Расчет пластинчатого конвейера
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.
1. Описание конструкции
Рисунок 1. Схема проектируемого
конвейера:
- привод; 2 - натяжное устройство; 3
- тяговый орган с пластинами; 4 - направляющие.
сновные 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. Xодовые 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 звёздочкой.озможна
установка промежуточных приводов гусеничного типа, y которых на приводной цепи
закреплены кулаки, взаимодействующие co звеньями тяговой цепи конвейера.
Hатяжное 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 металлоёмкость,
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
.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;
u = 1,5 м/с - скорость
движения полотна;
r = 2,7 т/м3 -
плотность транспортируемого груза;
Kβ =0,95 - коэффициент,
учитывающий угол наклона 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 Kβ 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
.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
kз = 1.1 - коэффициент
запаса мощности
Принимаем
электродвигатель с повышенным пусковым моментом серии 4А
тип двигателя - 4АР200L6УЗ;
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 Mкр = 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 произведём 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;
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 Iпр - момент инерции движущихся масс конвейера, приведенный к валу
двигателя.
Mп.ср - определяется по
формуле:
H м, (3.14)
Mп.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 Iр.м - момент инерции ротора электродвигателя и втулочно-пальцевой
муфты, определяется по формуле:
H м с2, (3.17)
где Iм = 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 σср = 100 Н/мм2 и
пределом текучести sТ = 320 Н/мм2. Тип резьбы выбираю прямоугольный (ГОСТ
10177-82).
Принимаем материал для гайки -
бронзу Бр. АЖ9-4 с допускаемым напряжением на срез σср = 30 Н/мм2, на смятие σсм = 60 Н/мм2,
на разрыв sР = 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:
σср
= .
Условие выполняется
3.5 Расчет валов
Приводной вал
В качестве материала вала принимаем
сталь 45, предел прочности
sВ = 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 lст = 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.
Расчет производим аналогично п.
2.5.1.
В качестве материала вала принимаем
сталь 45 (диаметр заготовки более 100 мм), предел прочности sВ = 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;
Pэ - 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 произведённым
расчётам определяем, что подшипники будут работать в течении всего срока
эксплуатации.
.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 dр1 = 40 мм).
Момент подводимый к валу
электродвигателя равен отношению момента на выходном валу редуктора к
передаточному числу редуктора Mдв
= 203.4 Нм.
С учетом запаса и
габаритных размеров принимаем муфту с номинальным крутящим моментом Mкр = 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 dр2
= 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 Mкр
= 19000 Нм.
.8 Расчет звездочек
Известные данные для
расчёта:
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
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.
Заключение
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 β = 10 o;
Плотность транспортируемого груза r = 2,7 т/м3
Также рассчитали его основные
элементы, проверили их на прочность и на долговечность.
Библиографический список
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.
. Барышев А.И., Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных
и складских работ в пищевой промышленности. Часть 2. Транспортирующие машины. -
Донецк: ДонГУЭТ, 2000 - 145 с.
. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин, М.:
Машиностроение, 1979. - 351 с.
. Ануфриев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя в трех
томах, М.: Машиностроение, 2001.
. Яблоков Б.В., Белов С.В Методические указания к курсовому
проекту по подъемно-транспортным устройствам (пластинчатые конвейеры), Иваново,
2002 г.