Расчет пластинчатого конвейера

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:

1 — привод; 2 — натяжное устройство; 3 — тяговый орган с пластинами; 4 — направляющие.

Oсновные 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.

Bозможна 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

2.1 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;

= 1,5 м/с — скорость движения полотна;

= 2,7 т/м³ — плотность транспортируемого груза;

K_в =0,95 — коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера;

= 45^о — угол естественного откоса груза в покое;

h = 0.16 м — высота бортов полотна, выбираем из номинального ряда;

= 0.7 — коэффициент использования высоты бортов Коэффициент K_в определяем по формуле:

(2.2)

=

=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)

= 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.

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

3.1 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 = 0.95 — КПД привода

k_з = 1.1 — коэффициент запаса мощности

кВт 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 = 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;

— угловое ускорение вала электродвигателя.

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 у_ср = 100 Н/мм² и пределом текучести _Т = 320 Н/мм². Тип резьбы выбираю прямоугольный (ГОСТ 10 177−82).

Принимаем материал для гайки — бронзу Бр. АЖ9−4 с допускаемым напряжением на срез у_ср = 30 Н/мм², на смятие у_см = 60 Н/мм², на разрыв _Р = 48 Н/мм². Тип резьбы тот же.

Средний диаметр резьбы винта определяем по формуле:

мм, (3.19)

где = 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 — коэффициент скольжения допускаемых напряжений сжатия, при расчете на устойчивость определяется как функция гибкости винта ().

[_-1P] - допускаемое напряжение сжатия.

Допускаемое напряжение сжатия определяем по формуле:

Н/мм², (3.27)

Гибкость винта определяем по формуле:

(3.28)

где =2 — коэффициент приведенной длины По известной гибкости винта нахожу = 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:

у_ср = .

Условие выполняется

3.5 Расчет валов

Приводной вал В качестве материала вала принимаем сталь 45, предел прочности

_В = 730 Н/мм², пределы выносливости: _-1 = 0.43_B = 314 Н/мм², _-1 = 0.58 -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

[]_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 = 13 495 Н.

Вал натяжного устройства Расчет производим аналогично п. 2.5.1.

В качестве материала вала принимаем сталь 45 (диаметр заготовки более 100 мм), предел прочности _В = 730 Н/мм², пределы выносливости: _-1 = 0.43_B = 314 Н/мм², _-1 = 0.58 -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 = 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.

3.7 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 21 424−75) 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 = 19 000 Нм.

3.8 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

В качестве несущей опоры для катков цепи выбираем швеллер 12 по ГОСТ 8240–89 с моментом сопротивления изгибу W_x = 8.52 см³. Несущий швеллер опирается на сварные рамы, определяем расстояние между рамами:

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 = 1,5 м/с;

Длина конвейера l = 90 м;

Длина горизонтального участка l_г = 25 м;

Угол наклона конвейера в = 10 ^o;

Плотность транспортируемого груза = 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.

2. Барышев А. И., Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ в пищевой промышленности. Часть 2. Транспортирующие машины. — Донецк: ДонГУЭТ, 2000 — 145 с.

3. Чернавский С. А. Курсовое проектирование деталей машин, М.: Машиностроение, 1979. — 351 с.

4. Ануфриев В. И. Справочник конструктора — машиностроителя в трех томах, М.: Машиностроение, 2001.

5. Яблоков Б. В., Белов С. В Методические указания к курсовому проекту по подъемно-транспортным устройствам (пластинчатые конвейеры), Иваново, 2002 г.