Ковшовый элеватор

Ковшовый элеватор

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Архитектурно-строительный

Университет

Кафедра строительных машин, автоматики и электротехники

Курсовая работа

По дисциплине «Транспортное оборудование»

Тема: «Ковшовый элеватор»

Выполнил:

Гончаров И.М.

Новосибирск 2010

1. Выбор типа и типоразмера ковшей, способов загрузки и разгрузки ковшей, определение конструктивно-кинематических параметров элеватора

Выбор типа элеватора, типа ковшей, способов загрузки и разгрузки ковшей осуществляется в зависимости от характеристик транспортируемого груза (в данном случае - цемент).

Тип элеватора - быстроходный, с расставленными ковшами

С центробежной разгрузкой со скоростью 0,8-4,0 м/с при транспортировании неабразивных и абразивных пылевидных, порошкообразных, зернистых и мелкокусковых грузов малой и средней плотности.

Тип ковшей - глубокие с цилиндрическим днищем (тип Г; емкость 0,2-16,8 л) используются для транспортирования сухих легкосыпучих малоабразивных, пылевидных, средне- и крупнокусковых материалов (песок, зола, земля, гранулированный шлак, мелкий каменный уголь, каменноугольная пыль, сухая комковая глина, керамзит).

Тип тягового органа - лента

применяется при транспортировании неабразивных и абразивных пылевидных, порошкообразных, зернистых и мелкокусковых грузов малой и средней плотности.

Загрузка ковшей осуществляется зачерпыванием груза из нижней части кожуха элеватора или засыпанием груза непосредственно в ковши. Практически загрузка осуществляется обоими способами при преимущественном преобладании одного из способов.

Способ загрузки - зачерпывание

Загрузку зачерпыванием применяют для таких грузов, которые не создают значительного сопротивления зачерпыванию. Используют в ленточных и цепных элеваторах с расставленными ковшами (глубокие и мелкие) при транспортировании сухих легкосыпучих пылевидных и мелкокусковых грузов и скорости движения ковшей 0,8-4,0 м/с.

Принятое значение скорости движения тягового органа элеватора должно соответствовать нормальному ряду скоростей (м/с): 0,4; 4,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0.

В зависимости от скорости движения тягового органа, частоты вращения и диаметра барабана (звездочки), соотношения полюсного расстояния (расстояние от центра вращения до полюса) и радиуса барабана (звездочки) определяется способ разгрузки ковшей.

Способ разгрузки ковшей - центробежная разгрузка.

Реализуется в высокоскоростных (u > 3,2 м/с) и быстроходных (u > 0,8-1,6 м/с).

Ленточных элеваторах с расставленными глубокими и мелкими ковшами при транспортировании легкосыпучих пылевидных, зернистых и мелкокусковых материалов.

Характер разгрузки ковшей элеваторов зависит от скорости движения ковшей и диаметра приводного барабана или звездочки элеватора. Когда ковш с грузом начинает поворачиваться вокруг барабана, то на груз кроме силы тяжести G=mg действует центробежная сила C=mv²/r, где v - скорость движения центра тяжести груза в ковше, r - расстояние от этого центра тяжести до центра барабана. При движении ковша вмести с барабаном равнодействующая R сил G и C изменяется по значению и направлению, но линия её действия всегда проходит при данной скорости движения через одну и ту же точку А, называемую полюсом и расположенную на вертикали, проходящей через ось барабана, на расстоянии l от оси вращения, причем:

ковш элеватор кинематический конструирование

Отсюда l=gr²/v²=895/n², т.е. полюсное расстояние l, м. зависит только от частоты вращения барабана n, об/мин, и с уменьшением частоты вращения увеличивается. Если полюсное расстояние l меньше или равно радиусу окружности барабана r_a м, центробежная сила превышает силу тяжести и происходит выбрасывание груза (центробежная разгрузка). При полюсном расстоянии большем радиуса r_a окружности, проведенной через наружные кромки ковшей, сила тяжести больше центробежной силы и происходит высыпание груза (самотечная разгрузка). При  происходит смешанная разгрузка ковшей как выбрасыванием, так и высыпанием. Масса груза, находящегося в одном ковше, G=Vρφ, где V-объем ковша; ρ-насыпная плотность груза; φ- коэффициент заполнения ковша (в зависимости от вида груза φ=0,6-0,9: меньшие значения принимают для кусковых грузов). Производительность Q, т/ч, элеватора при скорости v, м/с, и шаге установки ковшей на тяговом элементе, равном t, м, равна

Q=3,6(G / t)v = 3,6 * ((0,6 * 1,8) / 0,32) * 2,62 = 31,83 т/ч

Рисунок 1

Типоразмер ковша устанавливается по таблице П.2. в зависимости от линейной емкости ковшей, л/м:

i_л=V_k/t_k ≥ Q_час/k_в3,6uρψ

i_л=V_k/t_k ≥ 3,77/u

V_k - емкость ковша, л;

t_k- шаг установки ковшей, м; производительность элеватора, т/час;

ρ - средняя плотность транспортируемого груза, т/м³;

k_в - коэффициент использования по времени;

ψ - средний коэффициент заполнения ковшей (для принятых ковшей по табл. П.2 ψ=1,0).

При определении линейной емкости ковшей i_л коэффициент их заполнения не учитывается, т.к. в таблице П.2 характеристики ковшей приведены с фактической (а не полной геометрической) емкостью с уровнем насыпного груза по линии x-x.

Исходя из нормального ряда скоростей движения тягового органа (лента) определяем скорость u для диапазона скоростей быстроходных элеваторов u=1,6-3,2 м/с (центробежная разгрузка).

i_л=V_k/t_k ≥ 3,77/2,5

i_л=V_k/t_k ≥ 1,508

подбираем ближайшее большее значение линейной емкости ковшей i_л по таблице П.2.

i_л=V_k/t_k =1.875

Таблица 1. Основные параметры ковшей

Линейная сила тяжести ковша, Н/м:

q_k=1,5gV_k/t_k

q_k=1,5*9,81*1.875=27,6 Н/м

где V_k объем ковша, л; g=9,81 м/с²;

Таблица 2

. Выбор типоразмера тягового органа

Для рядовых ленточных элеваторов в качестве тягового органа используются резинотканевые ленты

Ширина ленты, мм:

В_л ≈ b + (20…150) мм,

Где b - ширина ковша, мм.

Окончательно ширина ленты принимается в соответствии с нормальным размерным рядом.

Ширина ковша b=160мм.

В соответствии с нормальным размерным рядом ближайший больший размер ширины ленты, мм:

В_л ≈ b +40 мм ≈ 20 0мм

Диаметр приводного барабана D (мм) при использовании резинотканевых лент:

D=125*i=125*3=375

I - число прокладок резинотканевой ленты; предварительно рекомендуется принимать i=3-5

Окончательное значение - ближайшее наибольшее - 400 мм.

Длина барабана, мм

L_б = В_л + 50мм=200 + 50=250мм

Линейная сила тяжести ленты (для резинотканевых лент):

при В_л=250 мм, q_т=18 Н/м

Таблица 3. Характеристика тягового органа

Частота вращения барабана, об/мин:

n = 60u/( π D) = 60*2,5/ (3,14* 0,4) = 119,43

где u - скорость тягового органа, м/с;

D - диаметр барабана, м.

полюсное расстояние, м:

L_p =895,5/ n²=0,063

Соотношение между полюсным расстоянием и радиусом барабана:

Б=2 L_p/ D=0,315

Соотношение Б определяет быстроходность элеватора и способ разгрузки ковшей: Б=0,315

Б ≤ 1следовательно, элеватор высокоскоростной с центробежной разгрузкой, как и было принято ранее.

. Тяговый расчёт

Тяговый расчет элеватора выполняется путем последовательного суммирования сопротивлений на отдельных участках контура трассы с учетом сопротивления зачерпыванию груза в нижней части кожуха элеватора.

Линейная сила тяжести груза, Н/м:

g_гр=g*Q_час/(3,6 u)= 9,81*22/3,6*2,5=23,98 Н/м

где Q_час - производительность элеватора, т/ч; g=9,81 м/с²;

u - принятая скорость движения тягового органа, м/с.

Минимальное усилие тягового органа будет в нижней точке холостой ветви элеватора, соответствующей предварительному натяжению ленты - S₀. Все усилия в точках контура трассы при тяговом расчете выражаются через величину S₀.

Усилие в точке «1», Н: S₁ = S₀

Сопротивление зачерпыванию груза, Н:

W_зач=k_з* g_гр* А_зач

W_зач=1*23,98*1,2=28,78

Где k_з - коэффициент, учитывающий процент объема груза, попадающий в ковши зачерпыванием: для элеваторов с расставленными ковшами - k_з= 1,0

g_гр - линейная сила тяжести груза, Н;

А_зач - удельная работа, затрачиваемая на зачерпывание груза, Н*м/Н; для пылевидных и порошкообразных грузов - 1,2…1,5 Н*м/Н.

Усилие в точке «2», Н:

S₂=ξ* S₁+ W_зач+ W_гр

S₂=1,07 S₁+28,78=1,07 S₀+28,78

Для элеваторов с расставленными ковшами W_гр≈ 0

ξ - коэффициент сопротивления при огибании тяговым органом барабана; ξ=1,06…1,08.

Усилие в точке «3», Н:

Для ленточных элеваторов:

S₃= S₂+ W_2/3 = S₀ +( q_т+ q_k + q_гр) Н_в3= S₀+( 18+ 27,6 + 23,98)*15= S₀+1043,7

Где W_2/3 - сопротивление на участке «2-3», Н;

q_т, q_k, q_гр - линейные силы тяжести, соответственно, тягового органа, ковшей и груза, Н/м;

Усилие в точке 4 при отсчете против движения тягового органа, Н:

S₄= S₁+ W_1/4= S₁+( q_т+ q_k) Н_в4= S₀+( q_т+ q_k) Н_в= S₀+( 18+ 27,6) 15= S₀+684

Для ленточных элеваторов величина S₀ определяется из выражения, Н:

S₃ ≤ S₄ * е^µα₀+1043,7 ≤ (S₀+684) * е^µα

₀+1043,7 ≤ 1,87 S₀ +1279

-0,87 S₀ ≤ 235,3

S₀≥ -270,5

|S₀|≥ 270,5

Где α - угол обхвата лентой приводного барабана, рад; α = π(180⁰);

µ - коэффициент трения между лентой и приводным барабаном; µ = 0,20

Полученное из выражений численное значение увеличиваем для обеспечения запаса по сцеплению на 40%. После установления численного значения определяем численные значения усилий во всех точках расчетного контура и строим диаграмму натяжения тягового органа элеватора.

S₀ + 0,4 S₀ = 270,5 + 0,4 * 270,5 = 378,5₄ = S₀+684 = 1062,5₃= S₀+1043,7 = 1422,2₂= 1,07 S₀+28,78 = 1,07 * 378,5 + 28,78 = 433,78₁ = S₀ = 378,5

4. Диаграмма натяжения тягового органа

Рисунок 2

После выполнения тягового расчета и построения диаграммы натяжения производится проверка тягового органа на прочность:

К_зап = i * B_л * P_тк / S₃ ≥ 10

К_зап = 3 * 200 * 65 / 1422,2 ≥ 10

К_зап = 27,42 ≥ 10

Где i - число прокладок ленты;

B_л - ширина ленты, мм;

P_тк - прочность ленты на разрыв, Н/ мм.

Окружное усилие на ведущем элементе для ленточных элеваторов:

F₀ = ξ*(S₃ - S₄)

F₀ =1,07 * (1422,2 - 1062,5) = 384,9 = 0,38 кН

Мощность, затрачиваемая на перемещение тягового органа с грузом, Вт:

N_T = F₀*u

N_T = 384,9 * 2,5 = 962,25

. Кинематический расчет привода

Тип привода, его компоновка и исполнение отдельных узлов определяются назначением элеватора, типом тягового органа, высотой подъема и возможностью размещения приводного оборудования. Расположение привода - в верхней части элеватора.

Для большинства элеваторов используются редукторные приводы с отдельно устанавливаемыми электродвигателем и передаточным механизмом. Для привода элеватора применяют асинхронные электродвигатели переменного тока серий 4А, АО с синхронной частотой вращения вала 750, 1000, 1500 об/мин. В качестве передаточного механизма используют двухступенчатые цилиндрические или коническо-цилиндрические редукторы. при высоких скоростях тягового органа могут быть использованы одноступенчатые цилиндрические или конические редукторы, при малых скоростях - червячные или планетарные редукторы.

При малой расчетной мощности (до 10 кВт) применяются мотор-редукторы горизонтального исполнения с опорными лапами или фланцевые. Для ленточных элеваторов может быть использован мотор-барабан, являющийся встроенным типом мотор-редуктора.

Вал приводного барабана размещается в самоустанавливающихся подшипниках качения. Для соединения приводного вала и тихоходного вала редуктора используют зубчатые муфты (МЗ), для соединения вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора - упругие втулочно-пальцевые муфты (МУВП), гидравлические муфты.

Общий к.п.д. привода элеватора:

η_пр = η_ред * η_м^х * η_подш = 0,8

где η_редη_м η_подш - к.п.д. редуктора, муфты и подшипников; х - число муфт.

Требуемая мощность электродвигателя, кВт:

N_тр = N_т (10³* η_пр ) = 962,25*(10³ * 0,8) = 1,2 кВт

Условие выбора электродвигателя:

N_дв ≥ N_тр

Где N_дв - мощность электродвигателя (номинальная), кВт.

Принимаем асинхронный двигатель «4А90А» с номинальной мощностью 1,5 кВт и частотой вращения 1000 об/мин

Передаточное отношение привода:

u_пр = n_дв / n

u_пр = 1000 / 119,43 = 8,4

где n - частота вращения приводного вала барабана или звездочки, об/мин;

n_дв - частота вращения вала принятого типоразмера электродвигателя, об/мин.

Типоразмер редуктора принимается по значению расчетного передаточного отношения привода (u_пр) с учетом передаваемой (подводимой) мощности (N_п) при соответствующей синхронной частоте вращения быстроходного вала (двигателя) для непрерывного режима работы (ПВ 100%):

Редуктор - Ц2У-100

Номинальный вращающий момент - 250 Нм

Номинальная радиальная нагрузка на выходном валу - 4000 Н

Масса - 35кг

u_ред ≈ u_пр = 8,0

N_п ≥ N_дв

Где u_ред - передаточное чесло принятого типоразмера редуктора.

Фактическая скорость движения тягового органа, м/с:

U_факт = π * N_дв* D/ (60 * u_ред) = 3,14 * 1000 * 0,4 / (60 * 8,0) = 2,62

Выбор типоразмера муфты осуществляется по величине расчетного вращающего момента передаваемого муфтой, с учетом диаметров соединяемых валов.

М_hi ≥ М_p

D_раст = (d_i; d_j)

Где М_hi - номинальный передаваемый вращающий момент выбранного типоразмера муфты, кН*м ;

D_раст - границы расточки под вал у выбранного типоразмера муфты, мм

Расчетный вращающий момент на соединяемых валах, кНм:

М_pi = 30 k_з * N_дв * η_i / (π * n_i)

М_pi = 30 * 1,2 * 1,5 * 0,8 / ( 3,14 * ) = 0,0138 = 13,8 Нм

Где k_з - коэффициент запаса, 1,2 … 1,3;

n_i - частота вращения соединяемых валов, об/ мин; N_дв - кВт;

η_i - общий к.п.д. деталей и узлов, расположенных между электродвигателем и устанавливаемой муфтой.

Масса муфты - 25 кг.

Для предотвращения самопроизвольного обратного движения тягового органа при остановке элеватора привод должен быть снабжен остановом или тормозом.

В большинстве элеваторов применяют бесшумные храповые или роликовые остановы, устанавливаемые на приводном валу или размещаемые в упругой муфте между электродвигателем и редуктором. В качестве тормозного устройства может быть использована гидромуфта.

Выбор типоразмера тормоза осуществляется по величине тормозного момента (М_т) с учетом размера тормозного шкива (D_тм) упругой втулочно-пальцевой (или иной) муфты:

М_нт ≥ М_т

Где М_нт - номинальный тормозной момент (кНм) выбранного типоразмера тормоза.

М_т = 30 * k_т * N_дв / (π * n_дв)

М_т = 30 * 1,5 1,5 / (3,14 * 1000) = 0,0215

Где k_т - коэффициент запаса торможения; k_т = 1,5;

N_дв - мощность двигателя;

n_дв - частота вращения вала электродвигателя.

Выбираем электромагнитный колодочный тормоз ТКТ - 200. Диаметр тормозного шкива 200мм. Максимальный тормозной момент 40 Нм.

. Выбор натяжного устройства

Различают натяжные устройства дискретного (винтовые, пружинно-винтовые) и автоматического (грузовые, гидравлические) действия. Натяжное устройство размещается на валу натяжного барабана в опорной части элеватора и крепится к боковым стенкам «башмака». Для ленточных элеваторов натяжной барабан выполняется с решётчатым ободом для устранения налипания на него груза.

Выбор типа и типоразмера натяжного устройства определяется высотой подъема груза и типом тягового органа и привода.

Натяжное усилие для рабочего состояния. Н:

S_H = (S₃ + S₄) / η

S_H = (1422,2+ 1062,5) / 0,8 = 3106

Где S₃, S₄ - усилие в набегающей и сбегающей ветвях элеватора, Н:

η - к.п.д. механической передачи (канатной, винтовой).

Ход натяжного устройства, мм:

A_H = 1000 * e * H_B

A_H = 1000 *0,0010 * 15 = 15

Где H_B - высота подъема груза,

е - коэффициент пропорциональности; при H_B ≤ 50 м - е = 0,0010 … 0,0015

Осевое усилие на винт винтового натяжного устройства, Н:

σ_В = S_H / z_В

σ_В = 3106 / 2 = 1553

Где z_В - число параллельно работающих винтов (2).

. Конструирование корпуса элеватора и рамы привода

Корпус элеватора является силовым каркасом, воспринимающим статические и динамические нагрузки.

Кожух элеватора выполняется секционным с высотой секций 2-2,5 м. секции изготавливаются из листовой стали толщиной 2-4 мм с окантовкой металлическим уголком в продольном направлении и по торцевым сечениям. Соединение секций - болтовое с использованием упругих (эластичных) прокладок для герметизации стыков. Для направления движения ходовой части элеватора в средних секциях кожуха устанавливают направляющие устройства.

Для обслуживания и ремонта в боковых стенках верхней («головка») и нижней («башмак») частей элеватора должны быть предусмотрены люки с герметичными дверцами.

Размеры загрузочного устройства, располагаемого в «башмаке» элеватора, мм:

вылет l3 = 1*DH = 320 * 1= 320

высота h3 = l3 * tg α = 320

ширина верхней части bB = l0 = 408

ширина нижней части bH = bK = 160

где α - угол наклона днища загрузочного устройства к горизонту, зависящий от характера транспортируемого груза: для сухих хорошо сыпучих грузов α = 45⁰;

D_H - диаметр натяжного барабана, мм;

b_K - ширина ковша, мм;

l₀ - расстояние между опорами натяжного барабана, мм.

Габаритные размеры элеватора, мм:

длина L = D + 2*l + 180 = 400 + 2 * 105 + 180 = 790

ширина B = LБ + 200 = 250 + 200 = 450

высота H = HB + D + 200 = 15000 + 400 + 200 =15600

где D - диаметр барабана, мм;

l - вылет ковша, мм;

L_Б - длина барабана, мм;

H_B - высота подъема груза, мм.

Рама привода изготовляется сварной из профильного проката (уголок, тавр) и листового железа. Конструкция рамы должна обеспечивать правильное положение узлов привода в течение всего срока эксплуатации и удовлетворять требованиям прочности, жёсткости и вибро -устойчивости.

. Определение технической характеристики элеватора

Таблица 3. Техническая характеристика элеватора

Список литературы

1.      А.А. Надеин, Г.С. Мурзин, Э.А. Абраменков. Методические указания к курсовому проектированию. НГАСУ. - Новосибирск, 2000.

.        Александров А.А. Подъемно-транспортные машины. - М.: Высшая школа, 1095. - 520 с.

.        Кузьмин А.В. Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов ПТМ. - Минск. Высшая школа. 1983.

.        Додонов Б.П., Лифанов В.А. Грузоподъёмные и транспортные устройства. - М.: Машиностроение, 1990. - 248 с.