VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ
INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING
ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK DROBNÉHO KAMENIVA WORM CONVEYOR OF FINE AGGREGATE
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS
AUTOR PRÁCE
JAN VOSIKA
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2008
doc. Ing. MIROSLAV ŠKOPÁN, CSc.
Anotace: Prvotním úkolem této práce je konstrukčně a pevnostně navrhnout vodorovný šnekový dopravník na dopravu drobného kameniva o maximální zrnitosti 45 mm. V návrhu se zaobírá realizací vhodného pohonu a bezpečnostní spojky na hřídeli mezi pohonem a dopravní jednotkou vzhledem k přepravovanému množství kameniva. Ve výpočtové části se zabývá pevnostní kontrolou poháněné soustavy, to znamená především kontrolou hřídele, jejího spojení s ostatními částmi a uložení ložisek. V poslední části se zabývá konstrukčním řešením s ohledem na bezpečnost provozu a snadnou údržbu.
Summary: The main aim of the thesis was to design a horizontal worm-conveyor for the transport of fine aggregate of maximum aggregate gradation of 45 mm, both in terms of construction and strength. The design section of the thesis deals with the problem of an appropriate conveyor driving gear and skidding clutch between the gear and the transport unit according to the amount of transported aggregate. In the computation section, strength check of the drive system is addressed, namely the shaft check, its coupling with the other parts, and the bearing housing. In the last section, the structural design is addressed with respect to safety of operation and ease of maintenance.
Klíčová slova: šnekový dopravník, kamenivo, koncepce
Key words: worm conveyor, aggregate, koncept
Bibliografická citace mé práce: VOSIKA, J. Šnekový dopravníku drobného kameniva. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 34 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně, a že jsem dodržel pokyny pro tvorbu bakalářské práce. Literatura ze které jsem čerpal je uvedena na konci práce.
V Brně dne 21.5.2008
……………………………….
Poděkování: Touto cestou bych chtěl poděkovat učitelům z ústavu dopravní techniky a především vedoucímu své práce panu Doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, Csc. za odbornou pomoc, cenné rady, připomínky a svůj vzácný čas, který mi ochotně věnoval.
Obsah: Obsah ……………………………………………………………………… 6 Seznam použité symboliky ………………………………………………… 7 1. Úvod …………………………………………………………………….. 9 1.1 Šnekový dopravník – všeobecné podmínky …………………… 9 1.2 Návrh šnekového dopravníku ………………………………….. 10 1.2.1 Druh a parametry dopravovaného materiálu …………. 10 1.2.2 Konstrukční řešení ……………………………………. 10 2. Výpočet hlavních parametrů …………………………………………….. 11 2.1 Průměr šnekovice ………………………………………………. 11 2.2 Výkon motoru ………………………………………………….. 12 2.3 Axiální síla ………………………………………………………12 3. Pevnostní výpočet hnacích elementů ……………………………………. 14 3.1 Hřídel šnekovice ………………………………………………... 14 3.2 Hnací hřídel …………………………………………………….. 17 3.3 Kolíkový spoj šnekovice ……………………………………….. 19 3.4 Ložiska …………………………………………………………. 20 3.4.1 Kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem ……………… 20 3.4.2 Kuličkové ložisko – radiální ………………………….. 21 3.5 Tepelná dilatace ………………………………………………… 22 3.6 Kontrola pera …………………………………………………… 22 4. Ložiska …………………………………………………………………... 23 5. Pohonná soustava ………………………………………………………... 25 6. Kotoučová spojka ………………………………………………………... 26 7. Závěr ……………………………………………………………………... 27 8. Seznam použité literatury ………………………………………………... 28 Příloha 1 ………………………………………………………………….. 29 Příloha 2 ………………………………………………………………….. 33 Příloha 3 ………………………………………………………………….. 34
VUT Brno
-6-
Jan Vosika
Seznam použité symboliky amax Bx Cx C0x cH
[m] [m] [N] [N] [-]
D DLx Dt dA dB dč dLx dt E ex Fax Fog Frx f g h ič ip Jo k L Lhx l lp MK1 MOmax mš mt n P Px p pD px QV Q RS r s t1 tt
[m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [MPa] [-] [N] [N] [N] [-] [m/s2] [m] [-] [-] [mm4] [-] [m] [hod] [m] [m] [Nm] [Nm] [kg] [kg/m] [ot/min] [W] [N] [MPa] [MPa] [-] [m3/h] [kg/h] [m] [m] [m] [m] [m]
VUT Brno
max. zrnitost dopravovaného kamene šířka ložiska dynamická únosnost statická únosnost součinitel snižující dopravované množství vzhledem ke sklonu dopravníku průměr šnekovice vnější průměr ložiska vnější průměr trubky průměr průřezu A-A průměr průřezu B-B průměr čepu vnitřní průměr ložiska vnitřní průměr trubky modul pružnosti pomocný koeficient ložiska axiální síla tíhová síla nejdelší šnekovice radiální síla součinitel tření pro daný materiál tíhové zrychlení dopravní výška počet čepů počet per kvadratický moment průřezu v ohybu součinitel bezpečnost dopravní délka trvanlivost ložiska délka mezi působišti reakčních sil nejdelší šnekovice délka pera kroutící moment od pohonu maximální ohybový moment hmotnost šnekovice, vč. spojovacích hřídelí hmotnost trubky na 1 m otáčky šneku výkon motoru ekvivalentní dynamické radiální zatížení tlak na peru dovolený tlak exponent pro výpočet trvanlivosti ložiska objemový dopravní výkon dopravované množství účinný poloměr šnekovice poloměr šnekovice stoupání šnekovice výška záběru pera tloušťka stěny -7-
Jan Vosika
v w WO Wk Xx Yx α αKx αt βx γ ϕ σo σDx τD τKx τS ψ ∆l ∆T
VUT Brno
[m/s] [-] [mm3] [mm3] [-] [-] [°] [-] [-] [-] [kg/m3] [°] [MPa] [MPa] [Mpa] [Mpa] [MPa] [-] [m] [°]
střední dopravní rychlost celkový součinitel odporu modul průřezu v ohybu modul průřezu v krutu koeficient zohledňující radiální sílu na ložisko koeficient zohledňující axiální sílu na ložisko úhel stoupání šnekovice vrubový součinitel napětí součinitel teplotní roztažnosti vrubový součinitel zhuštění napětí sypná objemová hmotnost dopravovaného materiálu třecí úhel mezi materiálem a šnekem napětí v ohybu dovolené napětí v (x=o) ohybu, (x=t) tahu, tlaku dovolené napětí na krut napětí na krut počítaného elementu smykové napětí součinitel plnění, (stupeň zaplnění průřezu žlabu) změna délky vlivem tepla rozdíl hraničních provozních teplot
-8-
Jan Vosika
1. Úvod: 1.1 Šnekový dopravník – všeobecné podmínky: Šnekové dopravníky jsou určeny k dopravě sypkých látek ve vodorovném nebo mírně skloněném směru. Materiál je posouván v pevném plechovém žlabu otáčejícím se šnekem jako neotočná posuvná matice pohybového šroubu. Patří k nejstarším dopravníkům, jsou velmi jednoduché, skládají se ze 3 hlavních částí – dopravního žlabu, šneku a poháněcí jednotky. Síla potřebná k transportu dopravovaného materiálu je vyvolaná otáčejícím se šnekem. Podmínkou pohybu je, aby tření materiálu o stěny žlabu bylo větší než tření materiálu o povrch šneku. V důsledku tření materiálu o povrch šneku nekonají částice dopravovaného materiálu přímočarý pohyb rovnoměrně s osou šneku, ale křivočarý (k přímočarému pohybu se na sebe klade pohyb otáčivý). To přispívá k vzájemnému promíchávání částic materiálu. Dopravní materiál se pohybuje v dopravním žlabu, který je možné kromě běžného provedení, vyrobit také jako prachotěsný, vodotěsný či vzduchotěsný. To umožňuje dopravovat prašné, jedovaté i výbušné materiály. Kryt žlabu chrání kromě toho před úrazem, na povrchu nejsou žádné pohyblivé díly. Praxe prokázala, že šnekovými dopravníky lze dopravovat takřka všechny druhy sypkých látek. Nehodí se však pro dopravu lepivých, hrubozrnných a silně abrazivních materiálů. Výhody jsou malá poruchovost i při nepřetržitém provozu, kompaktnost, uzavřenost, jednoduchost a nasazení v prostorově obtížných podmínkách. Nevýhody jsou značné opotřebování pracovních částí, velká spotřeba energie pro pohon a možnost drcení dopravovaného materiálů. Parametry: 1 až 300 m3/h délka do 60m 10 až 250 ot/min rychlost do 0,5m/s Citace viz. str. 205 [1]
VUT Brno
-9-
Jan Vosika
1.2 Návrh šnekového dopravníku 1.2.1 Druh a parametry dopravovaného materiálu Dopravovaným materiálem je drobné kamenivo (štěrk), který je tříděn přes děrované síto s kruhovými průřezy o průměrech 45 mm. Uvažuji v této práci s horší variantou, že tento štěrk je mokrý, tudíž má vyšší sypnou objemovou hmotnost γ, vyšší celkový součinitel odporu w a horší sypné vlastnosti (jednotlivá zrna se shlukují). Proto je dále potřeba uvažovat s častější údržbou možných korodujících prvků nebo jejich výměny, u násypky s použitím např. třesadel nebo vibračních motorů. Tuto konstrukci střásání však tato práce neobsahuje.
Vlastnosti dopravovaného materiálu: sypná objemová hmotnost [γ] 2000 kg/m3 celkový součinitel odporu [w] 5 součinitel zaplnění [ψ] 0,15 (respektující stupeň zaplnění průřezu žlabu) zrnitost [amax] 45 mm
viz. str. 210 [1], tab. 9.2 viz. str. 210 [1], tab. 9.2 viz. str. 209 [1], tab. 9.1
1.2.2 Konstrukční řešení Mým úkolem je navrhnout konstrukci šnekového dopravníku k jeho výrobě. Šnekový dopravník budu konstruovat uzavřený horní přírubou umístěnou na žlab, rozebíratelný na 4 dílce, tedy při dopravované délce 12m, každý bude přibližně 3m. Šnek je ukotven ve žlabu na stranách dopravníku kuličkovými ložisky, z toho jedno musí zachycovat axiální sílu od tlačeného materiálu, použil jsem radiálně axiální ložisko. Motor jsem umístil na stranu u násypky, přišroubovaný na svařovanou konzolu. To znamená, že radiálně axiální ložisko bude na stejně straně a doprava je směrem od pohonu. Dále je šnek uložen kluznými ložisky v místech rozebíratelných spojů žlabu. Kluzná ložiska jsou mazána pomocí tlakové maznice, která je umístěna na horní části dopravníku. Šnekovice je orientovaná s pravým stoupáním, tedy otáčení proti směru hodinových ručiček, proto musíme dbát na správně točení motoru, popř. motor přepólovat. Dopravník je opatřen nohami s otvory pro šrouby k zajištění pozice na pracovním místě.
VUT Brno
- 10 -
Jan Vosika
2. Výpočet hlavních parametrů 2.1 Průměr šnekovice Zadané hodnoty: Q = 40000 kg/h L = 12 m amax = 45 mm γ = 2000 kg/m3 viz. [1] str. 210, tab. 9.2
Objemový dopravní výkon: QV =
Q
γ
=
viz. [1] str. 208
40000 = 20m 3 / h 2000
Průměr šnekovice:
(1)
viz. [1] str. 209
-pro tříděný materiál: D ≥ (8 ÷ 10 ) ⋅ a max = 10 ⋅ 45 = 450mm
(2)
-dle ČSN ISO 1050 volím z řady R10 průměr šnekovice D = 0,5 m ..... viz. Příloha 1
Stoupání šnekovice:
viz. [1] str. 208
s = 0,8 ⋅ D = 0,8 ⋅ 500 = 400mm ….. na 1 otáčku
(3)
-dle ČSN ISO 1050 z řady R20 stoupání s = 0,4 m vyhovuje ….. viz. Příloha 1
Kontrola objemového dopravního výkonu: viz [1] str. 208 Zadané a volené hodnoty: ψ = 0,15 viz. [1] str. 209, tab. 9.1 cH = 1 viz. [1] str. 209, obr. 9.7 n = 28 ot/min = 0,4667 ot/s dle volené soustavy motor + převodovka, viz kapitola: 5.Pohonná soustava QV = 3600 ⋅
π ⋅ D2 4
⋅ s ⋅ ψ ⋅ n ⋅ c H = 3600 ⋅
π ⋅ 0,5 2 4
⋅ 0,4 ⋅ 0,15 ⋅ 0,4667 ⋅ 1 = 19,79m 3 / h
(4)
QV − kontrola ≈ QV − zadání ⇒Vyhovuje!
VUT Brno
- 11 -
Jan Vosika
Kontrolovaný objemový dopravní výkon QV podle (4) je přibližně stejný s objemovým dopravním výkonem QV vypočtený ze zadaných údajů podle (1), tudíž ho považuji za vyhovující. Parametr otáček a stoupání považuji proto za směrodatný ke konstrukci šneku.
Střední dopravní rychlost:
viz. [1] str. 209
v = s ⋅ n = 0,4 ⋅ 0,4667 = 0,187 m / s
(5)
dle [1] str. 209, tab. 9.1 je rychlost VYHOVUJÍCÍ.
Dovětek k výpočtu 2.1 Průměr šnekovice: Tento postup řešení jsem volil z důsledku velké zrnitosti materiálu. Při odvození průměru šneku ze vzorce (4) totiž může dojít k předimenzování velikosti šneku. Tomuto jsem se vyvaroval vhodnou volbou otáček pohonu.
2.2 Výkon motoru Vstupní hodnoty: QV = 19,79 m3/h L = 12 m h=0m w=5
pro dopravu do výšek (+ nahoru, - dolu) viz. str. 210 [1], tab. 9.2
Minimální potřebný výkon k dopravě: P=
Q ⋅γ ⋅ g Q⋅g 19,79 ⋅ 2000 ⋅ 9,81 ⋅ (L ⋅ w ± h ) = V ⋅ (L ⋅ w ± h ) = ⋅ (12 ⋅ 5 ± 0 ) = 6472W (6) 3600 3600 3600
Volím sestavení motoru s převodovkou NORD 7,5kW. Další údaje viz. kapitola 5. Pohonná soustava.
2.3 Axiální síla Kroutící moment – minimální k přepravě Vstupní hodnoty: P = 6472 W n = 28 ot/min = 0,4667 ot/s P = M ⋅ω ⇒ M =
VUT Brno
P
ω
=
P 6472 = = 2207,3 Nm 2π ⋅ n 2 ⋅ π ⋅ 0,4667
- 12 -
(7)
Jan Vosika
Stoupání šneku:
viz. obr.1.
Vstupní hodnoty: s = 0,4 m r = 0,25 m tgα =
s 2 ⋅π ⋅ r
⇒ α = arctg
s 2 ⋅π ⋅ r
= arctg
0,4 = 14,3° 2 ⋅ π ⋅ 0,25
(8)
Obr. 1
Třecí úhel mezi materiálem a šnekem: Vstupní hodnoty: f = 0,8
viz. [6]
ϕ = arctg ( f ) = arctg (0,8) = 38,66°
(9)
Účinný poloměr šnekovice:
viz. [1] str. 210 R S = (0,35 ÷ 0,4 ) ⋅ D = 0,35 ⋅ 0,5 = 0,175m (10)
Fa =
M 2207,3 = = 9518,5 N R S ⋅ tg (α + ϕ ) 0,175 ⋅ tg (14,3 + 38,66)
(11)
Tato síla je minimální hodnota potřebná k přesunu materiálu, podle této hodnoty budu volit odpovídající ložisko.
VUT Brno
- 13 -
Jan Vosika
3. Pevnostní výpočet hnacích elementů V této části řeším zejména pevnost hnacích elementů směřující přenos kroutícího momentu od pohonu. Tyto elementy tvoří hnací hřídel od kotoučové spojky, uložená v ložiskovém domečku na přírubě žlabu. Dále pak na tuto hřídel napojující se přes dva kolíky ocelová bezešvá trubka, na které je přivařena šnekovice a čepy, které jsou v místech přerušení šnekovice uloženy v kluzných ložiscích.
3.1 Hřídel šnekovice Hřídel šnekovice tvoří ocelová bezešvá trubka tvářená za tepla, kterou jsem vybíral z dodavatelského katalogu firmy Ferona viz. [7]. Tuto hřídel dimenzuji dle maximálního kroutícího momentu, který vytvoří pohon viz. kapitola Pohonná soustava. Tuto šnekovici považuji, díky své tenkostěnnosti za kritickou v celé poháněné soustavě. Proto ji kontroluji ze všech možných hledisek.
Kontrola na krut: - trubka dle ČSN 42 5715.1
Vyhledané parametry: materiál 11 353.1 viz. [7] pro míjové zatížení: τD = 45 ÷ 75 Mpa viz. [3] str. 53 volím τD = 50 Mpa mt = 14,2 kg/m dt = 75 mm Dt = 89 mm tt = 14 mm Mk1 = 2 558 000 Nmm
Obr. 2
τK =
16 ⋅ Dt ⋅ M K 1 M K1 M K1 16 ⋅ 89 ⋅ 2558000 = = = = 37,28MPa 4 4 4 4 WK π ⋅ ( Dt − d t ) π ⋅ ( Dt − d t ) π ⋅ (89 4 − 75 4 ) 16 ⋅ Dt
τ K ≤ τ D ⇒ 37,3MPa ≤ 50MPa
VYHOVUJE!
- bezpečnost: τ 50 k= D = = 1,34 τ K 37,28
(13)
VUT Brno
- 14 -
(12)
Jan Vosika
Kontrola na ohyb:
viz. [3] str. 43 Na ohyb kontroluji průhyb šnekovice a ohybové napětí. Protože všechny čtyři šnekovice nejsou stejné, počítám pouze s nejdelší, tudíž i nejtěžší. Ostatní šnekovice tuto kritickou hodnotu nepřekročí. Zadané hodnoty: mš = 118,08 kg g = 9,81 m/s2 l = 3353 mm E = 210 000 MPa Dt= 89 mm dt = 75 mm σDO = 50÷75 MPa viz. [3] str. 52
Obr. 3 Fog = m š ⋅ g = 118,08 ⋅ 9,81 = 1158,4 N
(14)
Jo =
(15)
y=
π ⋅ (Dt4 − d t4 ) 64
Fog ⋅ l 3 48EJ
=
=
π ⋅ (89 4 − 75 4 ) 64
= 1526697 mm 4
1158,4 ⋅ 33533 = 2,84mm 48 ⋅ 210000 ⋅ 1526697
(16)
Dle této vypočtené hodnoty z (16) volím mezeru mezi šnekovicí a dnem žlabu. Tuto hodnotu díky vysoké zrnitosti a abrazivnosti volím 20 mm z hlediska menšího zadírání dopravovaného materiálu mezi šnekovicí a žlabem. Max. moment: M O max =
Fog ⋅ l 4
=
1158,4 ⋅ 3353 = 971028,8 Nmm 4
(17)
Modul průřezu v ohybu: WO =
π ⋅ (Dt4 − d t4 ) 32 ⋅ D
=
π ⋅ (89 4 − 75 4 ) 32 ⋅ 89
= 34307,8mm 3
(18)
Napětí v ohybu:
σO =
M O max 971028,8 = = 28,3MPa WO 34307,8
(19)
bezpečnost v ohybu:
k=
σ DO 60 = = 2,12 σO 28,3
VYHOVUJE!
(20)
Šnekovice je pevnostně funkční se vzniklým ohybovým napětím.
VUT Brno
- 15 -
Jan Vosika
Kontrola na tlak: Tuto kontrolu provádím kvůli vzniklému redukovanému napětí ve šnekovici.
Zadané hodnoty: Fa = 9518,5 N Dt = 89 mm dt = 75 mm σt = 65÷95 MPa
viz. [3] str. 52
Napětí v tlaku – tahu:
σt =
Fa Fa 9518,5 = = = 5,28MPa 2 2 π S π ⋅ Dt π ⋅ d t 2 2 ⋅ 89 − 75 − 4 4 4
)
(21)
VYHOVUJE!
(22)
(
bezpečnost v tlaku – tahu:
k=
σ Dt 80 = = 15,2 5,28 σt
Kontrola redukovaného napětí: Protože tato kritická hřídel (šnekovice) je zároveň namáhána konstantním kroutícím momentem, ohybovým napětím a tlakovým napětím, je zapotřebí ji zkontrolovat i na dovolené redukované napětí. Redukované napětí:
σ RED =
(α o ⋅ σ o + α T ⋅ σ T )2 + 3 ⋅ (α k ⋅ τ k )2
=
(1 ⋅ 28,3 + 1 ⋅ 5,28)2 + 3 ⋅ (1 ⋅ 37,28)2
= 72,8MPa
(23) Podmínka bezpečnosti redukovaného napětí:
Zadané hodnoty: Re = 186÷250 MPa – volím Re = 210 MPa volím k = 2
viz. [3] str.52
k ⋅ σ RED ≤ Re 2 ⋅ 72,8 ≤ 210 145,6MPa ≤ 210MPa
(24)
VYHOVUJE!
VUT Brno
- 16 -
Jan Vosika
3.2 Hnací hřídel V důsledku funkce dopravníku je na tuto hřídel kladena jak radiální, tak i axiální síla. Hnací hřídel je proto uložena v domečku pro ložisko s kosoúhlým stykem na straně násypky dopravníku. Tato hřídel přenáší kroutící moment pohonu na šnek. Ze strany od pohonu je spojena kotoučovou spojkou a na trubku šneku dvěma kolíky dle obr. 4.
Obr.4
obr.5 VUT Brno
- 17 -
Jan Vosika
Kontola na krut: - dle obr. 5 volím nebezpečné průřezy A-A, B-B a C-C
Zadané hodnoty: volba materiál 11 700 pro míjivé zatížení: τD = 80 ÷ 125 MPa volím τD = 105 MPa MK1 = 2558 Nm dA= 75 mm dB = 74,5 mm
viz. [3] str.53
Kontrola průřezu A-A:
τ KA =
M K1 M K1 2558000 = = = 33,5MPa 3 WK π ⋅dA π ⋅ 75 3 16 16
(25)
Nárůstek napětí vlivem drážky pera: Zadané hodnoty: αK1 = 2,9
viz. Příloha 2
τ KA ⋅ α K 1 ≤ τ D ⇒ 33,5 ⋅ 2,9 ≤ 105 ⇒ 97,2MPa ≤ 105MPa
(26)
VYHOVUJE! Kontrola řezu B-B: M K1 M K1 2558000 = = = 31,5MPa 3 WK π ⋅ d B π ⋅ 74,5 3 16 16 Nárůstek napětí vlivem vrubu na přechodu průměrů:
τ KB =
Zadané hodnoty: αK2 = 1,9
(27)
viz. Příloha 3
τ KB ⋅ α K 2 ≤ τ D ⇒ 31,5 ⋅ 1,9 ≤ 105 ⇒ 59,9MPa ≤ 105MPa
(28)
VYHOVUJE!
VUT Brno
- 18 -
Jan Vosika
Kontrola řezu C-C:
τ KC = τ KB = 31,5MPa Nárůstek napětí vlivem díry na kolík: Zadané hodnoty: β1= 1,7
viz. [3] str.51
τ KC ⋅ β 1 ≤ τ D ⇒ 31,5 ⋅ 1,7 ≤ 105 ⇒ 53,6MPa ≤ 105MPa
(29)
VYHOVUJE! Na tuto hřídel, díky jejím parametrům, mohu zanedbat výpočet na ohyb. Nepřekročí kritické hodnoty počítané na šnekovici viz. kapitola 3.1.
3.3 Kolíkový spoj šnekovice Tento kolíkový spoj umožňuje přenos kroutícího momentu z hnací hřídele na šnekovici dopravníku. Spojení realizuji dvěma čepy s hlavou vzájemně pootočené o 90° okolo podélné osy šnekovice viz. obr. 6.
obr.6
Kontrola na smyk: viz. [2] str.51 Zadané hodnoty: materiál čepu 11 600 pro míjivé zatížení: τD = 63 MPa viz. [2] str.53 dč = 20 mm dB = 74,5 mm ič = 2 MK1 = 2558000 Nmm
VUT Brno
- 19 -
Jan Vosika
4 ⋅ M K1 4 ⋅ 2558000 = = 54,65MPa 2 π ⋅ d č ⋅ d B ⋅ i π ⋅ 20 2 ⋅ 74,5 ⋅ 2 τ 63 τ S ≤ τ D ⇒ 54,7 MPa ≤ 63MPa ; k= D = = 1,15 τ S 54,65
τS =
(30) (31)
VYHOVUJE! Řešení spojení jednotlivých částí šneku (viz. obr.7) mezi sebou je totožně řešeno dvěma čepy, jako zde u hnací hřídele. Proto tuto kontrolu v další části již neuvádím.
obr.7
3.4 Ložiska Tato část se zabývá kontrolou únosnosti a životnosti kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem, které je umístěno v přední části dopravníku viz. obr.4. A také kontrolou kuličkového ložiska (radiálního), které je umístěno na konci dopravníku v zadní části.
3.4.1 Kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem Ložisko volím dle ČSN 02 4645, typ 73 viz. kapitola 4.Ložiska.
Zadané hodnoty: dL1 = 80 mm DL1 = 170 mm B1 = 39 mm C1 = 135 000 N C01 = 110 000 N
VUT Brno
| | | - viz. [9] | |
- 20 -
Jan Vosika
e1 = 1,14 | X1 = 0,35 | - viz. [8] Y1 = 0,57 | p1 = 3 … pro bodový styk (kuličková ložiska) Fr1 = 537,35 N Fa1 = 9518,5 N
|
Výpočet ekvivalentního dynamického radiálního zatížení: P1 = X 1 ⋅ Fr1 + Y1 ⋅ Fa1 = 0,35 ⋅ 537,35 + 0,57 ⋅ 9518,5 = 5613,62 N
(32)
Výpočet trvanlivosti: p
C 10 6 135000 = Lh1 = 1 ⋅ P1 60 ⋅ n 5613,62
3
10 6 = 8278716,13hod . ⋅ 60 ⋅ 28
(33)
Avšak toto ložisko je předimenzováno, v katalogové řadě firmy, ze které jsem vybíral, nebylo vhodnější ložisko s odpovídajícím vnitřním průměrem.
3.4.2 Kuličkové ložisko – radiální Toto ložisko je ukotveno v domečku volně, tak aby na něj nepůsobila axiální síla. typ ložiska: 6316 Zadané hodnoty: Fa2 = 0 N Fr2 = 506,94 N C2 = 95 000 N Co2 = 80 000 N p2 = 3 … pro bodový styk (kuličková ložiska) dL2 = 80 mm DL2 = 170 mm B2 = 39 mm F 0 e2 = a 2 = =0 e2 = 0,014 dle [3] str. 503, tab. 4 (34) C 2 95000 Fa 2 0 = =0<e X2 = 1, Y2 = 0 dle [3] str. 503, tab. 4 (35) Fr 2 506,94 Výpočet ekvivalentního dynamického radiálního zatížení: P2 = X 2 ⋅ Fr 2 + Y2 ⋅ Fa 2 = 1 ⋅ 506,94 + 0 ⋅ 0 = 506.94 N
(36)
Výpočet trvanlivosti: p
3
C 10 6 95000 10 6 = = 3917345281hod . Lh 2 = 2 ⋅ (37) ⋅ P2 60 ⋅ n 506,94 60 ⋅ 28 Toto ložisko jsem vybral zejména z rozměrových důvodů a geometrické podobnosti obou domečků. VUT Brno
- 21 -
Jan Vosika
3.5 Tepelná dilatace V této části určím pracovní teplotu, ze které bude vyplývat konstruování potřebných dilatačních vůlí. Kritickou hodnotu spočítám pro díl, na kterém se mi tepelná dilatace projeví nejvíce. Tento díl je opět nejdelší část šnekovice. Pro toto zařízení volím teplotu v rozmezí -10 ÷ 70°C.
Zadané hodnoty: αt = 0,000012 l = 3353 mm ∆T = 80°C
viz. [4] str.14FY
∆l = α t ⋅ ∆T ⋅ l = 0,000012 ⋅ 80 ⋅ 3,353 = 3,22mm
(38)
Ve výkresové části jsem proto volil vůle mezi stykovými plochami 5mm. 5mm>3,22mm
VYHOVUJE!
3.6 Kontrola pera
viz. [2] str. 7, část 2. Kontroluji pero na hnacím hřídeli, které ji spojuje s kotoučovou spojkou Periflex.
Zadané hodnoty: Mk1 = 2558 Nm dA = 75 mm lp = 75 mm pD = 60÷100 MPa volím pD = 80 MPa t1 = 5,3 mm ip = 3 p=
viz. [2] str. 12, část 2. viz. [3] str. 463
2⋅Mk 2 ⋅ 2558000 ≤ pD ⇒ = 57,2 MPa ≤ 80 MPa d A ⋅ t1 ⋅ l p ⋅ i p 75 ⋅ 5,3 ⋅ 75 ⋅ 3 VYHOVUJE!
VUT Brno
- 22 -
(39)
Jan Vosika
4. Ložiska V důsledku přesouvání dopravovaného materiálu v podélném směru osy šnekovice vzniká na tuto hřídel axiální napětí a zároveň vlivem tíhy šnekovice radiální napětí. Toto axiální napětí eliminuje kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem. Šnek je s pravým stoupáním, otáčení proti směru hodinových ručiček, doprava směrem od pohonu, proto je uloženo ložisko s kosoúhlým stykem nepohyblivě v domečku u násypky. Radiální zatížení eliminují kluzná ložiska, která jsou umístěna v místech přerušení žlabu a radiální kuličkové ložisko uloženo pohyblivě na konci dopravníku.
Parametry: kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem: - firma: SKF - distributor: ARKOV, spol. s.r.o. - označení: 7316 BEM - únavové zatížení Pu = 4150 N - hmotnost: 3,8 kg - kosoúhlý styk: α = 40°
kuličkové radiální ložisko: - dle normy: ČSN 02 4630 - firma: SKF - distributor: ARKOV, spol. s.r.o. - označení: 6316 - hmotnost: 3,63 kg
kluzná ložiska: - dle normy: ČSN 02 3499 - materiál: šedá litina, ČSN 42 2456 - hmotnost: 0,46 ks - počet: 3ks
Obr. 8 – Schéma uložení ložiska s kosoúhlým stykem Mazivo: Pro mazání všech ložisek lze použít všechny klasicky používané plastická maziva. Použito: -univerzální mazivo pro ložiska, označení: LV 2 – 3 firma: TOBEX Praha Parametry: -30 ÷ 120°C 450g
VUT Brno
- 23 -
Jan Vosika
Uložení radiálního ložiska je pohyblivě viz. obr.9. Tomu tak je z ohledu na tepelnou dilataci a snížení axiálních napětí. Těsnění je zajištěno těsnícími kroužky Gufero.
Obr. 9 – Schéma uložení ložiska s kosoúhlým stykem
Kluzná ložiska jsou zavěšena na T profilu umístěném na vrchní části žlabu. Od této vrchní části je umístěna maznice a svedena trubičkou k mazacímu kanálku kluzného ložiska. Pouzdro kluzného je opatřeno víčky, kvůli možnému vychýlení ložiska od pouzdra. Těsnění je zajištěno těsnícími kroužky pro pohyblivé spoje, které jsou umístěny na hřídeli.
Obr. 10 – Schéma uložení ložiska s kosoúhlým stykem
VUT Brno
- 24 -
Jan Vosika
5. Pohonná soustava Motor jsem volil s ohledem na vypočtenou hodnotu ze vzorce (7) a předem stanovenou hodnotu otáček. Volil jsem větší výkon (kroutící moment) z důvodu zadírání materiálu mezi šnekovicí a žlabem a také z důvodu snazšího rozběhu z nulové rychlosti. Převodovka je přímo zabudovaná s motorem jako kompaktní celek.
Parametry: Převodovka + motor fa: NORD označení:SK 73 – 132M/4 P = 7,5 kW 4 – pólový nmotor= 1500 [1/min] nvýstupní = 28 [1/min] Mk = 2558 Nm náplň = 20,5 l oleje olej: viz. katalog firmy NORD, např. Shell Tivela S220 (-25÷80°C) m = 263 kg
Obr. 11 –Rozměrové schéma pohonu
Údržba, doba výměny maziva a provozní parametry jsou obsaženy v katalogu pohonné jednotky dodávaného při koupi.
VUT Brno
- 25 -
Jan Vosika
6. Kotoučová spojka Volil jsem pružnou spojku - Periflex. Jejich vlastnosti zaručují tlumení torzních kmitů a rázů. Spojky Periflex zajišťují plynulý rozběh strojů, tichý a klidný chod s rovnoměrným průběhem otáček. Dovolují vzájemnou dilataci spojovaných hřídelů. Maximální přenositelný kroutící moment: MKmax = 2500 Nm Průměr náboje (hřídele): d = 75 mm
Obr. 12 – Schéma provedení bezpečnostní kotoučové spojky z hlediska momentového zatížení
Obr. 13 – Schéma provedení kotoučové spojky periflex Jak vyplývá z obr.10 je zřejmé, že kotoučová spojka přenese maximální kroutící moment, který přenese více dopravovaného množství než je požadováno. Proto je vyhovující, avšak se musí dbát zvýšené opatrnosti před přehlcením dopravníku. VUT Brno
- 26 -
Jan Vosika
7. Závěr V této práci jsem navrhoval vodorovný šnekový dopravník na dopravu drobného kameniva o zrnitosti 45 mm. Tato zrnitost byla mým hlavním hlediskem při konstruování tohoto dopravníku. Potřebné návrhové výpočty jsem vybíral z konkrétní literatury, zabývající se touto tématikou. Dále jsem takto navržený dopravník pevnostně kontroloval a to zejména výpočtem na krut, ohyb, střih kolíků, tepelnou dilataci a pevnost těsných per. V kreslené formě jsem bral nejvíce ohled na jednoduchost, nízkou spotřebu materiálu a dobrou smontovatelnou. Výkresovou část jsem vytvořil v programu SolidWorks 2006.
VUT Brno
- 27 -
Jan Vosika
8. Seznam použité literatury a odkazů
[3]
Gajdůšek J., Škopán M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno 1988 Kříž R.: Stavba a provoz strojů 1, části strojů – pro 2.roč. SPŠ, Scientia, 1995, část 1,2 Leiveber J., Řasa J., Vávra P.: Strojnické tabulky, Scientia, 2000
[4]
Janyš B., Glanc F.: Kapesní dílenské tabulky, SNTL, 1967
[5]
Janíček P., Ondráček E., Vrbka J.: Pružnost a pevnost, VUT Brno, 1992
[6]
http://www.retezy-vam.com/pdf/volba_dopravniho.pdf
[7]
http://62.168.62.45/cze/katalog/search.php?searchtext=&druh=319&material=0&tnor m=4&norma=&r1=&r2=&r3=&r4=&search=5#
[8] [9]
http://www.prumysl.biz/ip-43307-55-7316-bem-lozisko-kulickove-jednorade-skosouhlym-stykem.html http://arkov.cz/katalogy/1/6000_CS_02_kulickova_loziska_s_kosouhlym_stykem.pdf
[10]
http://www.guma.cz/gufero04.htm
[1] [2]
VUT Brno
- 28 -
Jan Vosika
Příloha 1
VUT Brno
- 29 -
Jan Vosika
VUT Brno
- 30 -
Jan Vosika
VUT Brno
- 31 -
Jan Vosika
VUT Brno
- 32 -
Jan Vosika
Příloha 2
VUT Brno
- 33 -
Jan Vosika
Příloha 3
VUT Brno
- 34 -
Jan Vosika
