VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ

VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

OBċŽNÝ REGÁLOVÝ ZÁSOBNÍK

BAKALÁěSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS

AUTOR PRÁCE AUTHOR

TOMÁŠ DOBŠÍýEK

BRNO 2009

-0-

VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

OBċŽNÝ REGÁLOVÝ ZÁSOBNÍK

BUCKET ROTATING STORAGE MACHINE

BAKALÁěSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS

AUTOR PRÁCE

TOMÁŠ DOBŠÍýEK

VEDOUCÍ PRÁCE

Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D.

AUTHOR

SUPERVISOR

BRNO 2009

-1-

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2008/2009

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Tomáš Dobšíček který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Oběžný regálový zásobník v anglickém jazyce: Bucket rotating storage machine Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhněte řešení oběžného regálového zásobníku jako zásobníku kusových spojovacích součástí. Technické parametry: počet regálových kazet 30 ks rychlost pohybu řetězu v = 0,4 m/s maximální nosnost kazety = 250kg délka kazety zásobníku cca 1,5m Cíle bakalářské práce: Proveďte: základních funkčních výpočty, návrhněte kinematiku pohybu materiálu v zásobníku, výpočtěte požadovaný výkon pohonu, navrhněte pohonnou a brzdnou soustavu zásobníku a proveďte její kontrolu. Nakreslete: sestavný výkres oběžného regálového zásobníku, detailní výkresy částí hnacího ústrojí Rozsah grafických prací:dle požadovaných cílů

Seznam odborné literatury: Gajdůšek,J.; Škopán,M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno, 1988 Klimeš, P.: Části a mechanismy strojů, Akademické nakladatelství CERM, 2003

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2008/2009. V Brně, dne 4.11.2008 L.S.

_______________________________ prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu

_______________________________ doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

Abstrakt V této bakaláĜské práci je navrhnuto konstrukþní Ĝešení obČžného regálového zásobníku s horizontálním posuvem pro pĜepravu spojovacích materiálĤ. Je proveden funkþní výpoþet. BakaláĜská práce také obsahuje návrh a pohon dopravníku. Klíþová slova – obČžný zásobník, spojovací materiál, pohon dopravníku,

Abstract In this work is outlined design revolving tray with a horizontal movement for the carriage of fasteners. It is made functional calculation. Bachelor thesis proposal also includes a conveyor drive. Keywords - revolving rack tray, connecting material, powered conveyors,

-2-

Bibliografická citace mé práce DOBŠÍýEK, T. ObČžný regálový zásobník. Brno: Vysoké uþení technické v BrnČ, Fakulta strojního inženýrství, 2009. 20 s. Vedoucí bakaláĜské práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

-3-

ýestné prohlášení Tímto prohlašuji, že pĜedkládanou bakaláĜskou práci jsem vypracoval samostatnČ, s využitím uvedené literatury a podkladĤ, na základČ konzultací a pod vedením vedoucího bakaláĜské práce.

V …………… dne 28.5.2009

………………………… Podpis

-4-

PodČkování Tímto dČkuji panu Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph.D. za cenné pĜipomínky a rady týkajících se zpracování bakaláĜské práce.

-5-

Obsah ABSTRAKT ---------------------------------------------------------------------------------------------- 2 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE MÉ PRÁCE---------------------------------------------------------- 3 ýESTNÉ PROHLÁŠENÍ ------------------------------------------------------------------------------- 4 PODċKOVÁNÍ ------------------------------------------------------------------------------------------ 5 OBSAH---------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 1.

3.

ÚVOD ----------------------------------------------------------------------------------------------- 8 2.1

Volba nosného ĜetČzu a výpoþet þelních ĜetČzových kol ---------------------------- 10

2.2

PrĤmČr rozteþné kružnice nosných ĜetČzových kol, pro poþet zubĤ z = 13------- 10

2.3

Otáþky kola ------------------------------------------------------------------------------- 10

2.4

Vzdálenost os nosných ĜetČzových kol ------------------------------------------------ 10

2.5

Poþet þlánkĤ ĜetČzu----------------------------------------------------------------------- 10

2.6

Kontrola rozteþe -------------------------------------------------------------------------- 11

2.6.1

Ve vodorovném oblouku platí ---------------------------------------------------- 11

2.6.2

Minimální rozteþ bĜemene bude-------------------------------------------------- 11

STANOVENÍ JEDNOTLIVÝCH ODPORģ PROTI POHYBU --------------------------- 12 3.1

Hmotnost dopravovaného mat. na 1m délky------------------------------------------ 12

3.2

Odpor k pĜekonání výšky---------------------------------------------------------------- 12

4.

STANOVENÍ TAHģ V ěETċZU-------------------------------------------------------------- 12

5.

STANOVENÍ SÍLY NA HNACÍM ěETċZOVÉM KOLE A VÝKON MOTORU ----- 13 5.1

Obvodová síla----------------------------------------------------------------------------- 13

5.2

Výkon hnacího elektromotoru ---------------------------------------------------------- 13

-6-

6.

PEVNOSTNÍ KONTROLA TAŽNÝCH ORGÁNģ DLE NORMY ýSN 014809 ------ 13 6.1

Na tah -------------------------------------------------------------------------------------- 13

6.2

Na otlaþení -------------------------------------------------------------------------------- 13

7.

NÁVRH POHONU ------------------------------------------------------------------------------- 14

8.

VÝPOýET BRZDY ------------------------------------------------------------------------------ 14

9.

8.2

Brzdný moment--------------------------------------------------------------------------- 14

8.3

Moment, který je brzda schopná uchladit --------------------------------------------- 15

KONTROLA POHONU NA ROZBċH-------------------------------------------------------- 15 9.1

PotĜebný kroutící moment na výstupní hĜídeli šnekové pĜevodovky pro pohon - 15

9.2

Doba potĜebná pro rozbČh zásobníku z rychlosti 0 na 0,4 m/s--------------------- 15

9.3

Dosažené zrychlení ---------------------------------------------------------------------- 15

9.4

Moment od setrvaþné hmoty zátČže---------------------------------------------------- 15

9.5

Moment potĜebný k roztoþení velkého ĜetČzového kola na otáþky 8,8/min ------ 16

9.6

Celkový moment na výstupní hĜídeli šnekové pĜevodovky------------------------- 16

10.

ZÁVċR ------------------------------------------------------------------------------------------ 16

11.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ------------------------------------------------------- 17

12.

POUŽITÉ ZDROJE NA INTERNETU ----------------------------------------------------- 17

13.

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLģ A JEDNOTEK------------------------------------ 18

14.

SEZNAM PěÍLOH ---------------------------------------------------------------------------- 20

-7-

1.

Úvod Horizontální karusel (obr.1) je tvoĜen systémem spojených nastavitelných polic

(pĜihrádek), které se otáþejí kolem své osy a jsou pohánČny motorem umístČných v horní nebo dolní þásti karuselu. Rotace probíhá kolem osy kolmé k zemi. Uživatel pak zvolí požadovaný regál a ten se posune k výdejnímu prostoru. OpČt jde o systém použitelný zejména pro drobné zboží nebo souþástky.

PĜínosy systému jsou pĜedevším: - vysoce zhuštČné skladování v nízkých prostorách - velké skladovací plochy – krátké cesty - více odebíracích otvorĤ na minimálním prostoru - vysoká produktivita díky automatizovaným procesĤm

Integrovaný systém minimalizuje þekací doby a kompaktní uspoĜádání kazet zaruþuje maximální hustotu skladování. ZaĜízení tedy zvyšuje produktivitu a snižuje náklady na skladování (v porovnání s klasickými regály). UmožĖuje také absolutní kontrolu pĜístupu ke skladovanému zboží a stavu jeho zásob. Ocelová konstrukce a opláštČní celého zaĜízení zaruþují, že skladování je bezpeþné pro obsluhu i skladovaný materiál (obr.2), který je chránČn proti neoprávnČnému pĜístupu. Výdejové otvory mohou být umístČny na libovolném místČ þelní nebo zadní strany. Jejich umístČní a poþet se mohou mČnit také dodateþnČ, tak aby vytváĜely ideální pracovní prostor pro obsluhu a umožnily i pĜípadnČ bezproblémové propojení nČkolika oddČlení skladu. Systém dopraví požadovanou polici se zbožím na stisknutí tlaþítka do pracovní pozice, kde témČĜ bezhluþnČ zastaví. To umožĖuje cílený, rychlí a bezpeþný pĜístup.

-8-

Obr.1 horní pohled na dílnu s obČžnými horizontálními dopravníky

Obr.2 horizontální obČžný dopravník Kardex PĜi teoretickém výpoþtu obČžného regálového dopravníku vertikálního vycházely velké nároky na pohon dopravníku pro zadané parametry. Proto volím obČžný regálový zásobník horizontální, u které jsou mnohem menší nároky na pohon dopravníku.

-9-

2. Funkþní výpoþet Volba nosného ĜetČzu a výpoþet þelních ĜetČzových kol

2.1

Volen ĜetČz - > ISO FVC 90 – DIN 8165 Rozteþ – t = 200 mm PrĤm. þepu – d1 = 14mm PrĤm. váleþku – d4 = 48 mm Ploch. kloubu – f = 497 mm2 Pevnost Ĝet. – Fpt = 55 kN PrĤmČr rozteþné kružnice nosných ĜetČzových kol, pro poþet zubĤ z = 13

2.2

Je voleno dle lit. [3] str. 326

D1

2.3

t 180q sin z

200 180q sin 13

835,72 mm # 836 mm

(1)

Otáþky kola

n

v S ˜ D1

0,4 S ˜ 0,836

0,152 / s

(2)

Vzdálenost os nosných ĜetČzových kol

2.4 l

10,7 m

h

l  D1

10,7  0,836 11,54 m

Poþet þlánkĤ ĜetČzu

2.5

Je voleno dle lit. [3] str. 320

x

l z  z2 2  1 2 t

2

10,7 13  13  0,2 2

120 þlánkĤ

- 10 -

(3)

2.6

Kontrola rozteþe

Je voleno dle lit. [1] str. 203

2.6.1 Ve vodorovném oblouku platí

tgE

bmax a · § 2 ˜ ¨ R  max ¸ 2 ¹ ©

0,31 0,5 · § 2 ˜ ¨ 0,418  ¸ 2 ¹ ©

0,9185 Ÿ E

42q33'

(4)

Obr.3 minimální rozteþ bĜemene ve vodorovném oblouku

2.6.2 Minimální rozteþ bĜemene bude

Dle obr. 3

sin D

t bmin

0,05 a R  max 2

2 ˜ R ˜ sin

0,05 0,5 0,418  2

D  2˜ E 2

0,2963 Ÿ 17q14'

2 ˜ 0,418 ˜ sin

17q14'2 ˜ 42q33' 2

kazeta je zavČšena na každém þtvrtém þlánku ĜetČzu t k

- 11 -

0,651 m

800 mm

(5)

3. Stanovení jednotlivých odporĤ proti pohybu 3.1

Hmotnost dopravovaného mat. na 1m délky

q1

3.2

300 ˜ 15 11,54

390 kg / m

(6)

Odpor k pĜekonání výšky F1

3.3

m ˜ 15 h

q1 ˜ g

390 ˜ 9,81 3825,9 N

(7)

(8)

Odpor napínací ĜetČzové kladky

F3

§ d d ¨¨ f1 ˜ 2  f 3 ˜ 1 D1 D2 ©

· 0,048 0,014 · § ¸¸ ˜ T1  T2 ¨ 0,03 ˜  0,2 ˜ ¸ ˜ 5836,05 29,61 N 0,836 0,836 ¹ © ¹

4. Stanovení tahĤ v ĜetČzu Je dle obr.4 T3 T2 T4 T1

Z 2 T3

.

2000 1000 N 2 1000 N

Z 2000  F2  10,15 1010 ,15 N 2 2 T4  F1 1010 ,15  3825 ,9 4836 ,05 N

T1  T2

4836 ,05  1000

5836 ,05 N

Obr.4 Stanovení tahĤ v ĜetČzu

- 12 -

5.

Stanovení síly na hnacím ĜetČzovém kole a výkon motoru

5.1

Obvodová síla Fo

5.2

4836,05  1000

T1  T2

3836,05 N

Výkon hnacího elektromotoru

P

Fo  F3 ˜ v 3836,05  29,61 ˜ 0,4 1000 ˜ K c

1000 ˜ 0,6

2,58 kW

(9)

Pevnostní kontrola tažných orgánĤ dle normy ýSN 014809

6.

Je volena dle lit. [3], str. 320

6.1

Na tah

- bezpeþnost proti pĜetížení pĜi statickém zatížení

ks

2 ˜ F pt T1

2 ˜ 55000 4836,05

22,7 t 7 Ÿ vyhovuje

(10)

- bezpeþnost proti pĜetržení pĜi dynamickém zatížení

kd

6.2

2 ˜ F pt 2,5 ˜ T1

2 ˜ 55000 2,5 ˜ 4836,05

9,1 t 5 Ÿ vyhovuje

(11)

Na otlaþení

pD … dovolený tlak v kloubu ĜetČzu volen 20 MPa, dle lit. [3] str. 324

T1 d pD 2˜ f T1 4836,05 pp 2˜ f 2 ˜ 497 p p d p D Ÿ vyhovuje pp

4,9 MPa

(12)

- 13 -

7.

Návrh pohonu Volen elektromotor s brzdou a frekvenþním a šnekovou pĜevodovkou dle (obr.5) SEW – SA 97 DV 112 M4 BM Výkon – 4kW; otáþky výstupní – 8,8/min; krout. moment na výstup. hĜídeli – 3330Nm; pĜevodový pomČr i = 161,74; brzdný moment 40Nm; servisní faktor s = 1,15; hmotnost – 175 kg

obr.5 návrh pohonu

8.

Výpoþet brzdy

8.1 Výpoþet kroutícího momentu na hĜídeli elektromotoru

Mk

8.2

D 1 1 ˜ Fo ˜ r1 ˜ 2 2 iš ˜ K š

0,836 1 1 ˜ 3836,05 ˜ ˜ 2 2 161,74 ˜ 0,74

Brzdný moment Mb t Mk

6,7 Nm

- 14 -

6,7 Nm

(13)

8.3

Moment, který je brzda schopná uchladit m˜Mk

Mb

(14)

1,5 ˜ 6,7 10,1 Nm

m … bezpeþnost brzdy ( 1,5 ) volen motor s brzdou

40 Nm

MB

M B t M b Ÿ vyhovuje

9.

Kontrola pohonu na rozbČh

9.1

PotĜebný kroutící moment na výstupní hĜídeli šnekové pĜevodovky pro pohon D 1 ˜ Fo ˜ r1 2 2

Mk

9.2

1 0,836 ˜ 3836,05 ˜ 2 2

(15)

801,5 Nm

Doba potĜebná pro rozbČh zásobníku z rychlosti 0 na 0,4 m/s

voleno t = 1s

9.3

Dosažené zrychlení

v t

a

9.4

0,4 1

0,4 m / s 2

(16)

Moment od setrvaþné hmoty zátČže

M sz

D 1 ˜ 30 ˜ mmax ˜ a ˜ r1 2 2

0,836 1 ˜ 30 ˜ 300 ˜ 0,4 ˜ 2 2

- 15 -

752,15 Nm

(17)

Moment potĜebný k roztoþení velkého ĜetČzového kola na otáþky 8,8/min

9.5

200 kg

hmotnost kola G 1 §D · ˜G ˜¨ 1 ¸ 2 © 2 ¹

Jk

M sk

Jk ˜H

2

1 § 0,836 · ˜ 200 ˜ ¨ ¸ 2 © 2 ¹

2

J k 2S ˜ n 17,47 ˜ 2S ˜ 8,8

17,47 kg

965,5 Nm

(18)

ostatní setrvaþné hmoty jsou zanedbatelné

9.6

Celkový moment na výstupní hĜídeli šnekové pĜevodovky

- po vypoþtení jednotlivých pĤsobících momentĤ následuje jejich dosazení do podmínky dle vztahu (21), pĜí þemž MROZ je souþtem momentĤ ze vztahĤ (15,17,18)

M roz

MA

M k ˜ M sz ˜ M sk

801,5  752,15  965,5

2519,2 Nm

3330 Nm

(19)

(20) (21)

M roz d M A Ÿ vyhovuje

- po dosazení hodnoty MROZ ze vztahu (19) zjistíme, že zvolená pohonná jednotka vyhovuje podmínce dle vztahu (21).

10. ZávČr Dle zadaných vstupních parametrĤ byl proveden funkþní výpoþet a navržena konstrukce dopravníku pro zvolenou variantu. Dále byl vypoþítán pohon dopravníku, který je z hlediska zjednodušení volen s frekvenþním mČniþem pro plynulost rozbČhu motoru, aby nedocházelo k velkým rázĤm pĜi startu a dále tento motor obsahuje brzdu. Ty to hodnoty pohonu jsou výpoþtovČ zkontrolovány.

- 16 -

11. Seznam použité literatury 1. GAJDģŠEK, J.; ŠKOPÁN, M.: Teorie dopravních a manipulaþních zaĜízení, skripta VUT Brno, 1988 2. KLIMEŠ, P. : ýásti a mechanismy strojĤ, Akademické nakladatelství CERM, 2003 3. VÁVRA,P. a kol. : Strojnické tabulky pro SPŠ strojnické, první vydání Praha 1: SNTL, 1983, 672 s, ISBN 04 -218 –83 4. LEINVEBER, J.; ěASA, J.; VÁVRA, P. : Strojnické tabulky. 3. doplnČné vydání. Praha 6: Scientia, 2000, 985 s, ISBN 80 -7183 -164 – 6 5. KAŠPÁREK, Jaroslav. Dopravní a manipulaþní zaĜízení, Pro posluchaþe bakaláĜského studia VUT FSI v BrnČ. [PDF dokument].

12. Použité zdroje na internetu 4. SEW-EURODRIVE, [on-line], [citováno 2009-05-18]. Dostupné z : www.sew-eurodrive.cz 5. ěETċZY VAMBERK, [on-line], [citováno 2009-01-12]. Dostupné z : www.retezy-vam.com 6. TENTE, [on-line], [citováno 2009-02-02]. Dostupné z : www.tente.cz 6. MANUTAN, [on-line], [citováno 2009-01-20]. Dostupné z : www.manutan.cz

- 17 -

13. Seznam použitých symbolĤ a jednotek Oznaþení veliþiny

Jednotka

Název

ic ik v a n np nM P PM Mk MkS MkB Mkn Msz MszM Msk MskM McM MjM Jk F1 F2 F3 Fo T1,T2 ,T3 ,T4 FPt Z q1 Fr m l lk h amax bmax D1, D2 d1 d2 f f1 f2 f3 t bmin tk t

[-] [ks] [m/s] [m/s2] [s-1] [s-1] [min-1] [W] [W] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [mm4] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [kg] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [mm2] [-] [-] [-] [m] [m] [m]

Celkový pĜevodový pomČr Poþet regálových kazet Rychlost pohybu ĜetČzu Dosažené zrychlení Otáþky hnacího ĜetČzového kola PĜepoþítané otáþky hnacího Ĝet. kola Otáþky motoru PotĜebný hnací výkon Výkon elektromotoru PĜenášený kroutící moment Kroutící moment spojky Brzdný moment Moment,který je brzda schopná uchladit Krout. moment od setrvaþné hmoty zátČže Krout. mom.od setr.hmoty na hĜídeli el.motoru Krout. moment k roztoþení velkého Ĝet. kola Krout. moment - - na hĜídel el.motoru Celkový krout. moment na hĜídeli el.motoru Jmenovitý krout. moment el.motoru Moment setrvaþnosti kola Odpor k pĜekonání výšky Odpor napínací Ĝet. kladky Odpor hnací Ĝet. kladky Obvodová síla Tahy v ĜetČzu Pevnost v tahu ĜetČzu Napínací síla Hmot. dop. mat. na 1m délky Radiální síla Hmot. kazety Osová vzdálenost Ĝet. kol Délka kazety zásobníku Vzdálenost kol Hloubka kazety ŠíĜka kazety PrĤm. rozt. kružnice Ĝet. kol PrĤmČr þepu ĜetČzu PrĤmČr þepu ĜetČzu v ložisku Plocha kloubu ĜetČzu Souþ. þepového tĜení v ložisku Souþ. þep. TĜení v ložisku napínacího Ĝet. kola Souþ. þep. tĜení v kloubech ĜetČzu Minimální rozteþ bĜemen Rozteþ kazet Rozteþ ĜetČzu - 18 -

x z ks kd pD pp p n1 y Kš

[-] [-] [-] [-] [MPa] [MPa] [MPa] [-] [-] [-]

Poþet þlánkĤ ĜetČzu Poþet zubĤ kola Ekvivalentní zatížení ložiska Základní trvanlivost ložiska Dovolený tlak v kloubu ĜetČzu Tlak v kloubu ĜetČzu SmČnný tlak v kloubu ĜetČzu ýinitel tĜení ýinitel rázĤ Úþinnost šnekové pĜevodovky

- 19 -

14. Seznam pĜíloh Sestavný výkres

ObČžný regálový zásobník

0 – TOD – 05.00

Podsestava pohonu

Pohon

2 – TOD – 05.01

Detaily

ěetČzové kolo 1

3 – TOD – 05.01/3

Podložka

4 – TOD – 05.01/4

Kusovníky

4 – TOD – 05.00 – 1/3 4 – TOD – 05.00 – 2/3 4 – TOD – 05.00 – 3/3

- 20 -