Общее описание конструкции. Расчет пластинчатого конвейера: ширины полотна конвейера, а также нагрузок на транспортную цепь. Расчет и выбор электродвигателя, редуктора, тяговой цепи, натяжного устройства, подшипников, тормозного устройства, звездочек.
Аннотация к работе
Коэффициент K? определяем по формуле: (2.2) Погонную нагрузку от собственного веса движущихся частей (полотна с цепями) определяем по формуле: Н/м, (2.5) Расчетное усилие в цепи определяем по формуле: Н, (3.7) где Sдин - динамическая нагрузка на цепи. Динамическую нагрузку на цепи определяем по формуле: Н, (3.8) где y = 1.0 - коэффициент, учитывающий уменьшение приведенной массы движущихся частей конвейера, выбирается согласно при L > 60 м. Момент инерции движущихся масс конвейера, приведенный к валу двигателя определяем по формуле: H м с2, (3.16) где Ір.м - момент инерции ротора электродвигателя и втулочно-пальцевой муфты, определяется по формуле: H м с2, (3.17) где Ім = 0.0675 - момент инерции втулочно-пальцевой муфты.
Введение
Пластинчатые конвейеры предназначены для перемещения в горизонтальной плоскости или с небольшим наклоном (до 35 град) тяжелых (500 кг и более) штучных грузов, крупнокусковых, в т.ч. острокромчатых материалов, а также грузов, нагретых до высокой температуры. Пластинчатые конвейеры, стационарные или передвижные имеют те же основные узлы, что и ленточные.
Грузонесущий орган - металлический, реже деревянный, пластмассовый настил-полотно, состоящий из отдельных пластин, прикрепленных к 1 или 2 тяговым цепям (втулочно-роликовым). Настил может быть плоским, волнистым или коробчатого сечения, без бортов или с бортами. Тяговые цепи огибают приводные и натяжные звездочки, установленные на концах рамы. Различают пластинчатые конвейеры общего назначения (основной тип) и специальные Для увеличения производительности конвейеры с плоским настилом дополняют неподвижными бортами. Типовые пластинчатые конвейеры имеют производительностью до 2000 т/ч. Отдельный вид пластинчатых конвейеров, получивший наибольшее распространение в России в последние 15-20 лет, это конвейер с модульной лентой. Лента может быть как пластиковой, так и стальной. Широкий спектр выпускаемых лент определяет и большой диапазон их применения: от межоперационного транспорта и подачи продукта непосредственно до станка, до применения в пищевой промышленности, а также в сфере торговли.
Основные сборочные единицы пластинчатого конвейера: пластинчатое полотно, ходовые ролики, тяговый орган и натяжное устройство. Пластины полотна, имеющие в поперечном сечении прямоугольную или трапецеидальную форму, выполняют штампованными; толщина пластин для транспортирования угля 3-4 мм, для крупнокусковой скальной горной породы массы 6-8 мм. Ходовые ролики крепят к пластинам c помощью коротких консольных или сквозных осей. B качестве тягового органа, на котором закреплены пластины, применяют 1 или 2 пластинчатые или круглозвенные цепи. Изгибающийся конвейер имеет одну круглозвенную цепь. Приводная концевая станция включает электродвигатель, муфту, редуктор и приводной вал c ведущей звездочкой.
Возможна установка промежуточных приводов гусеничного типа, y которых на приводной цепи закреплены кулаки, взаимодействующие co звеньями тяговой цепи конвейера. Натяжное устройство, обычно расположено в хвостовой части конвейера. Достоинства пластинчатого конвейера: возможность транспортирования абразивной горной массы по криволинейной трассе с малыми радиусами закруглений; меньшие сопротивления перемещению и расход энергии, чем в скребковых конвейерах; возможность установки промежуточных приводов, что позволяет увеличить длину конвейера в одном составе.
Недостатки: высокая металлоемкость, сложная конструкция пластинчатого полотна и трудность его очистки от остатков влажной и липкой горной массы, деформация пластин в процессе эксплуатации, что вызывает просыпание мелких фракций.
2. Расчет пластинчатого конвейера
2.1 Определение ширины конвейера
Для расчета принимаем конвейер с волнистым полотном с бортами.
Ширину конвейера определяем по формуле: м, (2.1) где Q = 850 т/час - производительность конвейера;
j = 45о - угол естественного откоса груза в покое;
h = 0.16 м - высота бортов полотна, выбираем из номинального ряда;
y = 0.7 - коэффициент использования высоты бортов
Коэффициент K? определяем по формуле:
(2.2)
= b =10о - угол наклона конвейера.
Подставляем полученные значения в формулу (1.1) м.
Для транспортируемого материала, содержащего крупные куски до 10% общего груза должно выполняться условие: мм (2.3) amax = 80 мм - наибольший размер крупных кусков. мм.
Условие выполняется.
Окончательно выбираем ширину полотна из номинального ряда B = 400 мм
2.2 Определение нагрузок на транспортную цепь
Предварительно принимаем в качестве тягового органа конвейера пластинчатую цепь типа ПВК (ГОСТ 588-81).
Погонную нагрузку от транспортируемого груза определяем по формуле: (2.4)
Погонную нагрузку от собственного веса движущихся частей (полотна с цепями) определяем по формуле: Н/м, (2.5)
A = 50 - коэффициент, принимаемый в зависимости от ширины полотна вида груза
Н/м.
Минимальное натяжение цепей для данного конвейера может быть в точках 1 или 3 (рис. 1). Минимальное натяжение будет в точке 3 если будет соблюдаться условие: Н, (2.6) w = 0.08 - коэффициент сопротивления движению ходовой части на прямолинейных участках
Условие не выполняется, следовательно минимальное натяжение будет в точке 1.
Принимаем минимальное натяжение цепей Smin = S1 = 1500 Н. Методом обхода по контуру по ходу полотна определяем натяжения в точках 1..6 (рис. 1) по методике, аналогичной [1].
Н.
Н.
Н, k = 1.06 - коэффициент увеличения натяжения цепи при огибании звездочки
Н, Н.
Рисунок 2. Диаграмма натяжения тягового органа
3. Расчет элементов конвейера
3.1 Расчет и подбор электродвигателя
Тяговое усилие привода определяю по формуле: Н, (3.1) где k = 1.06 - коэффициент увеличения натяжения цепи при огибании звездочки
Н
Установочную мощность электродвигателя определяю по формуле: КВТ, (3.2) где h = 0.95 - КПД привода кз = 1.1 - коэффициент запаса мощности
КВТ
Принимаем электродвигатель с повышенным пусковым моментом серии 4А тип двигателя - ЧАР200L6УЗ;
мощность N = 30 КВТ;
частота вращения nдв = 975 об/мин;
маховый момент GD2 = 1.81 кг м2;
масса m = 280 кг. присоединительный диаметр вала d = 55 мм.
3.2 Расчет и выбор редуктора
Делительный диаметр приводных звездочек определяем по формуле: (3.3) где t - шаг приводной цепи;
z - число зубьев звездочки;
Предварительно принимаем t = 0.2 м и z = 6. м.
Частоту вращения звездочек определяем по формуле: об/мин. (3.4) об/мин.
Передаточное число редуктора определяем по формуле:
(3.5)
U
Крутящий момент на выходном валу редуктора определяем по формуле: Нм. (3.6)
М
Исходя из выше определенных величин принимаем двухступенчатый цилиндрический редуктор тип редуктора - 1Ц2У-250;
передаточное число u = 25;
номинальный крутящий момент на выходном валу при тяжелом режиме Мкр = 6300 Нм;
масса m = 320 кг.
Входной и выходной валы имеют конические присоединительные концы под муфты (рис. 3), их основные размеры приведены в таблице 1.
Рисунок 3. Схема насаживания деталей на вал.
Таблица 1. Геометрические параметры валов d, мм L, мм L1, мм d1
Входной вал 40 110 82 М24 х 2.0
Выходной вал 90 170 130 М64 х 4.0
3.3 Расчет и подбор тяговой цепи
Расчетное усилие в цепи определяем по формуле: Н, (3.7) где Sдин - динамическая нагрузка на цепи.
Динамическую нагрузку на цепи определяем по формуле: Н, (3.8) где y = 1.0 - коэффициент, учитывающий уменьшение приведенной массы движущихся частей конвейера, выбирается согласно при L > 60 м.
Н.
Подставляя найденные значения в формулу (3.7) получаем: Н.
Разрывное усилие цепи определяем по формуле: Н (3.9)
Исходя из выше определенных величин принимаем пластинчатую цепь тип цепи - М450 (ГОСТ 588-81);
шаг цепи t = 200 мм;
разрывное усилие Sразр. = 450 КН.
Для проверки цепи на прочность произведем расчет нагрузки на цепь в момент пуска конвейера.
Максимальное усилие в цепи при пуске конвейера определяем по формуле: Н, (3.10) где Sд.п - динамическое усилие цепи при пуске.
Динамическое усилие цепи при пуске определяем по формуле
Н, (3.11) где mk - приведенная масса движущихся частей конвейера;
e - угловое ускорение вала электродвигателя.
Приведенную массу движущихся частей конвейера определяю по формуле кг, (3.12) где ky = 0.9 - коэффициент, учитывающий упругое удлинение цепей ku = 0.6 - коэффициент, учитывающий уменьшение средней скорости вращающихся масс по сравнению со средней скоростью.
Gu = 1500 кгс - вес вращающихся частей конвейера (без привода), принимаем согласно кг.
Угловое ускорение вала электродвигателя определяем по формуле: рад/с2, (3.13)
где Іпр - момент инерции движущихся масс конвейера, приведенный к валу двигателя.
Мп.ср - определяется по формуле: H м, (3.14)
Мп.ст - определяется по формуле: H м, (3.15)
Момент инерции движущихся масс конвейера, приведенный к валу двигателя определяем по формуле: H м с2, (3.16) где Ір.м - момент инерции ротора электродвигателя и втулочно-пальцевой муфты, определяется по формуле: H м с2, (3.17) где Ім = 0.0675 - момент инерции втулочно-пальцевой муфты.
Подставляя значения в формулы 3.10… 3.17 получаем максимальное усилие в цепи при пуске конвейера.
H м с2
H м с2 рад/с2
Н
Н
3.4 Расчет натяжного устройства
Принимаем натяжное устройство винтового типа.
Величина хода натяжного устройства зависит от шага цепи и определяется по формуле м (3.18)
L
Общую длину винта принимаем Lоб = L 0.4 = 0.8 м.
Принимаем материал для винта - сталь 45 с допускаемым напряжением на срез ?ср = 100 Н/мм2 и пределом текучести ST = 320 Н/мм2. Тип резьбы выбираю прямоугольный (ГОСТ 10177-82).
Принимаем материал для гайки - бронзу Бр. АЖ9-4 с допускаемым напряжением на срез ?ср = 30 Н/мм2, на смятие ?см = 60 Н/мм2, на разрыв SP = 48 Н/мм2. Тип резьбы тот же.
Средний диаметр резьбы винта определяем по формуле: мм, (3.19) где y = 2 - отношение высоты гайки к среднему диаметру
[p] = 10 Н/мм2 - допускаемое напряжение в резьбе, зависящее от трущихся материалов, при трении стали по бронзе [p] = 8…12 Н/мм2;
K = 1.3 - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки натяжных витков мм
Внутренний диаметр резьбы определяем по формуле: мм, (3.20)
Учитывая, что длина винта большая и требуется большая устойчивость, принимаем d1 = 36 мм.
Шаг резьбы определяем по формуле: мм (3.21)
Уточненное значение среднего диаметра резьбы определяем по формуле: мм (3.22)
Наружный диаметр резьбы определяем по формуле: мм (3.23)
Угол подъема резьбы определяем по формуле:
(3.24)
Производим проверку надежности самоторможения, для чего должно выполняться условие: , (3.25) где f = 0.1 - коэффициент трения стали по бронзе.
. Условие выполняется.
Производим проверку на устойчивость.
, (3.26) где j - коэффициент скольжения допускаемых напряжений сжатия, при расчете на устойчивость определяется как функция гибкости винта (l).
[s-1P] - допускаемое напряжение сжатия.
Допускаемое напряжение сжатия определяем по формуле: Н/мм2, (3.27)
Гибкость винта определяем по формуле:
, (3.28) где m =2 - коэффициент приведенной длины
По известной гибкости винта нахожу j = 0.22. Подставляем полученные данные в условие 2.26: .
Условие выполняется.
Так как винт работает на растяжение, то проверку на устойчивость производить не обязательно.
Производим проверку винта на прочность, условие прочности: , (3.29) где (определено выше);
M1 - момент трения в резьбе (Н мм);
M2 - момент трения в пяте (упоре) (Н мм)
Момент трения в резьбе определяем по формуле: Н м (3.30)
Момент трения в пяте определяю по формуле: Н мм, (3.31)
где dn = 20 мм - диаметр пяты, принимается меньше d1.
Н мм.
Подставляем полученные данные в условие 3.29: . Условие выполняется.
Высоту гайки определяем по формуле: мм (3.32)
Количество витков резьбы в гайке определяем по формуле:
(3.33)
Производим проверку прочности резьбы гайки на срез, условие прочности:
?ср = .
Условие выполняется
3.5 Расчет валов
Приводной вал
В качестве материала вала принимаем сталь 45, предел прочности SB = 730 Н/мм2, пределы выносливости: s -1 = 0.43SB = 314 Н/мм2, t -1 = 0.58 s -1 = 182 Н/мм2
Ориентировочный минимальный диаметр вала определяю из расчета только на кручение по формуле: мм, (3.34) где M = 5085 Нм - крутящий момент на валу
= 25 Н/мм2 - допускаемое напряжение на кручение для стали 45 мм.
Из стандартного ряда (ГОСТ 6636-69 R40) выбираем ближайшее значение диаметра dпв = 100 мм. Принимаем этот диаметр под подшипники. Под крепление приводных звездочек принимаем диаметр d = 120 мм. Ширину ступицы приводной звездочки определяем исходя из необходимой длины шпонки для передачи вращающего момента.
Длину шпонки определяем из условия смятия и прочности: , (3.35) где l - длина шпонки, мм;
d - диаметр вала в месте установки шпонки, мм;
h, b, t1, - размеры поперечного сечения шпонки, мм
[s]см - допустимое напряжение смятия, для стальных ступиц 100-120 Н/мм2.
Также, исходя из условия 3.35 определяем параметры шпонки для присоединительного конца вала, диаметр которого принимаем d = 95 мм и длину l = 115 мм. Значения всех геометрических размеров шпонок заносим в таблицу 2.
Таблица 2. Геометрические параметры валов d, мм l, мм h, мм t1, мм b, мм
Приводные звездочки 120 180 18 11 32
Присоединительный конец вала 95 115* 16 10 28
* Применяем две шпонки, расположенные под углом 180о.
Исходя из длины шпонок под приводные звездочки, длину ступиц последних выбираем lct = 200 мм.
Расчетная схема приводного вала и эпюра изгибающих моментов имеет вид
Рисунок 4.эпюры моментов где R1 и R2 - реакции опор в подшипниках, Н;
P - нагрузка на звездочки, определяется по формуле:
Н. (3.36)
В связи с симметричностью схемы и нагрузок реакции опор
R1 = R2 = P = 13495 Н.
Вал натяжного устройства
Расчет производим аналогично п. 2.5.1.
В качестве материала вала принимаем сталь 45 (диаметр заготовки более 100 мм), предел прочности SB = 730 Н/мм2, пределы выносливости: s -1 = 0.43SB = 314 Н/мм2, t -1 = 0.58 s -1 = 182 Н/мм2
Диаметр вала конструктивно принимаем 0.8 от диаметра приводного вала d = 80 мм
Расчетная схема вала аналогична рис. 4.
Н.
Принимаем этот диаметр под подшипники. Под крепление приводных звездочек принимаем диаметр d = 100 мм. Ширину ступицы приводной звездочки принимаем конструктивно.
3.6 Выбор подшипников
Так как при монтаже на раме конвейера отдельно стоящих корпусов подшипников имеет место нарушение их соосности и перекос вала выбираем шарикоподшипники радиальные сферические двухрядные 1320 (ГОСТ 5720-75 и 8545-75) со следующими параметрами: d = 100 мм (внутренний диаметр)
D = 215 мм (наружный диаметр)
B = 47 мм (ширина)
C = 113 КН (Динамическая грузоподъемность)
Проверяем подшипники по долговечности, которую определяю по формуле: ч, (3.37) где n = 39 об/мин - частота вращения вала;
Рэ - эквивалентная нагрузка на подшипник, при условии отсутствия осевых нагрузок определяется по формуле: Н, (3.38) где V = 1 - коэффициент, учитывающий вращение колец
KT = 1 - температурный коэффициент
Ks = 2.0 - коэффициент нагрузки
Н ч. Долговечность достаточна
Так как при монтаже на раме конвейера отдельно стоящих корпусов подшипников имеет место нарушение их соосности и перекос вала выбираю шарикоподшипники радиальные сферические двухрядные 1218 (ГОСТ 5720-75 и 8545-75) со следующими параметрами: d = 800 мм (внутренний диаметр)
D = 160 мм (наружный диаметр)
B = 30 мм (ширина)
C = 44.7 КН (Динамическая грузоподъемность)
Н ч. Долговечность достаточная.
По произведенным расчетам определяем, что подшипники будут работать в течении всего срока эксплуатации.
3.7 Расчет и выбор тормозного устройства и муфт
При отключении конвейера в нагруженном состоянии из за наклона части конвейера вес груза создаст усилие, направленное в сторону противоположную движению полотна. Это усилие определяем по формуле
Н. (3.39)
H.
Отрицательный значение силы означает, что сила трения элементов конвейера выше силы скатывания груза, а следовательно нет необходимости в применении тормозного устройства.
Для передачи момента от электродвигателя ко входному валу редуктора принимаем упругую втулочно-пальцевую муфту типа МУВП (ГОСТ 21424-75) с расточками полумуфт под вал двигателя (dдв = 55 мм) и под входной вал редуктора (конусная расточка dp1 = 40 мм).
Момент подводимый к валу электродвигателя равен отношению момента на выходном валу редуктора к передаточному числу редуктора Мдв = 203.4 Нм.
С учетом запаса и габаритных размеров принимаем муфту с номинальным крутящим моментом Мкр = 500 Нм, при этом максимальный (габаритный) диаметр муфты D = 170 мм, максимальная длинна L = 225 мм, количество пальцев n = 8, длинна пальца l = 66 мм, присоединительная резьба пальца М10.
Для передачи момента от выходного вала редуктора к приводному валу принимаю зубчатую муфту типа МЗ (ГОСТ 5006-83) с конусной расточкой (исполнение К dp2 = 90 мм) для присоединения к выходному валу редуктора. Расточка муфты для присоединения к приводному валу цилиндрическая d = 95 мм с двумя шпоночными канавками.
Выбираем муфту с номинальным крутящим моментом Мкр = 19000 Нм.
3.8 Расчет звездочек
Известные данные для расчета: делительный диаметр звездочек de = 400 мм;
количество зубьев z = 6;
шаг зубьев t = 200 мм. диаметр роликов цепи Dц = 120 мм.
Диаметр наружной окружности определяем по формуле: мм, (3.40) где К=0.7 - коэффициент высоты зуба мм.
Диаметр окружности впадин определяем по формуле: мм, (3.41)
Смещение центров дуг впадин определяем по формуле: e = 0.01. 0.05 t = 8 мм. (3.42)
Радиус впадин зубьев определяем по формуле: r = 0.5 (Dц - 0.05t) = 50 мм. (3.44)
Радиус закругления головки зуба определяем по формуле: мм. (3.45)
Высоту прямолинейного участка профиля зуба определяю по формуле: мм. (3.46)
Ширину зуба определяю по формуле: bf = 0.9 (50 - 10) - 1 = 35 мм. (3.47)
Ширину вершины зуба определяю по формуле: b = 0.6bf = 21 мм. (3.48)
Диаметр венца определяю по формуле: мм, (3.49) где d5 = 150 мм - диаметр реборды катка цепи;
h = 70 мм - ширина пластины цепи. мм.
3.9 Расчет конструктивных элементов конвейера
В качестве несущей опоры для катков цепи выбираем швеллер 12 по ГОСТ 8240-89 с моментом сопротивления изгибу Wx = 8.52 см3. Несущий швеллер опирается на сварные рамы, определяем расстояние между рамами: Максимально допустимый изгибающий момент для швеллера 12 определяем по формуле: Нм. (3.50)
С учетом того, что вся нагрузка распределяется на два швеллера максимальную длину пролета определяем по формуле м. (3.51)
Радиус изгиба на переходе конвейера из наклонного участка в горизонтальный, исходя из шага цепи, принимаем R = 3 м.
Вывод
пластинчатый конвейер подшипник электродвигатель
Выполнив курсовой проект мы спроектировали цепной, пластинчатый конвейер со следующими параметрами: Производительность Q =850 т/час;
Скорость движения полотна u = 1,5 м/с;
Длина конвейера l = 90 м;
Длина горизонтального участка lг = 25 м;
Угол наклона конвейера ? = 10 o;
Плотность транспортируемого груза r = 2,7 т/м3
Также рассчитали его основные элементы, проверили их на прочность и на долговечность.
Список литературы
1. Барышев А.И., Стеблянко В.Г., Хомичук В.А. Механизация ПРТС работ. Курсовое и дипломное проектирование транспортирующих машин: Учебное пособие/ Под общей редакцией А.И. Барышева - Донецк: ДОНГУЭТ, 2003 - 471 с., ил.
2. Барышев А.И., Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ в пищевой промышленности. Часть 2. Транспортирующие машины. - Донецк: ДОНГУЭТ, 2000 - 145 с.
3. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин, М.: Машиностроение, 1979. - 351 с.
4. Ануфриев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя в трех томах, М.: Машиностроение, 2001.
5. Яблоков Б.В., Белов С.В Методические указания к курсовому проекту по подъемно-транспортным устройствам (пластинчатые конвейеры), Иваново, 2002 г.