Сравнительная оценка крутонаклонных ленточных конвейеров

А.Н. Картавый

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КРУТОНАКЛОННЫХ ЛЕНТО ЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Приведены ключевые сведения, классификация, фирмы-производители и область применения современных крутонаклонных ленточных конвейеров, а также сравнительные характеристики их конструкций. Описаны основные проблемы, возникающие при их монтаже и эксплуатации.

Ключевые слова: крутонаклонный ленточный конвейер, удержание груза на ленте, конвейеры с прижимной лентой.

Яод крутонаклонными ленточными конвейерами (КНК, КЛК и т. п.) понимают конвейеры, специально приспособленные для перемещения грузов под углами, превышающими максимальные (критические) углы, при которых насыпной груз, лежащий на грузонесущем органе конвейера, начинает скользить и не скатываться под действием силы тяжести. Здесь следует отметить, что к крутонаклонным конвейерам не относятся установки, подъем груза которыми осуществляется главным образом с помощью вибрационного воздействия на него от несущего органа (виброподъемники и др. различные вибротранспортеры) или способом черпания (ковшовые роторные или цепные машины и т.п.). По сути КНК — это все ленточные конвейеры кроме т.н. обычных или стандартных ленточных конвейеров, которые имеют гладкую лотковую ленту и перемещают грузы горизонтально или с углом наклона, не превышающим угла естественного откоса груза (т. е. с учетом некоторого запаса — около 16-18°). Грузонесущим органом крутонаклонного конвейера во многих конструкциях является конвейерная лента часто специальная (не гладкая) и (или) со специальными дополнительными приспособлениями, что в значительной мере усложняет конструкцию, увеличивает стоимость конвейера и снижает его надежность.

В целом основными преимуществами ленточных конвейеров являются: простота конструкции, ее надежность и сравнительно малые эксплуатационные расходы, но при больших капитальных затратах. При этом выход из строя в особенности мощной конвейерной установки, как правило, останавливает всю технологическую

цепочку, поэтому надежность технологической схемы, включающей конвейеры, в целом не так велика по сравнению, например, с транспортировкой грузов автомобилями, погрузчиками и т. п. Во многих конструкциях большая часть узлов КНК унифицирована со стандартными ленточными конвейерами, известен мировой положительный опыт их эксплуатации.

К настоящему времени разработаны различные способы удержания груза на ленте, часто выполняющей одновременно роль несущего и тягового органа. Условно их можно разделить на две группы: изменением конструкции ленты или усовершенствование конструкции конвейера в целом. Во многих из КНК, относящихся к первой группе, основным конструктивно сложным элементом является лента, что порой значительно ее удорожает, а также усложняет ее навеску и стыковку, очистку от налипшего и намерзшего материала и т. п. В большинстве случаев конструктивные изменения касаются именно ее, но при изменении конструкции ленты иногда вносятся, как следствие, некоторые изменения и в конструкцию конвейера.

При этом в настоящее время в мире применяются следующие виды крутонаклонных ленточных конвейеров, некоторые из которых приведены на рис. 1:

• с рифленой лентой;

• с открытой подвесной лентой;

• с закрывающейся подвесной лентой

• с подвижными роликоопорами;

• с неподвижными роликоопорами;

• с перегородками;

• элеваторного типа (с ковшами );

• трубчатые;

• с прижимной лентой.

Крутонаклонные конвейеры производятся большим количеством фирм, например, с рифленой лентой — ContiTech Transportbandsysteme GmbH (Германия), Depreux (Франция) и др., с подвесной лентой — ООО «Конвейер» и Компания «Конвейер-груп» (Россия), Dunlop-Enerka (Голландия), ContiTech Transportbandsysteme GmbH, с перегородками — METSO Minerals

* TT U

По другой терминологии с карманами.

(Финляндия), ContiTech Transportbandsysteme GmbH, Fenner Dunlop b.v. (Голландия) и др., элеваторного типа — METSO Minerals, трубчатые — METSO Minerals, ContiTech Transportbandsysteme GmbH, КОСН Transporttechnik GmbH (Германия), ThyssenKrupp Robins, Inc. (США), CKIT (ЮАР), DOSCO Overseas Engineering Ltd. (Великобритания) и др., с прижимной лентой — Dos Santos International (США), ЗАО «НКМЗ» и ОАО «Азовмаш» (Украина).

Применяются крутонаклонные конвейеры для подъема горной массы из карьеров, для транспортирования по наклонным выработкам шахт, в поверхностном комплексе горных предприятий, на обогатительных фабриках, крупных перегрузочных узлах, в конструкциях перегружателей и приемных стрел роторных экскаваторов и для других целей, играя как основную, так и вспомогательную роль.

Своя область применения есть у каждой конструкции КНК [1, 2]. На рис. 2 приведена классификация крутонаклонных ленточных конвейеров по высоте подъема. Можно считать, что в настоящее время существуют конвейеры для малых высот подъема — до 10.. .15 м (стационарные и передвижные установки, единичные конструкции для вспомогательных и второстепенных работ), средних — до 30.50 м (поверхностные комплексы горных предприятий, перегрузочные узлы, например, порты, железнодорожные станции и т. п.) и больших — до 500 м и более (основные транспортные потоки глубоких шахт, карьеров).

Крупные крутонаклонные конвейерные установки для больших высот подъема являются сложными и ответственными сооружениями и могут применяться и применяются только в составе ЦПТ (циклично-поточной технологии). При этом многие действующие карьеры угольных и рудных месторождений стран СНГ и мира перспективны для ЦПТ, т. к. в результате длительной и интенсивной разработки с понижением горных работ более чем на 200 м перешли в категорию глубоких и в настоящее время обеспечивают добычу 90 % минерального сырья, извлекаемого открытым способом [3].

КНК для средних высот подъема, получившие наибольшее распространение, применяются главным образом на перерабатывающих производствах, строительных объектах, ТЭЦ и других крупных и средних предприятиях, где являются основными транс-

портными установками, способными перемещать значительные массы грузов.

На предприятиях, где требуется средняя высота подъема при относительно большой длине трассы конвейера и ее кри-волинейность не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной, целесообразнее использовать конструкции с подвесной лентой как открытого типа, так и с закрывающейся лентой. Такие конвейеры компактны по ширине, имеют наименьшие сопротивления движению и допускают изгибы трассы в горизонтальной плоскости с малыми радиусами (в отличие от трубчатых). Конвейеры с рифленой лентой применяются при незначительном увеличении угла транспортирования выше критического.

КНК для малых высот подъема применяются как вспомогательные на крупных перерабатывающих предприятиях или эксплуатируются как основные в составе стационарных и передвижных установок на небольших производствах, а также могут использоваться на различного рода складах и перегрузочных пунктах, например, как штабелеры в портах.

Приблизительные углы наклона и высоты транспортирования для различных типов КНК приведены на рис. 3. Необходимо учитывать при этом, что во многих конструкциях высота транспортирования и угол наклона ограничивают производительность КНК.

Области применения на рис. 3 также позволяют разделить крутонаклонные конвейеры по углу их наклона на конвейеры с большим углом наклона и средним. Такое деление не противоречит устоявшейся практике и позволяет дать классификацию всех ленточных конвейеров по максимальному углу их наклона следующим образом:

• с небольшим углом наклона (обычные горизонтальные и слабонаклонные конвейеры с гладкой лентой);

• со средним углом наклона (конвейеры с рифленой и подвесной лентами, трубчатые, а также глубокой желобчатости);

• с большим углом наклона (конвейеры с прижимной лентой, с перегородками, элеваторного типа).

Последние по сути и должны называться крутонаклонными. Конвейеры с подвесной лентой и трубчатые, хотя и отнесены к крутонаклонным, но имеют другую область применения, чем конвейеры с прижимной лентой, с перегородками и элеваторного типа.

Это связано главным образом со значительно отличающимися углами наклона и производительностями. Используются конвейеры со средними углами наклона главным образом там, где требуются трассы со сложноизгибающимися участками, в то время как конвейеры с большими углами наклона предназначены для транспортирования грузов по кратчайшим расстояниям, когда есть необходимость в подъеме грузов на относительно большую высоту.

Из разработанного к настоящему времени большого разнообразия конструктивных схем крутонаклонных ленточных конвейеров наиболее перспективными для крупных предприятий при средней и большой высоте подъема груза (производительностях более 5000 т/ч и углах транспортирования более 30°) остаются конвейеры с прижимной лентой, способные поднимать груз под наибольшими углами (вплоть до 90°) и большой производительностью, допускающие разнообразные конфигурации трассы в вертикальной плоскости и подтвердившие свою работоспособность в промышленных условиях за рубежом. Основными проблемами при эксплуатации КНК с прижимной лентой являются: необходимость в предварительном дроблении грузов, как впрочем и для любых других ленточных конвейеров; точная выверка переходных участков при монтаже; согласование приводов и синхронизация движения лент, легко регулируемые в процессе работы при соблюдении некоторых первоначальных конструктивных условий. Нерешенной задачей, по нашему мнению, на сегодня является надежность прижимных устройств, но в некоторых установках от них удается отказаться вообще. Стандартные ленты такого конвейера могут служить значительные сроки даже при значительных повреждениях (например, при продольных порезах), поэтому и расходы на них не так велики. Унификация со стандартными ленточными конвейерами достигает 80—85 %, что значительно упрощает обслуживание КНК с прижимной лентой, сокращает капитальные и эксплуатационные затраты.

Преимущества и перспективы КНК с прижимной лентой, несмотря на отсутствие до настоящего времени их серийного производства, продолжает вызывать интерес к этим КНК на производстве, особенно применительно к циклично-поточному транспортированию горной массы (например, на руднике Мурунтау Навоийского ГМК,

Узбекистан, на Ковдорском ГОКе, Россия, на железорудных ГОКах Криворожского бассейна, Украина). На руднике Мурунтау в настоящее время совместно со шнекозубчатой дробилкой работает крутонаклонный межуступный перегружатель, изготовленный в ОАО «Азовмаш» (рис. 4). При его эксплуатации выявлен ряд недостатков, в т. ч. следующих:

• прижимные устройства имеют устаревшую конструкцию и практически не влияют на удержание груза на крутонаклонной части. Однако их работоспособность в полной мере пока нет возможности проверить в связи с загруженностью конвейера наполовину производительности (для удержания груза достаточно натяжения и массы прижимной ленты).

• неверно рассчитана устойчивость стрелы перегружателя в сочетании с усилиями натяжения лент, в результате чего он был закреплен в верхней части и потерял возможность передвижения.

Большинство недостатков могли бы быть устранены еще на стадии проектирования, если бы были использованы исследования российских специалистов, проведенные еще в 90-х годах прошлого века, а также современные исследования (см., напр., [3, 4]).

В настоящее время на руднике Мурунтау монтируется стационарный конвейер с прижимной лентой, изготовленный ЗАО «НКМЗ» и не имеющий аналогов в мире по высоте подъема одним ставом (270 м) при производительности 3500 т/ч. Кроме того, этот конвейер будет иметь горизонтальную часть длиной около 400 м на верхнем разгрузочном участке, что значительно усложняет конструкцию конвейера и правильный выбор его параметров.

По нашему мнению, конвейеры с перегородками и гофрированными бортами могут применяться для небольших установок на малые и средние высоты подъема сухих грузов с малой кускова-тостью, для которых не требуется серьезная очистка ленты. При этом желательны: небольшая производительность и (или) углы наклона до 45-60°, относительно малая длина транспортирования. Наиболее перспективным является изготовление лент для таких конвейеров с использованием технологии фирмы REMA Tip Top GmbH (Германия) непосредственно на месте эксплуатации, где борта и перегородки могут быть приклеены с достаточной надежностью к гладкой ленте, что значительно снижает затраты на ленты и обеспечивает их лучшую ремонтопригодность. При этом необхо-

димо учитывать, что ленты специальных конструкций для этих конвейеров в России и других странах СНГ не производятся.

Конвейеры элеваторного типа, получившие название pocketlift, имеют две замкнутые ленты, соединенные между собой планками, на которые навешиваются специальные ковши (карманы). Последние могут навешиваться в процессе сборки конвейера, а вот сам рабочий орган целиком должен быть изготовлен в заводских условиях и иметь замкнутый контур главным образом из-за наличия ответственных стыков лент, снижающих максимально возможное тяговое усилие конвейера. Поперечные планки, которые соединяют ленты между собой, крепятся к ним болтами и в процессе работы могут вырываться из лент, повреждать их.

Доставка к месту эксплуатации рабочего органа установок для больших высот подъема ведет к серьезным затратам на его транспортировку из-за больших массы и габаритов. Так, по данным фирмы METSO Minerals масса рабочего органа для конвейера на высоту подъема 276 м, включая специальный контейнер (19 т), составляет 82 т [5]. Большая масса рабочего органа (100 т с ковшами) и большие маховые массы приводных барабанов (диаметром 3 м) вызывают также существенные динамические нагрузки при запуске и остановке конвейера. Навеска рабочего органа связана с трудовыми и временными затратами, а также требует наличия некоторого вспомогательного оборудования. Также необходимо жестко контролировать синхронность движения лент, чтобы тяговая способность привода была в допустимых пределах и не было перекоса рабочего органа.

Производительность и (или) высота подъема конвейеров элеваторного типа ограничены в связи с конструктивными особенностями рабочего органа: необходимо снижать скорость его движения для обеспечения максимальной загрузки ковшей, а также в связи с предельно возможными напряжениями в лентах шириной до 800 мм и ограниченной тяговой способностью привода. Увеличение площади контакта лент с барабанами привода достигается за счет увеличения их диаметра.

В месте загрузки конвейера также требуется вспомогательное оборудование, предназначенное, в основном, для подбора просыпей (конвейеры) и для очистки ковшей. Ремонт, а также корректировка параметров конвейера в процессе его работы особенно с новыми

лентами, крайне усложнены и может потребовать отправку всего рабочего органа обратно на завод, что останавливает всю технологическую цепочку.

Фирма-изготовитель такого конвейера рекламирует одно из основных его преимуществ, которое позволяет по сравнению с шахтным скиповым подъемом уменьшить диаметр выдачного (транспортного) ствола, но необходимость устройства в околоствольном дворе отделения для предварительного дробления и грохочения, а также для размещения вспомогательного оборудования может значительно уменьшить экономию от затрат на проходку ствола большего диаметра. Необходимо отметить, что конструкция рабочего органа изначально также накладывает ограничения на область применения таких конвейеров. Это главным образом связано с очисткой ковшей от налипшего и намерзшего груза, еще более сложной, чем, например, у конвейеров с перегородками.

Основной проблемой, которая возникает при эксплуатации трубчатых конвейеров, является сложность настройки правильной работы ленты, особенно если трасса конвейера имеет хотя бы несколько участков изгиба. Связано это с конструктивной особенностью образования грузонесущей ветви трубчатой ленты и с необходимостью обеспечения нахлеста ее краев, располагаемого исключительно вверху, чтобы избежать ее раскрытия, «вздутия», «тромбования» и т.п., которые приводят к просыпям груза, повреждению ленты и роликоопор и другим последствиям. Отклонение нахлеста краев ленты от верхнего положения и ее вращение относительной продольной оси возникает при переменных напряжениях, которые являются следствием неравномерности объемов грузопотока, различной крупности кусков груза, наличием участков горизонтальных, вертикальных и комбинированных изгибов, а также других различного рода сопротивлений. Большое влияние оказывает правильный подбор диаметров роликов и расстановка ролико-опор по длине конвейера.

Кроме того, при запуске и остановке загруженного конвейера может происходить под действием силы тяжести инерционный сдвиг груза, находящегося на участках вертикального изгиба. Равномерность напряжений в ленте в процессе работы конвейера может достигаться путем изменения скорости движения ленты в зависимо-

сти от его загрузки и с помощью специальных настраиваемых роликов роликоопор, как правило, располагаемых со стороны наибольших напряжений (например, нижний ролик при выпуклом вертикальном изгибе). При этом необходимо упомянуть о существовании некоторой критической скорости ленты, когда лента, особенно, если она недогружена, не может раскрыться на разгрузочном участке при переходе от трубчатой формы к плоской.

Также на правильную работу трубчатого конвейера влияют параметры ленты, специально изготавливаемой для конкретных условий эксплуатации, натяжного устройства и изменение характеристик ленты после определенного срока работы.

При работе конвейера его лента с грузом в промежутках между роликоопорами образует овальное или другое поперечное сечение, отличающееся от круглого. В роликоопорах под действием тяговых усилий поперечное сечение загруженной ленты должно приобретать форму многоугольника со скругленными вершинами, задаваемого конструкцией роликоопор. При этом лента на ролико-опорах деформирует транспортируемый груз, чтобы образовать требуемую форму и размеры поперечного сечения, и повреждается. На изменение поперечного сечения загруженной ленты, сдвижение внутри него отдельных кусков груза и, возможно, его измельчение должны затрачиваться значительные тяговые усилия, а энергоемкость транспортирования должна увеличиваться по сравнению со стандартными ленточными конвейерами.

Основные разработки по трубчатым конвейерам ведутся за рубежом с 1978 г., когда был запатентован первый из них, благодаря чему были достигнуты очевидные успехи практически во всем мире. В нашей стране исследования этих конвейеров находятся на начальном этапе и в последнее время были проведены некоторые теоретические и экспериментальные работы (см., напр., [6]). К сожалению, они не дают реальной оценки потерь тягового усилия на протягивание ленты с грузом через роликоопоры при эксплуатации трубчатых конвейеров.

Конвейеры с подвесной лентой при общей схожести имеют и некоторые различия. Так, конвейеры с подвесной лентой открытого типа имеют значительно большую унификацию с обычным конвейером, чем конструкция с закрывающейся лентой, которая

практически таковой не имеет. Кроме того, роликоопоры (т. н. роликовые подвески) конвейеров открытого типа перемещаются по специальным гладким трубчатым направляющим вместе с лентой, обеспечивая отсутствие влияния поперечных колебаний за счет самоустановки роликов. При этом сопротивление их перемещению при правильно и с достаточной точностью выставленными направляющими по трассе конвейера (особенно дуг на загрузочном и разгрузочном участках) должно быть меньше, чем у стандартного конвейера, и приближаться к сопротивлениям при движении рельсового транспорта. Это связано с отсутствием деформации груза и ленты на роликоопорах, а также вдавливания роликов в ленту [7].

Отличительными преимуществами конвейеров с подвесной лентой являются небольшие (до 1 м) радиусы изгиба в горизонтальной плоскости, значительное уменьшение просыпей и пыления груза, а также его сохранность при транспортировании. Некоторые конструкции таких конвейеров позволяют иметь промежуточные приводные устройства, что увеличивает длину транспортирования и перераспределяет тяговые усилия по трассе конвейера.

801

Рис. 1. Некоторые типы крутонаклонных ленточных конвейеров: а — с открытой 1, б — закрывающейся подвесной лентой

2, в — с лентой 3, снабженной перегородками и гофрированными бортами, г — с рабочим органом элеваторного типа 4, д — с трубчатой лентой 5, е — с прижимной лентой 6, 7 — ролики, 8 — направляющие

б

г

е

601

Рис. 2. Классификация крутонаклонных ленточных конвейеров

Рис. 3. Сравнительные области применения различных типов крутонаклонных ленточных конвейеров по углу транспортирования и высоте подъема

а

Рис. 4. Схема (а) и внешний вид крутонаклонной части (б) и нижнего переходного узла (в) межуступного перегружателя КНК-30 на карьере Мурунтау Навоийского ГМК, Узбекистан: 1 — нижний переходный узел перегружателя, 2 и 3 — крутонаклонная и разгрузочная части, 4 — дробильно-погрузочное устройство со шнекозубчатой дробилкой ДШЗ-1300/300, 5 — ходовая часть перегружателя, 6 и 8 — электроустановки перегружателя и дробильно-погрузочного устройства, 7 — кабина управления

Общими недостатками при объективных преимуществах являются ограничения, связанные с погонной массой загруженной ленты: по скорости движения и производительности, а также низкая надежность мест подвеса ленты. Основная проблема конструкции с закрывающейся лентой заключается в невозможности транспортирования влажных и сильновлажных грузов, т. к. вода скапливается в рабочем органе перед местом разгрузки. Сам рабочий орган — в большинстве конструкций специальная лента — дорог и трудоемок в изготовлении, а также не всегда достаточно надежен при эксплуатации.

Необходимо добавить, что каждая конструкция крутонаклонных конвейеров имеет свою область применения. Например, использование конвейеров с закрывающейся подвесной лентой, с прижимной лентой и трубчатых, позволяет улучшить, с одной стороны, экологическую обстановку на предприятиях, а, с другой, при перемещении ответственных грузов значительно сократить их потери, сохранить их качество и уменьшить влияние на них окружающей среды. Незначительное распространение КНК по сравнению с обычными конвейерами связано главным образом с неотработанностью некоторых конструкций и часто значительными капитальными при качественной модернизации технологии транспортирования и эксплуатационными затратами.

Анализ широкого спектра отечественных и зарубежных конструкций крутонаклонных конвейеров, а также во многих случаях успешных результатов их эксплуатации в различных отраслях промышленности, свидетельствуют о повышении внимания к ним со стороны как фирм-производителей, так и предприятий-потребителей этого вида транспорта. Вместе с тем, следует отметить ограниченность областей применения отдельных типов крутонаклонных конвейеров, учитывая их возможности, параметры и экономическую эффективность.

В зарубежной практике крутонаклонные конвейеры применяются как в горных, так и в других отраслях промышленности значительно шире, чем в России. Расширение их применения в нашей стране позволит обеспечить уменьшение занимаемых предприятиями площадей и повысить эффективность различных производств, в т. ч. и за счет сокращения энергозатрат на транспортирование грузов.

-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Картавый А.Н. Крутонаклонные ленточные конвейеры для горной про-мышленности.//Горное оборудование и электромеханика. 2006. № 10. С. 22—26.

2. Картавый А.Н. Проблемы применения различных типов крутонаклонных ленточных конвейеров.//Тяжелое машиностроение. 2007. № 3. С. 31—34.

3. Шешко Е.Е. Проблемы крутонаклонных ленточных конвейеров с прижимной лентой./Горные машины: Сб. научных трудов. Отдельный выпуск ГИАБ № 8. — М.: Мир горной книги. 2008. 384 с.

4. Картавый А.Н. Перспективы применения крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой при ЦПТ. — Горный журнал, № 6, 2003. С. 52-56.

5. Грайнахер Й., Барчет К., Доберт М. Проектирование и монтаж вертикального конвейера на шахте «Уайт каунти».//Глюкауф. 2004. № 2(3). С. 16—23.

6. Галкин В.И., Дмитриев В.Г. Трубчатые конвейеры для горной промыш-ленности.//Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 1. С. 39—46.

7. Аверченков В.И., Давыдов С.В. и др. Конвейеры с подвесной лентой./Под общ. ред. В. И. Аверченкова, В. Н. Ивченко. — М.: Машиностроение-1, 2004. — 256 с. шгЛ

Kartaviy A.N.

COMPARATIVE RATING OF STEEPLY INCLINED BELT CONVEYORS

It is resulted the key data, classification, firms-manufacturers and range of application of modern steeply inclined belt conveyors, and also comparative characteristics of their designs. There are described the basic problems appearing at their installation and operation.

Key words: steeply inclined belt conveyor, cargo retention on a belt, conveyors with a clamping belt.

Коротко об авторе

Картавый А.Н. — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, научно-производственная корпорация «Механобртехника», е-таіі: kartavyi@mail.ru