Рекомендации методические к расчетному заданию Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Бийский технологический институт (филиал) М.С. Дунин, Н.М. Климонова, Е.К. Булыгина ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА Методические рекомендации к расчетному заданию курсового проекта по курсу «Подъемно-транспортные устройства» для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» дневной и заочной форм обучения Бийск 2006 УДК 621.86 Дунин, М.С. Подъемно-транспортные устройства: методические рекомендации к расчетному заданию курсового проекта по курсу «Подъемно-транспортные устройства» для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» дневной и заочной форм обучения / М.С. Дунин, Н.М. Климонова, Е.К. Булыгина. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск. Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. – 38 с. В настоящих методических рекомендациях представлены задания на курсовой проект по курсу «Подъемно-транспортные устройства», а также последовательность расчета для каждого задания с изложением основных расчетных формул. Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры технической механики. Протокол № 108 от 25.05.2004 г. Рецензент: к.т.н. Чащилов Д.В. (БТИ АлтГТУ) ã БТИ АлтГТУ, 2006 1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ По курсу «Подъёмно-транспортные машины» студенты должны выполнить курсовую работу. Она заключается в определении основных конструктивных параметров заданной машины и подробном прочностном расчете одного из ее узлов. На основании полученных данных производится конструктивная разработка указанного узла. Объем графической части 1-2 листа формата А1 (в зависимости от выбранного масштаба и чертежной техники студента). является заключительным этапом изучения курса «Подъемно-транс-портные машины». В процессе ее выполнения студент должен получить навыки в применении теоретических знаний для решения конкретных практических задач, научиться работать со справочной литературой и стандартами. Проверить и закрепить свои знания не только по курсу «Подъемно-транспортные машины», но и по предшествующим дисциплинам: деталям машин, сопротивлению материалов, технологии металлов, машиностроительному черчению и т.д. После выбора номера задания студенту следует внимательно с ним ознакомиться и разобраться, какие узлы машины подлежат расчету и конструированию. При этом рекомендуется ознакомиться с существующими конструкциями аналогичных узлов и машин, путем критической оценки выбрать наилучшее решение для заданного варианта, используя достижения техники и личный запас знаний, полученных в результате обучения в вузе. Приступая к расчету и проектированию механизма, следует помнить, что к его конструкции предъявляются следующие требования: все детали и узлы должны обладать достаточной прочностью и надежностью в работе, быть технологичными, экономичными и при изготовлении, и в эксплуатации. Поэтому выбор конструкции узлов, выбор расчетных параметров, материала деталей должен сопровождаться убедительным обоснованием. Поскольку на долговечность деталей механизма оказывает влияние правильный выбор смазки, этот вопрос также должен быть освещен в расчетно-пояснительной записке. Графическая часть курсовой работы выполняется карандашом в объеме одного-двух листов формата А1 в зависимости от размера узла и выбранного масштаба. Заданный узел должен изображаться на чертеже не менее чем в двух проекциях, с раз-резами вдоль осей и валов и по всем конструктивным соединениям. Для громоздких конструкций (грузовые тележечные натяжные станции) допускается выполнение проекций в малом масштабе, но разрезы должны вычерчиваться крупным планом. Чертеж должен сопровождаться спецификацией по установленной форме для сборочных чертежей. На чертеже должны указываться размеры габаритные, соединительные и установочные. 2 СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ Содержание расчетно-пояснительной записки определяется заданием на курсовую работу, поэтому ниже приводится примерная последовательность общих расчетов для каждого из основных типов заданий. На первой странице записки: задание, схема рассчитываемой конструкции и исходные данные для расчета. Правила оформления записки и записи расчетных формул согласно литературе [14]. 3 ОСНОВЫ РАСЧЕТА КОНВЕЙЕРОВ Рабочими органами механических транспортирующих машин являются чаще всего ленты (прорезиненные или стальные), цепи, винты и др. В связи с этим конвейеры имеют соответствующие названия: ленточные, цепные, шнековые и т.д. Если груз перемещается с помощью цепи, на которую укреплены скребки, конвейер называется скребковым. Исходные данные для расчета конвейеров: расчетная производительность Qр , характеристики транспортируемого груза, схема трасс, режим работы. 3.1 Производительность Основными понятиями, определяющими производительность Qр , являются среднее количество груза, находящегося на единице длины грузонесущего органа, и его скорости. 3.1.1 При перемещении груза непрерывным потоком, равномерно расположенным по длине конвейера, с массой груза q (кг/м), со скоростью v (м/с) расчетная часовая массовая производительность Qрм (т/ч): Qрм = , (3.1) где . (3.2) Если известна площадь сечения груза А (м2 ) и насыпная плотность (т/ м3 ), то объёмная производительность Qpo (м3 /ч) равна Qpo = . (3.3) Соотношения между массовой производительностью по формуле (3.1) и объёмной по выражению (3.3) = . (3.4) 3.1.2 При перемещении груза отдельными порциями, расположенными с шагом tгр , при вместимости ковша io (м3 ), коэффициенте заполнения его грузом масса груза на единице длины конвейера равна : , (3.5) поэтому расчетная массовая производительность, т/ч: . (3.6) Расчетная объёмная производительность , м3 /ч: . (3.7) Соотношение между ними . (3.8) 3.1.3 При перемещении штучных грузов массой mгр, расположенных с шагом tг , масса груза на единице длины конвейера равна (3.9) и массовая производительность , (т/ч). (3.10) При интервале времени между единичными грузами , с (3.11) штучная производительность , шт/ч равна =. (3.12) 3.2 Тяговой расчет Этот расчет выполняют для определения натяжений тягового органа на всей длине трассы конвейера. Для этого трассу разбивают на участки, характерные по виду сопротивлений: прямолинейные, криволинейные, огибания барабанов (звездочек) места загрузки и разгрузки, очистительные устройства. При расчете находят сопротивления на граничных точках указанных участков. В результате тягового расчета строят диаграмму натяжений на всех участках и определяют тяговое усилие на приводном барабане (звездочке) и усилие натяжного устройства. 3.2.1 Сопротивление передвижению грузонесущего органа Определяется на характерных участках трассы с учетом нагрузки на 1м длины (линейная сила тяжести) в зависимости от массы груза q и массы грузонесущего органа qо . На наклонном прямолинейном груженом участке длиной L и высотой h основными сопротивлениями являются составляющие от массы груза и грузонесущего органа: ; (3.13) сопротивление от трения в опорах элементов грузонесущего органа , (3.14) где гр – сопротивление от трения, Н; – угол наклона участка грузонесущего органа к горизонту, (о ); q0 – масса единицы длины грузонесущего органа, кг; g = 9, 81 – ускорение свободного падения, м/с2 ; h – высота подъёма груза, м; LГ – проекция пути перемещения на горизонталь, м; о = 0,1…4,2 обобщенный коэффициент сопротивления, зависящий от типа конвейера и его параметров, определяется экспериментально: меньшие значения относятся к конвейерам, несущим груз (ленточные, пластинчатые и т.п.), большие – к конвейерам, волочащим груз (скребковые, винтовые и т.п.). 3.2.2 Мощность привода При транспортировании груза мощность привода расходуется на преодоление основных сопротивлений, определяемых по формулам (3.13), (3.14), и дополнительных. В предварительных расчетах учитываются основные сопротивления от массы транспортируемого груза . (3.15) При этом мощность на рабочем органе барабане, звездочке Р , кВт , (3.16) где знак «плюс» – при подъёме груза, а знак «минус» – при опускании груза. Двигатель выбирается по установочной мощности Руст , кВт , (3.17) где Кз = 1,1…1,3 – коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки конвейера, = 0,9 – общий КПД привода. Если известно тяговое условие Fо , на рабочем органе, то установочная мощность двигателя Руст , кВт Pуст = . (3.18) 4 ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ В заданиях на курсовую работу определены исходные данные для расчета конвейера: производительность Q , скорость ленты v, профиль трассы. Необходимо с учетом задания рассчитать остальные параметры конвейера. 4.1 Выбор ленты и определение её ширины Тип ленты принимают в зависимости от вида транспортируемого груза и условий работы конвейера. Ширина ленты B, м определяется (4.1) где Qрм – расчетная массовая производительность, т/ч; v – скорость ленты; – насыпная (объёмная) плотность груза, т/м3 ; – коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера , причём = 1,01 при = 0о …10о ; = 0,95 при = 10о …15о ; = 0,9 при = 15о …18о ; = 0,85 при = 20о …22о . Ширина ленты с учетом кусковатости груза, мм , (4.2) где k = 2…3,3 – коэффициент, учитывающий размер кусков; a – максимальный линейный размер кусков груза, мм (таблица 1). Таблица 1 – Характеристика грузов Форма груза a Материалы Особо крупные a >320 Камни, уголь Мелко кусковые 60 a Соль, щебень Крупнозернистые 10 a Мелкий гравий Мелкозернистые 2 a 0, 5 Песок крупный Порошкообразные 0,5 a 0, 05 Песок мелкий Полученная ширина ленты округляется до стандартной величины по таблице 2. Таблица 2 – Стандартные значения ширины ленты Ширина ленты, мм 400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 4.2 Выбор роликоопор Диаметры роликов Dр выбирают в зависимости от ширины ленты В , насыпной плотности груза и скорости движения ленты v из рекомендуемых значений по таблице 3. Таблица 3 – Значения диаметров роликов Dр , мм Ширина ленты В , мм Насыпная плотность груза ,т/м3 До 1,6 2,0 3,5 Максимальная скорость ленты v , м/с До 1,6 2,0 2,5 2,5 3,2 400-650 < 89 800 < 63…89 1000 102 127 1200 108 133 152 1400-2000 159 Расстояние между роликами lр выбирается из рекомендованных значений по таблице 4. Таблица 4 – Значения расстояний между роликами lр , мм Насыпная плотность груза , т/м3 Ширина ленты В , мм 400-500 650-800 1000-1200 1400-1600 2000 До 1,0 1500 1400 1300 1200 1100 Св. 1,0 до 2,0 1400 1300 1200 1100 1000 Св.2,0 до 3,5 1300 1200 1100 1000 900 4.3 Предварительное определение мощности и натяжений ленты на приводном барабане 4.3.1 Мощность определяется по формуле , (4.3) где Qрм , L, h определяются условиями задания и компоновочными решениями: Qрм – производительность, т/ч; L – длина транспортера, м; h – высота наклонного участка, м; 0 – обобщенный коэффициент сопротивления, выбирается по таблице 5. Таблица 5 – Обобщенный коэффициент сопротивления 0 Длина L , м Производительность Qрм , т/ч 10 20 30 100 200 400 10 2 1,4 0,92 0,67 0,50 0,37 50 0,51 0,39 0,28 0,21 0,17 0,14 125 0,29 0,23 0,18 0,14 0,12 0,10 250 0,12 0,11 0,09 0,07 0,06 0,04 4.3.2 Обязательным условием работоспособности привода является создание в ленте предварительного натяжения для прижатия её к барабану. Зависимость между натяжениями набегающей на барабан ленты SНБ (Н) и сбегающей с барабана S СБ (H) определяется формулой Эйлера , (4.4) где е = 2,72 – основание натурального логарифма; f = 0,3 – коэффициент трения между лентой и барабаном; – угол обхвата барабана лентой, рад. 4.3.3 Наибольшее тяговое усилие, которое может быть передано барабаном (Н): . (4.5) 4.3.4 Для исключения пробуксовывания ленты во всех возможных режимах работы конвейера натяжение набегающей ветви ленты должно быть . (4.6) , (4.7) где Р в кВт, v в м/с , Кз = 1,3…1,4 коэффициент запаса. 4.4 Предварительное определение числа прокладок ленты и её характеристик , (4.8) где Smax = SНБ – максимальное натяжение набегающей ветви; – коэффициент запаса прочности; = 10 для наклонных конвейеров, = 8 – для горизонтальных; = 65-200 Н/мм – удельная прочность ленты. Толщина ленты считается по формуле , (4.9) где = 1,2 … 2 мм – толщина тканевых прокладок; = 3 … 6 мм – толщина рабочей обкладки; = 1 … 3 мм – толщина нерабочей обкладки. Линейная масса ленты qл , кг/м . (4.10) 4.5 Определение размеров барабанов 4.5.1 Диаметры барабанов определяются с учетом принятого числа прокладок и они должны соответствовать нормальному ряду диаметров , (4.11) где К1 – коэффициент, учитывающий прочность тканевых прокладок ленты в зависимости от прочности ; = 50, 100, 150, 200 соответственно К1 = 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; К2 – коэффициент, учитывающий усилие в ленте и угол обхвата барабана (таблица 6). Таблица 6 – Значения коэффициента К2 Угол обхвата барабана лентой ,о Усилие ленты Sл в месте установки барабана, % от Smax Угол обхвата барабана лентой, ,0 Усилие ленты Sл в месте установки барабана, % от Smax 100 75 50 25 100 75 50 25 180-240 100 80 63 50 15-30 63 50 40 32 90-110 - 63 50 40 менее 15 50 40 32 25 4.5.2 Среднее давление ленты на барабане проверяется по формуле , (4.12) где = 0,2 … 0,3 МПа для резинотканевых прокладок; = 0,35…0,55 МПа для резинотросовых прокладок. 4.5.3 Диаметр натяжного барабана, мм Dбн 0,8 Dб (4.13) и округляется до ближайшего размера из нормального ряда. 4.5.4 Длина барабана, м Lб =В +150. (4.14) 4.5.5 Стрела выпуклости, м . (4.15) 4.6 Тяговой расчет конвейера Этот расчет выполняют для определения натяжений ленты на всех участках трассы конвейера, проверки принятых натяжений SНБ и SC Б и определения места установки натяжного устройства. Для тягового расчета необходимо определить сопротивления движению ленты на отдельных участках конвейера. С этой целью принятую трассу разбивают на участки – прямолинейные, горизонтальные и наклонные, криволинейные и т.д. Точки сопряжения соседних участков нумеруют последовательно в направлении движения ленты, начиная с точки сбегания ленты с приводного барабана. Натяжение в начальной точке принимают равным напряжению SC Б , увеличенному на 20 %. 4.7 По результатам расчетов следует вычертить эпюру натяжений по контуру транспортера. 4.8 Уточняется расчетное натяжение ленты с учетом угла обхвата, коэффициента трения ленты о поверхности барабана и сравнивается с допускаемым для выбранного типа ленты. В случае превышения усилия натяжения над допустимым, выбирается более прочная лента. Вычерчивается кинематическая схема привода. 4.9 Определяется число оборотов барабана nб , об/мин . (4.16) 4.10 Общее передаточное число привода , (4.17) где – число оборотов электродвигателя. 4.11 Крутящий момент на тихоходном валу привода (барабана) Т, , (4.18) где =1,1 – коэффициент запаса; F0 – предварительное натяжение ленты, Н; Dб – диаметр натяжного барабана, м. 5 ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТРАНСПОРТЕРОВ Исходные данные для расчета конвейеров: расчетная производительность , скорость перемещения v , характеристики транспортируемого груза, схема трассы. 5.1 Необходимая ширина настила B , мм , (5.1) где – плотность груза, т/м3 . Полученную ширину округляют до ближайших стандартных значений по ГОСТ 22281-76. 5.2 Выбор тягового органа – пластинчатая втулочная катковая цепь типа ВКГ проводится по ширине настила (таблица 7) Таблица 7 – Параметры пластинчатого транспортера Ширина настила, мм 400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 Шаг цепи, мм 250 320 400 400 500 500 630 630 Разрушающая нагрузка, тс 30 50-70 100 Диаметр валика, мм 20 24 30 44 5.3 Масса груза на единицу длины конвейера q , Н/м . (5.2) 5.4 Масса ходовой части конвейера на единицу длины qк , Н/м , (5.3) где А принимается в зависимости от типа настила и его ширины (В, м) (таблица 8). Таблица 8 – Значение А , в зависимости от ширины настила и его типа Тип настила Ширина настила, м 0,4; 0,5 0,65; 0,8 1,0 и более Легкий 350 450 600 Средний 500 600 900 Тяжелый 700 1000 1300 Легкий настил применяется для перемещения грузов с насыпной массой < 1 т/м3 , средний – от 1 до 2 т/м3 , тяжелый – 2 т/м3 . 5.5 Вычерчивается схема транспортера и выполняется разделение его на участки с одинаковым характером сопротивления 5.6 Тяговый расчет конвейера 5.6.1 Сопротивление перемещению груза (тяговая сила конвейера) W0 , Н , (5.4) где = 1 … 3 наименьшее допустимое натяжение цепи, кН; = 0,09 коэффициент сопротивления движения, при диаметре валика цепи более 20 мм; L – длина конвейера, м. В формуле (5.4) знак «плюс» применяется для участков подъёма, знак «минус» – для участков спуска. 5.6.2 Динамическая нагрузка на цепи Sдин , Н , (5.5) где v – скорость полотна, м/с; z – число зубьев звездочек, выбирается из ряда 5,6,7,8; t – шаг цепи, м; g – ускорение свободного падения, м/с2 ; k1 – коэффициент: при L < 25 м, k1 =2, L < 25 …60 м, k1 =1,5, L < 60 м, k1 =1,0. 5.6.3 Сопротивление на участке холостой ветви конвейера Wx , Н . (5.6) 5.6.4 Сопротивление нагруженной ветви WГР , Н . (5.7) 5.6.5 Натяжение цепей в точке набегания цепи на натяжные звездочки, Н , (5.8) где = выбирается от 1 до 3 кН. 5.6.6 Сопротивление на натяжных звездочках, Н , (5.9) где SН = S2 ; кП – коэффициент увеличения натяжения тягового органа от сопротивления на повороте. При угле обхвата тяговым органом звездочки: = 90о кП = 1,03 …1,05, = 180о кП = 1,05 …1,07. 5.6.7 Натяжение цепей в точке сбегания с натяжных звездочек, . (5.10) 5.6.8 Натяжение в точке набегания груженых ветвей цепи на приводные звездочки . (5.11) 5.6.9 Уточненная величина тяговой силы конвейера, . (5.12) 5.6.10 Максимальное статическое натяжение цепи, . (5.13) 5.6.11 Расчетное натяжение одной цепи, ). (5.14) 5.6.12 Разрушающая нагрузка цепи должна быть, , (5.15) где k – коэффициент запаса прочности: k = 6…8 для горизонтальных конвейеров; k = 8…10 для конвейеров с наклонными участками. 5.6.13 Мощность электродвигателя Р, , (5.16) где КМ = 1…1,35 – коэффициент запаса, v – скорость цепи, м/с. = 0,75…0,85 – общий КПД передачи от двигателя к приводному валу, 5.6.14 Число оборотов приводного вала конвейера (звездочки), об/мин. . (5.17) 5.6.15 Общее передаточное число привода , (5.18) где nэ – число оборотов выбранного электродвигателя. 5.6.16 Вращающий момент на тихоходном валу привода, . (5.19) 6 ОСНОВЫ РАСЧЕТА СКРЕБКОВЫХ КОНВЕЙЕРОВ Тяговым органом конвейера являются пластинчатые или сварные цепи, к которым крепятся рабочие элементы – скребки: прямоугольные, дисковые и т.п. Материал транспортируется скребком по желобу и выгружается в конце конвейера или на промежуточных участках через люки. 6.1 Площадь поперечного сечения желоба F, м2 , (6.1) где из таблицы 9; – расчетная производительность, т/ч ; v – скорость движения скребков, м/с ; – насыпная плотность материала, т/м3 ; – коэффициент заполнения желоба, равный 0,5…0,6 для мелких хорошо сыпучих грузов и 0,7…0,9 для тяжелых кусковых грузов; – коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера. Таблица 9 – Значение коэффициента от угла наклона и характеристики груза Характеристика транспортируемого груза Коэффициент при угле наклона, град. 0 10 20 30 35 40 Легкосыпучий, пылевидный мелкокусковой груз 1 0,85 0,65 0,5 - - Плохосыпучий, средне- и крупнокусковой груз 1 1 0,85 0,75 0,6 0,5 6.2 Выбор размера скребка Таблица 10 – Предварительный выбор размеров скребка Размеры скребка, мм Площадь скребка, мм 2 Шаг цепи, мм Масса цепей со скребками, кг/м Ширина, В Высота, h 450 200 0,09 250 49 600 250 0,15 320 64 800 250 0,20 320 72 1000 320 0,32 320 105 1200 400 0,48 320 190 6.3 Проверка ширины скребка на кусковатость материала Для рядового материала ширина скребка В, мм , (6.2) где a – максимальный размер куска материала, мм. При несоблюдении неравенства (6.2), уточняется ширина по таблице 10. 6.4 Масса груза на единицу длины конвейера определяется по формуле (4.18) 6.5 Сопротивление на холостой ветви WХ , Н , (6.3) где – масса одного метра грузонесущего органа (цепь со скребками), кг; = 0,1…0,13 – коэффициент сопротивления движению цепи. 6.6 Наименьшее усилие натяжения SH , Н , (6.4) где = 3…10 кН – наименьшее усилие на сбегающей ветви. 6.7 Сила сопротивления на ведомых звездочках . (6.5) 6.8 Сила сопротивления нагруженной ветви, Н , (6.6) где = 0,6…1,2 – коэффициент трения материала по желобу; – горизонтальная длина конвейера, м; – высота подъёма груза, м. 6.9 Тяговое усилие на валу приводных звездочек, Н , (6.7) где = 1,1…1,15 – коэффициент сопротивления на звездочках. 6.10 Мощность электродвигателя Р , (6.8) где = 1,2….1,25 – коэффициент запаса мощности, = 0,75…0,85 – общее КПД передачи от двигателя. Выбираем двигатель по каталогу. 6.11 Число оборотов ведущей звездочки определяется по формуле (5.15) где = 5, 6, 7, 8 – число зубьев ведущей звездочки, – шаг цепи (мм), выбирается по таблице 10. 6.12 Передаточное число привода определяем по формуле (5.18) 7 РАСЧЕТ КОВШОВЫХ ЭЛЕВАТОРОВ В зависимости от вида транспортируемого груза элеваторы (нории) подразделяют на ковшовые, полочные и люлечные; в зависимости от вида тягового элемента – на ленточные и цепные. В соответствии с этими различиями расчет элеваторов каждой конструкции имеет свои особенности. Ниже приведен расчет ковшовых элеваторов. 7.1 В соответствии с видом груза выбирается тип ковшей и вид тягового органа по рекомендациям и таблицам 11 и 12 Таблица 11 – Основные параметры ковшей по ГОСТ 2036-77       Ширина ковша В , мм Ширина ленты В л (для ленточных элеваторов), мм Шаг расставленных ковшей t k , мм Ковши глубокие, типа Г Ковши мелкие, типа М Шаг сом-кнутых ковшей, мм Ковши с бортовыми направляющими io , л , л/м io , л , л/м остроугольные, типа О скругленные, типа С io , л , л/м io , л , л/м первый ряд второй ряд 100 125 - 200 0,2 1 0,1 0,5 - - - - - 125 160 150 320 0,4 1,3 0,2 0,66 - - - - - 160 200 - 320 0,6 2 0,35 1,17 160 0,65 4,06 - - 200 250 - 400 1,3 3,24 0,75 1,87 200 1,3 6,5 -