ЛЕНТОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР С ТРУБЧАТЫМ СЕЧЕНИЕМ ЛЕНТЫ
BELT CONVEYOR WITH TUBULAR CUT OF BELT

Ленточный конвейер относится к транспортному машиностроению, в частности к конструкциям ленточных конвейеров с трубчатым сечением ленты для транспортирования пылеобразующих, агрессивных и пожароопасных материалов.
Известен ленточный конвейер с трубчатым сечением ленты, включающий завернутую транспортерную ленту с расположенными вверх кромками, прижимные ролики, смонтированные вокруг поверхности ленты с определенным диаметром, направляющие ролики (Патент JP 2006256781 (A)-2006-09-28).
Этот конвейер содержит большое количество по весу и завышенных по габаритам обжимных и направляющих роликов, обладает сложностью в изготовлении и монтаже.
Известен также ленточный конвейер с трубчатым сечением ленты, включающий транспортерную ленту с расположенными вверх кромками, прижимные ролики, смонтированные вокруг поверхности ленты с определенным диаметром, направляющие ролики, установленные в зазоре между кромками грузовой ветви ленты, и вставки (Пат. №157392. Ленточный конвейер с трубчатым сечением ленты. Давыдов С.Я., Афанасьев А.И. Опубл. 27.11.2015. Бюл. №33).
Наличие перекрывающего зазора между кромками С-образной ленты с расположенными вверх кромками охватывающей ленты усложняет конструкцию конвейера, которая влияет на энергозатраты и надежность конструкции конвейера. Взаимодействие края ленты с неподвижными элементами промежуточных опор приводит не только к повреждению ленты, но и к потреблению дополнительных энергозатрат, возникающих при повышенных коэффициентах трения движения ленты.
Задачей разработки является уменьшение энергозатрат, обеспечение технологичности и надежности конструкции конвейера.
Поставленная задача достигается тем, что в ленточном конвейере с трубчатым сечением ленты, включающем навешенную на приводной и отклоняющий барабаны завернутую транспортерную ленту с расположенными вверх кромками, прижимные ролики, смонтированные вокруг поверхности ленты с определенным диаметром, направляющие ролики, установленные в зазоре между кромками грузовой ветви ленты, и вставки, прижимные ролики для смыкания кромок ленты смонтированы вокруг ее поверхности по диаметру:
,
где В - ширина ленты;  - ширина вставки, выполненной из материала с различными физико-механическими характеристиками взаимодействующих элементов: захвата и выступа, закрепленных на противоположных кромках ленты, при этом захват выполнен в виде полузамкнутой формы, охватывающей выступ, выполненный в виде стержневой формы, а пара направляющих роликов для размыкания кромок ленты перед приводным барабаном установлена после прижимных роликов с возможностью вращения в противоположных направлениях при касании упомянутых элементов.
а
На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый ленточный конвейер; на фиг.2 , б - узел взаимодействующих элементов - захвата и выступа в сомкнутом состоянии; на фиг. 3 - узел размыкания ленты; на фиг. 4 показан элемент загруженной материалом трубчатой ленты длиной , на фиг. 5 показана схема действия сил на захват со стороны выступа.
Ленточный конвейер с трубчатым сечением ленты содержит навешенную на натяжной и приводной барабаны 1 и 2 завернутую С-образно транспортерную ленту 3. Кромки 4 и 5 (фиг. 2) транспортерной ленты направлены вверх. Вокруг завернутой транспортерной ленты 3 (фиг. 3) по диаметру D установлены прижимные ролики 6 с возможностью прижатия к ее наружной поверхности. Направляющие ролики 7 установлены на грузовой ветви ленты 3 в зазоре 8 между навстречу направленными ее кромками 4 и 5. Кромки 4 и 5 снабжены вставкой 9, выполненной по всей длине ленты 3. Диаметр D наружной поверхности завернутой транспортерной ленты 3 определяется по зависимости:
а
где В - ширина ленты 3;  - ширина вставки 9 при сомкнутом состоянии ленты 3. Вставка 9 выполнена с различным заданным градиентом упруго деформированных вместе с лентой взаимодействующих элементов - захвата 11 и выступа 10. Захват 11 и выступ 10 закреплены на противоположных кромках 4 и 5 ленты. Захват 11 выполнен в виде элемента полузамкнутой формы (например, С-образной или челюстной), охватывающей выступ 10. Выступ 10 выполнен в виде стержневой формы (фиг. 2, фиг. 2б). На фиг. 2б показан один из многочисленных вариантов, удобных для выполнения методов расчета. Угол α меньше угла β. Малое значение α позволяет облегчить замыкание вставки и предотвратить непопадание выступа в ответный паз захвата. Большее значение β позволяет увеличить усилие, потребное для размыкания вставки, и предотвратить самопроизвольное размыкание в пролете между опорами. Более конкретная конструкция вставки 9 зависит от конструктивных особенностей транспортерной ленты: наличия тросов в ленте, их отсутствия, толщины ленты, а также от силовых величин на смыкание и разъем вставки.
а
Элемент загруженной материалом трубчатой ленты длинойпоказан на фиг. 4. Элемент расположен посередине пролета между кольцевыми опорами 6. Элемент по вертикали разделен диаметром на две симметричные половины, причем рассматривается правая половина, а левая заменена жесткой заделкой и силой dN, перпендикулярной к диаметру элемента. Точка С (фиг. 4) - центр массы транспортируемого материала, в силу малости размера  совпадает с центром тяжести фигуры ABD. Размер  - плечо силы dG относительно заделки.
Приведенный ниже расчет выполнен в соответствии с книгой: Поляков А.А., Кольцов В.М. Сопротивление материалов и основы теории упругости: учебник. - Екатеринбург: УрФУ, 2011. - 527 с.
Допущения: лента представляет собой круговой цилиндр; элемент находится в состоянии равновесия, влияние на него сил, перпендикулярных к плоскостям сечений, не учитывается.
Относительная деформация наружных волокон ленты при свертывании в трубу равна
0
где δ - толщина ленты; r - радиус нейтрального слоя ленты (нейтральный слой делит толщину δ пополам).
В соответствии с законом Гука напряжение изгиба наружных волокон ленты равно
1
где E- модуль упругости первого рода для материала, из которого выполнена лента.
С другой стороны,
где dM - изгибающий момент, обусловленный упругостью ленты и возникающий при свертывании ленты в трубу как реакция на правую половину элемента со стороны левой (отброшенной);  - момент сопротивления поперечного сечения элемента изгибу.
Из формул (2-4) определяется значение изгибающего момента dM:
В состоянии статического равновесия выполняется равенство
Откуда, с учетом выражения (5) и замены веса транспортируемого материала выражением
сила dN приложена к выступу со стороны захвата
где γ - удельный насыпной вес транспортируемого материала; s - площадь фигуры ABD.
На фиг. 5 показана схема действия сил на захват со стороны выступа. К челюстям захвата приложены силы, равные 0,5dN (показана нагрузка на верхнюю челюсть). Каждая из данных сил является горизонтальной составляющей силы dR давления на упор челюсти. Вертикальная составляющая силы dR равна
На челюсть захвата действует изгибающий момент, равный
B
где b - наибольшая возможная величина плеча силы dR (фиг. 5);  - высота упора.
Размеры и физико-механические свойства челюсти должны удовлетворять требованиям прочности и жесткости.
Требование прочности выражается формулой
max
и
p
где σ, σ, σ - максимальное, изгибающее и растягивающее напряжения в корневом сечении челюсти соответственно; c - высота корневого сечения челюсти; - момент сопротивления изгибу для корневого сечения челюсти; [σ] - допускаемое напряжение для материала, из которого выполнен захват.
Требование жесткости формулируется следующим образом:
где ,  - максимальный и допускаемый прогиб челюсти;  - момент инерции корневого сечения челюсти; k - коэффициент запаса (больше единицы).
Выполнением условия (12) обеспечивается удержание захватом выступа в пролете между кольцевыми опорами 6.
При выводе формулы (12) изгибающий момент от силы 0,5dN на плече  не учитывался ввиду малой величины. Величина коэффициента запаса k зависит от физико-механических свойств материала зажима и динамических нагрузок на него. Определение значения коэффициента запаса не является предметом настоящей заявки.
Подстановка (7) и (10) в выражение (11) и алгебраические преобразования позволяют получить условие прочности в виде
Подстановка (7) и (9) в выражение (12) и алгебраические преобразования позволяют получить условие жесткости в виде
2
Выполнение условий (13), (14) обеспечивается подбором конструктивных параметров захвата - размеров b, c,  и угла α - при выполнении его из материала с модулем упругости, равным E.
Упомянутые прижимные ролики 6 установлены для поддержания ленты 3 в замкнутом состоянии после участка загрузки и до приводного барабана 2. Пара направляющих роликов 7 для размыкания кромок 4 и 5 ленты 3 перед приводным барабаном 2 установлена с возможностью вращения в противоположных направлениях при касании упомянутых частей вставки ленты. При этом по всей трассе грузовой ветви конвейера после участка загрузки и до приводного барабана лента 3 выполнена в сомкнутом состоянии.
После прохода участка загрузки из желобчатого состояния под воздействием роликов 6 лента приобретает трубчатое сечение. Под действием усилия прижимных роликов 6 выступ 10 вдавливается в захват 11, образуя трубчатую форму ленты. В таком трубчатом виде эта лента проходит по всей трассе грузовой ветви до приводного барабана 2. Размыкание элементов 10 и 11 выполняется с помощью пары направляющих роликов 7, установленных перед приводным барабаном 2 сразу же после прижимных роликов 6.
Таким образом, использование вставки позволяет исключить взаимодействие края ленты с неподвижными элементами промежуточных опор, приводящее не только к повреждению ленты, но и к потреблению дополнительных энергозатрат, возникающих при повышенных коэффициентах трения движения ленты.