература

7.8.1. /I/ с.329...342.