Проектирование ковшевого элеватора

 

Федеральное государственное  образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

 

Дальневосточный Государственный  Технический 

Рыбохозяйственный университет

 

 

 

Кафедра: Детали машин  и теории машин и механизмов.

 

Задание на курсовую работу по теме:

Проектирование ковшевого элеватора

 

Исходные данные:

 

Транспортируемый материал   – зерно

Производительность, Q  т/ч     – 70

Плотность материала, ρ  т/м³   – 0,8

Высота участка, Н м  – 5

    

Перечень отчетной конструкторской документации к курсовой работе:

 

      1) Пояснительная  записка

      2) Сборочный чертеж  конвейера

      3) Сборочный чертеж  сборочных единиц

 

 

Срок защиты проекта                        «____»____________2007 г.

Дата выдачи технического задания  «____»____________2007 г.

 

Руководитель проекта                       ___________________________________

Зав. Кафедрой                                    ___________________________________

Студент гр.             ___________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Техническое задание………………………………….…………..….….2

Введение…………………………………………………….……...........4

1. Основные параметры элеватора…………………………….………5
2. Тяговый расчет……………………………………………….………7
3. Выбор электродвигателя, редуктора и обоснование                      кинематической схемы привода……………………………………10
4. Расчет цепной передачи……………………………………………..13
5. Выбор муфты………………………………………………..….……17
6. Выбор и расчет загрузочного и разгрузочного устройств……..….17
7. Выбор и расчет тормозного устройства……………………………18
8. Расчет храпового останова……..…………………………………...19
9. Проектировочный расчет вала приводного барабана………..……21
10. Проектировочный расчет шпоночных соединений…………..……21
11. Параметры подшипников……………………………………..…….23
12. Проверочный расчет подшипников…………………….…………..23
13. Требования безопасности……………………………………….….26

            Список используемой литературы……………………………..……...28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Элеваторы – это транспортирующие устройства, перемещающие груз в вертикальном или близком к вертикальному  направлении. Наиболее широкое распространение  получили вертикальные элеваторы, как наиболее простые по устройству и не требующие кожуха сложной формы или наличия специальных направляющих для холостой ветви.

В общих случаях элеваторы  применяют для перемещения в  горизонтальном и пологонаклонном  направлениях, разнообразных насыпных и штучных грузов, а также для межоперационного транспортирования изделий при поточном производстве. Они получили широкое распространение во всех отраслях промышленности. Являются основными агрегатами механизации транспорта на топливоподачах электростанций, подземного и наземного транспорта угля и породы в угледобывающей промышленности, руды, кокса и флюсов в металлургии, строительных материалов и полезных ископаемых в карьерах, зерна в зернохранилищах, песка и камня на строительстве каналов и гидростанций и др.

Ковшевые элеваторы предназначены  для транспортирования пылевидных, зернистых и мелкокусковых грузов, на предприятиях химической, металлургической, машиностроительной, пищевой, и некоторых  других промышленностей.

Большое распространение  получили элеваторы благодаря возможности получения высокой производительности, большой длине транспортирования, простоте конструкции и эксплуатации, высокой надежности работы.

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные параметры  элеватора.

Расчетная массовая производительность

 т/ч,

где - коэффициент неравномерности загрузки, зависящий от способа загрузки (см. п. 1,[4]); - коэффициент использования конвейера по времени (см. п. 1,[4]); - коэффициент готовности (см. п. 1,[4]).

По табл. 6.2, [1] по расчетной производительности для транспортирования зерна принимаем ленточный элеватор с глубокими ковшами типа Г(III) и принимаем скорость тягового элемента м/с, коэффициент заполнения ковшей .

Погонная емкость ковшей

По табл. 9.2[1] по полученной вместимости  находим, что наиболее подходящими являются глубокие ковши Г (типа III) с шириной мм, вместимостью л, и шириной ленты мм, погонная вместимость л/м.

Определяем шаг  ковшей

 

Из стандартного ряда шагов ковшей элеватора выбираем мм

Уточняем скорость тягового элемента

м/с

Отклонение от ранее выбранной скорости:

  , что меньше 5%.

Принимаем из стандартного ряда м/с.

Погонная масса  груза на 1 м тягового элемента:

кг/м

Максимальное  растягивающее усилие в тяговом  элементе:

 Н,

где С – для  элеватора с сомкнутыми ковшами  С=9 (табл. 10.1 [4]);

В₁ – при насыпной плотности груза 0,8 т/м³ и производительности от 50 до 100 т/ч  В₁=0,33 (табл. 10.1 [4]).

По табл. 3.3, [4] предварительно принимаем резинотканевую ленту БКНЛ-65 с Н/мм, тогда ориентировочно число прокладок будет:

где К₃=9 – коэффициент запаса прочности ленты.

Принимаем число прокладок ленты  .

Погонная масса  тягового элемента:

,

где мм – толщина прокладки (табл.3.6,[4]); мм толщина обкладки на рабочей стороне (табл.3.7,[4]); мм толщина обкладки на нерабочей стороне (табл.3.7,[4]).

Масса ковшей на 1 м тягового элемента при массе одного ковша типа Г (III) кг (табл.9.2,[4]).

 кг/м

Погонная масса груженной ветви:

 кг/м.

Погонная масса холостой ветви:

кг/м.

 

2. Тяговый расчет

Тяговый расчет выполняем в соответствии с расчетной схемой (Рис.1).

Для определения полной тяговой  силы элеватора воспользуемся методом последовательного обхода по контуру. Трассу конвейера разбиваем на участки: прямолинейные ( вертикальные), криволинейные, участок загрузки, выгрузки и т.д.

Сопротивление движению тягового органа на восходящей груженной ветви:

Н,

Сопротивление движению тягового органа на нисходящей холостой ветви:

Н,

Сопротивление при загрузке ковшей элеватора

Н

где Н∙м/кг – коэффициент зачерпывания (табл.10.1,[1]).

Точкой с минимальным натяжением будет точка(2), т.е. , тогда усилия натяжения в точках (3), (4), (1) определяются по соотношениям:

где - общий коэффициент сопротивления (табл.10.1,[1]).

Величину S₁ определяем, обходя контур против движения ленты 

Используя условие непроскальзывания  ленты  определяем усилие в точке (2).

В нашем случае , тогда

где - угол обхвата приводного барабана лентой, - коэффициент трения по чугунному барабану в сухой среде, (табл.4.12,[4]).

Н.

Расчетное усилие S₂ получилось отрицательным: но при назначенных исходных данных  (производительность, высота подъема) наблюдается незначительное провисание холостой ветви, которое компенсировать натяжным устройством нет необходимости, т.к. S₂= - 38 < 100, и существенного влияния на работу механизмов оказывать не будет.

Поэтому принимаем  Н.

Подставляя найденное  значение S₂ в записанные выше выражения, определяем Н; Н; Н.

Уточняем число  прокладок:

Учитывая ослабление ленты болтами  и необходимость прочного закрепления ковшей на ленте, оставляем принятую ленту с двумя прокладками , поэтому выполнять заново тяговый расчет не следует.

 

 

Рис.1.     Схема к расчету элеватора:

а – общий вид; б  – диаграмма изменения натяжения  в ленте

Диаметр приводного барабана

, мм,

где мм/шт. –коэффициент, зависящий от прокладок (с. 117, [2], табл. 4.13.1, [4]); - коэффициент зависящий от назначения барабана (с. 117, [2], табл. 4.13.2, [4]).

 мм.

Из стандартного ряда принимаем  ближайший  мм (ГОСТ 44644-77).

Частота вращения приводного барабана:

об/мин.

Проверяем условие типа разгрузки.

Величина полюсного расстояния 

м.

, что подтверждает ранее выбранный  способ центробежной разгрузки.

 

3. Выбор электродвигателя, редуктора и обоснование

 кинематической схемы привода

Установочная мощность двигателя:

 кВт,

где - коэффициент запаса; F₀ – окружное усилие на приводном барабане.

  Н;

- КПД привода (табл. 1.1, [2]).

Предварительно выбираем электродвигатель 4А112МА6УЗ, со следующими техническими параметрами:

кВт, об/мин (табл. 24,8[7]), S=4.7% . ,

Для подсчета передаточного отношения привода найдем  n_дв

об/мин.

Передаточное  отношение привода:

Для уменьшения габаритов привода выбираем по справочным данным [6]:

Одноступенчатый цилиндрический редуктор типа РС-5-1

i=5; d_б=30 мм; l_б =40мм; d_т=48 мм; l_т = 82 мм.

Исходя из общего передаточного отношения и из конструктивных соображений (установка привода под лентой конвейера), устанавливаем цепную передачу от редуктора к приводному валу конвейера.

 Передаточное  отношение цепной передачи:

Число оборотов тихоходного вала редуктора:

 об/мин

Мощность на тихоходном валу редуктора:

 кВт;

Угловая скорость на тихоходном валу редуктора:

 с^-1,

Вращающий момент на тихоходном валу редуктора:

 Н·м, 

 

 

Рис. 2. Кинематическая схема привода

4. Расчет цепной передачи

Исходные данные для расчета:

  Н·м; об/мин; i_ц = 1,04.

Число зубьев:

ведущей звездочки z₁ = 31 – 2 · i_ц = 31 – 2 · 1,04 = 28.92

ведомой звездочки z₂ = z₁ · i_ц = 28,92 · 1,04 = 30.1

Принимаем z₁ = 29 и z₂ =30.

Тогда фактическое передаточное отношение:

  ,

отклонение  ,

что в пределах допустимых .

Предварительный шаг цепи:

 мм

Принимаем цепь ПРЛ –25,4–5000 ГОСТ 13568 – 75 [2, табл.13.1], для которой t = 25,4мм; Q =5000 даН; q =2,60кг/м; А_оп = 161,2мм².

Скорость цепи:

 м/с

Окружная сила:

 Н.

Расчетный коэффициент нагрузки:

где к_д = 1,0 – коэффициент, учитывающий характер нагрузки [2, табл.13.4];

к_а = 1,0 – коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния [7, табл.13.4];

к_н = 1,25 – коэффициент, учитывающий влияние угла наклона линии центров звездочек к горизонту (угол наклона 90⁰) [2, табл.13.4];

к_рег = 1,25 – коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения цепи (натяжное устройство) [2, табл.13.4];

к_см = 1,3 – коэффициент, учитывающий способ смазки (периодическая смазка) [2, табл.13.4];

к_п = 1,0 – коэффициент, учитывающий продолжительность работы в сутки (работа в одну смену) [2, табл.13.4].

 

 

Давление на шарнире цепи:

 МПа.

Допускаемое давление:

 МПа

где [р₀] = 36 МПа – допускаемое давление в шарнирах цепи [2, табл.13.3]. Условие работоспособности выполнено.

Необходимое число звеньев цепи:

где а_t = a_ц/t = 25 – из конструктивных соображений [2, табл.13.10].

Расчетное число звеньев  цепи (округляем до четного числа) L_t = 80.

Расчетное межосевое расстояние цепной передачи:

 

Диаметры делительных  окружностей звездочек:

Геометрическая характеристика зацепления:

,

где d₃ =15,88мм – диаметр ролика цепи [2, табл.13.1].

Диаметры наружных окружностей  звездочек:

где К = 0,555 – коэффициент высоты зуба [2, табл.13.8].

Силы в цепной передаче:

окружная (определена выше) F_tц = 1143 Н,

от центробежных нагрузок F_v = q · V² = 2,6· 2,34² = 14,24Н,

от провисания цепи F_f = g · k_f · q · a_ц = 9,81 ·1 · 2,6 · 0,499=12,7Н

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

      к_f = 1,0 – коэффициент, учитывающий расположение цепи [2, табл.13.10].

Расчетная нагрузка на валы:

F_в = F_tц + 2·F_f = 1143 + 2·12,7= 1168,4Н.

Коэффициент запаса прочности цепи:

где [s] =7,3 – нормативный коэффициент запаса [2, табл.13.5].

Наружный диаметр ступицы  d_ст=1,6·65=1,6·65= 104 мм

Длина ступицы l_ст =(1,0…1,5) ·d ≥ b  l_ст =(1,0…1,5) ·65= 65…. 97,5 мм, с учетом длины шпонки принимаем, l_ст =105 мм

Ширина зуба звездочки b=0,93·b₃ – 0,15=0,93·7,95– 0,15=7,2мм

 

 

 

 

 

5. Выбор муфты

Типоразмер муфты выбираем с  учетом диаметров соединительных валов, т. е. вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора, и по величине расчетного вращающего момента:

 рад/с,

 кВт

 Н·м,

где - момент на быстроходном валу

 Н·м

где - коэффициент динамичности.

d_дв=32 мм;  d_ред=30 мм; l_дв=80 мм; l_ред=40 мм.

Выбираем муфту упругую со звездочкой 63-32-1-40-2-У3 по ГОСТ 14084-93.

6. Выбор и расчет  загрузочного и разгрузочного  устройств.

Для подачи на ленту сыпучих грузов применяются загрузочные воронки с лотком. Угол наклона стенок воронки должен быть больше угла трения груза о стенку воронки. Примем угол наклона стенок b_ст = 45°.

Ширина загрузочного лотка на входе:

В₁ = (0,6…0,7) В = (0,6…0,7)·300 = 180…210 мм; примем В₁ = 200 мм.

Ширина загрузочного лотка на выходе

В₂ = 0,8·В = 0,8·300 = 240 мм

Минимальная длина лотка:

L_Л = (1,25…2,0)·В = (1,25…2)·300 = 375…600 мм; примем L_Л = 500 мм.

Высота стенок лотка:

Н_л = (0,3…0,5)·В = (0,3…0,5)·300 = 90…150 мм; примем Н_л = 150 мм.

Так как характер разгрузки в  принятом элеваторе центробежная то, разгрузку зерна производим непосредственно с приводного барабана по наклонному направляющему лотку с боковыми ограждающими стенками в загрузочные емкости.

7. Выбор и расчет тормозного устройства

Тормозной момент:

 

где Н/м – распределенная сила тяжести груза, Н = 5 м – высота подъема; - коэффициент учитывающий возможное снижение сил сопротивления трению; передаточное число привода; - тяговое усилие, Н. Тяговое усилие находится по параметрам двигателя.

По статическому моменту на тормозе  выбираем колодочный тормоз типа ТКТГ-120, у которого тормозной момент М_Т = 50 Нּм, диаметр тормозного шкива D=120 мм, ширина тормозной колодки В=65 мм.

 

8. Расчет храпового останова

В подъемно-транспортных машинах, в  том числе таких как элеваторы  находит применение большое количество, разнообразных конструкций тормозных устройств. В их число входит и храповые остановы.

Храповый останов состоит из (рис. 3.) храпового колеса 1, укрепленного на валу 2 механизма, и собачки 3, ось 4 которой установлена на неподвижных  элементах механизма. Собачка входит в зацепление с храповым колесом, задерживая его движение, а следовательно, и движение механизма в сторону спуска груза, не препятствуя движению в сторону подъема.

Храповый останов подбирают  исходя из уравнения прочности кромок механизма:

где Р – окружное усилие, Н; b = m∙ψ=0,036– ширина кромки зуба, м; [q] – допускаемое линейное давление с учетом динамического характера нагружения, Н/м;  ψ = 1,5 (табл.5.1.[1]).

Н/м.

Окружное усилие определяем из уравнения:

Н.

где D =z∙m – внешний диаметр храпового колеса, м; z =16 – число зубьев храпового колеса; m – модуль зацепления храпового колеса, м;  М_к = 1400– крутящий момент, действующий на валу колеса, Н∙м.

м.

Принимаем из стандартного ряда m = 18 мм.

Напряжение изгиба зуба:

 

 Н/м.²

 

 Н/м.²

где n = 3 – запас прочности (табл. 5.1. [1]); Н/м² для стали 45. (табл. 1.12. [2])

м

 

Рис. 3. Схема храпового останова:

а – нормальное положение  собачки; б – расчетное положение  собачки

 

9. Проектировочный расчет  вала приводного барабана

Диаметр выходного конца вала:

 мм.

Принимаем из стандартного ряда [2, табл.14.1] мм.

С учетом типоразмеров подшипников  качения и необходимости на валу буртика определенной высоты [2, табл.14.1] для упора ступицы барабана при  сборке, принимаем диаметр вала под подшипник мм.

Диаметр вала под барабаном  мм.

Диаметры остальных участков вала назначаем исходя из конструктивных соображений.

 

10. Проектировочный расчет шпоночных соединений

Размеры сечений шпонок и пазов  и длины шпонок принимаем по ГОСТ 23360-78      [2, табл.7.1].

Материал шпонок – сталь 45, термическая обработка – нормализация.

Рабочая длина шпонки из условия  прочности

,

где Т – вращающий момент;

       d – диаметр цапфы вала в месте шпоночного соединения;

       h, t₁, b – геометрические размеры шпоночного соединения согласно стандарту.

Допускаемые напряжения смятия неподвижных  шпоночных соединений при циклическом  нагружении и стальной ступице  МПа, а при чугунной ступице  МПа [2, табл.7.6].

Шпонка под колесом, сопряжение “вал-ступица барабана”. мм; мм; мм [2, табл.7.1]; материал ступицы барабана – чугун марки СЧ20.

Рабочая длина шпонки:

 мм.

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 1):

 мм.

С учетом стандартного ряда длин шпонок принимаем две шпонки длиной мм (Шпонка ГОСТ 23360-78).

Шпонка на выходном конце вала, сопряжение “вал – ступица звездочки”.d_в=32 мм; мм; мм [2, табл.7.1]; материал ступицы звездочки – сталь  45.

Рабочая длина шпонки:

 мм.

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 1)

 мм.

С учетом стандартного ряда длин шпонок принимаем шпонку длиной мм (Шпонка ГОСТ 23360-78).

 

 

 

 

 

 

11. Параметры подшипников

В соответствии с рекомендациями [2, табл.15.14] для опор вала назначаем  шариковые радиальные однорядные подшипники. Габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников d _п = 45 мм,. Параметры подшипников согласно ГОСТ 8338-75 [2, табл.15.1] приведены в табл.1.

 мм; мм; мм.

Таблица 1

Условное	Размеры, мм			Грузоподъемность, кН
обозначение подшипника	d	D	B	динамическая С	статическая Со
1000909	45	68	12	14,30	8,15

 

12. Проверочный расчет подшипников

Из предыдущих расчетов: Н, мм; мм, мм,   мм,  F_в = 1168,4Н.

Реакции опор:

в плоскости xz

  Н;

;

 Н;

Проверка: ;

в плоскости уz

 Н;

 Н;

Проверка:

Суммарные реакции опор:

 Н;

 Н.

Эквивалентная нагрузка:

,

в которой V = 1 (вращается внутреннее кольцо); коэффициент безопасности  [2, табл.15.11]; [2, табл.15.12].

Рассмотрим подшипник  опоры 1

 Н.

Рассмотрим подшипник опоры 2.

 Н.

Так как  , расчет долговечности подшипников проводим по опоре 1.

 млн об.

Расчетная долговечность в часах:

 ч,

что больше минимальной долговечности (L _h = 10000 ч) подшипников по ГОСТ 16162-93 [2, табл.15.14].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Требования безопасности

Вопросам технике безопасности при проектировании и эксплуатации транспортирующих машин уделяется  большое внимание. На всех стадиях создания машины – от проектирования, монтажа и до постоянной эксплуатации – закладываются условия ее безопасной работы и обслуживания. Для этого необходимо сохранения баланса между правилами безопасности для работы с данными видами машин и конструктивными возможностями, предъявляемыми к данной машине.

Общие требования безопасности включают: требования к конструкции (по назначению, особенностям транспортируемы грузов и безопасности эксплуатации), устройствам  средств защиты (защитные ограждения, блокировкам, сигнализации) и размещению в производственном помещении (устройству проходов, переходов для обслуживания и т. п.). Требования к электрооборудованию регламентированы «Правила устройства электроустановок». Безопасность при эксплуатации машин определяется соответствующими правилами эксплуатации и подробным инструктажем рабочих и обслуживающего персонала.

При работе элеватора все движущиеся части должны иметь ограждение. Конструктивно  это обеспечивается, наличием кожухов  над трассами перемещения грузов, открытыми зубчатыми, цепными и  ременными передачами. Так же необходимо учитывать соблюдение условия доступа к подвижным частям данного агрегата для их ремонт и наладке только в выключенном состоянии, что бы исключить случаи травматизма.

 К натяжным станциям необходимо  обеспечить свободный подход для регулирования натяжения ленты, посредством конструирования специальных лючков в защитных кожухах агрегата. К цепной передаче так же необходим подход – для периодической смазки цепи.

Спарку электродвигатель – редуктор желательно вынести за пределы корпуса элеватора, для постоянного контроля за их физическими и рабочими параметрами, кроме того это улучшит их охлаждение и грязизащищенность, от продуктов производства. 

Перед пуском элеватора необходимо убедиться в отсутствии посторонних  предметов на полотне, а так же в зонах погрузки и разгрузки транспортируемых грузов.

Необходимо убедиться в электробезопасности  и наличии заземляющих устройств, перед началом работы электродвигателя, и других токоведущих устройств.

К работе на элеваторе требуется допускать только рабочих, прошедших инструктаж по технике безопасности при работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Ковалев 0.П., Абрамова Г.Г.Проектирование  машин непрерывного транспорта с тяговым элементом: Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2000. -98 с.

2. Арон А.В. Справочное руководство  по проектированию деталей машин:  Сер. Проектирование деталей машин:  Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1999. - 200 с.

3. Оформление текстовой и конструкторской  документации: Метод. указ. / Арон А.В., Абрамова Г.Г., Зиборов С.Н. и др, Владивосток: Дальрыбвтуз, 1998. 44с.

4. Ковалев 0.П., Абрамова Г.Г. Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ: Справочные материалы. -Владивосток: Дальрыбвтуз, 1998. -88 с.

5. Спиваковский А.О-, Дьячков В.К. Транспортирующие машины. -М.: Машиностроение, 1983 - 487с.

6. Краузе Г.Н., Кутилин Н.Д., Сыцко  С.А. Редукторы: Справочное  пособие. -Л.: Машиностроение. 1972.- 144с.

7. Транспортирующие машины: Атлас  конструкций / Под ред. Спиваковского  А.0. М.: Машиностроение, 1969 .- 116

8. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя»т.2 М. Машиностроение 1978. – 560с