Расчет пластинчатого конвейера

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;

K_β =0,95 - коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера;

j = 45^о - 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_β определяем по формуле:

          (2.2)

=

b =10^о - 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)

a_max = 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 S_min = 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

k_з = 1.1 - коэффициент запаса мощности

Принимаем электродвигатель с повышенным пусковым моментом серии 4А

тип двигателя - 4АР200L6УЗ;

мощность N = 30 кВт;

частота вращения n_дв = 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 M_кр = 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

3.3 Расчет и подбор тяговой цепи

Расчетное усилие в цепи определяем по формуле:

 Н,      (3.7)

где S_дин - 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 S_разр. = 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 S_д.п - динамическое усилие цепи при пуске.

Динамическое усилие цепи при пуске определяем по формуле

 Н,         (3.11)

где m_k - приведенная масса движущихся частей конвейера;

Приведенную массу движущихся частей конвейера определяю по формуле

 кг, (3.12)

где k_y = 0.9 - коэффициент, учитывающий упругое удлинение цепей

k_u = 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 I_пр - момент инерции движущихся масс конвейера, приведенный к валу двигателя.

M_п.ср - определяется по формуле:

 H м,   (3.14)

M_п.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 I_р.м - момент инерции ротора электродвигателя и втулочно-пальцевой муфты, определяется по формуле:

 H м с²,   (3.17)

где I_м = 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 L_об = L+0.4 = 0.8 м.

Принимаем материал для винта - сталь 45 с допускаемым напряжением на срез σ_ср = 100 Н/мм² и пределом текучести s_Т = 320 Н/мм². Тип резьбы выбираю прямоугольный (ГОСТ 10177-82).

Принимаем материал для гайки - бронзу Бр. АЖ9-4 с допускаемым напряжением на срез σ_ср = 30 Н/мм², на смятие σ_см = 60 Н/мм², на разрыв s_Р = 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 d_n = 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:

σ_ср = .

Условие выполняется

3.5 Расчет валов

Приводной вал

В качестве материала вала принимаем сталь 45, предел прочности

s_В = 730 Н/мм², пределы выносливости: s _-1 = 0.43s_B = 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 d_пв = 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

^* Применяем две шпонки, расположенные под углом 180^о.

Исходя из длины шпонок под приводные звездочки, длину ступиц последних выбираем l_ст = 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 s_В = 730 Н/мм², пределы выносливости: s _-1 = 0.43s_B = 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;

P_э - эквивалентная нагрузка на подшипник, при условии отсутствия осевых нагрузок определяется по формуле:

 Н,     (3.38)

где V = 1 - коэффициент, учитывающий вращение колец

K_T = 1 - температурный коэффициент

K_s = 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 (d_дв = 55 мм) и под входной вал редуктора (конусная расточка d_р1 = 40 мм).

Момент подводимый к валу электродвигателя равен отношению момента на выходном валу редуктора к передаточному числу редуктора M_дв = 203.4 Нм.

С учетом запаса и габаритных размеров принимаем муфту с номинальным крутящим моментом M_кр = 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 d_р2 = 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 M_кр = 19000 Нм.

.8 Расчет звездочек

Известные данные для расчёта:

делительный диаметр звездочек d_e = 400 мм;

количество зубьев z = 6;

шаг зубьев t = 200 мм.

диаметр роликов цепи D_ц = 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 (D_ц - 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:

b_f = 0.9 (50 - 10) - 1 = 35 мм.                                                            (3.47)

Ширину вершины зуба определяю по формуле:

b = 0.6b_f = 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 l_г = 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.