Инжиниринг транспортирующих машин и устройств

УДК  669.02/.09 
И20

Р е ц е н з е н т ы : 
д-р техн. наук, проф. Б.А. Романцев; 
д-р техн. наук, проф. А.С. Выскребенец 
(СКГМИ(ГТУ))

Иванов С.А.
И20  
Инжиниринг транспортирующих машин и устройств : учеб. / 
С.А. Иванов, Н.А. Чиченев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 
2018. – 392 с.
ISBN 978-5-907061-20-0

Приведены общие сведения о транспортирующих машинах и устройствах 
общего назначения. Изложены теоретические основы расчета машин непрерывного транспорта: производительность, силы сопротивления, тяговый расчет, расчет привода при передаче тягового усилия зацеплением и трением. Рассмотрены детали и узлы машин непрерывного транспорта с гибким тяговым 
органом: классификация, тяговые элементы, основные устройства, привод. 
Изложены принцип действия, назначение, области применения и конструкции 
основных видов машин непрерывного транспорта с тяговым органом (ленточные, пластинчатые, скребковые, подвесные, тележечные и другие конвейеры, 
элеваторы) и без тягового органа (винтовые конвейеры, транспортирующие 
трубы, качающиеся, роликовые и шагающие конвейеры).
Учебник предназначен для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», и преподавателей, проводящих занятия по данной дисциплине. Может быть полезен студентам других направлений подготовки, в которых рассматриваются вопросы 
механизации погрузочно-разгрузочных работ.
УДК 669.02/.09

 С.А. Иванов, 
Н.А. Чиченев, 2018
ISBN 978-5-907061-20-0
 НИТУ «МИСиС», 2018

Москва 2018

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 
 
Кафедра инжиниринга технологического оборудования

С.А. Иванов 
Н.А. Чиченев

ИНЖИНИРИНГ  
ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН  
И УСТРОЙСТВ

Учебник

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

Оглавление

Предисловие ..............................................................................................7
Введение ....................................................................................................9
Условные обозначения ............................................................................12
1. Общие сведения о транспортирующих машинах и устройствах ...14
1.1. Классификация и основные виды ................................................. 14
1.2. Характеристика транспортируемых грузов ................................. 21
1.3. Режимы работы и классы использования .................................... 26
1.4. Выбор типа транспортирующих машин и устройств ................. 29
2. Теоретические основы расчета машин  
непрерывного транспорта ......................................................................35
2.1. Производительность машин непрерывного транспорта ............ 35
2.2. Силы сопротивления движению и мощность двигателя ............ 37
2.2.1. Общие сведения ....................................................................... 37
2.2.2. Сопротивление движению на прямолинейных участках .... 38
2.2.3. Тяговый расчет машин непрерывного транспорта .............. 43
2.2.4. Мощность двигателя ............................................................... 44
2.2.5. Кинематический расчет привода ........................................... 46
2.3. Расчет привода при передаче тягового усилия трением ............. 47
2.4. Расчет привода при передаче тягового усилия зацеплением  .... 50
3. Детали и узлы машин непрерывного транспорта  
с гибким тяговым органом .....................................................................54
3.1. Классификация специальных узлов и деталей ............................ 54
3.2. Тяговые элементы ........................................................................... 55
3.2.1. Основные виды тяговых элементов ....................................... 55
3.2.2. Тяговые цепи ............................................................................ 58
3.2.3. Звездочки для тяговых цепей ................................................. 69
3.2.4. Выбор тяговой цепи ................................................................. 71
3.3. Основные устройства ..................................................................... 73
3.3.1. Ходовые опорные устройства ................................................ 73
3.3.2. Натяжные устройства .............................................................. 74
3.3.3. Загрузочные устройства .......................................................... 78
3.3.4. Разгрузочные устройства ........................................................ 79
3.3.5. Очистные и предохранительные устройства ........................ 81
4. Ленточные конвейеры .........................................................................87
4.1. Общие сведения .............................................................................. 87
4.2. Конвейерные ленты ........................................................................ 93

4.3. Роликовые опоры и барабаны ........................................................ 99
4.3.1. Основные типы роликовых опор ........................................... 99
4.3.2. Конструкция и рекомендации по выбору роликов............. 100
4.3.3. Виды барабанов и определение их диаметров ................... 104
4.4. Натяжные устройства ................................................................... 107
4.5. Загрузочные устройства ............................................................... 109
4.6. Разгрузочные устройства ..............................................................111
4.7. Опорные устройства ......................................................................114
4.8. Очистительные устройства ...........................................................116
4.9. Расчет ленточного конвейера  .......................................................117
4.10. Пример расчета ленточного конвейера .................................... 125
5. Пластинчатые конвейеры  ................................................................134
5.1. Общие сведения ............................................................................ 134
5.2. Элементы пластинчатого конвейера ........................................... 136
5.3. Расчет пластинчатых конвейеров ................................................ 140
6. Скребковые конвейеры .....................................................................147
6.1. Общие сведения ............................................................................ 147
6.2. Элементы скребковых конвейеров .............................................. 150
6.3. Расчет скребковых конвейеров порционного волочения ......... 154
6.4. Расчет скребковых конвейеров сплошного волочения ............. 159
6.4. Трубчатые скребковые конвейеры .............................................. 162
7. Скребково-ковшовые и ковшовые конвейеры ................................169
7.1. Общие сведения ............................................................................ 169
7.2. Скребково-ковшовые конвейеры ................................................. 172
7.3. Ковшовые конвейеры .................................................................... 175
8. Подвесные конвейеры ......................................................................183
8.1. Общие сведения ............................................................................ 183
8.2. Основные параметры грузонесущих и грузотолкающих 
конвейеров ............................................................................................. 187
8.3. Элементы подвесных конвейеров ............................................... 191
8.4. Расчет подвесных конвейеров ..................................................... 210
9. Тележечные грузонесущие конвейеры ............................................220
9.1. Общие сведения ............................................................................ 220
9.2. Горизонтально замкнутые тележечные конвейеры ................... 223
9.2.1. Основные виды горизонтально  
замкнутых конвейеров ..................................................................... 223
9.2.2. Горизонтально замкнутые конвейеры 
для литейных форм .......................................................................... 226
9.2.3. Элементы горизонтально замкнутых конвейеров ............. 229

9.3. Вертикально замкнутые тележечные конвейеры ...................... 232
9.3.1. Устройство вертикально замкнутых конвейеров ............... 232
9.3.2. Элементы вертикально замкнутых конвейеров ................. 235
9.4. Расчет тележечных конвейеров ................................................... 237
9.4.1. Расчет вертикально замкнутых конвейеров........................ 237
9.4.2. Расчет горизонтально замкнутых конвейеров .................... 239
10. Грузоведущие и шагающие конвейеры .........................................244
10.1. Общие сведения .......................................................................... 244
10.2. Замкнутые грузоведущие цепные конвейеры .......................... 248
10.2.1. Принцип действия  .............................................................. 248
10.2.2. Цепные конвейерные поды нагревательных печей  ........ 250
10.3. Штанговые конвейеры ................................................................ 256
10.4. Шагающие конвейеры ................................................................ 259
10.4.1. Принцип действия ............................................................... 259
10.4.2. Шагающий конвейер нагревательной печи ...................... 262
11. Элеваторы ........................................................................................267
11.1. Общие сведения ........................................................................... 267
11.2. Ковшовые элеваторы................................................................... 271
11.2.1. Общие сведения и устройство ковшовых элеваторов ..... 271
11.2.2. Конструкции ковшей ........................................................... 274
11.2.3. Основные типы вертикальных ковшовых элеваторов ..... 277
11.2.4. Тяговые элементы ковшовых элеваторов .......................... 281
11.2.5. Способы наполнения и разгрузки ковшей ........................ 284
11.2.6. Расчет ковшового элеватора ............................................... 289
11.3. Полочные элеваторы ................................................................... 294
11.3.1. Общие сведения и устройство полочных элеваторов ...... 294
11.3.2. Расчет полочных элеваторов ............................................... 297
11.4. Люлечные элеваторы .................................................................. 302
11.4.1. Общие сведения и устройство люлечных элеваторов ..... 302
11.4.2. Расчет люлечных элеваторов .............................................. 303
12. Винтовые конвейеры и транспортирующие трубы .....................308
12.1. Общие сведения .......................................................................... 308
12.2. Горизонтальные винтовые конвейеры ...................................... 312
12.2.1. Устройство горизонтальных винтовых конвейеров ........ 312
12.2.2. Основные параметры горизонтальных винтовых 
конвейеров ........................................................................................ 315
12.2.3. Расчет горизонтальных винтовых конвейеров ................. 317
12.3. Вертикальные винтовые конвейеры ......................................... 321
12.3.1. Общие сведения ................................................................... 321

12.3.2. Расчет вертикального винтового конвейера ..................... 323
12.4. Транспортирующие трубы ......................................................... 326
12.4.1. Общие сведения ................................................................... 326
12.4.2. Расчет транспортирующих труб ........................................ 328
13. Качающиеся конвейеры ..................................................................335
13.1. Общие сведения .......................................................................... 335
13.1.1. Классификация качающихся конвейеров .......................... 335
13.1.2. Режимы работы качающихся конвейеров ......................... 337
13.2. Инерционные конвейеры ........................................................... 340
13.2.1. Конвейеры с постоянным давлением груза  
на дно желоба ................................................................................... 340
13.2.2. Конвейеры с переменным давлением груза  
на дно желоба ................................................................................... 343
13.3. Вибрационные конвейеры.......................................................... 346
13.3.1. Основные типы вибрационных конвейеров ..................... 346
13.3.2. Устройство горизонтальных  
вибрационных конвейеров .............................................................. 348
13.3.3. Элементы вибрационных конвейеров ............................... 352
13.3.4. Вертикальные вибрационные конвейеры ......................... 361
13.3.5. Расчет вибрационных конвейеров ..................................... 362
14. Роликовые конвейеры .....................................................................368
14.1. Общие сведения .......................................................................... 368
14.2. Неприводные роликовые конвейеры ........................................ 370
14.2.1. Устройство и основные параметры ................................... 370
14.2.2. Расчет неприводного роликового конвейера .................... 375
14.3. Приводные роликовые конвейеры ............................................ 380
14.3.1. Устройство и основные параметры ................................... 380
14.3.2. Расчет приводного роликового конвейера ........................ 384
Заключение ........................................................................................... 389
Библиографический список ................................................................ 390

Предисловие

Дисциплина «Инжиниринг транспортирующих машин и устройств» 
относится к обязательным дисциплинам вариативной части основной образовательной программы (ОПОП) подготовки бакалавров всех 
профилей направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование». Она имеет практико-ориентированную направленность и 
предназначена для приобретения студентами компетенций в области 
эксплуатации и ремонта технологического оборудования. 
Дисциплина находится в середине профессиональной подготовки 
бакалавров по данному направлению, а полученные при ее изучении 
знания, умения и навыки используются при выполнении выпускной 
квалификационной работы, а также при изучении последующих профессиональных дисциплин (надежность технологических машин, 
эксплуатация технологического оборудования и др.). 
Для полноценного освоения учебного материала по дисциплине 
студент должен использовать знания, полученные при изучении следующих дисциплин: математика (дифференциальное и интегральное 
исчисление, теория вероятностей и математическая статистика), механика (теоретическая механика, сопротивление материалов, теория 
механизмов и машин, детали машин), технология машиностроения, 
взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения, автоматизированное проектирование машин, инжиниринг грузоподъемных машин и устройств.
Цель данной дисциплины – предоставление знаний по принципам 
действия, режимам работы, конструкции, назначению и области применения транспортирующих машин и устройств, используемых в различных отраслях промышленности для погрузки, разгрузки, перемещения, подачи, дозировки, хранения, складирования и других операций 
с сыпучими (магнитными и немагнитными) и штучными материалами.
Задачами дисциплины является научить:
 – правильно определять режимы работы, назначение и основные 
параметры транспортирующих машин и устройств;
 – выполнять расчеты деталей и узлов транспортирующих машин и 
устройств с учетом их режима работы и необходимого срока службы;
 – выбирать необходимые машины и устройства для выполнения 
транспортирующих операций на производстве.
Дисциплина вносит вклад в формирование следующих результатов обучения. 

Знать:
 – назначение, область применения, режимы работы и методику определения основных параметров транспортирующих машин и устройств;
 – основные положения по конструированию и расчету механизмов 
и деталей транспортирующих машин и устройств;
 – устройство, принцип работы и конструктивные особенности 
транспортирующих машин и устройств общего назначения;
 – методические, нормативные и руководящие материалы, касающиеся выполняемой работы.
Уметь:
 – выбирать тип и основные параметры транспортирующих машин и 
устройств для выполнения транспортирующих операций на производстве;
 – выполнять расчеты деталей и механизмов транспортирующих 
машин и устройств с использованием стандартных пакетов прикладных программ и систем автоматизированного проектирования; 
 – осуществлять работы по проектированию и эксплуатации транспортирующих машин и устройств общего назначения;
 – использовать необходимую нормативно-техническую документацию, справочную литературу и методические рекомендации, касающиеся выполняемой работы.
Владеть:
 – навыками определения типа и основных параметров транспортирующих машин и устройств, предназначенных для выполнения 
транспортирующих операций на производстве;
 – методами расчета деталей и механизмов транспортирующих машин и устройств с использованием стандартных пакетов прикладных 
программ и систем автоматизированного проектирования;
 – методикой 
проектирования 
транспортирующих 
машин 
и 
устройств общего назначения;
 – навыками подготовки отчетов по выполненным расчетно-графическим работам с использованием необходимой нормативно-технической 
документации, справочной литературы и методических рекомендаций.
В основу настоящего учебника положены лекции, которые в течение более 15 лет читались в НИТУ «МИСиС» на кафедре инжиниринга технологического оборудования для студентов, специализирующихся в области разработки и эксплуатации металлургического 
оборудования. Содержание учебника соответствует образовательному 
стандарту НИТУ «МИСиС» подготовки бакалавров по направлению 
15.03.02 «Технологические машины и оборудование». 

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности технологических процессов промышленного производства в существенной степени зависит от рационального использования различного подъемно-транспортного оборудования, начиная от подачи сырья и кончая выдачей и отправкой готовой 
продукции. В соответствии с принципом действия и функциями, выполняемыми подъемно-транспортными машинами, их разделяют на 
две основные группы: периодического действия (в основном это грузоподъемные машины и устройства) и непрерывного действия (транспортирующие машины и устройства). 
Характерной особенностью машин периодического действия является цикличность работы и подача грузов порциями, которые соответствую грузоподъемности рабочих органов, несущих транспортируемый груз по произвольной пространственной трассе. Обычно работа 
таких машин осуществляется попеременно возвратным движением 
рабочего органа: в одном направлении – с грузом, в обратном – без 
груза. К транспортирующим машинам периодического действия относят рельсовый и безрельсовый наземный внутризаводской транспорт (тележки, автокары, погрузчики, промышленные роботы и др.). 
Характерной особенностью машин непрерывного действия является перемещение грузов непрерывным потоком по одной строго 
определенной трассе. Транспортируемый груз (обычно насыпной) 
располагается на рабочем органе сплошной непрерывной массой или 
отдельными порциями в рабочих сосудах (коробках, ковшах и т.п.), 
движущихся последовательно; загрузка и разгрузка таких машин происходят во время их движения. К транспортирующим машинам непрерывного действия с тяговым органом относят машины, в которых 
грузонесущим и тяговым элементом служат ленты, цепи или канаты. 
Груз непрерывным потоком перемещается на тяговом элементе или 
на прикрепленных к нему устройствах. К транспортирующим машинам непрерывного действия без тягового органа относят роликовые, 
винтовые и качающиеся конвейеры, гравитационные устройства, а 
также пневматический и гидравлический транспорт.
В данном учебнике описаны принцип действия, назначение, область применения, конструкции и основы расчета машин непрерывного транспорта, преимущественно общего назначения. Специальные 
транспортирующие машины и устройства, такие как автомобильный 
и железнодорожный транспорт, здесь не рассматриваются, так как 

они излагаются в других специальных курсах. По этим же причинам 
опущены вопросы расчета и проектирования установок пневматического и гидравлического транспорта.
Транспортирующие машины и устройства являются одним из важнейших средств механизации работ во всех отраслях народного хозяйства – в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельскохозяйственном производстве и др. Они также применяются для 
перемещения грузов и людей в вертикальном, горизонтальном и наклонном направлениях.
Характер и специфические особенности производственного процесса, род и физико-механические свойства перемещаемых грузов 
определяют тип и конструкцию применяемых транспортирующих машин и устройств. При этом необходимо учитывать комплексность механизации погрузочно-разгрузочных операций на всех этапах производственного процесса, условия сохранности перемещаемых грузов, 
соответствие производительностей транспортных и технологических 
операций, создание благоприятных условий труда для обслуживающего персонала и др. Выполнение этих требований в разных отраслях 
производства привело к созданию различных типов транспортирующих машин и устройств.
Правильный выбор транспортирующих машин и устройств является важным фактором обеспечения нормальной работы и высокой 
эффективности производства. Невозможно обеспечить устойчивый 
ритм производства при современном уровне его интенсификации без 
согласованной и безотказной работы средств механизации транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования. 
Наличие большого количества конструктивных типов транспортирующих машин и устройств вызвано как разнообразием видов и 
свойств перемещаемых грузов (сыпучие материалы, штучные грузы, 
жидкости), способов их перемещения, так и различных технологических процессов. Многообразие моделей является помехой для организации крупносерийного производства и усложняет их техническое 
обслуживание и эксплуатацию. Поэтому число типоразмеров транспортирующих машин и устройств ограничивают на основе стандартизации и нормализации отдельных элементов, что создает предпосылки для укрупнения и централизации их производства, а также для 
ускоренной разработки рядов машин различного назначения, собираемых из нормализованных деталей и узлов. Использование тако

го подхода привело к модульному принципу создания конструкций 
транспортирующих машин и устройств.
В настоящее время производство транспортирующих машин и 
устройств основано на принципе блочных унифицированных конструкций, состоящих из отдельных относительно самостоятельных 
узлов-блоков, собранных между собой посредством разъемных соединений. К таким конструктивным блокам относятся унифицированные узлы металлоконструкций, двигатели, редукторы, муфты, 
тормоза, тяговые элементы, натяжные, загрузочные и разгрузочные 
устройства и др.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Π
производительность
А
площадь
a
амплитуда, размер частиц насыпного груза
В, b
ширина 
C
жесткость колебательной системы
D, d
диаметр
Е
модуль упругости материала при сжатии, энергия
е
основание натурального логарифма 
f 
коэффициент трения скольжения
F
сила
g
ускорение свободного падения
G
вес 
I
момент инерции (статический)
i
число (прокладок, слоев и др.)
J
момент инерции (динамический)
j
ускорение, замедление
H, h
высота
K, k
коэффициент (общее обозначение)
L, l
длина
М
момент, масса штучного груза 
m
масса 
n
частота вращения 
Р
мощность 
p
шаг (цепи, ковшей, полок и др.)
Q
грузоподъемность
q
линейная (погонная) сила тяжести
R, r
радиус 
S
коэффициент запаса прочности
s
расстояние, перемещение, ход
Т
крутящий момент, период времени
t
время, период 
u
передаточное число 
V
объем, емкость 
υ
скорость
W
сила сопротивления движению 
w
коэффициент сопротивления движению 
x, y, z
декартовы координаты
Z, z
количество (роликов, зубьев, ковшей и др.)
α, β, γ
угол 
α
угол обхвата, подъема винтовой линии
β
угол наклона конвейера, трубы, колебаний желоба, наклона стоек

δ
толщина (стенки, прокладки, рессоры), относительное удлинение
ε
относительная деформация, угловое ускорение
η
КПД (коэффициент полезного действия)
θ
угол поворота под опорой
λ
угол наклона 
μ
коэффициент трения качения
ν
частота
ξ
коэффициент жесткости тягового органа
ρ
плотность насыпного груза, угол трения
σ
нормальное напряжение
τ
касательное напряжение
φ
угол трения, фазовый угол колебаний
ψ
коэффициент заполнения сосуда
ω
угловая скорость 
Г
коэффициент режима работы качающегося конвейера

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
О ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИНАХ 
И УСТРОЙСТВАХ

1.1. Классификация и основные виды

Транспортирующие машины и устройства (ТМУ) являются составной частью производственного процесса предприятия и основными средствами комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и складских операций.
Высокая эффективность ТМУ обеспечивается следующими факторами:
 – непрерывность процесса перемещения;
 – отсутствие остановок для загрузки или разгрузки;
 – совмещение рабочего и обратного хода грузонесущего элемента.
По территориальному признаку ТМУ подразделяются на внешние и внутренние (внутризаводские). Внешние ТМУ предназначены: 
1) для доставки на предприятие сырья, топлива, полуфабрикатов, готовых изделий и других материалов; 2) вывоза с предприятия готовой 
продукции и отходов. Внутренние ТМУ (внутризаводской транспорт) 
разделяют на межцеховые и внутрицеховые. Выбор средства межцехового транспортирования определяется масштабом и типом производства. Рациональным решением является объединение межцехового и внутрицехового транспортирования, исключая промежуточные 
перегрузки. Наиболее целесообразным является широкое использование автоматических линий, объединяющих процесс перемещения 
и технологические операции с изделиями (закалка, отпуск, очистка, 
охлаждение, окраска, сушка, упаковка и др.). 
Классификация транспортирующих машин и устройств непрерывного действия представлена на рис. 1.1. 
Транспортирующие машины и устройства классифицируют по 
различным признакам: по области применения, по способу передачи 
грузу движущей силы, по характеру приложения движущей силы, по 
роду перемещаемых грузов и др.
По области применения:
 – общего назначения – применяются в различных отраслях промышленности (ленточные конвейеры, элеваторы и др.);
 – специальные – применяются в какой-либо отрасли.