Министерство  образования и науки Российской Федерации 

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО  АлтГТУ им. Ползунова И. И.

Кафедра «Технология и механизация строительства»

 

УДК 666

                                                                                 Курсовой проект

защищен с оценкой_________ 
 

«Двухтрубный вибрационный конвейер» 

Пояснительная записка к курсовому

проекту по дисциплине «Механическое оборудование»

КП 270106.04.000 ПЗ

 
 
 
 

Проект выполнил:

студент гр. ПСК-61                                                                         Власова И.Н. 

Руководитель

проекта:                                                                                            Веригин Ю.А. 

Барнаул 2009

 

      

Содержание 

Задание            3

Аннотация            4

Введение            5

1. Анализ существующего оборудования по проработанной теме и обоснование выбора конструктивных машин     7
2. Описание конструкции и принципа действия машин    10
3. Расчет основных параметров машин       13
1. Расчет конструктивных размеров       13
2. Определение мощности привода и параметров кинематических узлов 15
3. Выбор муфт в элементах привода       16
4. Расчет приводного вала        17
5. Расчет детали          17
4. Требования по обслуживанию и эксплуатации машин    18
5. Охрана труда и техника безопасности       23

Заключение           25

Список  используемой литературы        26 

 

Задание 

На курсовой проект по дисциплине:

«Механическое оборудование» 

      Студенту  группы ПСК-61 Власовой И.Н. запроектировать двухтрубный вибрационный конвейер длиной L = 30 м, производительностью 60 т/ч, транспортируемый материал – цемент. Конструктивный узел – привод конвейера.

 

       Аннотация  

      В данном курсовом проекте проводится краткое описание устройства и принципа работы двухтрубного вибрационного  конвейера, общие расчеты привода конвейера. Графическая часть проекта включает в себя общий вид конвейера, сборочный чертеж привода конвейера, а также рабочие чертежи деталей. Графическая часть выполнена на листе формата А1.

      Страниц – 26; рисунков – 4; библиографии – 5.

 

       Введение 

       Машины  и оборудование, предназначенные  для перемещения насыпных грузов непрерывным потоком, а штучных  грузов-с определенным интервалом, называют транспортирующими машинами непрерывного действия. Они занимают ведущее место среди подъемно-транспортных средств различного назначения. Характерной особенностью этих машин является то, что их загрузка и разгрузка происходят без остановки при непрерывном движении рабочего органа.

       Транспортирующие  машины применяют в качестве транспортных средств на заводах, фабриках, в горнодобывающей промышленности, строительстве, сельскохозяйственном производстве и других отраслях для перемещения различных насыпных (уголь, руда, цемент, песок, щебень, грунт и др.) и штучных (кирпич, бревна, трубы и т.п.) грузов.

       Транспортирующие машины можно разделить на три класса: конвейеры, пневматические установки и гидравлические установки. По конструктивному признаку рабочего органа конвейеры делят на две основные группы: конвейеры с гибким тяговым органом и безгибкого тягового органа. К конвейерам с гибким тяговым органом относятся: ленточные, цепные пластинчатые, скребковые, ковшовые и др. К конвейерам без гибкого тягового органа относятся: винтовые, роликовые, инерционные и др [1].

       Также транспортирующие машины различаются  по направлению трассы перемещения грузов – в одной вертикальной плоскости, в одной горизонтальной плоскости, по пространственной трассе; по характеру движения рабочего (грузонесущего) элемента (лента, настил, подвески тележки) – с непрерывным, с периодическим движением [2].

       В вибрационном конвейере желоб совершает  колебания с высокой частотой (450…3000 кол/мин), и груз перемещается микроскачками с малой амплитудой (0,5…15 мм).

       

       Вибрационные  конвейеры находят все большее  применение во многих отраслях производства вследствие малого износа, небольшого расхода энергии, возможности создания уравновешенных конвейеров, не передающих колебаний на фундамент. Они применяются в химической, металлургической, горнорудной промышленности, в машиностроении, в промышленности строительных материалов.

       Производительность  до 400м³/ч (для питателей до 3000 т/ч). Максимальная длина конвейера до 100 м. Максимальная скорость транспортирования 0,6 м/с – для кусковых, 0,2 м/с – для пылевидных грузов [1].

       Широко  применяются горизонтальные двухтрубчатые динамически уравновешенные виброконвейеры на упругих стойках. Когда одна труба движется вперед, а другая – назад, но в обеих трубах груз всегда движется в одном (заданном) направлении. Кривошипно-шатунный механизм нагружен незначительно, так как колеблющаяся масса имеет резонансную настройку. Груз движется в сторону отклонения наклонного шарнира, коромысла по отношению к вертикальной полости, проходящей через верхний шарнир [2].

 

1. Анализ существующего оборудования по проработанной теме и обоснование выбора конструктивных машин

 

     Конвейеры представляют собой механические, снабженные двигателями, устройства, монтируемые  у выпускных отверстий бункеров или воронок и служащие для обеспечения равномерного и регулируемого потока груза при истечении его из бункера или воронки [3].

     Транспортирующие  машины применяют в качестве транспортных средств на заводах, фабриках, в горнодобывающей  промышленности, строительстве и  других отраслях для перемещения  различных насыпных (уголь, руда, агломерат, цемент, песок, щебень, гравий, грунт, зерно и т.п.) и штучных (кирпич, пиломатериалы, бревна, трубы, прокатные балки, слитки и др.) грузов. 
 

      Рисунок 1 – Классификация транспортирующих машин

     Машины  непрерывного транспорта являются основой комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и производственных процессов, повышающих производительность труда и эффективность производства.

     Транспортирующие  машины можно разделить на 3 класса (рисунок 1): конвейеры, пневматические установки и гидравлические установки. По конструктивному признаку рабочего органа конвейеры делят на две основные группы: конвейеры с гибким тяговым органом и без гибкого тягового органа.

     К конвейерам с гибким тяговым органом  относятся (рисунок 2): а – ленточные; б – цепные пластинчатые; в – скребковые; г – ковшовые; д – элеваторы ленточные, цепные и др. 
 

     Рисунок 2 – Транспортирующие машины с гибким и без гибкого тягового органа

     

     К конвейерам без гибкого тягового органа (рисунок 2) относятся: а –  винтовые; б – роликовые; в –  инерционные и другие типы, указанные в классификации [1].

     Вибрационные  питатели работают по принципу вибрационных конвейеров и оснащаются такими же, как у вибрационных конвейеров, центробежными  и электромагнитными вибраторами, опорами и упругими элементами (рисунок 3). 
 

     Рисунок 3 – Вибрационные конвейеры 

     По  направлению перемещения груза  вибрационные конвейеры разделяют  на горизонтальные, пологонаклонные  и вертикальные. Производительность вибрационных питателей обычно несколько десятков тонн в час, а наиболее мощных – до 2000 т/ч. Вибрационные питатели могут одновременно служить грохотами, что используется, например, при подаче груза на ленточные конвейеры для отсева мелких фракций.

     

     Одним из преимуществ вибрационных питателей, как и качающихся, является возможность при подаче груза на ленту расположить переднюю грань лотка на незначительной высоте над поверхностью ленты, при этом последняя предохраняется от повреждений падающими на нее кусками груза. Производительность вибрационных питателей регулируется автоматически изменением амплитуды и частоты колебаний лотка [3]. 

2. Описание  конструкции и  принципа действия машин

 

     Двухтрубный (двухжелобчатый) уравновешенный вибрационный конвейер опорной конструкции (рисунок 4 и 5) состоит из параллельно расположенных грузонесущих элементов – труб 7 и 3 (или желобов), соединенных друг с другом шарнирными коромыслами (рычагами-качалками) 6 и упругими связями – пластинчатыми рессорами 5 или резинометаллическими пакетами 9, и эксцентрикового привода 8, закрепленного непосредственно на трубах – над или между ними. Коромысла 6 шарнирно, при помощи резинометаллических втулок, крепятся к трубам и к опорным осям 4, которые опираются на стойки 2, соединенные с неподвижной рамой 1. Коромысла и рессоры устанавливают под углом направления колебаний β к вертикали. Шатуны привода в крайнем положении размещают перпендикулярно к продольным осям рессор и коромысел и располагают в плоскости, проходящей через центр инерции (ЦИ).

     Двухтрубный конвейер представляет собой уравновешенную двухмассную колебательную систему, колеблющимися массами которой являются верхняя и нижняя грузонесущие трубы (или желоба). При помощи эксцентрикового привода верхняя и нижняя трубы движутся возвратно-поступательно, параллельно друг другу со сдвигом фаз на 180°, т.е. когда одна труба движется вперед, другая на эту величину отклоняется назад, поскольку корпус подшипников приводного вала прикреплен к одной трубе, а головки шатуна – к другой. Этим обеспечивается уравновешивание движущихся масс конвейера. Так как массы труб одинаковы, амплитуды их колебаний также одинаковы. 

      Рисунок 4 – Двухтрубный уравновешенный конвейер: а – с рессорной упругой  системой и жестким шатуном; б  – с резинометаллической упругой  системой и упругим шатуном; в, г  – расчетные схемы конвейера  с жестким шатуном и упругим  шатуном для одной из колеблющихся масс. 
 

      Рисунок 5 – Двухтрубный вибрационный конвейер фирмы Биндер

     Транспортируемый  груз перемещается по верхней и нижней трубам в одном направлении, обусловленном  наклоном направляющих коромысел. Груз будет транспортироваться в ту сторону, в какую отклонена продольная ось коромысла по отношению к перпендикуляру, опущенному из центра верхнего шарнира коромысла на продольную ось конвейера.

     Для уравновешивания системы необходимо, чтобы были одинаковыми массы  верхнего и нижнего грузонесущего элементов и длины верхних и нижних плеч всех коромысел, а продольная ось центров опорных осей всех коромысел находилась в плоскости продольной оси симметрии расположения грузонесущих элементов, проходящей через центр инерции всей системы. Некоторая неуравновешенность будет при разной загрузке труб.

     Производительность  двухтрубных вибрационных конвейеров фирмы Биндер (Австрия) с резинометаллической  упругой системой (рисунок 5) 15-150 м³/час при транспортировании песка.

     Фирма выпускает также конвейеры с трубами прямоугольного сечения и с желобами. Для транспортирования горячих грузов применяются конвейеры со стальными рессорами.

     Двухтрубные виброконвейеры с трубами диаметром 160, 220, 320 и 400 мм производительностью 10-70 м³/час для транспортирования грузов температурой 500-850 °С разработаны ВНИИ-цветметом.

     Двухтрубные конвейеры могут иметь устройства промежуточной загрузки и разгрузки  с затворами барабанного или  клапанного типа. Загрузка и разгрузка  должны быть равномерными для обеих  труб.

     Преимуществами двухтрубных конвейеров являются уравновешенность колеблющихся масс; удвоенная производительность по сравнению с однотрубными конвейерами; наибольшая длина транспортирования, доходящая до 60 и даже до 100 м в одном агрегате с одним приводом; постоянство амплитуды колебаний из-за применения эксцентрикового привода; малый расход энергии в связи с резонансной настройкой упругой системы. К недостаткам конвейеров относятся некоторая усложненность их конструкции и узлов его промежуточной загрузки и разгрузки, большие габаритные размеры [4].

3. Расчет  основных параметров двухтрубного вибрационного конвейера

 

1. Расчет  конструктивных размеров

 

1) - груз считается сортированным

2) Из таблицы 15.3 для двухтрубного конвейера тяжелого типа с эксцентриковым приводом (Q>50 т/ч и L>20 м) рекомендуемый коэффициент режима работы Г=1,3…2,5; примем Г=2,5. В табл. 15.4 рекомендуемая амплитуда колебаний трубы при эксцентриковом приводе a=r=5…15 мм; примем а=5 мм.

3) Из формулы (15.4) угловая скорость возбудителя колебаний при α=0 и среднем угле направления колебаний β =30°

= 99,05 рад/с

4) Частота вращения эксцентрикового вала n_кр=30ω/π=30*99,05/3,14=946 мин^-1

5) Скорость транспортирования из формулы (15.11)

= 0,118 м/с

Здесь коэффициент k₁=0,3 (из табл. 15.5) для пылевидного материала.

6) Из формулы (5.13) требуемая площадь сечения груза в двух трубах

= 0,107 м²

7) Требуемый диаметр одной трубы, при числе труб z=2 и коэффициенте заполнения ψ=0,5

= 0,37 м

Этот  диаметр согласуется с международным  стандартом ИСО 1815-75. Принимаем d=400 мм.

8) Общая масса колеблющейся части конвейера (одной трубы) вместе с грузом и прикрепленными к трубе частями

m=m_т+m_п+m_гλ=1150+50+2118,64*0,1=1411,86 кг≈1412 кг

   Принимаем массу трубы m при ее толщине δ_т=3 мм и плотности стали ρ=7800 кг/м³ m`_т=q_тL=29,39*30=881,71 кг.

   Масса 1 м трубы q_т=ρπdδ_т=7800*3,14*0,4*0,003=29,39 кг/м; длина конвейера L=30 м; масса трубы вместе с прикрепленными к ней частями

   m_т=1,3m`_т=1,3*881,71=1146,2 кг ≈1150 кг

Коэффициент 1,3 учитывает массу прикрепленных  к трубе частей.

   Масса части привода, связанная с трубой (в основном шатун и кривошип) m_п≈50 кг; масса груза, находящегося в одной трубе, m_г=q_гL=70,62*30=2118,64 кг, где масса 1 м груза, находящегося в одной трубе, из формулы (5.14)

   

= 70,62 кг/м

   Коэффициент λ=0,1 принят по рис. 2.49, при коэффициенте режима Г=2,5.

9) Требуемую жесткость упругой системы найдем из формулы

 Н/м

   Суммарную жесткость упругой системы можно  представить как сумму жесткостей рессор C₁, больших С₂ и малых С₃ резинометаллических шарниров: С=С₁+С₂+С₃, отсюда жесткость рессор С₁=С-С₂-С₃=139∙10⁵-16∙10⁵-8∙10⁵=115∙10⁵ Н/м.

   Для ориентировочных расчетов принимаем: число стоек в конвейере – 10 (по пять с каждой стороны), число больших резинометаллических шарниров в одной стойке – 4, всего больших шарниров z=10*4=40; число малых резинометаллических шарниров z₁=80 (по восемь в каждой стойке); приведенную жесткость одного большого шарнира С`<sub>2</sub>=4∙10<sup>4</sup> Н/м, всех больших шарниров С<sub>2</sub>=С`₂z=4∙10⁴*40=16∙10⁵ Н/м, одного малого шарнира С₃=10⁴ Н/м, всех малых шарниров С₃=С`₃z₁=10⁴*80=8∙10⁵ Н/м; количество рессор z_p=320.

10) Жесткость одной рессоры (см. пояснения к формуле (15.3))

 Н/м

11) Приняв ширину рессоры b=0,15 м, длину l=0,45 м, по формуле (15.1) определим ее толщину:

=0,0048 м=0,005 м.

Принимаем δ=5 мм.

12) По формуле (15.2) определим напряжение изгиба в месте заделки рессоры:

108,3∙10⁶ Па < [σ_и]=110 МПа.

   Здесь принято: а=0,005 мм, коэффициент k=0,68 (при резиновых прокладках между рессорами).

13) Усилие в шатуне при установившемся движении по формуле (15.3) при ω₀=0,25

 Н

   Усилие  в шатуне в начале пуска, когда  ω=0

   

 Н

   По  этому усилию рассчитываются на прочность  и жесткость элементы кривошипно-шатунного  механизма. 

   

2. Определение мощности привода  и параметров кинематических узлов

 

      Мощность  электродвигателя для конвейера длиной более 10 м определяется по формуле

 кВт

k_тр – коэффициент транспортабельности, для порошкообразных 1,5…2,0. Примем k_тр=1,5, Н – высота подъема груза, η=0,95, k₃=5, k₄=3,5.

      Из  табл. III.3.2 выбираем электродвигатель с повышенным пусковым моментом типоразмера 4АР160М6УЗ мощностью 15,0 кВт, при частоте вращения 975 мин^-1, с моментом инерции ротора 0,182 кг*м².

      Частота вращения кривошипного вала (n_кр=946 мин^-1) и частота вращения двигателя отличаются незначительно: i=n_дв/n_кр=1,03, поэтому подбираем ременную передачу согласно окружной скорости:

       102,1 м/с

 Из  табл. 2.2.8 [5] выбираем ремень УО – 400 IV с Р₀ = 4,23 кВт в количестве 4 шт для обеспечения необходимой мощности. Диаметры шкивов: d₁=100 мм, d₂=103 мм.

      Крутящий  момент двигателя определяем по формуле:

       810,18 кВт

       834,49 кВт 

3. Выбор муфт в элементах  привода

 
 

   Рисунок 6 – Муфта втулочно-пальцевая

1. Выбираем  соединительную муфту между электродвигателем и ременной передачей:

 Вт, где

k₁=1,2 – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма;

k₂=1,3 – коэффициент, учитывающий режим работы механизма [2, табл. 1.35]

2. Выбираем соединительную муфту между ременной передачей и эксцентриковым валом:

 Вт

Принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую 250-32-1 – 2 шт

    Параметры муфты и их размеры:

Т=0,25 кН*м; d=32 мм; D=140 мм, L=165 мм, l=80 мм, l₁=40 мм, l₂=l₃=20 мм, d₁=75 мм, d₂=16мм, D₁=100 мм, D_T=160 мм, B=60мм, l₄=37мм. 

4. Расчет  приводного вала

 

      Принимаем материал вала – сталь марки 30Г с [τ_кр] = 220 МПа, тогда минимальный диаметр вала:

       3,33 мм, для последующего подбора  подшипников минимальный диаметр  вала должен быть 16 мм. Из табл. 7.4.1 [5] принимаем d_min=16 мм. 

5. Расчет  детали

 

       Подбор  подшипника для вала:

       Исходя  из конструктивного оформления вала, принимаем диаметр равный 20 мм.

       Согласно  табл. 8.10.3 [5], выбираем подшипник шариковый радиально-упорный однорядный № 1036904 – 2 шт. 

       Подбор шпонки:

       

       Согласно  табл. 10.1.2 [5], принимаем призматическую шпонку с размерами: 6х6х25 мм.

      Проверим  выбранную шпонку на срез и смятие [5, стр. 126]:

        МПа ≤ [σ_см]

        МПа ≤ [τ], где

k_а = 1 – коэффициент внешней динамической нагрузки;

[σ_см] = (80…150) МПа;

[τ] ≤ 0,5 [σ_см] МПа. 

4. Требования  по обслуживанию и  эксплуатации машин

 

     Кроме общих мер безопасности, на каждую серийную машину или единицу оборудования составляются специальные меры защиты и безопасности, излагаемые в инструкциях по монтажу, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту изделий.

     В установленных на конвейерах загрузочных  и разгрузочных устройствах не допускается  заклинивание и засасывание груза, образование просыпей. Не допускается загрузка конвейера сверх расчетных норм для условий эксплуатации, установленных в технических условиях при эксплуатационной документации.

     При эксплуатации машин надо соблюдать  следующие меры безопасности: обслуживать  машины разрешается только специально обученному персоналу; машины с электрооборудованием следует эксплуатировать по специальным правилам; все движущиеся части машины должны иметь ограждения или защитные кожухи; установки с вредными газами, пылью надо оборудовать устройствами вентиляции и аспирации; должны быть в полной исправности и надежно функционировать все устройства, обеспечивающие создание нормальных санитарно-гигиенических условий работы для обслуживающего персонала.

     

     Не  допускается падение груза с  конвейера или машины в местах передачи транспортируемого груза с одного конвейера на другой конвейер или машину.

     Не  допускается самопроизвольное перемещение  в обратном направлении грузонесущего  элемента с грузом при отключении привод в конвейерах, имеющих наклонные вертикальные участки трассы.

     Неприводные конвейеры должны иметь в разгрузочной части ограничительные приборы и приспособления для снижения скорости движущегося груза.

     На  трассах конвейеров с передвижными загрузочными и разгрузочными устройствами должны быть установлены конечные выключатели  и опоры, ограничивающие ход загрузочно-разгрузочных устройств.

     Грузовые  натяжные устройства конвейеров должны иметь концевые упоры для ограничения  хода натяжной тележки и конечные выключатели, отключающие привод конвейера при достижении натяжной тележкой крайних положений.

     Наклонные и вертикальные участки цепных конвейеров должны быть снабжены ловителями для  захвата цепи в случае ее обрыва, угрожающего обслуживающему персоналу.

     В конструкция составных частей конвейеров массой более 50 кг, подлежащих подъему или перемещению грузоподъемными средствами при транспортировании, монтаже, демонтаже, ремонте должны быть предусмотрены соответствующие правила отверстия или рым-болты, если без них перемещение стропов и других такелажных средств является опасным.

     Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны обслуживания конвейеров, находящихся в помещениях и предназначенных для транспортирования грузов, выделяющих вредные вещества, не должны превышать значений, установленных в ГОСТ 12.1.00-88.