Скребковый или ленточный конвейер: устройство, производительность и где какой ставят
Инженер на производстве почти никогда не выбирает конвейер абстрактно - вопрос звучит конкретно: тянуть кусковую руду по желобу цепью со скребками или нести её на ленте. Цена ошибки здесь не ограничивается стоимостью оборудования. Переделать трассу под другой тип тягового органа - значит почти всегда менять раму, привод и фундамент заново, целиком, не по частям. Дальше - по каким узлам, цифрам и отраслевым примерам этот выбор делается на практике.
Если тип конвейера ещё не выбран и нужна общая ориентация среди всех пяти основных семейств - ленточного, роликового, скребкового, шнекового и цепного - обзор в статье «Виды конвейеров». Если тип конвейера уже определён и дело за лентой или цепью под конкретную трассу - инженер remen.ru поможет сверить размеры, материал и класс резины под задачу.
Что в статье
Из каких узлов состоит ленточный конвейер?
Приводной барабан соединён с мотор-редуктором. Вращает он ленту за счёт силы трения между их поверхностями - никакой жёсткой сцепки здесь нет, только контакт двух поверхностей, а на лёгких конвейерах привод иногда идёт ещё и через клиноременную передачу от электродвигателя на входной вал редуктора, принцип которой и её слабые места разобраны в статье «Ремённая передача». Лента при этом выполняет двойную роль: несёт груз сверху и одновременно передаёт тяговое усилие, а стандартная её ширина по ГОСТ 22644-77 - от 300 до 3000 мм для конвейеров общего назначения и карьерных исполнений. Как перевести конкретную ширину и толщину в вес и запас по длине при заказе - в статье «Вес и размеры конвейерной ленты».
Роликоопоры несут ленту с грузом по всей длине трассы. На нижней, холостой ветви их обычно ставят с шагом 2,5-3 м, а вот в зоне загрузки, где удар падающего груза ощутимо выше, шаг амортизирующих роликоопор уменьшают почти на порядок - примерно до 0,5 м и реже. У натяжного устройства сразу три задачи: прижать ленту к приводному барабану, исключив проскальзывание, компенсировать вытяжку полотна со временем и ограничить провисание между роликоопорами. Устройство бывает винтовым или грузовым. А по логике управления оно бывает с постоянным или переменным натяжением в зависимости от крутящего момента на приводе; как правильно выставить и проверить натяжение на уже смонтированной ленте - в статье «Как натянуть конвейерную ленту».
Рама, или став, - несущая металлоконструкция из двух параллельных направляющих на стойках, которая держит верхнюю и нижнюю ветви ленты между приводом и концевой секцией. Очистители в зоне разгрузки снимают налипший груз концевыми скребками. Без этого узла остаточный материал резко сокращает срок службы ленты и раскачивает ход всей системы. Завершает конструкцию загрузочный узел - воронка с лотком, которая должна подавать груз со скоростью и направлением, близкими к движению самой ленты. Расхождение здесь ускоряет и износ обкладки, и просыпь материала мимо тракта.
Из каких узлов состоит скребковый конвейер?
Желоб делают из стального листа. Толщина - 4-6 мм в общепромышленном исполнении и до 14-16 мм в шахтных конвейерах, где нагрузки на порядок жёстче, а секции такого желоба обычно длиной 3-6 м, хотя отдельные типы конвейеров используют более короткие секции 1-2,5 м. Зазор между кромкой скребка и стенкой желоба держат в пределах 5-15 мм на сторону. Этого достаточно, чтобы скребок не заклинивало, но и без лишнего просыпания груза под ним. Тяговым органом при этом служит одна или две пластинчатые катковые цепи либо круглозвенные сварные цепи типоразмеров 18×64, 20×80 и 24×86 мм - выбор зависит от расчётной нагрузки на трассу.
Тяговую цепь под конкретную мощность и типоразмер remen.ru подбирает из каталога цепей. Скребки штампуют из листовой стали толщиной 3-8 мм. Форма встречается трапецеидальная, полукруглая или прямоугольная, а ширина - от 200 мм у плоских исполнений до 1200 мм у ящичных. Шаг установки скребков при этом кратен шагу цепи (обычно 160-400 мм) и рассчитывается по формуле, привязанной к высоте самого скребка. Нижнюю кромку, которая трётся о днище, для увеличения срока службы иногда наплавляют полосой высокомарганцевой стали.
Одноцепные и двухцепные конвейеры устроены по-разному. У одноцепных исполнений ширина желоба 0,4-0,6 м, цепь идёт по центру над скребком, а трасса допускает изгиб в плане до 45°. Двухцепные несут цепи по бокам желоба - и производительность у них заметно выше. На зерновом транспорте разница видна в цифрах. Одноцепные конвейеры дают до 50 т/ч и применяются на коротких участках протяжённостью до 50 м, а двухцепные - 50-200 т/ч на магистральных линиях элеватора длиной до 100 м.
Тяговый орган и износ: что определяет ресурс конвейера?
Разница не случайна, она заложена в саму механику работы. У ленточного конвейера груз лежит на движущейся поверхности и перемещается вместе с ней, поэтому трение возникает главным образом между лентой и роликоопорами. У скребкового же груз неподвижен относительно желоба, а скребок протаскивает его вдоль дна, и трение идёт уже по всей площади контакта груза с металлом - чем крупнее объём загрузки, тем сильнее выработка. А абразивность груза в инженерной практике делят на четыре группы - от А (неабразивные) до Д (высокоабразивные), и именно эта классификация определяет реальный ресурс тягового органа сильнее, чем номинальные паспортные цифры производителя.
Разрывное усилие цепи показывает масштаб нагрузок. У тяжёлого шахтного конвейера 2СР70М оно достигает 41 тонны, и такие цифры объясняют, почему на скребковых конвейерах ставят датчики обрыва цепи и защиту редуктора от перегрузки - авария тягового органа здесь не редкость, а расчётный сценарий, от которого закладывается защита. Подробнее о том, как считают срок службы ленты на реальном конвейере в зависимости от абразивности груза и натяжения, - в статье «Износ конвейерной ленты».
Производительность и скорость: как считают и что получают на практике?
У ленты - свой стандартный ряд скоростей. По ГОСТ 22644-77 это 0,25; 0,315; 0,4; 0,5 м/с и далее до 6,3 м/с, хотя на практике рабочий диапазон обычно укладывается в 0,8-3,15 м/с, а конкретное значение уже подбирают под груз: для пылевидных материалов держат около 1 м/с, для мелкокускового - 1,6-6,3 м/с, для крупнокускового - 2-4 м/с, для зерна - до 6,3 м/с. У скребкового логика другая. Базовый диапазон скорости цепи - 0,1-0,4 м/с, для узких скребков шириной 200-320 мм допускают разгон до 1 м/с, а для широких 400-1200 мм скорость, наоборот, снижают до 0,5-0,63 м/с - иначе растут динамические нагрузки от неравномерности хода цепи.
Разница в масштабе хорошо видна на конкретных моделях. Забойный шахтный конвейер 2СР70М при скорости цепи 1 м/с даёт 525 т/ч, а при 1,37 м/с - уже 700 т/ч. Тяжёлый конвейерный комплекс СПК301 работает на скорости цепи 1,06-1,38 м/с и выдаёт 600-800 т/ч при мощности привода 110 кВт и массе комплекта 199 тонн - и это всё ещё не предел для скребковых машин, просто их предел упирается в другое. Практический ориентир от производителей конвейерного оборудования прост. Ленточные линии дотягивают трассу до 10 км, скребковые ограничены практически 100 м, и лишь для отдельных задач вроде уборки навоза встречаются исполнения до 200 м, а дальше скребковый конвейер попросту не проектируют - не потому, что нельзя нарастить цепь, а потому что трение и масса возрастают быстрее, чем оправдывает задача.
Угол наклона трассы: где предел у каждого типа?
Источники по общей верхней границе наклона скребковых конвейеров расходятся заметно: где-то называют 25°, где-то - диапазон 30-40°. Надёжнее ориентироваться на конкретные модели. Конвейер 2СР70М транспортирует уголь под углом до 35° без скатывания кусков, конвейер СП202 применяется на пластах с падением до 35° при доставке груза вниз, а при движении вверх по наклонному желобу производительность скребкового конвейера заметно падает - это плата за то, что материал приходится волочить против уклона, а не просто нести на движущейся поверхности.
У ленты своя градация по типу груза. При спуске максимальные углы наклона принято уменьшать на 6-8° относительно подъёма, но не ниже 10-12°. Для штучных грузов предел задаёт упаковка. Картонные коробки держатся на ленте при наклоне до 15°, бумажные мешки - до 17°, льняные мешки - до 20°. А там, где нужен настоящий крутой или вертикальный подъём без потери производительности, в игру вступают уже не рядовые ленточные и не скребковые конвейеры, а специальные исполнения ленты с гофробортом и поперечными перегородками - они держат заданную производительность вплоть до вертикали.
Абразивность, температура и герметичность груза?
ГОСТ 23939-79* тут прямо конкретен. Он нормирует конвейеры с погружёнными скребками для порошкообразных, зернистых и мелкокусковых грузов размером до 15 мм, с внутренней шириной короба от 125 до 800 мм, и именно эта закрытость делает скребковый конвейер удобным для пылящих и сыпучих материалов - цемента, золы, муки, кормов: короб просто не даёт им разлетаться, тогда как открытая лента получает такую защиту только за счёт дополнительных кожухов, бортов и систем аспирации, а это уже отдельные затраты на монтаж. В котельных распространён конвейер золоудаления. Он экономичен и прост в эксплуатации, хотя для больших объёмов золы и шлака уже не подходит по производительности желоба.
С абразивностью картина обратная. Скребки и цепь трутся о желоб изнутри. Износ металла растёт почти линейно с абразивностью материала при постоянной скорости цепи, а для крупнокускового, тяжёлого и острокромочного груза чаще присматриваются уже не к скребковому и не к ленте, а к пластинчатым конвейерам - это отдельная категория оборудования, вне рамок прямого сравнения в этой статье. Подбор класса резины обкладки под абразивный груз на ленточном конвейере - отдельная тема, разобранная в статье «Покрытие конвейерной ленты», а типовые задачи с высокой абразивностью груза, например на дробильно-сортировочных линиях, - в статье «Ремни для дробилок и грохотов». В литейных и кузнечных цехах цепные и скребковые конвейеры традиционно перемещают раскалённые отливки, поковки и агломерат; для таких горячих абразивных сред и годится наплавка кромки скребка высокомарганцевой сталью, о которой шла речь выше.
Хотите определить и выбрать материал ленты под свою температуру и абразивность груза? Инженер remen.ru сравнит варианты обкладки под задачу.
Получить консультацию инженера
Энергопотребление и стоимость владения?
Причина кроется в самой физике процесса: чем полнее заполнен короб материалом, тем выше производительность скребкового конвейера, но одновременно растут и потери на трение волочения. Есть и конкретный отраслевой кейс. В одном разборе для угольной шахты энергопотребление гипотетической скребковой линии эквивалентной производительности оценили заметно выше ленточной - порядка 1200 кВт против 300 кВт, а годовую разницу электропотребления - около 8 млн кВт·ч; это цифры одного расчётного примера с конкретного объекта, не отраслевой норматив, но направление они показывают верно - чем длиннее трасса и выше нагрузка, тем дороже обходится волочение груза по желобу вместо переноса его на ленте.
Ремонтопригодность здесь работает в обратную сторону. У скребкового конвейера ремонт локальный. Замена секции цепи или отдельных скребков: снял, поставил новое звено, запустил снова, без остановки всей трассы на длительное время, тогда как у ленты повреждённый участок либо вырезают и стыкуют заново методом вулканизации или механическим замком, либо меняют весь пролёт целиком - расценки сервисных компаний на выездную стыковку начинаются от нескольких тысяч рублей за случай для мелкого ремонта, но сама вулканизация требует остановки конвейера на часы и квалифицированной бригады на объекте. Как соединяют концы ленты и когда выбирают вулканизацию, а когда механический замок, - в статье «Как соединить конвейерную ленту», подробности процесса горячей и холодной вулканизации - в статье «Вулканизация конвейерной ленты». Итоговая экономика на коротком плече и в тяжёлых условиях чаще склоняется к скребковому - ремонт дешевле и быстрее локально, а вот на длинной трассе с большой производительностью выигрывает лента - и по энергии, и по совокупной стоимости владения; методику её расчёта разбирает статья «ТСО конвейерной ленты».
Реверсивность, шум и реакция на перегруз?
Реверсивное исполнение - типовая опция для скребковых транспортёров. Скребки закрепляют на обеих ветвях цепи, и рабочий ход идёт то в одну сторону, то в другую, обеспечивая разгрузку на любую сторону несколько раз в сутки, тогда как ленту тоже делают реверсивной, но конструктивно это сложнее - нужна симметричная загрузочная и разгрузочная оснастка с обеих сторон, поэтому реверс здесь остаётся скорее опцией под конкретную задачу.
По шуму жёсткий металлический контакт скребка и цепи с желобом объективно громче гладкого хода ленты по роликоопорам; для ориентира - типовой уровень звукового давления ленточного конвейера около 87 дБ(А), заметно ниже, чем у точильного станка или промышленного вентилятора. На зерновом транспорте это учитывают напрямую: цепные скребковые конвейеры с полимерными накладками на скребках вместо металлических одновременно снижают и шум, и травмирование самого продукта.
При перегрузке реакции у двух типов противоположные. У скребкового своя логика отказа. Попадание крупного твёрдого включения под скребок или избыточный объём загрузки - основная причина обрыва звеньев цепи и деформации скребков, штатная защита - магнитные датчики обрыва цепи, автоматически отключающие привод, а материал с низкой сыпучестью к тому же способен зависать между скребками и накапливаться за приводной звёздочкой, вызывая забивание желоба. У ленточного реакция мягче. Пробуксовка на приводном барабане вместо разрыва тягового органа, хотя долгая пробуксовка без остановки опасна локальным перегревом и прожогом полотна на барабане.
Где на практике ставят каждый тип: отраслевые примеры?
В очистных забоях угольных и калийных шахт скребковые конвейеры типа СП и СР - стандартное решение не столько из-за характеристик груза, сколько по конструктивной причине: конвейер одновременно служит рамой, по которой перемещается очистной комбайн, и передвигается вместе с секциями крепи по мере подвигания забоя. Лента физически не может выполнять эту функцию: для этого нужна отдельная жёсткая рама, которую сама лента дать не в состоянии. В стеснённых условиях лавы важен и габарит: высота скребкового конвейера порядка 180-280 мм против 600-900 мм у ленточного - критично при небольшой мощности пласта, а про требования к самой ленте в шахтных условиях, включая антистатичность и трудновоспламеняемость, - в статье «Шахтная конвейерная лента».
На элеваторах и зернопереработке картина не такая однозначная, как хотелось бы для простого правила. Мнения здесь расходятся. Часть отраслевых источников и инженеров-проектировщиков склоняется к тому, что закрытый цепной конвейер с погружёнными скребками сейчас ставят как основной горизонтальный транспортёр именно из-за герметичности и защиты зерна от осадков и пыления, тогда как другая позиция в том же профессиональном сообществе возражает: современная лента с бортами-«карманами» тянет материал не хуже и обходится в обслуживании проще. Технический аргумент в пользу ленты весомый - бережность: зерно на ленте лежит неподвижно и едет вместе с ней, а в скребковом волочится по желобу с трением о металл, отчего травмирование выше - около 1-1,5% против 0,1-0,3% на ленточном горизонтальном транспортёре элеватора. Для вертикального подъёма зерна - обычно от 10 до 60 м - спор не идёт вообще, там почти монопольно работает нория, ковшовый элеватор на ленте или цепи.
В птицеводстве и животноводстве скребковые навозоуборочные транспортёры - стандартное и почти безальтернативное решение. Агрессивная влажная среда навоза и помёта быстро разрушает резиновую или полимерную обкладку ленты, а жёсткий желоб с оцинкованными деталями переносит такие условия ощутимо лучше, тогда как в деревообработке внутризаводской транспорт щепы и опилок закрывают и скребковыми, и ленточными конвейерами примерно поровну - выбор здесь чаще диктует конкретная линия - принципиального превосходства одного типа над другим тут нет. В пищевой промышленности требования общие. Металлоконструкции из нержавеющей стали пищевого допуска и гладкие поверхности с шероховатостью не более Ra 0,8 мкм на контакте с продуктом - подробнее о требованиях именно к ленте для пищевого производства - в статье «Конвейерная лента для пищевого производства». Каталог конвейерных лент под конкретную отрасль и задачу - в разделе «Конвейерные ленты» на remen.ru.
Типичные ошибки при выборе не того конвейера?
Первая ошибка - выбор скребкового конвейера «на всякий случай» под груз, который прекрасно едет и на открытой ленте. Логика здесь простая. Если герметичность и защита от осадков не критичны для конкретного продукта, избыточные потери на трение волочения и более высокая цена обслуживания цепи не окупаются, а вторая, зеркальная ошибка - подобрать ленту с обкладкой, не рассчитанной на абразивный, масляный или иначе агрессивный груз: даже прочная по номиналу лента изнашивается ускоренно, если резина обкладки не соответствует условиям эксплуатации - не только весу груза, но и его абразивности или температуре.
Отдельная группа ошибок связана с перегрузом. Перегруз - отдельный источник проблем. На скребковом конвейере попадание слишком крупного твёрдого включения или превышение расчётного объёма загрузки прямо ведёт к разрыву тяговой цепи - это одна из самых частых причин внепланового простоя, а на хрупком или деликатном грузе, вроде зерна, та же волочильная схема сама по себе увеличивает травмирование продукта по сравнению с лентой, даже без аварийных ситуаций - просто за счёт постоянного трения материала о металл. И последняя, самая обидная категория ошибок - экономия на ключевых узлах при проектировании транспортной линии: она почти всегда возвращается повышенными эксплуатационными расходами, простоями на ремонт и потерями самого продукта, которые в сумме перекрывают всю первоначальную экономию.
Частые вопросы
Можно ли поставить скребковый конвейер вместо ленточного на трассе длиной несколько сотен метров? Формально да, но экономически почти всегда нет. Скребковые конвейеры проектируют на трассы практически до 100 м, изредка до 200 м для специальных задач вроде уборки навоза - дальше растут расход энергии на трение волочения и масса металлоконструкции, тогда как ленточные линии тянут трассу на километры и на большом плече обходятся дешевле и по энергии, и по обслуживанию.
Какой конвейер выбрать для абразивного груза - руды, щебня, шлака? Чаще ленточный. Если груз не требует герметичности от пыли или влаги, истирается верхняя обкладка ленты, а не металл желоба и скребков, и её проще менять частями, тогда как скребковый в абразивной среде теряет скребки за 6-12 месяцев и желоб за 2-3 года - износ металла растёт почти линейно с абразивностью груза.
Почему в очистных забоях шахт ставят именно скребковые конвейеры? Дело не только в характеристиках груза. Тут работает конструктивная причина. Скребковый конвейер в лаве одновременно служит жёсткой рамой, по которой движется очистной комбайн, и передвигается целиком вместе с секциями механизированной крепи по мере подвигания забоя - функцию опоры для комбайна лента обеспечить не может.
Что чаще ломается - лента или скребковая цепь? У ленты типичный отказ мягче - пробуксовка на приводном барабане при перегрузе, которую фиксирует датчик скорости, тогда как у скребкового при перегрузке или попадании крупного твёрдого включения чаще рвётся тяговая цепь - это жёсткий отказ, требующий ремонта тягового органа.
Какой конвейер тише и с меньшей вибрацией? Ленточный: жёсткий металлический контакт цепи и скребков с желобом у скребкового конвейера объективно более шумный узел, чем гладкий ход ленты по роликоопорам, а на зерновом транспорте шум дополнительно снижают полимерными накладками на скребках вместо металлических.
Можно ли использовать скребковый конвейер для горячего груза? Да, конвейеры с погружёнными скребками по ГОСТ 23939-79* рассчитаны на груз температурой до 200 °C - это одно из практических преимуществ закрытой конструкции короба перед открытой лентой, которая ограничена температурным диапазоном самой резины обкладки.
Определились, какой тип конвейера нужен под вашу задачу, и подбираете ленту или цепь под расчётные параметры трассы? Инженер remen.ru сверит размеры, материал и класс износостойкости под условия эксплуатации.