Проект полочного элеватора

Содержание Введение

1. Расчет элеватора

1.1 Определение шага расстановки полок

1.2 Выбор конструкции и размеров цепи и звездочек

1.3 Определение распределенных нагрузок от груза и движущихся элементов

1.4 Тяговый расчет

1.5 Выбор размеров тягового элемента

2. Расчет привода элеватора

2.1 Кинематический расчет

2.2 Выбор редуктора и вариатора

2.3 Расчет открытой конической передачи

3. Проектирование узлов конвейера и привода

3.1 Расчет приводных валов и подбор их опор

3.2 Проверка подшипника качения

3.3 Расчет винтового натяжного устройства

3.4 Проектирование металлоконструкции конвейера и сварной рамы привода

3.5 Расчет болтового соединения крепления редуктора к раме

4. Монтаж и безопасность эксплуатации конвейера и привода

4.1 Организация монтажных работ

4.2 Техника безопасности Список использованной литературы Приложения Введение Полочный элеватор состоит из двух вертикально замкнутых пластинчатых цепей, к которым на определенном расстоянии друг от друга жестко прикреплены консольно расположенные полки или другие грузонесущие устройства.

По виду трассы полочные элеваторы разделяют на вертикальные и наклонные. Полки могут быть плоскими или вогнутыми в зависимости от вида транспортируемого груза.

Для избегания отклонения тягового элемента от консольно расположенных полок на прямолинейных участках устанавливают направляющие А, по которым движутся катки цепи (рис. 1.1).

Полочные элеваторы находят применение на складах пищевых предприятий для вертикального перемещения штучных и тарных грузов, а также в составе технологических линий.

1. Расчет элеватора Спроектировать полочный элеватор для катных грузов. Привод элеватора состоит из вариатора, редуктора и открытой конической передачи. Нагрузка плавная, реверсивная; работа в течение 12 ч в сутки; ПВ = 100, 10 пусков в час; температура воздуха 20С.

Исходные данные:

— производительность т/ч;

— размеры бочки м;

— масса одной бочки кг;

— скорость подъема м/с;

— высота подъема м;

— режим работы — средний.

1.1 Определение шага расстановки полок Шаг полок рассчитываем исходя из заданной штучной производительности Z (шт./ч) и скорости подъема грузов по формуле

(1.1)

где — число грузов, расположенных на одной полке;

= шт./ч.

— штучная производительность

1.2 Выбор конструкции и размеров цепи и звездочек По аналогии с применяемыми конструкциями принимаем тяговый элемент полочного элеватора, состоящий из двух параллельно расположенных пластинчатых цепей М315−2-315−1 (тип 2 с шагом мм, исполнение 1, разрушающая нагрузка кН, удельная масса цепи кг/м).

Уточняем шаг расстановки полок, который кратен шагу цепи. При коэффициенте кратности 2 шаг полок совпадает с предварительно рассчитанным значением.

м.

Делительный диаметр приводных звездочек при числе зубьев :

(1.2)

.

1.3 Определение распределенных нагрузок от груза и движущихся элементов Удельная нагрузка от груза определяется по формуле

(1.3)

где — масса одного груза.

.

Распределенная нагрузка холостой части определяется по формуле

(1.4)

где кг/м — удельная масса цепи; - масса полки, определяемая по конструктивным размерам; приближенно

.

.

.

1.4 Тяговый расчет Тяговый расчет выполняется методом обхода контура по характерным точкам (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Схема полочного элеватора Сопротивление в точке погрузки определяем по формуле

(1.5)

где — скорость груза при поступлении на несущий орган конвейера;, следовательно .

Натяжение цепи полочного элеватора в характерных точках:

принимаем ,

(1.6)

где — коэффициент сопротивления движению при огибании отклоняющих устройств, .

.

(1.7)

где — дополнительное сопротивление трения нагруженной полки.

Рисунок 1.2 — Схема к расчету дополнительного сопротивления Дополнительное сопротивление движению катков цепи по направляющим и контурам обусловлено консольным положением полок от реакции R в опорах катков цепи (рис. 1.2). При допущении, что веса груза и полки совпадают по направлению и их плечо, дополнительное сопротивление трения от весов груза и полки

(1.8)

где — коэффициент сопротивления движению цепи,

;

— суммарный вес груза и полки:

(1.9)

.

.

.

(1.10)

где — дополнительное сопротивление перемещению цепи, вызванное реакцией пустой полки:

(1.11)

.

.

Строим эпюру натяжения цепей элеватора (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 — Эпюра натяжения тягового органа элеватора

1.5 Выбор размеров тягового элемента Наибольшее натяжение набегающей ветви

.

Динамической составляющей ввиду малой скорости пренебрегаем.

Проверка выбранной цепи выполняется по разрушающей нагрузке, которая определяется по формуле

(1.12)

.

Прочность обеспечена, т.к. ранее выбранная цепь имеет разрушающую нагрузку кН.

2. Расчет привода элеватора

2.1 Кинематический расчет При заданной кинематической схеме привода требуемую мощность электродвигателя определяют из расчетной номинальной нагрузки на выходе, которая с учетом коэффициента запаса определяется по формуле

(2.1)

где Н — окружная сила на приводном валу;

.

Предварительно выбираем зубчатый двухступенчатый редуктор, поэтому КПД привода (рис. 2.1) будет определяться по формуле

(2.2)

где — КПД муфты;

— КПД вариатора;

— КПД зубчатой передачи редуктора;

— КПД конической передачи;

— КПД пары подшипников.

.

Требуемая мощность электродвигателя определятся по формуле

(2.3)

.

Частота вращения приводных звездочек рассчитывается по формуле

(2.4)

.

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычисляем, подставляя в формулу 2.5 средние значения передаточных чисел из рекомендуемого диапазона [2, табл. 1.1] для конической и двух зубчатых передач.

(2.5)

Рисунок 2.1 — Кинематическая схема привода где — среднее передаточное число зубчатой передачи;

— среднее передаточное число конической передачи;

— передаточное число вариатора (принимаем).

По каталогу [2, прил. 1.1] подбираем электродвигатель серии АИР 180М4 мощностью с частотой вращения .

Уточняем передаточное число привода

(2.6)

.

Окончательно приняв передаточное число редуктора [2, табл. 1.2]

и передаточное число конической передачи [2, табл. 1.1]

получим минимально возможное передаточное число вариатора

(2.7)

.

Рассчитаем частоты вращения всех валов привода по формуле

(2.8)

где — номер вала; - передаточное число передачи между i-м им валами.

;

;

.

Определим угловые скорости всех валов привода по формуле

(2.9)

;

;

;

.

Рассчитываем мощность на 2-м валу привода по формуле

(2.10)

.

Рассчитываем мощность на 3-ем валу привода по формуле

(2.11)

.

Определим вращающие моменты на валах привода по формуле

(2.12)

;

;

;

.

2.2 Выбор редуктора и вариатора По выбранному типу редуктора (цилиндрический двухступенчатый), передаточному числу () из таблиц каталога [2, табл. 2.3−2.7] подбираем типоразмер редуктора с обеспечением условия:

(2.13)

где — коэффициент условий работы, определяется по формуле

(2.14)

где — коэффициент, учитывающий продолжительность работы в сутки (;

— коэффициент, учитывающий динамические характеристики двигателя (;

— коэффициент, учитывающий количество пусков в час (;

— коэффициент, учитывающий продолжительность включения (;

— коэффициент, учитывающий реверсивность редуктора (при реверсивной работе);

— температурный коэффициент (.

.

.

Выбираем редуктор Ц2У-250 из библиотек КОМПАС-3D. Номинальный крутящий момент 5000 Н•м.

По выбранному типу вариатора (вариатор цепной пластинчатый) и диапазону регулирования частот вращения подбираем типоразмер вариатора с обеспечением условия 2.13.

.

Из [2, табл. 4.5] выбираем вариатор цепной пластинчатый ВЦ6Б.2.101−02.

2.3 Расчет открытой конической передачи

2.3.1 Выбор материала и допускаемых напряжений Для лучшей зубьев рекомендуется получить твердость шестерни больше твердости колеса на 20…30 НВ.

Выбираем материал колеса и шестерни — сталь 40ХН [2, табл. 5.1] с термообработкой — улучшение. Твердость шестерни, колеса, МПа.

2.3.2 Выбор внешнего модуля Расчетный внешний модуль определяется по формуле

(2.15)

где — коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния. Принимаем ;

— коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки, принимаем по [2, табл. 5.4] ;

— коэффициент внешней динамической нагрузки. При незначительных колебаниях нагрузки ;

— коэффициент, учитывающий понижение прочности конической прямозубой передачи по сравнению с цилиндрической;

— число зубьев шестерни (принимаем ;

— коэффициент, учитывающий форму зуба;

— номинальный вращающий момент на валу колеса;

— допускаемое напряжение изгиба, определяемое по формуле

(2.16)

здесь — коэффициент, учитывающий форму цикла. При работе зуба двумя сторонами (в реверсивных передачах) напряжение изгиба изменяется по симметричному циклу, ;

— предел прочности при изгибе, для легированной стали

МПа.

— коэффициент запаса прочности: для стальных поковок, подвергнутых нормализации или улучшению ;

— эффективный коэффициент концентрации напряжений у основания зуба. Для стальных колес, подвергнутых нормализации, улучшению или объемной закалке .

.

Принимаем .

2.3.3 Определение геометрических параметров Число зубьев колеса определяется по передаточному числу конической передачи:

(2.17)

.

Угол делительного корпуса шестерни и колеса :

; (2.18)

.

;

.

Внешнее конусное расстояние:

(2.19)

.

Ширина венца зубчатых колес:

(2.20)

.

Округляем до целого числа .

Среднее конусное расстояние:

(2.21)

.

Внешние диаметры колес:

— делительные

; (2.22)

.

;

.

— вершин зубьев

; (2.23)

.

;

.

— впадин зубьев

; (2.24)

.

;

Геометрические параметры колес в среднем сечении:

— средний модуль

(2.25)

.

— средние делительные диаметры

; (2.26)

.

;

.

2.3.4 Определение сил в зацеплении конических колес Окружная сила на среднем диаметре колеса:

(2.27)

.

Радиальная сила на шестерни и колесе:

; (2.28)

.

;

.

Осевые силы:

;

.

2.3.5 Проверка передачи на выносливость Проведем проверку по контактным напряжениям:

(2.29)

где — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зубчатого колеса;

— коэффициент вида зубьев. Для передачи с прямыми зубьями .

.

Допускаемое контактное напряжение определяется по формуле

(2.30)

.

Выносливость обеспечена.

элеватор привод вал конвейер

3. Проектирование узлов конвейера и привода

3.1 Расчет приводных валов и подбор их опор При составлении расчетной схемы приводной вал представляют как балку на двух опорах, нагруженную двумя сосредоточенными силами по числу приводных звездочек элеватора (рис. 3.1). При симметричной конструкции (к которой желательно прибегать) силы давления ступиц звездочек на вал определяются по формуле

(3.1)

.

Силы от конической передачи, действующие на вал:

— окружная ;

— радиальная ;

— осевая .

Рисунок 3.1 — Схема к расчету приводного вала Приведем все силы, действующие на приводную звездочку, к центру тяжести вала (рис. 3.2).

Примечание: значением силы будем пренебрегать, учитывая только значение .

Рисунок 3.2 — Схема сил, приведенных к центру тяжести приводного вала По полученной схеме находим реакции опор, строим эпюры моментов, действующих на вал в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Суммарный момент на валу определяется по формуле

(3.2)

Затем строим эпюры суммарного и изгибающего моментов (рис. 3.3) и находим опасное сечение приводного вала.

Сечение — опасное. Эквивалентный момент в этом сечении рассчитывается по формуле

(3.3)

где и — изгибающий и вращающий моменты в расчетном сечении.

.

Рисунок 3.3 — Эпюра моментов, действующих на приводной вал По эквивалентному моменту рассчитываем диаметр опасного сечения вала, который определяется по формуле

(3.4)

Для углеродистых сталей марок 35…50 и Ст-5…Ст-6 с учетом жесткости вала можно принять допускаемые напряжения МПа. Принимаем МПа.

.

Принимаем диаметр вала под звездочками 160 мм. Диаметр под подшипниками 150 мм. Диаметр выходного конца 140 мм.

Аналогичным образом определяем диаметр натяжного вала элеватора. Различие заключается только в том, что натяжной вал воспринимает только изгибающие нагрузки от сил давления ступиц звездочек, которые определяются по формуле

(3.5)

.

Приводим силы, действующие на натяжной вал, к центру тяжести вала (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 — Схема сил, действующих на натяжной вал Находим реакции опор и строим эпюру изгибающих моментов.

Рисунок 3.5 — Эпюра моментов, действующих на натяжной вал Определяем диаметр натяжного вала по формуле 3.4.

.

Принимаем диаметр вала в опасном сечении 35 мм. Диаметр оси под подшипником 30 мм. Выбираем подшипник № 1206.

3.2 Проверка подшипника качения Основные критерии работоспособности подшипника качения — его динамическая и статическая грузоподъемность.

Номинальная долговечность (ресурс) в миллионах оборотов определяется по формуле

(3.6)

где — динамическая грузоподъемность по каталогу; - номинальная нагрузка; - показатель степени: для шарикоподшипников .

Номинальная долговечность в часах определяется по формуле

(3.7)

где — частота вращения оси.

Эквивалентная нагрузка определяется по формулам при ;(3.8)

при ,(3.9)

где — коэффициент; при вращении внутреннего кольца, при вращении наружного; - радиальная нагрузка; - осевая нагрузка, — коэффициент осевого нагружения.

Значения и определяем по [3. табл. 9.18 и П4 приложения], значения — [3, табл. 9.19], значения — [3, табл. 9.20].

Т.к. осевая нагрузка равна 0, то .

Следовательно

.

.

3.3 Расчет винтового натяжного устройства Расчет винтового натяжного устройства сводится к расчету винт — гайка. Средний диаметр резьбы винта определяется по формуле

(3.10)

где — осевая нагрузка на винт;

— коэффициент высоты гайки;

— допускаемое давление в резьбе, .

.

По полученному значению диаметра принимаем резьбу винта М16, шаг — 2 мм;; .

Винты, работающие на сжатие, проверяют на устойчивость по условию:

(3.11)

где — допускаемый запас устойчивости,; - критическая сила; - модуль упругости материала винта; - минимальный момент инерции сечения винта.

.

Условие проверки соблюдается.

3.4 Проектирование металлоконструкции конвейера и сварной рамы привода Рамы изготавливают из листового или профильного проката. Чаще всего они свариваются из швеллеров одного, в крайнем случае, двух номеров, которые устанавливаются так, чтобы их полки были обращены наружу (рис. 3.6). Такое расположение швеллеров удобно при монтаже узлов привода на раме.

Рисунок 3.6 — Крепление оборудования к раме болтами: 1 — гайка; 2 — шайба пружинная; 3 — редуктор; 4 — шайба косая; 5 — болт; 6 — швеллер рамы Размеры швеллеров выбирают, исходя из расположения на полках гаек и головок крепежных болтов. При этом может быть использовано следующее выражение:

(3.12)

где — размеры швеллеров, мм; - наибольший из диаметров болтов крепления к раме сборочных единиц (диаметр болтов крепления редуктора).

Ширина швеллера определяется по выражению

(3.13)

Принимаем .

.

По [2, прил. 5] выбираем швеллер № 18.

3.5 Расчет болтового соединения крепления редуктора к раме

1. Составляем схему редуктора с необходимыми для расчета размерами (рис. 3.7). Центр тяжести стыка (ЦТС) Лежит на пересечении осей симметрии редуктора.

Рисунок 3.7 — Расчетная схема болтового крепления редуктора к раме

2. Приводим консольные нагрузки, , изгибающий момент и крутящие моменты и к ЦТС опорной поверхности редуктора.

Рассчитываем моменты:

2.1 От силы :

— в плоскости XOZ

— в плоскости XOY

2.2 От силы :

— в плоскости XOZ

— в плоскости YOZ

2.3 Моменты и действуют в одной плоскости XOZ и имеют знак минут в принятой системе координат.

3. Вычисляем суммарные моменты и силы, действующие на болты соединения редуктора и рамы.

3.1 Суммарный момент в плоскости XOZ:

;

.

3.2 Суммарный момент в плоскости XOY:

;

.

3.3 Суммарный момент в плоскости YOZ:

;

.

3.4 Суммарная сила в направлении оси Х:

.

3.5 Суммарная сила в направлении оси Y: .

3.6 Суммарная сила в направлении оси Z: .

4. Определяем усилия в болтах соединения от суммарных моментов и сил, действующих в отдельных плоскостях.

4.1 В плоскости XOZ при практически вся нагрузка воспринимается болтами 3 и 4.

.

.

4.2 В плоскости XOY все болты одинаково нагружены силой:

где — коэффициент трения в стыке;

.

.

4.3 В плоскости YOZ при нагружены болты 1 и 4.

.

.

4.4 Суммарное сдвиговое усилие, воспринимаемое болтовым соединением в плоскости XOY:

.

и нагрузка на каждый болт:

.

4.5 Осевое усилие по оси Z на любой болт:

.

5. Вычисляем суммарные усилия на каждый болт и оцениваем наиболее нагруженный.

Болт 1:

;

.

Болт 2:

;

.

Болт 3:

;

.

Болт 4:

;

.

Таким образом, наиболее нагруженный болт 4 нагружен усилием .

6. Предполагая, что все болты имеют одинаковые диаметры и длину, определяем диаметр наиболее нагруженного по формуле

(3.14)

где — допускаемое напряжение на растяжение для болтов из стали Ст3 с пределом текучести и коэффициентом запаса прочности .

.

В установленных болтах М27 внутренний диаметр .

7. Диаметр отверстия в опорном фланце корпуса редуктора Ц2У-250 составляет 28 мм. Следовательно, крепление корпуса редуктора к раме с помощью болтов М27 будет соответствовать условию прочности.

4. Монтаж и безопасность эксплуатации конвейера и привода

4.1 Организация монтажных работ Очень часто машины эксплуатируют в условиях повышенной влажности и атмосферных осадков вне крытых помещений, а зимой — в условиях пониженных температур.

Такая специфика работы машин осложняет эксплуатацию и повышает требования к качеству машин и их монтажа.

Анализ причин неудовлетворительной работы и простоев машин показывает, что значительная часть неполадок — это следствие дефектов, допущенных в процессе монтажа и установки.

При недостаточно тщательном или неумелом монтаже, неудовлетворительной наладке, хорошо сконструированные и изготовленные машины работают плохо и часто выходят из строя. Низкое качество монтажных работ может быть при работе машин причиной толчков и рывков, вызывающих снижение рабочих скоростей, повышенные износы и частый ремонт.

Качество и сроки монтажных работ предопределены некоторыми организационными мероприятиями, а также составлением соответствующей документации.

Процесс монтажа подразделяют на подготовительный и собственно монтажный периоды.

Подготовительные работы связаны с подготовкой к проведению монтажа машины и включает следующее:

* отгрузку машин, подлежащих монтажу, их разгрузку на монтажной площадке, осмотр и проверку комплектности узлов и деталей, а также частичную пригонку;

* полное укомплектование узлов перед монтажом;

* сборку отдельных узлов в укрупнённые узлы, допускаемые по массе, габаритам для данного такелажа;

* приёмку строительных работ — фундаментов, рельсовых путей;

* доставку подъёмно-транспортных средств.

Производство монтажных работ включает следующее:

* установку и размещение на монтажной площадке такелажного оборудования;

* проведение такелажных работ, связанных с подъёмом, перемещением, установкой и креплением машины;

* окончательную наладку машин после выполнения монтажа или установки;

* опробование узлов машин в целом без нагрузки и под нагрузкой.

Монтаж машин можно осуществлять методами постепенного наращивания и крупноблочным.

Метод постепенного наращивания заключается в последовательной установке на ранее смонтированные следующих сборочных единиц машины. Его применяют при отсутствии на монтажной площадке надлежащих грузоподъёмных механизмов и приспособлений.

Методом постепенного наращивания обычно монтируют машины, развитые в вертикальном направлении, например, элеваторы. Монтаж начинают с башмака, а затем последовательно устанавливают секции и головку элеватора.

Развитую в горизонтальном направлении приводную станцию ленточного конвейера монтирую следующим образом:

* монтаж металлических конструкций приводной станции на проектной отметке;

* монтаж подшипников привода;

* монтаж приводного барабана с уравнительной муфтой;

* установка опорной рамы и редуктора по уравнительной муфте;

* монтаж электродвигателя по эластичной муфте, соединяющей его с редуктором.

Крупноблочный метод сводится к параллельному монтажу укрупнённых блоков с последующим монтажом машины из этих блоков. Сборка отдельных блоков делится на подузловую и узловую и ведётся несколькими бригадами.

Понятие монтажа крупными блоками часто совпадает с понятием скоростного монтажа, поскольку при монтаже крупными блоками значительно сокращается его продолжительность.

Процесс крупноблочного монтажа распадается на стадии предварительной укрупнённой сборки подузлов (сборочных единиц) из отдельных деталей, а затем целых блоков-узлов из подузлов на отметках ниже проектных или же в стороне от проектного положения и монтаж машины в проектном положении из уже ранее собранных блоков-узлов.

4.2. Техника безопасности Оформляется в виде инструкции по технике безопасности и для полочного ого элеватора имеет следующий вид.

1. Элеватор не допускать к работе: до его освидетельствования, а также после истечения сроков технического освидетельствования; при выявлении многочисленных неисправностей; при недопустимом износе цепей и т. п.

2. Нагрузка на элементы элеватора и масса штучных грузов не должны превышать допустимых значений.

3. Перед пуском элеватора убедиться в отсутствии посторонних предметов в люльках и внутри самого элеватора.

4. Пуск элеватора производить в холостую во избежание дополнительных усилий, резко влияющих на работу элементов машины.

5. До подачи груза на элеватор нужно убедиться, что он работает нормально: боковое смещение цепи отсутствует, все опорные детали вращаются, движущие части не задевают неподвиж ные элементы, отсутствует посторонний шум и т. п.

6. Необходимо обеспечивать непрерывный контроль за работой элеватора во избежание возможных происшествий.

7. При возникновении неисправности необходимо быстро отключить элеватор.

8. Запрещен какой-либо ремонт во время работы.

9. Все вращающиеся элементы должны быть закрыты ограждениями и кожухами, выкрашенными в красный цвет.

10. Для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим непроводящим частям электродвигателя, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус, необходимо защитное заземление. Сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом.

11. Должна быть надежная изоляция проводов от земли и корпуса электродвигателя.

1. Степыгин В. И., Чертов Е. Д., Елфимов С. А. Проектирование подъемно-транспортных установок: Учебное пособие.- М.: Машиностроение, 2005. — 288 с.: ил.

2. Проектирование электромеханических приводов технологических машин [Текст]: учебное пособие / В. И. Степыгин, Е. Д. Чертов, С. А. Елфимов; Воронеж. гос. технол. акад. — Воронеж: ВГТА, 2010 — 260 с.

3. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов / С. А. Чернавский, К. Н. Боков, И. М. Чернин и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1988. -416 с.: ил.