Расчет и проектирование машин непрерывного транспорта, входящих в систему механизации
Расчет и проектирование машин непрерывного транспорта, входящих в
систему механизации
1. Общие указания
1.1
Определение параметров машины непрерывного действия
непрерывный
конвейер ленточный барабан
К основным
параметрам машины непрерывного действия относят: производительность машины;
длину транспортирования; конфигурацию трассы и т.д.
Чтобы определить параметры машины
непрерывного транспорта (НТ) и составить ее техническую характеристику
необходимо обратится к схеме механизации ПРТС работ и уточнить в какой части
схемы механизации установлена проектируемая машина (прием груза, отправление
груза со склада и т.д.).
Производительность проектируемой
машины непрерывного действия принимается из расчета системы механизации СО ПРТС
работ (с учетом той операции, где задействована машина) [1].
После чего составляют техническую
характеристику машины.
Например:
техническая характеристика ленточного конвейера.
1. Производительность
=
45 т/ч.
. Длина
транспортирования груза L = 10 метров.
. Транспортируемый
груз -
соль (
= 1,2 т/м3). При транспортировании штучного груза (например, мешки с
мукой), указывается масса (кг) и габаритные размеры стандартного мешка.
. Число дней
работы предприятия 
=
250 дней.
. Суточный
грузопоток приема груза ГС = 220 т/сутки.
. Скорость
транспортирования груза 
,
м/с (выбирают в зависимости от свойств перемещаемого груза, ширины ленты, угла
наклона трассы).
. Тип трассы
(горизонтальная, наклонная, смешанная: наклонно-горизонтальная,
горизонтально-наклонная и т.д.)
. Мощность
привода -
устанавливают после определения тягового усилия и расчета мощности двигателя.
. Режим работы
конвейера.
.2
Определение режима работы конвейера
Основными
показателями для расчета конвейера и его узлов на прочность и долговечность
является характеристика нагружения и продолжительности действия нагрузок.
Работа конвейера
характеризуется тремя показателями:
-
фактором времени работы;
-
нагрузками, действующими на конвейер и его элементы в период нагружения;
-
условиями производства и окружающей среды.
Совокупность этих
показателей определяет классы использования, расчетные и эксплуатационные
режимы работы конвейера.
.2.1
Определение класса использования конвейера по времени
Использование конвейера
во времени характеризуется коэффициентами 
и 
,
которые определяются по формулам:
; 
,
(1)
где 
-
характерный промежуток времени в общей продолжительности рабочей смены, (часы);
, 
-
соответственно календарное время суток или года в часах;
-
число дней работы предприятия в течении года.
Время работы в течении
смены (
)
выбирают с учетом суточного грузопотока предприятия и производительности
транспортирующей машины.
Например,
транспортирующая машина установлена в линии приема и перемещает груз,
поступающий из основного производства. Тогда время будет
зависеть от времени суточной подачи груза из основного производства. Определяют
это время в зависимости от грузопотока ГС предприятия и от
производительности транспортирующей машины, которая выполняет прием груза.
Производительность машины на данной операции берется из расчетов системы
механизации СО ПРТС работ (на соответствующей операции).
Так, если суточный
грузопоток предприятия 220 т/сутки, производительность ленточного конвейера на
данной операции 
=45
т/ч, тогда продолжительность работы конвейера в течении смены
ч.
То есть, в течении
рабочей смены ленточный конвейер работает 4,9 часа.
Установлены пять
классов использования конвейеров по времени (В) за сутки и за год (табл. 1).
Таблица 1 - Классы использования конвейера по времени
|
Время фактической работы конвейера
|
Классы использования по времени
|
|
В1
|
В2
|
В3
|
В4
|
В5
|
|
За сутки  ,
часыменее 55…88…1616…2324
|
|
|
|
|
|
|
менее
0,20,2…0,320,32…0,630,63…0,981
|
|
|
|
|
|
|
За год  ,
часыменее 16001600…25002500…40004000…63006300…8000
|
|
|
|
|
|
|
менее
0,20,2…0,320,32…0,50,5…0,80,8…1
|
|
|
|
|
|
1.2.2 Определение класса
использования конвейера по производительности
Установлены также три класса
использования конвейеров по производительности (П) на основе коэффициента загрузки:
, (2)
где 
-
средняя производительность конвейера, т/ч.
Средняя
производительность конвейера
, (3)
где 
=
0,6 -
коэффициент, учитывающий совмещение операций [5].
Таблица 2 -
Класс использования конвейера по производительности
|
Параметр
|
Класс использования конвейера по производительности
|
|
П1
|
П2
|
П3
|
|
 менее
0,250,25…0,630,63…1
|
|
|
|
На базе установленных классов
использования (В, П) регламентированы пять режимов работы конвейеров: ВЛ
- весьма легкий, Л - легкий, С -
средний, Т -
тяжелый, ВТ - весьма
тяжелый (табл. 3).
Таблица 3 - Режим работы конвейера
|
Класс использования по времени
|
Классы использования конвейера по производительности
|
|
П1
|
П2
|
П3
|
|
В1
|
ВЛ
|
ВЛ
|
Л
|
|
В2
|
Л
|
Л
|
С
|
|
В3
|
С
|
С
|
Т
|
|
В4
|
Т
|
Т
|
ВТ
|
|
В5
|
Т
|
ВТ
|
ВТ
|
Режим работы
конвейера характеризует надежность транспортирующей машины.
Надежностью машины
называется ее свойство сохранять во времени в установленных пределах значения
всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в
заданных режимах и условия применения, технического обслуживания, ремонтов,
хранения и транспортирования. Надежность машин включает их безотказность,
долговечность и ремонтопригодность.
Под безотказностью
понимают свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение
некоторого определенного времени.
Долговечностью
называют свойство машины сохранять работоспособность до наступления до
наступления предельного состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонтов.
2.
Расчет ленточного конвейера
Определив режим
работы конвейера и составив его техническую характеристику переходят к расчету
основных элементов конвейера.
Расчеты, необходимые для
проектирования ленточного конвейера на основе составленной технической
характеристики целесообразно проводить в следующей последовательности.
Если скорость движения ленты u не задана, то она выбирается в зависимости от характеристики
груза, его плотности, ширины ленты и условий эксплуатации конвейера (табл. 1
Приложения).
Перед определением ширины ленты
необходимо выбрать тип роликовых опор. Ролики являются наиболее массовым узлом
ленточных конвейеров [1] и их стоимость достигает 30% общей стоимости
конвейера.
2.1 Ленточный конвейер
для перемещения сыпучих грузов
Для перемещения сыпучих грузов лучше
всего подходят желобчатые опоры. Однако для конвейеров длиною до 50…60 м можно
использовать и плоские роликоопоры, так как при движении ленты в результате
вибраций груз как бы «растекается» на ленте, то при небольшой длине конвейера
он не успевает растекаться на величину большую ширины плоской ленты.
Определение основных параметров
2.1.1 Определение ширины
ленты
Ширину ленты при плоских роликовых
опорах определяют по формуле
, (4)
где 
-
скорость транспортирования, см. табл. 1 (Приложения);
-
насыпная (объемная) плотность груза, кг/м3, определяемая по табл. 2
(Приложения);
-
угол естественного откоса, выбираемый для каждого груза по табл. 2
(Приложения);
Кb
- коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера.
Ширину ленты при
желобчатых роликоопорах конвейера определим по формуле
, (5)
где КП -
коэффициент площади поперечного сечения груза на ленте.
Коэффициенты КП
и Кb
рекомендуют выбирать по табл. 3 (Приложения).
Проектный размер 
выбираем
ближайшее большее из номинального ряда по ГОСТ 22644-77: 400; 500; 650; 800;
1000; 1200; 1400; 1600; 2000; 2500; 3000 мм.
2.1.2 Выбор роликовых
опор
Важнейшими параметрами ролика (ГОСТ
22645-77 и ГОСТ 22646-77) являются его диаметр dР, размеры и тип
подшипников. Эти параметры определяются по действующей нагрузке, зависящий от
расстояния между роликоопорами и распределенной массы груза (насыпной
плотности), параметров ленты (ширина ленты), скорости и крупности груза.
Таблица 4 - Рекомендации по выбору диаметра роликоопор
|
Диаметр ролика dР,
мм
|
Параметр
|
Ширина ленты ВЛ, мм
|
|
|
400…650
|
800
|
1000…1200
|
1400
|
1600…2000
|
|
(83), 102
|
r, т/м3
|
1,6
|
-
|
-
|
-
|
|
u, м/с
|
2
|
1,6
|
-
|
-
|
-
|
|
108
|
r, т/м3
|
2
|
1,6
|
-
|
-
|
-
|
|
u, м/с
|
2,5
|
-
|
-
|
-
|
|
133
|
r, т/м3
|
-
|
2
|
-
|
-
|
|
u, м/с
|
-
|
2,5
|
-
|
-
|
|
159
|
r, т/м3
|
-
|
|
|
u, м/с
|
-
|
4
|
3,2
|
|
194; 219; 245
|
r, т/м3
|
-
|
3,5
|
4
|
|
u, м/с
|
-
|
4
|
6,3
|
Массу вращающихся частей роликовых
опор в приближенных расчетах применяют эмпирические зависимости:
- для трехроликовой опоры 
,
кг;
- для однороликовой опоры 
,
кг,
где dР - диаметр ролика, мм;
, 
-
эмпирические коэффициенты: для ролика легкого типа =
8, =
9; для ролика среднего типа = 10, =
10; для ролика тяжелого типа = 15, =
12.
Шаг между роликоопорами
рабочей ветви (lPР) и холостой ветви (lРХ = lPР×2)
принимаем по табл. 4 (Приложения).
Выбор шага роликовых
опор в пункте загрузки основан на двух соображениях. При малых значениях шага
снижаются амортизирующие свойства провисающей между опорами ленты. Увеличение
шага из-за возросшего провеса может привести к образованию недопустимых зазоров
между лентой и направляющими бортами загрузочного устройства и возникновению
просыпи мелких фракций и порезов наружной обкладки ленты.
Для горизонтальных
конвейеров длиной до 250…300 м шаг опор на груженной ветви ленты в зоне
действия больших натяжений по мере приближения к приводному барабану можно
увеличивать до 2,0…2,2 м.
Увеличенный шаг
роликовых опор, способствуя улучшению прилегания ленты к роликам, повышает их
взаимное сцепление и уменьшает поперечную жесткость желоба ленты, снижая тем
самым стремление ленты к поперечному смещению.
Для центрирования хода
ленты применяют центрирующие роликовые опоры. На конвейерах длиной менее 15 м
центрирующие опоры не устанавливают.
.1.3 Определение
погонных нагрузок (линейных сил тяжести)
Погонная сила тяжести
предварительно определяется эмпирическими зависимостями для:
ленты 
,
Н/м;
груза 
,
Н/м.
Погонная сила тяжести
вращающихся частей роликовых опор на соответствующих ветвях трассы конвейера:
рабочей 
,
Н/м;
холостой 
,
Н/м.
.1.4 Тяговый расчет
Для выполнения тягового
расчета необходимо знать схему трассы (рис. 3) с размерами характерных участков
и местами расположения сосредоточенных сил сопротивлений; распределенные
погонные нагрузки ленты, груза и вращающихся частей роликоопор; коэффициенты
сопротивлений движению ленты.
Обозначим характерные
точки трассы конвейера, начиная нумерацию с точки с наименьшим натяжением.
Обычно эта точка находится в месте сбегания ленты с приводного барабана.
При известной схеме
конвейера и значения полного тягового фактора 
(принимается в
зависимости от материала поверхности барабана и условий работы конвейера по
табл. 5 Приложения), тяговый расчет выполняют методом обхода трассы тяговым
органом по точкам от сбегающей ветви на приводном барабане по ходу движения
ленты, по которому суммируют все силы сопротивлений, возникающие при движению
ленты.
Для перемещения сыпучих грузов
необходимо дополнительно рассчитать силу сопротивления движению ленты при
загрузке на ленту 
.
, Н (6)
С -
коэффициент сопротивления загрузочного устройства для сыпучих грузов
рекомендуется принимать С = 1,2.
Определяющим является коэффициент
сопротивления движению на прямолинейных участках ветвей конвейера (табл. 5),
который для грузовой (рабочей) ветви учитывает силы сопротивления вращению
роликов от трения в подшипниках и уплотнениях (20…25%), от вдавливания роликов
в ленту (10…15%), от изгибов ленты (10…20%) и от деформирования груза и сжатия
ленты в момент прохождения через опору (40…50%). В расчетах наклонных
конвейеров принимают одинаковые значения коэффициентов сопротивления для обеих
ветвей конвейера.
Таблица 5 - Коэффициент сопротивления движению ленты конвейера
|
Условия работы
|
Характеристика условий работы
|
Коэффициент сопротивления
|
|
|
рабочая ветвь wР
|
холостая ветвь wХ
|
|
Хорошие
|
Чистое, сухое, отапливаемое, беспыльное помещение; удобный
доступ для обслуживания с хорошей освещенностью
|
0,02
|
0,018
|
|
Средние
|
Отапливаемое помещение, но пыльное или сырое помещение; удобный
доступ для обслуживания со средней освещенностью
|
0,025
|
0,022
|
|
Тяжелые (летом)
|
Неотапливаемое помещение, работа на открытом воздухе; удобный
доступ для обслуживания при плохой освещенности
|
0,03…0,04
|
0,03
|
|
Очень тяжелые (зимой)
|
Наличие всех указанных выше неблагоприятных факторов
|
0,04…0,06
|
0,04
|
Для конвейеров, работающих при
низких температурах (ниже -20°), значения w
следует увеличить на 40%.
При высоких скоростях движения ленты
(более 3 м/с) необходимо принимать повышенное значение коэффициента wu, исходя из зависимости
wu = wu + кu × Du,
где кu » 1,5 × 10-3 - коэффициент скорости;
Du - разность скоростей, Du = u - 3,0 м/с.
Определяют минимальное натяжение
ленты по формуле
, Н (7)
Принимаем привод
конвейера с одним приводным (ведущим) барабаном, угол обхвата лентой которого 
°.
Барабан выполнен из стали.
Определим натяжения в
характерных точках (рис. 3).
Точка 1: 
.
(8)
Точка 2: 
,
Н, (9)
где 
-
сопротивление движению ленты на участке 1-2 (холостая ветвь) -
рис. 1.
Точка 3: 
=
,
Н, (10)
где 
-
коэффициент сопротивления движению ленты на отклоняющихся устройствах (барабаны
концевые и промежуточные). Принимают = 1,03…1,05 -
при угле обхвата лентой барабана a = 90°;
=
1,05…1,07 -
при угле обхвата a = 180°и подшипниках качения [2, с. 37];
Точка 4: 
=
, Н, (11)
где 
-
сопротивление движению на участке 3-4 (рабочая ветвь.)
Условие отсутствия
пробуксовки ленты на барабане согласно формуле Эйлера
, (12)
Согласно формулы Эйлера
для рассматриваемого случая 
.
Решив систему уравнений,
находим натяжение 
в
точке 1:
(13)
Если полученная величина
натяжения ленты в набегающей ветви () меньше величины
минимального натяжения ленты на рабочей ветви конвейера 
,
определенной ранее, то принимаем =.
В противном случае
принимаем полученное
расчетом.
Подставляя значение в
зависимости (8…11), определяют натяжения в характерных точках трассы 
,
и
.
По полученным данным строим диаграмму
растягивающих усилий, где по оси ординат откладываем натяжения в тяговом
органе, а по оси абсцисс -
характерные точки натяжений по длине конвейера.
Диаграмма натяжений
Тяговое усилие определим по формуле
, (14)
где 
-
сопротивление движению ленты на приводном барабане;
2.1.5 Определение
прочности тягового органа
Число прокладок
прорезиненной ленты определяют по формуле
, (15)
где 
=
-
максимальное натяжение ленты, Н;
КР - предел
прочности 1 мм ширины прокладки: КР = 61 Н/мм - для прокладок из
бельтинга марки Б - 820; КР = 155 Н/мм - для прокладок марки ОПБ -
2 и ОПБ -5;-
коэффициент запаса прочности ленты.
Коэффициент запаса
прочности ленты определяют по формуле
, (16)
где 
=
5…7 -
номинальный запас прочности;
-
коэффициент, зависящий от режима работы конвейера (табл. 6);
-
коэффициент неравномерности нагружения прокладок ленты (табл. 7);
-
коэффициент, учитывающий конфигурацию трассы конвейера (табл. 8);
-
коэффициент, учитывающий прочность стыкового соединения (табл. 9).
Таблица 6 -
Значения коэффициента
|
Режимы работы конвейера
|
ВЛ
|
Л
|
С
|
Т
|
ВТ
|
|
1,21,11,00,950,85
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 -
Значения коэффициента
|
Число прокладок
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
0,950,90,880,850,82
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 -
Значения коэффициента
|
Конфигурация трассы
|
|
|
|
|
1,00,90,85
|
|
|
|
Таблица 9 -
Значения коэффициента
|
Характеристика стыка
|
Вулканизация
|
Скобами и шарнирами
|
Заклепками в накладку
|
|
0,9…0,950,850,3…0,4
|
|
|
|
Расчетное число прокладок принимают
с учетом выполнения условия по ГОСТ 20-62: 3 < z < 12.
.1.6 Определение
геометрических характеристик барабана
На концевых участках ленточного
конвейера устанавливают приводной и натяжной барабаны. Если в конвейерах
имеются повороты, то устанавливаются отклоняющие барабаны.
Барабаны обычно делают литыми из
чугуна или сварными из стали Ст. 3. Для лучшего сцепления ленты с поверхностью
барабана и устранения буксования приводной барабан покрывают (футеруют) резиной
или деревом.
При изгибе ленты на
барабане внутренние слои ее подвергаются сжатию, а наружные -
растяжению. Между слоями возникают напряжения изгиба. Они тем больше, чем
меньше диаметр барабана 
.
Максимальное натяжение лента имеет на приводном барабане, поэтому для
уменьшения напряжений изгиба диаметр желательно принимать как можно большим.
Таким образом, при
использовании резинотканевой ленты рекомендуют диаметр барабана рассчитывать по
формуле
, мм (17)
где 
-
коэффициент, зависящий от типа тканевых прокладок, мм/шт. (см. табл. 10);
-
коэффициент, зависящий от типа барабана: для приводного (натяжного) -
1,0…1,1; для отклоняющего - 0,5.
Если в качестве тягового
органа применяется стальная лента, то диаметр барабана рекомендуют принимать
согласно условию
, мм (18)
Рассчитанный диаметр
барабана принимается стандартным до ближайшего размера из номинального ряда
значений по ГОСТ 44644-77: 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250;
1400; 1600; 2000; 2500 мм.
Таблица 10 -
Основные характеристики лент
|
Характеристика лент
|
 ,
Н/мм прокладки, мм/шт
|
|
|
Резинотканевая с прокладками из Б-280
|
55
|
125…130
|
|
Резинотканевая с прокладками из ОПВ
|
115
|
150…160
|
|
Лента с уточношнуровой тканью
|
119
|
170…180
|
|
Лента с прокладками из синтетической ткани
|
150
|
160…170
|
|
200
|
180…200
|
|
300
|
220…240
|
Длину обечайки барабанов
принимают
в зависимости от ширины ленты 
:
|
,
мм30040050065080010001200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
мм40050060075095011501400
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2 Ленточный конвейер
для перемещения штучных грузов
Определение основных параметров
(особенности расчета)
Штучную производительность
(мешков/час) определяют по формуле
, (19)
где 
-
масса мешка с готовой продукцией, кг.
Принимаем шаг между
мешками при движении груза с лентой (а), с учетом длины мешка lМ
(см. рис. 4):
>
м. (20)
Скорость ленты
определяют по формуле
, м/с. (21)
Рекомендуют принимать
скорость движения ленты при перемещении мешков с хлебопродуктами 0,5…1,0 м/с.
Ширину ленты конвейера
определяют по формуле
. (22)
Для штучных грузов
массой до 25 кг расстояние между роликоопорами на рабочей ветви lР =
1…1,4 м; для грузов, массой более 25 кг - расстояние lР
по возможности выбирают так, чтобы груз опирался не менее чем на две опоры (при
стандартной длине мешка 800 мм, рекомендовано принимать расстояние между
роликоопорами не менее 500 мм). Для холостой ветви lХ = 2 ×
lР.
Роликоопоры для обеих
ветвей принимают прямыми.
Линейная сила тяжести
груза
, Н/м (23)
Дальнейший расчет
ведется по изложенной методике (с. 8 - 13) настоящих
методических указаний.
2.3 Расчет натяжных
устройств
Усилие нагружения
натяжной станции определяют по формуле
, Н (24)
где Т - сила
сопротивления передвижению корпусов подшипников в направляющих или тележки
натяжной станции. Принимают Т = 150 Н;
КП = 1,1 - коэффициент,
учитывающий потери на отклоняющихся барабанах.
При длине транспортирования до 35
метров следует применять натяжную станцию винтового типа, свыше 35 метров - грузового типа.
Для винтового устройства с двумя
натяжными винтами, усилие, воспринимаемое одним винтом:
, Н (25)
Натяжные винты
проверяются по напряжениям растяжения (сжатия), а при их проектировании по
величине Р определяют необходимый диаметр резьбы (внутренний) винтов, принимая
по ГОСТу ближайшее большее значение. Резьба натяжных винтов должна быть
трапецеидальной или квадратной, а для небольших усилий -
обычная -
крепежная.
Необходимый диаметр
резьбы по допустимым напряжениям сжатия
, мм (26)
где 
=
20 МПа - допускаемое напряжение сжатия.
Усилие, прилагаемое к
рукоятке винта или ключу длиной l, Н
, (27)
где 
=
0,6…0,7 -
коэффициент распределения усилий между винтами;1, d2 -
средний диаметр резьбы винта и средний диаметр опорной поверхности гайки
соответственно;
y = 4…6° - угол подъема винтовой линии;
j = 6° - приведенный угол трения;
m = 0,25 - коэффициент трения в торце упорной поверхности гайки.
Рабочий ход натяжного устройства
,
м, (28)
где 
-
коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера.
Принимают =0,86
-
при β £ 10°; =0,65
-
при β > 10°;
-
коэффициент использования ленты по натяжению (принимают 0,1…0,8);
=
0,015 -
относительное упругое удлинение ленты.
2.4 Определение
параметров приводной станции
Назначение привода - приведение в движение рабочего органа машины с заданными
кинематическими и силовыми параметрами. Привод включает электродвигатель,
редуктор, открытые передачи до и после редуктора, муфты и другие детали,
которые размещаются на фундаментной плите или раме.
Плита (рама) обеспечивает при
монтаже соосность валов механизмов привода, облегчает демонтаж и повторный
монтаж привода при ремонтных работах. В данных методических указаниях
рассматривается не конструктивное оформление привода с открытой передачей, а
приводы, в которых электродвигатель соединен с редуктором через муфту.
.4.1 Выбор электродвигателя
и стандартного редуктора
Как известно, любая транспортирующая
машина включает рабочие органы (РО), передаточные механизмы (ПМ), передающие
движение от двигателя (М) к рабочим органам.
Передаточные механизмы или просто
передачи, установленные между электродвигателем и рабочими органами, могут
выполнять ряд функций:
- понижать скорости на
рабочих органах машины и тогда возрастает вращающий момент;
- повышать скорости на
рабочих органах машины и тогда вращающий момент понижается;
- производить изменение
направления движения, т.е. осуществлять реверсирование;
- осуществлять
регулирование скоростных и силовых режимов рабочих органов при помощи
вариаторов.
В большинстве случаев для машин и
оборудования пищевой промышленности, рекомендуются асинхронные двигатели с
короткозамкнутым ротором, с нормальным скольжением единой серии 4А. Последние,
как стандартные изделия, выбирают по ГОСТ 1953-81 [4].
Предварительно определяют частоту
вращения (мин-1) приводного барабана ленточного конвейера по формуле:
. (29)
Мощность на валу
приводного барабана ленточного конвейера, кВт
. (30)
Для выбора
электродвигателя необходимо знать два основных параметра: мощность двигателя
(входной вал привода) и частоту вращения.
Привод конвейера может
включать как один редуктор, так и разные типы передач в сочетании с редуктором.
Применение цепной или клиноременной передачи в приводе конвейера позволяет
реализовать необходимое передаточное отношение привода, то есть строго
обеспечить заданную скорость транспортирования груза в сравнении со случаем
использования в приводе только одного редуктора, когда в редких случаях, только
за счет редуктора можно обеспечить необходимую скорость транспортирования
груза. В качестве редукторов целесообразно использовать цилиндрические или
коническо-цилиндрические редуктора, имеющие высокие КПД. Червячные редуктора
имеют низкий КПД по сравнению с перечисленными выше редукторами. В приводах конвейера
также можно использовать и мотор-редуктор.
Предварительно приняв
тип редуктора, и зная его передаточное отношение (
)
и КПД (
),
определяют расчетную мощность электродвигателя и частоту вращения по формулам
(31) и (34):
,
(31)
где ηобщ
- коэффициент полезного действия привода:
- если привод включает
помимо редуктора ряд открытых передач:
,
(32)
- если привод включает
только редуктор:
,
(33)
где ηо
- КПД подшипников качения;
- КПД отдельных
передач, входящих в привод (значения КПД передач приведены в табл. 11);
-
КПД редуктора;- число пар подшипников качения, численно равно количеству валов
входящих в привод.
Таблица 11 -
Среднее значение КПД некоторых передач
|
Наименование
|
|
|
Редуктор: одноступенчатый
|
0,97
|
|
двухступенчатый
|
0,94
|
|
трехступенчатый
|
0,92
|
|
Зубчатая передача открытая:
|
|
с фрезерованными зубьями
|
0,95
|
|
с необработанными зубьями
|
0,9
|
|
Червячная передача:
|
|
с 3-х ходовым червяком
|
0,85
|
|
с 2-х ходовым червяком
|
0,75
|
|
с одноходовым червяком
|
0,65
|
|
Цепная передача
|
0,92
|
|
Ременная передача
|
0,96
|
|
Муфта
|
0,99
|
|
Вал на подшипниках качения
|
0,98…0,99
|
Частота вращения определяется
. (34)
В случае наличия в
приводе ряда открытых передач, синхронную частоту вращения двигателя определяют
следующим образом.
Так как известно, что
одну и ту же мощность могут иметь электродвигатели с разными синхронными
частотами вращения (
):
750, 1000, 1500, 3000 мин-1,
то при данной мощности привода возможны следующие передаточные отношения:
; 
;
;
.
(35)
С другой стороны, общее
передаточное отношение может быть представлено диапазоном рекомендуемых
значений Umax и Umin, значения которых приведены в табл.
12.
,
.
Тогда
. (36)
Таблица 12 -
Рекомендуемые значения передаточных чисел
|
Вид передачи
|
Передаточное отношение
|
|
min
|
max
|
|
Зубчатая цилиндрическая открытая
|
2,5
|
5
|
|
Цилиндрический одноступенчатый редуктор
|
2
|
6,3
|
|
Цилиндрический двухступенчатый редуктор
|
8
|
40
|
|
Зубчатая коническая
|
2
|
4
|
|
Коническо-цилиндрический редуктор
|
6,29
|
27,5
|
|
Червячный редуктор
|
8
|
80
|
|
Цепная
|
1,5
|
4
|
|
Ременная
|
2
|
4
|
Сопоставляя рассчитанные ранее
значения передаточных отношений по формуле (35) со средним значением
передаточного отношения привода, полученным по формуле (36), принимаем
синхронную частоту вращения двигателя.
По каталогу
электродвигателей по ГОСТ 19523-81 выбираем двигатель серии 4А, ближайшей
большей стандартной мощности с частотой вращения ротора (см.
табл. 6 Приложения или по [4]).
После чего определяем
номинальную частоту вращения двигателя по формуле
×(1-
),
(37)
где -
скольжение (%), принимаемое по ГОСТ 19523-81 [4].
Общее передаточное
отношение привода после проведенных расчетов необходимо уточнить по формуле
.
(38)
После выбора
стандартного электродвигателя уточняется типоразмер ранее выбранного редуктора.
Редуктор выбирается по передаточному отношению UР и крутящему
моменту на тихоходном валу редуктора (типы редукторов приведены в Приложении с.
39 -
48).
Крутящий момент на
выходе привода ТТ, а именно на приводном валу конвейера определяется
по формуле
, кН×м,
(39)
Если в приводе применяют
только редуктор, то по величине крутящего момента на тихоходном валу редуктора
(
)
выбирается редуктор с необходимым передаточным отношением UР.
При выборе редуктора
должно выполняться условие:
, (40)
где 
=
ТТАБЛ × КС - допускаемый крутящий момент;
КС -
коэффициент, учитывающий суточную продолжительность работы редуктора. При
работе редуктора 8 часов в сутки и постоянной нагрузке КС = 1; при
работе редуктора 3 часа - КС = 1,25; при работе редуктора 24 часа -
КС = 0,8.
Мощность, подводимая к
редуктору, определяется по формуле
, кВт. (41)
2.4.2 Кинематический и
силовой расчет привода
Целью кинематического и
силового расчета привода является определение частот вращения, угловых
скоростей, мощностей и крутящих моментов на всех валах привода. Для этого
проводят разбивку привода на ступени, т.е. определяют передаточные отношения
всех передач, входящих в привод.
В случае, если привод
состоит только из одного редуктора: 
.
Если помимо редуктора,
привод имеет открытую передачу, то первоначально выбирается передаточное
отношение стандартного редуктора, а затем уточняется передаточное отношение
этой передачи по формуле (42).
(42)
Частоты вращения (мин-1) и угловые скорости (с-1) валов привода
(например рис. 5) определяются по следующим зависимостям:
n1 = nдв, n2
= n1 / U1, n3 = n2 /
U2. (43)
где U1, U2 - передаточные отношения передач, входящих в привод.
. (44)
Мощности на валах
привода определяются по формуле
, кВт (45)
Крутящие моменты на
валах привода рассчитывают по формуле
, Н×м (46)
Частные случаи:
1).
В случае если привод включает редуктор и открытую клиноременную передачу. Тогда
из условия 
выбираем
мощность двигателя 
и
находим крутящий момент на тихоходном валу редуктора по формуле (40). На
основании величины выбираем
типоразмер редуктора, т.е. его значение передаточного отношения и
проверяем выполнение условия 
.
Определим частоту
вращения на входе привода, по которой определим синхронную частоту вращения
двигателя
где 
-среднее
передаточное отношение клиноременной передачи
Определим действительную
частоту вращения двигателя 
, где s - коэффициент скольжения [4]. После чего уточняем общее
передаточное отношение привода 
и передаточное
отношение клиноременной передачи 
. Далее проводится
кинематический и силовой расчет привода.
2). В
случае если привод включает редуктор и открытую цепную передачу. Тогда из
условия выбираем
мощность двигателя и находим крутящий момент на выходе привода по формуле (40).
Определяем крутящий момент на быстроходном валу редуктора 
,
Н×м,
выбираем среднее значение открытой цепной передачи 
и
определяем крутящий момент на выходном валу редуктора 
.
На основании величины выбираем
типоразмер редуктора, т.е. его значение передаточного отношения и
проверяем выполнение условия .
Определим частоту
вращения на входе привода, по которой определим синхронную частоту вращения
двигателя .
Общее передаточное
отношение привода .
Уточним передаточное отношение
клиноременной передачи 
.
Уточняем крутящий момент на тихоходном валу 
и проверяем выполнение
условия 
.
2.5 Расчет вала
приводного барабана ленточного конвейера
Целью данного расчета является
определение диаметра вала приводного барабана. Составив схему к расчету (рис.
6), определяют опасное сечение вала.
Определяем силу F, действующую на
вал приводного барабана
, Н (47)
где 
-
вес барабана (для стального барабана принимают = 300 Н).
Определяют реакции в
опорах: R1 = R2 = F. Определив реакции в опорах приводного
барабана, строят эпюры изгибающего, крутящего и приведенного моментов. Для
этого определяют значения внутренних моментов для соответствующих эпюр.
= 0;
= 
=
R1 × 0,15 (где 0,15 м - расстояние от оси опор вала до приводного барабана);
= 0.
;
где 
-
угловая скорость приводного барабана ленточного конвейера;
;
;
;
.
Выходной конец
приводного вала рассчитывают на изгиб и кручение по формулам (48), (49)
, мм (48)
где [sИЗГ]
= 160 Н/мм2 - допускаемое напряжение изгиба.
. (49)
где 
Н/мм2
- допускаемое напряжение кручения.
Расчетное значение диаметра
округляют до ближайшего большего значения из следующего стандартного ряда: 10;
10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30;
32; 33; 34; 35; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85;
90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130 мм и далее через каждые 10 мм.
Если выходной конец вала
рабочего органа конвейера (приводного барабана, звездочки) соединен с
тихоходным валом редуктора с помощью муфты, то расчетное значение диаметра 
необходимо
согласовать с размером диаметра тихоходного вала выбранного стандартного
редуктора. Размеры диаметров не должны отличаться более чем на 20%. В этом
случае диаметр выходного конца вала является диаметром вала под посадочную
поверхность муфты 
.
Диаметр вала под
подшипник 
(мм)
принимают 
.
Размер диаметра под подшипник должен бать кратным 5. За подшипником на валу
должен бать выступ (ступень вала), который предотвращает осевому смещению
подшипника. Диаметр этого выступа принимают 
.
Диаметр под ступицу
приводного барабана принимают 
= 
+(10…15),
мм.
3. Расчет ковшевого
ленточного элеватора
Прежде чем приступить к
расчету основных параметров ковшевого элеватора необходимо внимательно
прочитать введение и первый раздел настоящего методического указания и
определить: режим работы нории, техническую характеристику, условия работы
нории, изобразить схему транспортирующей машины.
.1 Определение основных
параметров
В зависимости от свойств
перемещаемого груза перемещаемого груза выбирают тип ковшей и скорость движения
ленты (см.
табл. 18, Приложения).
Вид загрузки нории
определяют по ее расположению в транспортно-технологической схеме механизации.
Затем по табл. 19
(Приложения) определяют коэффициент заполнения ковшей, после чего определяют
линейный объем ковшей, л/м.
, (50)
где 
-
геометрический объем ковша в литрах;
-
шаг расположения ковшей на ленте, м.
Полученное значение
линейного объема ковшей округляют до стандартного числа 
по
ГОСТ 10190-70 (см. табл. 20 Приложения), выбирая ближайшее большее число.
После чего по табл. 21
(Приложения) выбирают для принятого линейного объема наиболее
близкие числа (л)
и (мм).
В этой же таблице даны значения ширины ковша вК, мм.
, м/с. (51)
Ширину ленты вычисляют по формуле
ВЛ = вК + (100
+ 150), мм (52)
Полученное число округляют до
ближайшего большего значения из номинального ряда по ГОСТ 22644-77: 400;
500; 650; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 2000; 2500; 3000 мм.
Предварительно вычисляют мощность
двигателя для привода нории по формуле
, (53)
где Н -
высота нории, м;
КЗАЧ -
коэффициент, учитывающий сопротивление при зачерпывании и зависит от типа нории
и производительности (КЗАЧ = 1,5…0,75 - для ленточных; КЗАЧ
= 1,05…0,55 - для цепных ковшовых элеваторов).
Для выполнения тягового расчета
предварительно определяют общую линейную силу тяжести груза, Н/м
, Н/м (54)
где 
-
линейная сила тяжести груза на 1 м тягового органа, Н/м;
-
линейная сила тяжести ленты, Н/м;
-
линейная сила тяжести ковшей, Н/м;
-
вес одного ковша, Н.
Полученное значение
мощности двигателя для привода нории 
по формуле (53)
подставляют в формулу (55) и вычисляют максимальное натяжение тягового органа
(ленты) ковшевого элеватора
, Н, (55)
где -
КПД привода нории. Ориентировочно принимают 0,8;
-
угол обхвата приводного барабана лентой, = 180°=p;
-
коэффициент трения ленты о барабан.
Для чугунных барабанов и
влажной атмосферы можно принять =0,2. Число тягового
фактора 
определяют
по табл. 8 (Приложения).
Ориентировочное число
прокладок ленты Z определяют по формуле (15) с учетом рассчитанного по формуле
(55) значения максимального натяжения ленты, приняв предварительно коэффициент
запаса прочности ленты m = 10.
Тогда линейная сила
тяжести ленты, с учетом выше сказанного
z
,
(56)
где 
-
толщина обкладки на рабочей и нерабочей сторонах ленты соответственно.
Принимают 
мм,
а 
мм.
3.2 Тяговый расчет
На трассе показываем:
высоту подъема груза (Н), место расположения приводного и натяжного барабанов и
нумерацию характерных точек 1, 2, 3 и 4. Расчет начинают с точки наименьшего
натяжения ленты (
= 500…1000 Н), которая обычно находится в месте набегания ленты на натяжной
барабан.
Итак, принимаем 
=
.
Натяжение ленты в точке 2 определяют по формуле
= КЗ ×
+
WЗАЧ, Н (57)
где КЗ ×=
1 + 
-
коэффициент сопротивления движению ленты на нижнем барабане;
- коэффициент
сопротивления движению ленты на отклоняющихся устройствах (барабаны концевые и
промежуточные).
Принимают 
-
при угле обхвата лентой барабана a = 90°;
-
при угле обхвата a = 180°и подшипниках качения [2, с. 37];ЗАЧ -
сопротивление при зачерпывании груза ковшами в башмаке нории
, (58)
где 
и
-
коэффициенты, зависящие от размера груза: = 1,5…3 и =
2…3 -
для средней и малой величине; = 1…1,2 и =
1…2 -
для зернистого груза.
Натяжение ленты в точке 3 определена
раннее по формуле (55).
При переходе против движения ленты
. (59)
Действительное число
прокладок в ленте определяют по методике приведенной для ленточного
транспортера, по формуле (11) с учетом, что коэффициент запаса прочности ленты m = 8…10.
Длина барабана
, мм. (60)
Диаметр приводного
барабана для быстроходных элеваторов с центробежной разгрузкой находят по
формуле
, мм (61)
Вычисленный диаметр
барабана принимается стандартным до ближайшего размера из номинального ряда
значений по ГОСТ 44644-77:
200; 250; 315; 400; 500;
630; 800; 1000; 1250; 1400; 1600; 2000; 2500 мм.
Полюсное расстояние
определяют по формуле
, мм,
(62)
где 
-
частота вращения приводного барабана, мин-1
(см. п. 2.4.1., ф. (29)).
При центробежной
разгрузке выполняется условие 
< 
,
а при гравитационной ³
.
Полученные числа согласовывают с принятым ранее способом разгрузки ковшей. При
необходимости корректируют числа DБ и .
Тяговое усилие
(Н) определяют по формуле
, (63)
где -
сопротивление движению ленты на приводном барабане;
-
коэффициент сопротивления.
Список литературы
1. Зуев Ф.Г. и др. Подъемно-транспортные машины
зерноперерабатывающих предприятий. - М.: Колос. Учебное пособие, 1978, с. 264.
2. Зуев Ф.Г. и др. Справочник по транспортирующим и
погрузочно-разгрузочным машинам. - М.: Колос, 1983, с. 329
. Соколенко А.И. и др. Погрузочно-разгрузочное и
транспортное оборудование в перерабатывающей промышленности. - К.: Урожай, 1990, с. 148
. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин.
М., 1986 г.
. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Учебник
для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1985,
с. 520
. Иванченко Ф.Г. и др. Расчеты грузоподъемных и
транспортирующих машин. Учебное пособие. - К.: Вища школа, 1978, с. 574
. Иванченко Ф.И. Конструкция и расчет подъемно-транспортных
машин. Учебник для ВУЗов, 2-е издание. - К.: Вища школа, 1988, с. 423.