УДК 621.86 Щеглов О.М.

УДК 621.86
Щеглов О.М.
НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПРИВОДНЫХ
ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
И
НАТЯЖНЫХ
БАРАБАНОВ
Ленточные конвейеры являются наиболее распространенным типом транспортирующих машин непрерывного действия во всех отраслях промышленности. Из более чем полумиллиона конвейерных установок, имеющихся на предприятиях СНГ,
90% составляют ленточные конвейеры [1]. Тяговым и, одновременно, несущим элементом этих конвейеров являются бесконечная гибкая резиновая лента, имеющая
тенденцию уходить в сторону и даже сбегать с приводного или натяжного барабана
(рис.1).
а)
б)
Рис.1. Сбегание ленты с приводного (а) и натяжного (б) барабанов
Чтобы лента не сбегала с барабана в сторону, приводные и натяжные барабаны (рис.2.) часто выполняют бочкообразными со стрелой выпуклости L/200, но не
менее 4 мм. Однако, применение выпуклого барабана приводит к повышению натяжения (до 40%) в сравнительно неширокой центральной части ленты, что часто приведет к ее повреждению. Отдельные авторы отмечают, что в последнее время стараются не применять выпуклые барабаны, обеспечивая центровку с помощью центрирующих роликоопор [1].
Этим отнюдь не исчерпывается перечень недостатков выпуклых барабанов. По
нашему мнению, выпуклые барабаны в принципе не обладают способностью восстанавливать центральное положение ленты. Сказанное поясняется рисунками 3 и 4.
Рис.2. Барабан ленточного конвейера.
1 – приводной барабан;
2 – лента барабана.
Рис.3. Силы, действующие на ленту барабана (SH – натяжение ветви ленты, Fц – центробежная сила; Sн = SНБ + SСБ)
При движении ленты на криволинейных участках трассы конвейера (на барабанах) появляются центробежные силы, дополнительно нагружающие ленту (рис.3.).
m ⋅V 2
FЦ =
,Н
R
где т – масса участка ленты на длине огибания барабана, кг;
ρ – плотность ленты, кг/м3;
R – радиус барабана по средней линии огибающей его ленты, м.
Таким образом, гибкая лента, огибающая барабан (или шкив), испытывает
действие сил натяжения S и центробежной силы Fц.
2
Часть ленты, проходящая по торцовому коническому участку барабана, испытает действие продольной силы S1 (или S2 – рис.4) и центробежной силы FЦ1 или FЦ2.
Эти силы являются долями полных сил натяжения ленты Sн и центробежной силы FЦ.
Рис.4. Схема сил, действующих на барабан и ленту на концевых конических участках
барабана.
Силы S1 и S2 раскладываются на нормальные Sп1 и Sп2 и тангенциальные составляющие St1 и St2 (см. рис.4). Силы St1 и St2 каждая в отдельности стремится увести
свою часть ленты в сторону от продольной оси конвейера.
Действуя совместно, они нагружают ленту растягивающими напряжениями,
действующими по нормали к ее продольной оси.
Центробежные силы FЦ1 и FЦ2, развиваемые соответствующими частями ленты, перпендикулярны к оси барабана, и пропорциональны длинам его конических
участков (рис.4). Эти силы также раскладываются на нормальные Fп1 и Fп2 и тангенциальные Ft1 и Ft2 составляющие. Силы Fп стремятся оторвать ленту от барабана,
уменьшая тем самым сцепление ленты со шкивом, а силы Ft1 и Ft2 стремятся сдвинуть
свои части ленты в направлении к продольной оси ленты.
Результирующая поперечная сила
→
→
→
FP = Ft + St
стремится сдвинуть свой участок ленты в направлении:
1) к продольной оси, если Ft > St;
2) вбок от продольной оси, если St > Ft.
Первый случай имеет место в быстроходных плоскоременных передачах с выпуклой поверхностью одного из шкивов.
Второй случай характерен для ленточных конвейеров, у которых окружная
скорость вращения приводного барабана невелика. Расчеты показывают, что центробежная сила настолько меньше, чем сила натяжения ветвей ленты, что ею можно пренебречь.
В результате колебаний нагрузки (или другой случайной причины) средняя
плоскость ленты сдвигается относительно продольной оси конвейера; на рис.5. показан сдвиг ремня вправо. При этом по одну сторону средней плоскости приводного
барабана масса m1 ленты окажется больше, чем масса m2 по другую сторону. Продольные силы S1 и S2, воспринимаемые соответствующими частями ленты, перпендикулярны к оси приводного барабана и пропорциональны частям сечения, располо-
3
женным по коническим, сужающимся к торцам, участкам барабана. Эти силы раскладываются на составляющие: Sn – направленные по нормам к поверхности шкива и St
– направленные по касательной к этой поверхности. Силы Sn стремятся прижать ленту к поверхности барабана, создавая тем самым силы трения, посредством которых
вращающийся момент приводного барабана передается ленте. А силы Ft стремятся
сдвинуть ленту по поверхности приводного барабана в противоположные стороны.
Так как при сдвиге ленты одна из сил S больше другой, например, на рис.5. S1 > S2, то
St1 > St2 и лента будет сдвигаться в сторону большей массы, т.е. будет стремиться уйти в бок от продольной оси конвейера и вообще сойти с барабана.
Рис.5. Схема сил, действующих на ленту конвейера, при уводе её вбок от
нейтральной оси.
В связи с этим на кафедре подъемно-транспортных машин Приазовского государственного технического университета разработана новая конструкция приводного
(натяжного) барабана, защищена Патентом Украины № 3078 (рис.5).
1 – барабан; 2 – подшипниковый узел; 3 – вал
Рис.6. Барабан вогнутого профиля по Деклараційному патенту України (№ 3088)
Этот барабан состоит из центрального цилиндрического рабочего участка и
двух торцовых конических участков. Такая форма барабана обеспечивает центрирование хода ленты вдоль продольной оси конвейера и исключает сход ленты с барабана за счет изменения направления сдвигающей силы к центру ленты.
На рис.7. показано силовое взаимодействие ленты 1, смещенной вбок от продольной оси конвейера с барабаном вогнутой формы 2. На конечном участке с уширением к торцу барабана продольная сила S раскладывается на две составляющие –
нормальную силу Sн и тангенциальную St, направленную вдоль образующей конической поверхности концевого участка барабана. В связи с тем, что в данном случае,
диаметр барабана увеличивается от середины к торцу, тангенциальная сила Ft стре-
4
мится сдвинуть ленту по поверхности барабана по направлению к центральной оси
конвейера.
Рис.7. Схема сил на барабане вогнутой формы.
Таким образом лента будет стремиться занять центральное положение. Это
справедливо для медленно вращающихся приводных и натяжных (хвостовых) барабанов ленточных конвейеров, у которых влиянием центробежной силы можно пренебречь.
Перечень ссылок
1.
2.
Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: учеб. для машиностроит.
спец. Вузов. – 6-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 1985. – 520 с.
Александров М.П., Решетов Д.Н. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1973. – 256 с.
5