Проектирование поточно-транспортной установки для подачи щебня в открытые железнодорожные вагоны

Проектирование поточно-транспортной установки для подачи щебня в открытые железнодорожные вагоны

Содержание

Введение

. Исходные данные

2. Характеристики вагона

. Расчет ленточного стационарного конвейера

. Расчет механизма передвижения сбрасывающей тележки

. Расчет поперечного реверсивного ленточного конвейера

. Расчет основных параметров стационарного бункера и питателя

. Определение стоимости перегрузочной установки

Заключение

Список литературы

Введение

Машины непрерывного транспорта в отличие от грузоподъемных обеспечивают непрерывное перемещение относительно однородных грузов без остановки для их захвата и выгрузки. Перемещаемый насыпной груз располагается сплошным слоем на несущем элементе машины - ленте или полотне отдельными порциями в непрерывно движущихся последовательно расположенных на небольшом расстоянии один от другого ковшах, коробах и других емкостях.

Достоинствами машин непрерывного транспорта является высокая производительность, перемещение груза на значительные расстояния, перемещение груза в закрытом тракте, благоприятная возможность для автоматизации перегрузочного процесса, совмещения технологических и транспортных операций. Однако не все грузы целесообразно перемещать с помощью таких машин: как правило, их используют для перемещения одного вида груза и в одном направлении, что ограничивает их применение специализированными причалами и саморазгружающимися судами, имеющими собственные перегрузочные средства.

Применение в портах МНТ позволяет повысить уровень комплексной механизации и интенсивность перегрузочных работ при обработке судов, вагонов и автомобилей, при складировании и т.д. К числу таких машин, получивших наибольшее распространение в речных портах, относятся ленточные конвейеры. Их обычно используют в качестве как основных, так и вспомогательных перегрузочных машин в различных схемах механизации. Ленточные конвейеры устанавливают на эстакаде, земле, в траншеях, под потолком и на полу в крытых складах. В большинстве случаев ленточные конвейеры оснащают сбрасывающими устройствами для промежуточной разгрузки.

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать поточно-транспортную установку, предназначенную для подачи щебня в открытые железнодорожные вагоны, подачи которых поочередно подаются по обеим сторонам эстакады. Загрузка установки осуществляется грейферными кранами. Стационарный бункер с расположенным под ним питателем обеспечивает равномерное поступление груза на стационарный ленточный конвейер, оснащенный сбрасывающей тележкой. Сбрасывающая тележка снабжена поперечным реверсивным конвейером, с которого щебень сбрасывается в обе стороны эстакады на определенное расстояние, непосредственно в железнодорожные вагоны.

вагон электродвигатель конвейер

1. Исходные данные для курсового проектирования

Таблица 1

Перегружаемый материал	ПГС
Производительность стационарного ленточного конвейера, т/ч	600
Геометрические размеры стационарного ленточного конвейера:
L, м	220
H, м	6
α	19
Число вагонов в подаче, шт	6

Таблица 2 Характеристики груза

Насыпная плотность, т/м3	1,7
Размер типичного куска, мм	8
Группа подвижности	Средняя
Угол естественного откоса, град	40
Угол при основании на ленте, град	15
Коэффициент трения по резине	0,64
Угол трения по резине, град	33
Угол внутреннего трения, град	32
Наибольший угол наклона ленточного конвейера, град	20
Наибольшая высота штабеля, м	18
Коэффициент истечения	0,5
Коэффициент трения по стали	0,55
Угол трения по стали, град	29

. Характеристики вагона

Выбираем четырехосный вагон, имеющий следующие характеристики:

Таблица 3

Грузоподъемность, т	62
Длина по осям автосцепления, м	14
Внутренние размеры:
Длина, м	12
Ширина, м	2,96
Высота по боковой стенке, м	1,88
Объем кузова вагона, м3	66,8

Рис. 1

. Расчет ленточного стационарного конвейера

Рис. 2. Схема установки стационарного ленточного конвейера для погрузки железнодорожных вагонов.

Для расчета стационарного ленточного конвейера нам необходимы следующие данные:

Условия работы: круглогодично;

Производительность-600 т/ч;

Н₁- высота подъема трассы- 6 м;

Н₂- высота перегружателя- 2,5 м;

α₂- угол наклона трассы - 19°;

β₂- угол наклона разгружателя -19°;

L₁ ;L₂ ;L₃; L₄- длины горизонтальных участков, м.

Н- высота подъема груза.

Ход сбрасывающей тележки

 

длина полувагона по осям сцепок, м;

число вагонов в подаче, м.

принимается в соответствии с аналогичными схемами конвейеров, м

Для определения всех необходимых параметров стационарного ленточного конвейера, которые потребуются для расчета полета частиц груза, а также для уточнения параметров, проведем расчет на ЭВМ с использованием программы RLKSBR.

Построения траектории полета частицы груза при ее движении с барабанного разгружателя.

Построение траектории полета частицы груза производят с целью выбора наиболее рациональной формы разгрузочного кожуха сбрасывающего приводного барабана.

Полюсное расстояние:

,

где g - ускорение свободного падения, м/с²

r- радиус приводного барабана, м

- скорость ленты конвейера, м/с

м

Толщина слоя груза на ленте:

,

где К - коэффициент, зависящий от рода груза (К=0,4)

-плотность груза, т/

-ширина ленты конвейера, м

-скорость движения ленты конвейера, м/с

-расчетная производительность конвейера

-коэффициент площади поперечного сечения груза на ленте [5, таб.24]

-коэффициент уменьшения сечения груза на наклонном конвейере [5, таб.23]

b - допустимая ширина груза на ленте, м

м

м

По соотношению величин полюсного расстояния с радиусом сбрасывающего барабана и толщиной слоя груза на ленте установим способ разгрузки.

Определение толщины ленты:

Для этого определим радиус, на котором лежит частица В (на поверхности слоя груза):

>++

-толщина рабочей обкладки, мм [5, таб. 17]

-толщина нерабочей обкладки, мм [5, таб. 17]

-толщина прокладки ТА-200,мм [5, таб.16]

n- число прокладок

=3+2+(1,4*7)=15 мм

Принимаем =15

Сравним результаты:

, следовательно, полюс находится над грузом и у нас гравитационный способ разгрузки.

Угол начала полета частиц:

При h>r положения точек отрыва определяются соответствующими углами:

,

где -угол трения груза о ленту, град

-толщина ленты, мм

r_A - радиус, на котором лежит частица А (на ленте)

- угол при основании груза на ленте

При разгрузке с барабана частицы транспортируемого груза, отрываясь от ленты, движутся по параболе, очертание которой определяется координатами [6, с.119]:

,

где v_i - скорость движения частицы груза, м/с

g - ускорение свободного падения, м/с²

Для наружного очертания слоя груза:

м/с

Составим таблицу значений:

Таблица 4

0,20,40,60,811,21,41,61,82
0,0290,1170,2630,4670,731,052,431,8682,3652,92

Для внутреннего очертания слоя груза:

Составим таблицу значений:

Таблица 5

0,20,40,60,811,21,41,61,82
0,0470,1880,420,7551,181,6992,3133,023,8234,72

Построение кожуха:

Построение кожуха проводим в соответствии с методическими указаниями [2, Стр. 38].

Находим точку А кожуха, координаты которой:

Проводим горизонталь из т.А и находим т.А₁.

Проводим вертикаль из т.А и находим т.А₂.

Находим т.В кожуха, координаты которой:

Проводим вертикаль из т.В и находим т.В₂.

Из конструктивных соображений опустим т.В вниз на 0,2м - т.В`.

Находим т.С, лежащую на горизонтальной оси

Из т.В под углом проведем прямую, являющуюся проекцией днища воронки.

,

где -угол трения груза о сталь

Через т. С проведем вертикаль.

В т. Д₁, где пересекаются вертикаль СД с траекторией полета частицы В, проверяем выполнение условия , где и . Условие выполнено.

Найдем т. Д, отстоящую от т.С по вертикали на , .

EF принимаем равное ширине лотка: В_лот=0,6*В_л = 0,6*0,8= 0,48 м;

Последовательно соединив все точки, получим очертание кожуха.

Насыпные грузы подаются на конвейер при помощи загрузочной воронки и лотка.

Воронка и лоток формируют поток груза и направляют его в середину ленты.

Размеры лотка:

ширина лотка В_лот=0,6 м;

высота h_лот=0,4 м;

длина l_лот = 1,2 м.

Очертания кожуха и найденная высота разгружателя Н_р=2,825 м.

Окончательный расчет стационарного ленточного конвейера проводим по программе RLKSBR, с уточненной высотой разгружателя, Н_р = 4 м

Выбор электродвигателя и редуктора.

Подберем электродвигатель исходя из требуемой мощности двигателя привода 2800 Р=53,71кВт. По каталогу [7] выбираем двигатель 4А315S10УЗ.

Таблица 6

Мощность, кВт	КПД, %	Частота вращения, об/мин	Сos φ	Момент инерции,
55	92	600	0,79	1	0,9	1,8	3,75

Найдем передаточное отношение для подбора редуктора:

,

где -частота вращения двигателя, об/мин

-частота вращения приводного барабана стационарного конвейера, об/мин

об/мин

По полученному передаточному отношению выбираем редуктор Ц2-650 [5]

Таблица 7

Частота вращения редуктора, об/мин	Мощность на быстроходном валу редуктора, кВт	Общее передаточное отношение
600	102	19,88

Натяжное устройство - промежуточное. Из результатов расчета известно:

ход натяжного устройства ,

усилия в ветвях ленты ,.

Силу тяжести барабана натяжного устройства принимаем G=1000 Н.

Усилие в натяжном устройстве:

. Расчет сбрасывающей тележки

Определение числа и размера ходовых колес в одной балансирной тележке

Рис. 3

Максимальная нагрузка на опору:

Где  - коэффициент неравномерности распределения нагрузки ();

- количество опор тележки.

масса тележки (по аналогу с сайта) [8]

Допускаемая нагрузка на колесо:  [1]

Число ходовых колес в балансирной тележке:

Из конструктивных соображений принимаем 4 опоры, в каждой из которых по одному колесу.

Из нагрузки 300 кН на колесо, принимаем рельс Р18 [4, стр. 325] с параметрами:

Также принимаем двухребордное колесо [4, стр. 31] с диаметром колеса .

Рис. 4. Размеры рельса Р18

Таблица 8 Геометрические параметры железнодорожного рельса Р18, мм

А	В	С	D	R	r	z1,см	z2,см	Масса, кг
90	80	40	10	90	9	4,31	4,69	17,91

Рис. 5. Размеры двухребордного колеса

Таблица 9 Геометрические параметры двухребордного колеса, мм

D	D1	d	d1	d2	В	В1	L	S	r	Масса, кг
400	450	95	150	350	80-100	130-150	120; 130	25	25	90

Контактное напряжение между ободом колеса и плоской частью головки рельса:

где:  - коэффициент, учитывающий влияние касательной нагрузки ( - для кранов на открытых площадках);

- коэффициент динамичности пары колесо - рельс;

где,  - коэффициент жесткости кранового пути ( - рельс на металлических балках);

- номинальная скорость передвижения.

Чтобы узнать скорость, находим время, за которое тележка загрузит вагон грузоподъемностью 62 т:

Из конструктивных соображений принимаем

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине рельса (при опирании крана на балансирные тележки);

- расчетная нагрузка колеса на рельс, кН.

Допускаемые контактные напряжения при линейном контакте, принимаются [4, стр. 318], и для стали 40ХН и режима 4М .

Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути

Коэффициент сопротивления движению:

Где,  - коэффициент трения качения в цапфах колес ();

- коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления в ребордах и ступицах колес при перекосах (, для подшипников качения);

- коэффициент трения качения колеса ().

Сопротивление трения:

Ветровая нагрузка на тележку:

Где,  - распределенная ветровая нагрузка на единицу расчетной наветренной площади ().

- наветренная площадь тележки ()

Сила тяжести тележки и груза с захватным устройством:

Сопротивление, вызванное уклоном пути:

где,  - уклон пути.

Сопротивление передвижению тележки на прямолинейном рельсовом пути:

Статическая мощность электродвигателя сбрасывающей тележки КПД механизма:

Где,  - КПД редуктора ();

- КПД открытой передачи ().

Суммарная статическая мощность электродвигателей:

Сопротивление передвижению разгружателя.

Сопротивление передвижению тележки на прямолинейном рельсовом пути.

Выбор электродвигателя механизма передвижения

По  подбираем двигатель серии МТН 111 - 6 с параметрами [ 3, стр. 246]:

Скорость вращения ротора: ;

КПД двигателя: ;

Максимальный вращающий момент: ;

Момент инерции ротора двигателя: ;

Масса двигателя: ;

Мощность: ;

С цилиндрическими концами валов.

Таблица 10Геометрические параметры двигателя, мм

Тип двигателя	b1	b10	b11	b12	b31	d1	d10	h	h5	h31	l1	l10	l11	l12	l31	l33	n
111-6	10	220	290	60	137	35	19	132	38	342	80	235	285	60	583,5	140	673	4

Рис. 6. Размеры асинхронных двигателей типа МТН

Статический момент двигателя:

По статическому моменту электродвигателя подбираем муфту [4, стр. 308] с параметрами:

Диаметр тормозного шкива: ;

Момент инерции муфты: ;

Наибольший передаваемой муфтой момент: ;

Рис. 7. Размеры МУВП с тормозными шкивами.

Масса муфты: ;

Тормозной момент: .

Таблица 11 Геометрические параметры муфты, мм

d (H7)	d1 (H9)	D	Dт	D1	D2	d2	d3	d4	d5
32 - 45	32 - 38	140	200	100	180	70	14	28	M10

Общее передаточное число механизма

Частота вращения колеса:

Общее передаточное число механизма:

Выбор редуктора

Для спроектированной компоновки и передаточного числа, выбираем редуктор ВК - 600 с передаточным отношением . [5, стр. 228]

Таблица 12 Геометрические параметры редуктора ВК-600, мм

			B1	B2	L	L1	Н0	Н	С
140	220	240	257,5	285	950	607	255	528	235

Проверка ходовых колес на отсутствие буксования

Суммарная нагрузка на приводные колеса:

Рис. 8. Габаритные и присоединительные размеры трехступенчатых вертикальных редукторов ВК.

Где,  - общее число колес

число приводных колес

Коэффициент сопротивлению движению без учета дополнительных сопротивлений от перекоса тележки с приводными колесами:

Сопротивления трения в неприводных колесах:

Сила инерции поступательно движущихся масс:

время разгона (3…5 с)

Тяговое усилие:

Для отсутствия буксования необходимо, чтобы сила сцепления приводных колес с рельсом была больше тягового усилия на их ободе:

- коэффициент сцепления приводных колес с рельсом

Коэффициент запаса:

Определение тормозного момента и выбор тормоза

k- коэффициент запаса торможения(=1,3)

- КПД механизма передвижения (=0,77)

радиус колеса (0,2м)

сопротивление передвижению разгружателя

передаточное отношение редуктора

Выбираем тормоз ТКГ - 200, тип толкателя ТГМ - 25 [4, стр. 284], с параметрами:

Торозной момент 300 Нм

Масса 35 кг

Рис. 9. Размеры колодочного тормоза ТКГ

Таблица 13 Геометрические параметры тормозов ТКГ - 200, мм

L	l	l1	B	b1	b2	H	h	A	a	a1		d	t
603	198	332	213	90	90	436	170	350	120	60	8	18	32

Компоновка механизма передвижения сбрасывающей тележки:

Рис. 10 1 - Электродвигатель МТF 111-6; N_н=3 кВт; 2 - Муфта типа МУВП с тормозным шкивом; 3 - Тормоз двухколодочный ТКГ-200; 4 - Редуктор ВК-600; 5 - Ходовое приводное колесо.

. Расчет поперечного реверсивного ленточного конвейера

Определим длину поперечного реверсивного ленточного конвейера:

-ширина колонны эстакады (1 м)

-ширина между колонной эстакады и шириной вагона (1 м)

-ширина вагона (2,96 м)

Расчетная схема:

Рис. 11

Дальнейший расчет поперечного реверсивного ленточного конвейера выполняется на ЭВМ с помощью программы PRLK. Используя данные, полученные с помощью программы, выберем двигатель для привода поперечного конвейера:

N_треб = 1,5 кВт (требуемая мощность)

Выберем двигатель для привода поперечного конвейера 4А100L8УЗ [7]:

Таблица 14

Мощность, кВт	КПД, %	Частота вращения, об/мин	Сos φ
1,5	76,0	750	0,73

Передаточное число редуктора:

-частота вращения двигателя, об/мин

-частота вращения приводного барабана поперечного реверсивного ленточного конвейера, об/мин

 - скорость ленты поперечного конвейера, м/с;

- диаметр концевых барабанов, м.

об/мин

Выберем редуктор Ц2-300 [5, стр 222]

Таблица 15

Частота вращения двигателя, об/мин	Мощность на быстроходном валу редуктора, кВт	Общее передаточное отношение
750	13,3	16,3

Натяжное устройство для заданного вида конвейера, исходя из аналогов и типа конвейера, принимаем пружинно-винтовое. Принципиальная схема приведена ниже.

Рис. 12

Из результатов расчета поперечного конвейера известен ход натяжного устройства 0,43 м, а также усилия в ветвях: =6166 и =5842 Н.

Требуемое усилие в натяжном устройстве:

Требуемое усилие пружины будет составлять 6004 Н

6. Расчет основных параметров стационарного бункера и питателя

Загрузка бункера производится портальным краном типа Ганц 16/27-30/15-10,5 с продолжительностью цикла 65 с. Для перегрузки груза используется грейфер для ПГС четырехканатный, ДГ2-16-С3-4к-Пр-3,5 [10]

Рис. 13

Таблица 16 Основные параметры и размеры грейфера ДГ2-16-С3-Пр-4к-3,5

Грузоподъемность крана, т	2,0
Число канатов грейфера	4
Диаметр каната, мм	28
Кратность полиспаста	4
Расчетный объем, м. куб.	3,5
Насыпная плотность груза, т/м3 куб.	1,6-2,0
Допустимая масса зачерпываемого груза, т	7
Масса грейфера, кг	5600
Число челюстей	2
Группа груза по ГОСТ 24599-87	С3
Высота, мм:
открытого	4060
закрытого	3400
Длина, мм:
открытого	4000
закрытого	3040
Ширина, мм	2430

Производительность ленточного конвейера 600 т/ч. Кран должен обеспечить требуемую загрузку конвейера.

Для обеспечения требуемой загрузки конвейера необходимо использовать 2 крана Ганц 16/27-30/15-10,5.

Проведем расчет бункера и питателя по программе MNT 01.

Используя данные, полученные с помощью программы, выберем двигатель для привода питателя:

N_треб = 0,9 кВт (требуемая мощность)

Выберем двигатель для привода питателя 4А90LВ8УЗ [7]:

Таблица 17

Мощность, кВт	КПД, %	Частота вращения, об/мин	Сos φ
1,1	72	750	0,7

Передаточное число редуктора:

-частота вращения двигателя, об/мин

-частота вращения барабана питателя, об/мин

об/мин

Выберем редуктор типа Ц2-300 [5]

Таблица 18

Частота вращения двигателя, об/мин	Мощность на быстроходном валу редуктора, кВт	Общее передаточное отношение
750	5,5	41,34

7. Определение стоимости перегрузочной установки [9, стр. 50]

Расчетно-балансовая стоимость перегрузочной установки  равна общей суме затрат на ее изготовление (строительная стоимость) с учетом затрат на доставку и монтаж:

, руб.

-строительная стоимость машины

-коэффициент серийности

- коэффициент, учитывающий транспортные расходы по доставке машины в порт отдельными узлами и механизмами

- коэффициент, учитывающий расходы по монтажу

=0,07

=0,15

Строительная стоимость машины:

-масса отдельных узлов, механизмов и оборудования перегрузочной машины, кг

-укрупненный норматив стоимости 1 кг узлов, механизмов оборудования, руб/кг

i =1…m - число групп разбивки перегрузочной машины на отдельные узлы, механизмы и оборудование.

Установленные массы отдельных узлов, механизмов и оборудования перегрузочной машины производится ориентировочно на основе аналогов типовых серийных машин, паспортных данных и справочных материалов, с учетом соотношений.

Ориентировочная масса металлоконструкций, механизмов, электрооборудования и средств автоматики в процентах от общей массы машины:

Металлоконструкция 80%

Механизмы 18%

Электрооборудование и автоматика 2%

Укрупненные нормативы стоимости 1 кг узлов и механизмов:

Металлоконструкция 1,05 руб/кг

Механизмы 4,25 руб/кг

Электрооборудование и автоматика 5,6 руб/кг

Строительная стоимость машины:

руб.

Расчетно-балансовая стоимость

 руб.

Заключение

В ходе данной работы была спроектирована поточно-транспортная линия со стационарным ленточным конвейером со сбрасывающей тележкой, производительностью 600 т/ч, предназначенная для транспортировки и погрузки щебня в открытые железнодорожные вагоны грузоподъемностью 62т., расположенные по обеим сторонам эстакады. Спроектированная поточно-траспортная линия предназначена для единичного производства.

Список литературы

1) Киселёв В.А., Захарцев В.П., Грузоподъемные машины и машины безрельсового транспорта: - Учебное пособие по курсовому проектированию, - М.: Альтаир-МГАВТ. 2007.

)   Е.В. Рачков, Машины непрерывного транспорта: - Сборник методических рекомендаций к лабораторным работам, - Москва, 2014.

)   Справочник по кранам, Под редакцией М.М. Гохберга. Т. 1 - Л., Машиностроение, 2014.

4)      Справочник по кранам, Под редакцией М.М. Гохберга. Т. 2 - Л., Машиностроение, 2014.

)        Рачков Е.В., Силиков Ю.В. Подъемно-транспортные машины и механизмы - М.: Транспорт. 2009.

6) Спиваковский А.О., Дьячков В.К. «Транспортирующие машины». Машностроение. 2010.

7)      Методические указания «Машины непрерывного транспорта». Горький, 1983.