14.2 Завантаження і розвантаження елеваторів

Від правильного вибору способів завантаження та розвантаження елеватора значною мірою залежить його працездат­ність. Завантаження сухих, добре сипких пороховидних, зернистих і дрібних грудкуватих матеріалів здійснюється найчастіше зачерпуванням. Великі грудкуваті, тверді абразивні матеріали (руда, графіт, вапняк, вугілля та ін.) завантажують безперервним потоком у ковші, оскільки зачерпувати такі матеріали з башмака доволі важко. Безпосереднє завантаження застосовують на малій швидкості ковшів (до 1м/с) в елеваторах із зімкненими ковшами.

Продуктивність елеватора значною мірою залежить від способу розвантаження. Під час руху завантажених ковшів через верхній барабан (зірочки) вони повинні бути повністю випорожнені в розвантажувальний патрубок.

Розвантаження ковшів (див. рис. 14.4) буває відцентрове (а), самопливне вільне (б), самопливне спрямоване (в). Відцентрове розвантаження відбувається під дією відцентрової сили на достатній швидкості і використовується для дрібних сипучих матеріалів.

Самоплинне вільне і спрямоване розвантаження здійснюється здебільшого під дією гравітаційних сил на вантаж. Для вільного висипання матеріалу потрібне відхилення ковшів (див. рис. 14.4,б). Таким способом розвантажуються погано сипучі матеріали. Швидкість ковшів при цьому 0,6...0,8м/с.

Для вибору способу розвантаження вантажу треба визначити зв'язок швидкості ковшів із діаметром барабана, а також умови розвантаження, розміщення ковшів та напрямного патрубка.

На вантаж у ковші на прямолінійному відрізку елеватора під час піднімання діє сила ваги mg, а на криволінійній ділянці під час обгинання барабана додаться відцентрові сили (див. рис. 14.4,г)

F_вц = , (14.2)

де т — маса вантажу в ковші;

V — швидкість руху центра ваги вантажу в ковші;

r — радіус обертання центра ваги вантажу відносно осі барабана.

Рівнодійна сила , яка діє на вантаж під час обертання ковша, змінюється за модулем і напрямом, але за будь-якого положення ковша напрям рівнодійної перетинається з вертикаллю, яка проходить крізь центр барабана в одній і тій самій точці С — полюсі. З подібності трикутників ОАС і FF_вцА маємо:

, (14.3)

звідки знаходимо полюсну відстань

. (14.4)

Зі збільшенням швидкості величина l зменшується, при цьому збільшується відцентрова сила, що діє на вантаж. При l≤r_b, (r_b — радіус барабана) відцентрова сила набагато більша за силу ваги матеріалу, що є умовою відцентрового розвантаження. Якщо l≥r_k (r_к — радіус, проведений із центра барабани через зовнішні кромки ковшів) сила ваги значно більша, ніж відцентрова сила, і тому розвантаження буде самопливним. Якщо r_b,<l<r_к відбувається змішане відцентрове та самопливне розвантаження ковшів.

Отже, спосіб розвантаження ковшів залежить від співвідношення між полюсною відстанню і радіусом барабана. Вантаж у ковші розміщується під кутом природного укосу до нормалі, проведеної до лінії АС, і його вільна поверхня є логарифмічною спіраллю. Рівняння логарифмічної спіралі в полярних координатах

, (14.5)

де R — змінний радіус-вектор;

R₀ — початковий радіус, проведений із полюса до кромки ковша;

f₁ — змінний полярний кут;

φ — коефіцієнт внутрішнього тертя матеріалу.

Побудувавши логарифмічні спіралі поверхневого вантажу на різних положеннях ковша за час обходу барабана, можна визначити ту частину вантажу, котра залишилася в ковші (відсічена спіраллю). Інша частина вантажу висипається з ковша.

Під час відцентрового розвантаження, якщо l/r_б≤1, діаметр ба­рабана повинен бути

D_б ≤ 0,204v². (14.6)

Під час самоплинного розвантаження, якщо l/r_б>3,

D_б ≥ 0,6v². (14.7)

Під час змішаного (відцентрового і самопливного) розвантаження, якщо l/r_б=1...3,'

D_б =(0,204...0,6)v² (14.8)