VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Необходимость повышения эффективности автоперевозок груза привела к созданию крупногабаритной длинномерной техники. Длина фуры достигает 15-20 метров. Обычно загрузку производят следующим образом: груз со склада перекладывают на поддон, вилочный погрузчик захватывает поддон и кладёт его на край платформы, далее грузчики вручную укладывают тару по всей длине, затрачивая много времени на перемещение от начала фуры в конец. В зависимости от дальности перевозок, погрузо-разгрузочные работы могут занимать большую часть времени. Для повышения производительности этих работ необходимо уменьшить потери времени. В этом может помочь механизация работ с использованием конвейеров-перегружателей. Целесообразно использовать конвейеры и переменной длиной транспортирования.

Наиболее распространенными являются ленточные конвейеры, но в данных условиях они имеют существенный минус. Конвейер должен иметь большую мобильность, а значит в собранном состоянии необходимо где-то компактно хранить гибкий тяговый элемент. Таким хранилищем может служить полиспастная система барабанов или подвижная тележка с барабанами, но размеры таких конструкций будут очень большими, т.к. необходимо прятать до 40 метров тягового элемента, что делает весьма затруднительным их использование [1].

Для проведения погрузо-разгрузочных работ так же могут быть использованы неприводные (рольганги) и приводные роликовые конвейеры. Применение первых ограничено, т.к. необходимо обеспечивать определенный угол наклона конвейера, чтобы груз скатывался по роликам под действием собственного веса. Приводные рольганги лишены такого недостатка, но они не телескопичны, хотя, можно сделать их состоящими из автономных секций, изменяя общую длину путем добавления или уменьшения числа стыкуемых секций. Такой способ применять нецелесообразно из-за потерь времени на монтаж/демонтаж. В заявленных условиях наилучшим образом подойдет телескопический роликовый конвейер, тяговый элемент которого расположен внутри станины. Конвейер стационарно устанавливается на платформе склада, высота которой примерно равна высоте пола фуры(контейнера). При необходимости загрузки автомобиль подъезжает к платформе, конвейер «въезжает» в фуру, опираясь на нижние ролики. При заполнении пространства грузом длина конвейера уменьшается, изменяя фронт разгрузки.

Конвейер снабжен групповым приводом роликов. Каждый ролик жестко соединен с осью вращения, подшипники, поддерживающие ось, расположены в подшипниковых буксах, шарнирно охватываемых несущими пластинами конвейера. При этом на каждую ось устанавливаются две звездочки (или шкива, если используется ременная передача) с одной стороны на небольшом расстоянии друг от друга, одна звездочка неподвижна относительно оси ролика (рабочая, передает движение на ролик), другая – вращается на подшипниках (поддерживающая). Гибким тяговым элементом является пластинчатая цепь (либо ремень), имеющая замкнутый контур. При уменьшении длины перегружателя цепь повторяет зигзагообразный контур, огибая звездочки верхних и нижних осей роликов (рис.1).

Рис.1. Схема запасовки приводной цепи первого контура

1 - несущая пластина; 2 - приводная цепь; 3 - соединяющий шарнир; 4 - поддерживающая звездочка; 5 - рабочая (приводная) звездочка

Такая конструкция позволяет избавиться от дополнительного накопителя для гибкого тягового элемента, пряча его в самой конструкции. Рабочая и холостая ветви движутся параллельно друг другу в противоположных направлениях. В силу конструктивных особенностей верхние ролики приводятся в движение через один, но если сделать такой же контур с другой стороны конвейера, то приводными станут все ролики.

Привод изменения длины конвейера работает через передачу колесо-рейка. Зубчатая рейка движется в вертикальных направляющих, верхний ее конец шарнирно прикреплен к несущим пластинам перегружателя. Вращением зубчатого колеса обеспечивает перемещение рейки вверх/вниз, соответственно укорачивая и удлиняя установку. Для предотвращения самопроизвольного изменения длины механизм снабжается тормозом. Но следует обратить внимание на то, что первые рычаги будут испытывать огромные суммарные усилия от последующий пар, т.е. держать на себе всю массу груза, приведенную через КПД подшипников. Привод тягового элемента осуществляется электродвигателем и приводной звездочкой (шкивом), стационарно установленными на платформе. Для компенсации увеличения длины цепи и создания первоначального натяжения используется пружинно-винтовое натяжное устройство. Нижние ролики могут быть выполнены в виде небольших колес или катков, устанавливаемых через один с целью облегчения конструкции.

Перемещаемый груз должен обладать такими размерами, чтобы расстояние между роликами несколько меньше половины длины груза. Предлагается использовать установку для разгрузки/загрузки коробок размерами 600*400*400 мм. Исходя из этого, расстояние между роликами должно быть меньше 200 мм. В разные моменты времени груз опирается на 2 – 3 ролика. Диаметр применяемых роликов 42 мм. Длина перегружателя в собранном состоянии 4 м (при высоте 823 мм), максимальная длина транспортирования 18м (при высоте 800 мм). Небольшое расстояние между роликами, а, следовательно, и малые углы наклона несущих элементов, обеспечивают малые углы давления при изменении длины транспортирования. Количество используемых крестообразных секций 90 шт.

От выбора типа тягового орган в значительной степени зависят технико-экономические показатели установки. Из-за большого числа элементов отличие в КПД ремня или цепи даже на 0,02 в несколько раз меняет потребную мощность привода. Ниже приведен частичный расчет конвейера с синтетическим ремнем в качестве тягового элемента. От стандартных плоских и клиновых ремней пришлось отказаться ввиду увеличенных потерь по сравнению с синтетическими ремнями с полиамидным сердечником. Плоские приводные ремни серии NE практически не разнашиваются, стыковка «на скос» обеспечивает 90% прочности ремня при работе на шкивах соответствующих размеров, причем номинальное натяжение ремня отвечает удлинению не более 1,0-2,0%. Кромки не подвержены расслоению и бахромлению. Упругие свойства таких ремней позволяют избавиться от натяжного устройства. Тяговый расчет конвейера имеет свои особенности. Чтобы обеспечить движение груза на крайнем (самом дальнем от привода) ролике, необходимо приложить крутящий момент Нм. Для вращения ролика второй секции, нужно это усилие привести к нему через КПД ремня и подшипников и прибавить Т [2]:

(1)

На третьем ролике усилия так же возрастают:

(2)

Для последующих роликов расчет аналогичен. Можно упростить задачу, производя вычисления в системе электронных таблиц, внеся необходимые исходные данные и формулы. Следует учитывать, потери не перекатывание груза по роликам (как приводным, так и неприводным), сопротивление трению в цапфах роликов, а так же потери при скольжении груза по неприводным роликам и сообщение им кинетической энергии. Далее приведен отрывок расчета из электронной таблицы №1.

Таблица №1

Расчёт параметров роликового конвейера

Кол-во секций отролика до привода	Вращающий момент на каждом ролике, Н*м	КПД ремня	КПД подш.	Вращающий момент от каждого ролика на двигателе, Н*м	Мощность, необходимая для передечи роликомдвижения грузу, кВт	Сопротивление движению груза на каждом приводном ролике, Н	Мощность на преодолениесопротивления движениюгруза по приводным роликам, кВт
40	0,625	0,99	0,99	3,089	0,049432	4,52	0,008759
39	0,625	0,99	0,99	2,968	0,047484	4,52	0,008414
38	0,625	0,99	0,99	2,851	0,045613	4,52	0,008083
37	0,625	0,99	0,99	2,738	0,043815	4,52	0,007764
36	0,625	0,99	0,99	2,631	0,042089	4,52	0,007458
35	0,625	0,99	0,99	2,527	0,040430	4,52	0,007164
34	0,625	0,99	0,99	2,427	0,038837	4,52	0,006882
33	0,625	0,99	0,99	2,332	0,037307	4,52	0,006611
32	0,625	0,99	0,99	2,240	0,035837	4,52	0,006350
31	0,625	0,99	0,99	2,152	0,034425	4,52	0,006100
30	0,625	0,99	0,99	2,067	0,033068	4,52	0,005860
29	0,625	0,99	0,99	1,985	0,031765	4,52	0,005629
28	0,625	0,99	0,99	1,907	0,030514	4,52	0,005407
27	0,625	0,99	0,99	1,832	0,029311	4,52	0,005194
26	0,625	0,99	0,99	1,760	0,028156	4,52	0,004989
25	0,625	0,99	0,99	1,690	0,027047	4,52	0,004793
24	0,625	0,99	0,99	1,624	0,025981	4,52	0,004604
23	0,625	0,99	0,99	1,560	0,024957	4,52	0,004422
22	0,625	0,99	0,99	1,498	0,023974	4,52	0,004248
21	0,625	0,99	0,99	1,439	0,023029	4,52	0,004081
20	0,625	0,99	0,99	1,383	0,022122	4,52	0,003920
19	0,625	0,99	0,99	1,328	0,021250	4,52	0,003766
18	0,625	0,99	0,99	1,276	0,020413	4,52	0,003617
17	0,625	0,99	0,99	1,226	0,019608	4,52	0,003475
16	0,625	0,99	0,99	1,177	0,018836	4,52	0,003338
15	0,625	0,99	0,99	1,131	0,018094	4,52	0,003206
14	0,625	0,99	0,99	1,086	0,017381	4,52	0,003080
13	0,625	0,99	0,99	1,043	0,016696	4,52	0,002959
12	0,625	0,99	0,99	1,002	0,016038	4,52	0,002842
11	0,625	0,99	0,99	0,963	0,015406	4,52	0,002730
10	0,625	0,99	0,99	0,925	0,014799	4,52	0,002622
9	0,625	0,99	0,99	0,888	0,014216	4,52	0,002519
8	0,625	0,99	0,99	0,853	0,013656	4,52	0,002420
7	0,625	0,99	0,99	0,820	0,013117	4,52	0,002324
6	0,625	0,99	0,99	0,788	0,012601	4,52	0,002233
5	0,625	0,99	0,99	0,757	0,012104	4,52	0,002145
4	0,625	0,99	0,99	0,727	0,011627	4,52	0,002060
3	0,625	0,99	0,99	0,698	0,011169	4,52	0,001979
2	0,625	0,99	0,99	0,671	0,010729	4,52	0,001901
1	0,625	0,99	0,99	0,644	0,010306	4,52	0,001826

Вес коробки, Н 150

Диаметр ролика, мм 50

Вес ролика, Н 12

Диаметр шейки ролика, мм 20

Коэффициент трения шейки ролика 0,15

Коэф. трения качения груза по роликам, см 0,04

Скорость движения груза, м/с 0,4

Угловая скорость ролика, рад/с 16

Коэф. трения коробки о ролик 0,5

Честота вращения ролика, об/сек 2,55

Диаметр шкива, мм 90

Окружная скорость шкива, м/с 0,72

Сила сопротивления движению неприводных роликов, Н 203,73

Мощность на преодоление сопротивлений

неприводных роликов, кВт 0,2

Суммарная мощность привода

(с учетом приводных и неприводных роликов), кВт 1,71

При использовании стандартизованных материалов и элементов конструкции конвейер становится слишком громоздким, металлоемким, повышается его стоимость и уменьшается удобность в использовании. С другой стороны, если сделать его полностью из современных материалов стоимость значительно возрастет, использование станет невыгодным. Данный расчет усложняется нехваткой информации о современных материалах и методах расчета их конкретных параметров, но в будущем подробная разработка возможна.

Подводя итог можно сказать, что эффективность погрузо-разгрузочных работ напрямую зависит от их продолжительности. А применение роликового перегружателя позволит значительно повысить производительность работ при одновременной экономии производственных площадей за счет телескопичности установки.

Для сравнения можно рассмотреть несколько патентов в области конструкции телескопических конвейеров. В патентном изобретении РФ № 2213684 [3] описана конструкция телескопического ленточного конвейера. Суть изобретения заключается в упрощение конструкции накопителя грузонесущей ленты при обеспечении повышенной надежности работы и улучшении условий обслуживания, а также снижение мощности и габаритов. В патентном изобретении РФ № 2036125 [4] описана конструкция телескопического ленточного транспортера. Суть изобретения заключается в создании конструкции, которая может раздвигаться на величину, в 2-4 раза большую, чем в существующих прототипах. За счет жестких рам с опорами обеспечивается жесткость конструкции, а тем самым, ее надежность и качество работы, так как лента его не имеет прогибов.

Роликовый телескопический конвейер устроен более просто, не требует установки дополнительных опор и соответственно быстро переустанавливается на новую рабочую длину. Таким образом разработку телескопического роликового конвейера можно считать перспективным направлением.

Список используемой литературы

1. Конвейеры: Справочник / Р. А. Волков, А. Н, Гнутов, В. К. Дьячков и др, Под общ. ред. Ю. А. Пертена. Л.; Машиностроение, Ленингр, отд-ние, 1984. 367 с
2. Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. 3-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1983 -487 с.
3. Авторское свидетельство РФ N 2213684. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/
4. Авторское свидетельство РФ N 2036125. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/

Код для цитирования: Скопировать