Проект горизонтального винтового конвейера

Министерство образования  Российской Федерации

Саратовский Государственный технический университет

Кафедра машин, аппаратов  пищевых производств и теплотехники

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА  К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине:

"Подъемно-транспортные  установки" на тему:

"Проект горизонтального  винтового конвейера"

 

Выполнил: студент гр. МПП-42 д/о Клепиков В.В.

Проверил: Старшов Г.И.

 

 

 

 

 

Энгельс 2005

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РФ

Саратовский государственный технический  университет

Технологический институт

 

Кафедра  «Машины, аппараты пищевых производств и теплотехники»

Факультет «Механико-машиностроительный»

 

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ______________

_____________________200     г

ЗАДАНИЕ №__53__

По курсовому проектированию

 

Студенту __4_курса __МПП-41 д/о  __группы

Фамилия   Потехина         имя _Л__________________отчество__Н___________________

Время выдачи задания __________ 200  г. Срок выполнения проекта______________200  г

Защита проекта  назначена  на ____________200   г.

1. Тема проекта   

      

       Проект горизонтального винтового конвейера

 

 

 

2. Исходные данные к проекту

 

           Транспортируемый материал –ячмень;

Расчетная производительность, Q = 100 т/ч;

Длина конвейера, l = 30 м;

Насыпная плотность, r = 0,65 т/м³

Коэффициент сопротивления, w_о =1,4;

Ориентировочная частота  вращения винта, n_В =50…120

 

3. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

1.Введение.

2.Анализ существующих  конструкций винтовых конвейеров  и их перспективные разработки.

3.Технологические и кинематические расчеты.

4.Механические расчеты  узлов и деталей.

5.Заключение.

6.Список используемой  литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Перечень графического  материала (с точным указанием обязательных чертежей)

1.Чертеж общего вида  горизонтального винтового конвейера. – 1 лист, формат А1.

2.Чертежи узлов горизонтального  винтового конвейера  – 2 листа,  формата А1.

3.Чертежи рабочих деталей  – 1 лист, формат А1.

 

Примечание: Чертежи узлов  и деталей выполняются по дополнительному  заданию преподавателя после  выполнения чертежа общего вида.

 

 

 

 

 

 

        5.Литература, пособия

 

1.Рогов П.А. Курсовое  проектирование подъемно-транспортных  машин. – М.: Высшая школа, 1984.

2.Зуев Ф.Г… Подъемно-транспортные  машины зерноперерабатывающих предприятий.  –М.: Колос, 1978.

3.Зенков Р.Л. … Машины  непрерывного транспорта. – М.: Машиностроение, 1983.

4.Спиваковский А.О., Дьячков  В.К. Транспортирующие машины. Атлас  чертежей. – М.: Машиностроение, 1968.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель проекта

Доцент кафедры МППиТ                               /Старшов Г.И./

 

 

Задание принял к исполнению _______________________________________________

                                                                     (дата и подпись студента)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

1. Введение.
2. Анализ существующих конструкций винтовых конвейеров

     3.Технологические и кинематические расчеты конвейера.

      4.  Механические  расчеты.

      4.1. Расчет вала.

      4.2.  Выбор  и проверка долговечности   подшипников.

       4.3. Расчет  шпоночного соединения.

4.4. Выбор муфт для привода винтового конвейера.

       5.Заключение.

       6.Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение.

Важным звеном современного промышленного производства является

внутризаводское и внутрицеховое перемещение  огромных объемов сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Доля трудовых затрат на выполнение погрузочно-разгрузочных работ в пищевой промышленности достигает до 50%, Грузы на предприятиях перемещаются промышленным транспортом.

Транспортные  и технологические линии любого предприятия связаны друг с другом и представляют собой единую систему. Поточный метод производства, характерный для современных предприятий, основан на конвейерной передаче грузов или изделий от одной технологической операции к другой. Поэтому машины непрерывного транспорта являются составной и неотъемлемой частью технологического процесса; они обеспечивают ритмичность производства, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции. Кроме того, они главные средства комплексной механизации и автоматизации основного и вспомогательного производства

Винтовые  конвейеры применяют дня транспортирования  пылевидных, порошкообразных и реже — мелкокусковых насыпных грузов на сравнительно небольшое расстояние (обычно до 40 м по горизонтали и до 30 м — по вертикали) при производительности обычно до 100 т/ч в мукомольной промышленности.

Винтовыми конвейерами  нецелесообразно транспортировать липкие и сильно уплотняющиеся, а также высокоабразивные грузы.

К преимуществам  винтовых конвейеров относятся простота устройства и несложность технического обслуживания, небольшие габаритные размеры, удобство промежуточной разгрузки, герметичность, что особенно важно при перемещении пылящих, горячих и остропахнущих грузов. Недостатками винтовых конвейеров являются связанный со способом перемещения высокий удельный расход энергии, значительное истирание и измельчение груза, повышенный износ винта и желоба, а также чувствительность к перегрузкам, ведущая к образованию внутри желоба (особенно у промежуточных подшипников) скопления грузов.

 

2. Анализ существующих конструкций винтовых конвейеров.

Устройство и основные параметры, По виду трассы различают  горизонтальные, наклонные и вертикальные винтовые конвейеры. Горизонтальный конвейер (рис.1, а) состоит из желоба 5, в котором вращается винт 3; вал винта поддерживается двумя концевыми подшипниками и промежуточными подвесными подшипниками 2. Привод конвейера включает электродвигатель 8, редуктор 7 и две муфты 6. При вращении винта в направлении стрелки на транспортируемый груз действуют поперечные составляющие сил давления винтовых лопастей на перемещаемый груз и сил трения этого груза о лопасти,  в  результате чего центр массы груза С смещается влево. Возникающий при этом момент силы тяжести груза относительно центра винта О препятствует дальнейшему вращательному движению груза, и последний перемещается вдоль оси конвейера в направлении транспортирования, как  гайка вдоль  винта,  а  затем высыпается  из разгрузочного отверстия 4.

Наклонные винтовые  конвейеры по значению угла наклона, разделяют   на   полого и   крутонаклонные.   К   пологонаклонным   относятся конвейеры,  угол β наклона которых (рис.  1, б) не   превышает угол α₀ естественного откоса транспортируемого материала. Для крутонаклонных конвейеров β > α₀.     

 Пологонаклонные   конвейеры   по   конструкции   и   принципу действия  подобны  горизонтальным,  а  крутонаклонные  — вертикальным (рис. 1, б). Винт вертикального конвейера расположен в вертикальной трубе и вращается с большой скоростью, увлекая при этом насыпной груз, подаваемый горизонтальным питателем. Центробежная  сила,   возникающая   в   материале,   заполняющем вертикальную трубу,  вследствие его вращения,  прижимает его к стенкам трубы, в результате чего возникает тангенциальная сила трения,   и  материал  под действием  винта  начинает совершать восходящее движение, как гайка. Траектория его представляет собой винтовую линию с малым шагом. Вертикальные винтовые конвейеры могут быть снабжены лопастными питателями.

                                                                                                   в

Рис. 1. Схемы винтовых конвейеров:

a — горизонтального;   б - наклонного; в - вертикального

Диаметр винта конвейера  должен быть в 12 раз больше размера типичных кусков сортированных грузов и в 4 раза больше размера типичных кусков рядовых грузов. Если это условие не будет соблюдено, то возможно образование в зоне подвесных подшипников заторов, нарушающих нормальную работу конвейера.

Диаметр винта выбирают из ряда 100, 125, 150, 200, 250, 320, 400, 500 и 630 мм (ГОСТ 2037—82).

Шаг винта  равен диаметру винта горизонтального  конвейера и составляет 0,8 диаметра винта наклонных конвейеров, работающих на подъем. Меньшие значения шага принимают для абразивных грузов, имеющих значительный коэффициент трения о стенки желоба.

Длина горизонтальных винтовых конвейеров составляет обычно не более 60 м, хотя известны такие конвейеры длиной до 76 м. Вертикальные  винтовые  конвейеры  имеют  высоту  до  20  м, по в основном  5 ... 10 м.

Области применения,   преимущества и недостатки.  Винтовые конвейеры используют в химической, пищевой и других отраслях промышленности для перемещения преимущественно сухих хорошо сыпучих грузов (от пылевидных до мелкокусковых). Транспортирование абразивных материалов винтовыми конвейерами приводит к быстрому изнашиванию винта и желоба   Очень липкие грузы нельзя транспортировать винтовыми конвейерами со сплошными винтами; они налипают на винт и вращаются вместе с ним, не перемещаясь вдоль  желоба.  Для  перемещения   глины применяют лопастные винты. Специальные винтовые конвейеры без подшипников с малыми зазорами между плавающим винтом и кожухом применяют для транспортирования металлической стружки   [2]. Винтовые конвейеры не рекомендуются для перемещения грузов, крошение которых снижает их стоимость (например, кокс). К преимуществам винтовых конвейеров относятся надежность в эксплуатации, простое обслуживание, безопасность при транспортировании   ядовитых,    пылящих   материалов;    компактность, удобство загрузки и разгрузки. Недостатками являются повышенный расход энергии, крошение транспортируемых грузов, ограниченная длина  (как  правило,  до 60 м), недопустимость перегрузки при наличии подвесных подшипников, а также возможность образования заторов.

Элементы конвейеров. Винт конвейера выполнен из трубы, к  которой приварены лопасти. В  качестве опор винтов применяют подшипники скольжения и качения. Подшипники качения  требуют надежных уплотнений.

Длина секции винта 2 ... 4 м. Каждые две секции трубчатых винтов соединяют коротким валом.

Одну из концевых опор винта снабжают упорным подшипником, воспринимающим продольное усилие. Упорный  подшипник обычно устанавливают на разгрузочном конце конвейера так, чтобы винт работал на растяжение. Промежуточные подвесные подшипники устанавливают с шагом 1,5 ... 3,5 м, снабжают смазочными трубками с шариковыми масленками.

Подвесные подшипники должны быть хорошо защищены от загрязнения, иметь малые длину и диаметр.

 Желоб винтового   конвейера изготовляют из листовой  стали  толщиной 3 ... 6 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до  + 200 °С) грузов  применяют желоба  из чугуна,  а для легких неабразивных грузов — из дерева с внутренней обшивкой листовой сталью.

Привод наклонных конвейеров выполняют с конической передачей для обеспечения горизонтального расположения редукторов, которое необходимо для правильного функционирования смазочной системы.

Загрузочное устройство состоит из люка 1 (см. рис. 1, а} в крышке желоба конвейера и впускного  патрубка, обеспечивающего герметичность при переходе сыпучего материала в желоб конвейера из бункеров, других конвейеров или технологических машин (мельниц и т. п.).

Разгрузочные устройства выполняют в виде одного или нескольких отверстий в днище желоба, перекрываемых шиберными затворами. Таких отверстий может быть несколько для подачи транспортируемого материала в различные приемные пункты. Одиночное выпускное отверстие затвором не перекрывается.

На рис.2. изображен  винтовой конвейер, состоящий из неподвижного желоба 7, нижняя часть которого имеет форму полуцилиндра, закрытого сверху плоской крышкой 3, приводного вала 8 с с укрепленными на нем лопастями транспортирующего винта; концевых 2 и 6 и промежуточных опор 4; привода 1; загрузочного 5 и разгрузочного 9 устройств. Разгрузка горизонтального винтового конвейера может осуществляться в любом пункте через донные разгрузочные отверстия. Загрузка конвейеров производится через люки в крышке желоба. При вращении винта груз перемещается витками винта по желобу.

Рис.2. Горизонтальный винтовой конвейер.

 

Рис.3 Типы винтов.

Винт изготовляют штамповкой из стального листа толщиной 4—8 мм, а затем приваривают к валу. Сплошные винты (рис. 3, а) применяют при транспортировании сухих порошковых, мелкозернистых и среднекусковых материалов; ленточные винты (рис. 3, б) —при транспортировании кусковых или липких грузов; фасонные винты (рис. 3, в)— при перемещении слеживающихся материалов или для совмещения транспортных и технологических операций (смешивания, дробления, смачивания и т. п.). Желоб винтового конвейера обычно изготовляют из листовой стали толщиной 2 — 8мм.

При транспортировании  легкосыпучих грузов производительность конвейера с ленточной спиралью примерно на 20—30%, а мощность привода примерно на 10% меньше, чем у конвейера со сплошной спиралью.

Головной подшипник  винта, расположенный со стороны, к  которой перемещается груз, обычно делается упорным, так как он воспринимает осевую нагрузку. При этом вал винта работает на растяжение, что позволяет уменьшить его диаметр.

Рис. 4. Транспортирующая труба

При сравнении характеристик  винтового и ленточного конвейеров производительностью 30 т/ч установлено, что при длине" 10 м эксплуатационные расходы у них приблизительно одинаковы, а при длине 100 м расходы на винтовой конвейер вдвое больше расходов на ленточный конвейер.

Транспортирующие трубы (рис. 4), являющиеся разновидностью винтовых конвейеров, предназначены для транспортирования горячих грузов, а также грузов, выделяющих вредные газообразные вещества. Транспортирующие трубы отличаются сравнительной простотой и надежностью конструкции и возможностью создания герметичности процесса транспортирования. В транспортирующей трубе по ее внутренним стенкам укрепляется спираль. Высота гребня спирали принимается обычно равной (0,2—0,3)1). При вращении трубы, устанавливаемой в зависимости от размеров трубы на двухролвковых (рис. 4) или на четырех-роликовых (рис. 5) опорах, груз за один оборот трубы перемещается на размер шага спирали. Так как при вращении трубы груз все время перемешивается и крошится, то транспортирующие трубы не применяют для перемещения грузов, которые не должны измельчаться. Транспортирующие трубы с винтовой спиралью могут быть установлены горизонтально или с небольшим наклоном вверх или вниз. Разновидностью конструкций этого типа являются трубы без спирали, устанавливаемые всегда с наклоном вниз по направлению движения груза и используемые в качестве технологических агрегатов для обжига, сушки, смешивания различных материалов. К недостаткам транспортирующих труб относят большие габариты и массу, высокий расход энергии.

 

 

Рис. 5. Установка трубы  на четырехроликовых опорах

 

2. Технологические и кинематические расчеты конвейера.

 

    Рассчитываем  винтовой конвейер по следующим   исходным данным к проекту

 

           Транспортируемый материал –ячмень;

Расчетная производительность, Q = 100 т/ч;

Длина конвейера, l = 30 м;

Насыпная плотность, r = 0,65 т/м³

Коэффициент сопротивления, w_о =1,4;

Ориентировочная частота вращения винта, n_В =50…120

 

1. Примем предварительно частоту вращения винта n_B из рекомендуемого интервала 50…120 об/мин по ГОСТ 2037-82. Подходят следующие значения из стандартного ряда: 60;75;95;118 об/мин. Выбираем n_B=95 об/мин.  
2. Необходимый диаметр винта для заданной частоты вращения винта определяется по следующей формуле:

, м;

где Q- расчетная производительность конвейера, т/ч;

k_D- отношение шага винта к его диаметру;

n_B- частота вращения винта, мин^-1;

Ψ- коэффициент заполнения желоба;

ρ- насыпная плотность груза, т/м³;

k_β- коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера.

Принимаем отношение  шага винта к его диаметру k_D=1 (для неабразивных материалов). Принимаем частоту вращения винта n_B=60мин^-1.

Для тяжелых и малоабразивных материалов (ячмень) коэффициент заполнения желоба ψ=0,4.Так как конвейер горизонтальный то коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера k_β=1.

Тогда

По ГОСТ 2037-82 назначаем  диаметр винта D= 450  мм, шаг винта t=D=450  мм (винт однозаходный).

Уточняем частоту вращения винта конвейера из выражения:

 мин^-1

Принимаем частоту вращения винта  конвейера n=87,8мин^-1

3. Вычисляем максимально допустимую частоту вращения винта

, мин^-1;

где A- коэффициент;

D- диаметр винта, м.

Для легких и неабразивных материалов (ячмень) A= 65 

Тогда

(мин^-1),                                                                                      

 т. е. n_B=87,8 мин^-1 меньше мин^-1.

4. Выбор конструкции желоба.

 

- радиус желоба;

 принимаем h=340 мм- высота желоба.

5. Определим расчетную мощность на валу винта потребляемую при работе конвейера

, кВт;

где L_г - длина горизонтальной проекции конвейера, м;

ω- коэффициент сопротивления  перемещению груза; 

H- высота подъёма (плюс) или опускания (минус) груза, м.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Так как конвейер горизонтальный, то L_г=l=30 (м), а H=0 (м). Коэффициент сопротивления перемещению груза ω=1,4.

Тогда

(кВт).

6. Необходимая мощность двигателя для привода винтового конвейера вычисляется по формуле:

  , кВт; 

где k-коэффициент запаса;

P₀-расчетная мощность на приводном валу конвейера;

η-КПД передач от двигателя к приводному валу;

Коэффициент запаса принимаем k=1,25, η=0,9, предполагая, что в приводе будет использован двухступенчатый редуктор.

Тогда

(кВт).

По справочнику выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии  4А. Предварительно возьмем двигатель с n₀=1500об/мин. Его типоразмер 4А160S4У3, n=1500 об/мин номинальной мощностью 15 кВт. 

7. Определим необходимое передаточное число привода

,

где n-частота вращения вала двигателя, мин^-1;

n_B- частота вращения винта.

Тогда

По справочнику выбираем редуктор с ближайшим передаточным отношением. Типоразмер редуктора Ц2У, фактическое передаточное число

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора определяем по формуле.

  (18)

 н*м

Выбираем редуктор Ц2У  – 200 –16- 12-У3  с передаточным числом  i_ред=16 по ГОСТ 20758-75 .

 

8. Определим фактическую частоту вращения винта

, мин^-1;  

где n-частота вращения вала двигателя, мин^-1;

-фактическое передаточное число  редуктора.                                                            

( мин^-1)

Фактическая частота  вращения винта не должна отличаться от ближайшей номинальной частоты  вращения (n_B) по ГОСТ 2037-82 более чем на10%. Она отличается от неё на: , что допустимо.

9. Определим фактическую производительность конвейера

, кВт;

где D- диаметр винта, м;

S-ход винта, м: при однозаходном винте S= t (t-шаг винта);

Ψ- коэффициент заполнения желоба;

-фактическая частота вращения  винта, мин^-1;

ρ- насыпная плотность груза, т/м³;

k_β- коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера.

Тогда

(т/ч)

Определим насколько  фактическая производительность отличается от расчетной

Что допустимо, так как  фактическая производительность отличается от расчетной менее чем на 10% .

10. Кинематическая схема.

Механические  расчеты узлов и деталей конвейера.

Рассчитаем нагрузки на валу:

1. Крутящий момент на валу винта вычисляется по формуле:

, Нм;

где P₀-расчетная мощность на приводном валу конвейера, Р_О=Р*η=15*0,9=13,5Вт;

-фактическая частота вращения винта, мин^-1.

Тогда

(Нм)

2. Осевое усилие на винте вычисляется по формуле:

, Н;

где T₀-крутящий момент на валу винта, Нм;

k- коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем диаметре винта k=0.7…0.8;

D- диаметр винта, м;

α-угол подъёма винтовой линии;

ρ-угол трения груза о винт.

Определим тангенс угла подъёма винтовой линии (по наружному  диаметру)

;

где S-ход винта, м;

D- диаметр винта, м.

Тогда

Из этого следует, что 

Примем коэффициент  трения ячмень по стали (в состоянии покоя) f₀=0,37. Тогда коэффициент трения в состоянии относительного движения груза будет равен

 

Определим угол трения

Тогда

(Н)

3. Поперечная нагрузка на участок вала винта между двумя опорами вычисляется по формуле:

, Н;

где T₀-крутящий момент на валу винта, Нм;

k- коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем диаметре винта k=0.7…0.8;

D- диаметр винта, м;

l-расстояние между опорами вала, м;

L-длина конвейера, м.

Опоры обычно устанавливаются  с шагом 1,5…3,5 м. Длина конвейера  составляет 30 м, расстояние между опорами примем l=3 м.

Тогда

(Н)

4. Вал винта рассматриваем, как разрезной и рассчитываем на изгиб от распределённой по длине поперечной нагрузки и изгиб под действием собственного веса на длине l.

Примерный вес вала можно  рассчитать по следующей формуле:

, Н;

где - масса вала и винтовой поверхности, кг.

, кг;

где -объём вала, м³;

- объём винта, м³;

=7850 (кг/м³)-плотность стали.

, м³;

где - площадь поперечного сечения вала, м²;

l-расстояние между опорами вала, м;

, м³;

где - площадь винтовой поверхности одного витка винта( рассчитывается как площадь кольца).

Рис.2 Геометрические параметры  винта.

 

δ- толщина листа стали, из которого выполнена винтовая поверхность, м;

δ´- толщина стенок вала, м;

n – число витков винта на длине l;

d – диаметр вала, м;

d´ - внутренний диаметр вала, м;

D – диаметр винта, м.

Площадь поперечного  сечения вала определяется по формуле:

, м²;

Диаметр вала определим  по формуле:

(мм)

d=0.075(м)

 Внутренний диаметр  равен         

, м.

Толщину стенок вала и  толщину листа стали винтовой поверхности ориентировочно примем  δ´= δ=5мм=0,005м.

Тогда

(м)

(м²)

Площадь поперечного  сечения винта определяется по формуле:

(м²)

Определим число витков винта на длине l

Определим объём вала и объём винта

(м³)

(м³)

Определим массу вала и винтовой поверхности

(кг)

Тогда

(Н)

Тогда суммарная поперечная нагрузка на винт конвейера (на вал  винта) будет равна

(Н)

Расчетная схема вала винта конвейера.

(Н/м)

 

 

5. Определим реакции опор.

Плоскость yz