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

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING VYNÁŠECÍ PÁSOVÝ PODAVAČ BELT FEEDER BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JAN HERMAN Doc. Ing. MIROSLAV ŠKOPÁN, CSc. BRNO 2015

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok : 2014/15 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student(ka): Jan Herman 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: Vynášecí pásový podavač v anglickém jazyce : Belt feeder Charakteristika problematiky úkolu: Proveďte konstrukční návrh vynášecího pásového podavače z hrubotřídiče kameniva, Hlavní technické parametry: dopravní výkon: kg/hod dopravní výška: 2,5 m dopravovaný materiál: drobné kamenivo a stavební suť, max. zrnitost 90mm Cíle bakalářské práce: Technická zpráva obsahující: - koncepce navrženého řešení, - funkční výpočet zařízení, návrh jednotlivých komponent, - pevnostní výpočet a další výpočty dle vedoucího BP Výkresová dokumentace obsahující: - celková sestava zařízení, - podsestavy a výrobní výkresy dle pokynů vedoucího BP.

3 Seznam odborné literatury: 1.BIGOŠ, P., KULKA, J.,KOPAS, m., MANTIČ, M.: Teoría a stavba zdvíhacích a dopravních zariadení. TU v Košiciach, Strojnická Fakulta 2012, 356, s., ISBN: ŠKOPÁN, M.: Hydraulické pohony strojů, elektronická skripta VUT v Brně SHIGLEY, J.E. MISHKE, Ch.R.-BUDYNAS R.G.: Konstruování strojních součástí, Vydalo VUT v Brně, nakladatelství VUTIUM 2010, ISBN: Firemní literatura Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2014/15. V Brně, dne L.S... prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. ředitel ústavu... doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. Děkan

4 ABSTRAKT ABSTRAKT Cílem této práce je provést konstrukční návrh vynášecího pásového podavače pro štěrk a stavební suť. Komponenty budou a voleny na základě funkčního výpočtu dle normy ČSN ISO Výsledkem je koncepce, která obsahuje technickou zprávu a výkresovou dokumentaci pásového podavače. KLÍČOVÁ SLOVA Pásový podavač, napínací zařízení, váleček, dopravníkový pás, rám. ABSTRACT The aim of this work is to create an engineering design of belt feeder for gravel and rubble. Components will be selected on the basis of functional calculation resulting from the standart ČSN ISO 5048 The result is a concept, which includes technical report and drawings documentation of the belt feeder. KEYWORDS Belt feeder, tension system, roller, conveyor belt, frame. BRNO 2015

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE Herman, Jan. Vynášecí pásový podavač. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc. BRNO 2015

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením doc. Ing. Miroslava Škopána, CSc.a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 29. května Jan Herman BRNO 2015

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád poděkoval panu doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, CSc., za vynaloženou snahu, ochotu a věcné rady při vypracovávání této práce. BRNO 2015

8 OBSAH OBSAH Úvod Konstrukce pásového podavače Volené komponenty Dopravníkový pás Spojky pro pás Stěrač pásu Válečky Hnací a hnaný buben Uložení bubnů Spojka Pohon Konstrukční řešení Uchycení válečků Napínací zařízení Nosná konstrukce Funkční výpočet Teoretický průřez materiálu Využitelná ložní šířka pásu Skutečná plocha průřezu náplně pás Dynamický sypný úhel Kontrola pásu na potřebný ložní prostor Objemový dopravní výkon Hmotnostní dopravní výkon Kontrola dopravovaného množství Výsledná odporová síla Hlavní odpory Vedlejší odpory Přídavné odpory Výkon potřebný pro pohánění soustavy Výkon motoru hnacího bubnu Otáčky bubnu Krouticí moment potřebný pro pohon soustavy Síly v pásu Maximální obvodová síla Přenos tahové síly ve hnaném bubnu BRNO

9 OBSAH Nejmenší tahová síla pro horní větev Nejmenší tahová síla pro dolní větev Největší tahová síla v pásu Dovolená tahová síla v pásu Kontrola pevnosti pásu Síla v horní větvi Síla ve vratné větvi Kontrola síly ve vratné větvi Výpočet šroubu napínacího ústrojí Napětí ve šroubu Dovolené napětí šroubu Bezpečnost šroubu Kontrola bezpečnosti šroubu Počet nosných závitů nosný průměr závitu Tlak na závitech Kontrola na otlačení závitů Výpočet nosné konstrukce Kvadratický momentu setrvačnosti profilu Modul průřezu v ohybu Uvolnění a výpočet sil ve vazbách Rovnice statické rovnováhy Síla od vazby B Síla od vazby A Liniové zatížení VVÚ Řez č Řez č Maximální ohybový moment Maximální napětí Bezpečnost Kontrola bezpečnosti rámu Seznam použitých zkratek a symbolů Seznam příloh BRNO

10 ÚVOD ÚVOD Vynášecí pásový podavač je zařízení, které slouží k rovnoměrnému přemisťování materiálu z násypky. Sklon tratě je vodorovný, šikmý nebo kombinovaný. Pásové podavače jsou většinou instalovány na samohybném podvozku s třídičem a násypkou. S takovými podavači se můžeme setkat v důlním průmyslu (kamenolomy apod.). Cílem práce je provést konstrukční návrh pásového podavače, který bude vynášet materiál do výšky 2,5 m s dopravním výkonem 200 t/h. Nejprve bude proveden funkční výpočet, ze kterého budou vycházet základní technické parametry volených součástí (šířka pásu, potřebný výkon pro pohon soustavy, kontrolu pevnosti pásu, kontrolu bezpečnosti rámu atd.). Na základě výpočtu bude vytvořen celkový návrh sestavy pásového podavače v podobě výkresové dokumentace sestavy a tažného zařízení na napínání bubnu. BRNO

11 KONSTRUKCE PÁSOVÉHO PODAVAČE 1 KONSTRUKCE PÁSOVÉHO PODAVAČE Pásový podavač se skládá z nosného rámu, násypky, hnacího a napínacího bubnu, horních a dolních válečkových stolic a čističe pásu. Po celé délce může být nainstalováno boční vedení, které zabrání případnému přepadení materiálu přes bok podavače. 1. Násypka 2. Hnaný buben 3. Hnací buben 4. Horní válečková stolice 5. Dolní válečková stolice 6. Stěrač Obr. 1 schéma pásového podavače BRNO

12 VOLENÉ KOMPONENTY 2 VOLENÉ KOMPONENTY 2.1 DOPRAVNÍKOVÝ PÁS Je část pásového podavače, kde dochází ke kontaktu s materiálem. Plní současně tažnou a nosnou funkci, tudíž se jedná o nejnamáhavější součást celé sestavy. Nejčastěji používaný je gumotextilní typ pásu. Guma v podobě pryže slouží ke zvýšení otěruvzdornosti a textilní vložky k lepšímu přenosu tahových sil. Jedná se o jednu z nejdražších komponent na všech pásových zařízení, a proto je důležité zvolit správný typ pásu, aby byla životnost pásu co možná nejvyšší. Pro pásový podavač je použit pás z katalogu [1] od firmy Gumex s.r.o. Obr. 2 dopravníkový pás Gumex EP400-3[1] EP400/3 PRYŽOVÉ PÁSY PRO PRŮMYSLOVÉ POUŽITÍ velmi odolný proti opotřebení, pro přepravu vysoce abrazivního, sypkého, zrnitého materiálu, obrusivost max. 80 mm 3 pracovní teplota: -60 C/+60 C (materiál maximálně +70 C) počet vložek: 3, pevnost 400 N/mm síla krycích vrstev: obvykle 4+2 mm (dle aktuální nabídky) Tab. 1 parametry pásu [1] Označení pásu Šířka[mm]/krycí vrstvy[mm]/kategorie Síla [mm] Minimální průměr hnacího bubnu [mm] Hmotnost [kg/bm] Ep 400/3 š AA 1000/4+2/AA ,1 BRNO

13 VOLENÉ KOMPONENTY 2.2 SPOJKY PRO PÁS Spojky slouží ke spojení konců dopravníkového pásu. Spojení by mělo být při nejmenším stejně pevné, jako samotný pás a nemělo by výrazně vyčnívat z profilu pásu. Pro spoj je použita spojka pro pryžové pásy z katalogu [1] od firmy Gumotex s.r.o. Obr. 3 spojka Gumex Flexco R2[1] BRNO

14 VOLENÉ KOMPONENTY 2.3 STĚRAČ PÁSU Stěrač pásu slouží k odstranění zbylého materiálu, který přilnul k pásu. Bez čističe pásu by se zbylý materiál začal usazovat na válečcích, což by vedlo ke zvýšení odporu a ke snížení životnosti pásu a válečků. Pro pásový podavač je zvolen z katalogu [2]stěrač ABC 70 od firmy Metso s.r.o. Obr. 4 stěrač Metso ABC 70 [2] K odstranění materiálů dochází pomocí vyměnitelných destiček z vysoce odolného polyuretanu. Destičky jsou umístěny na ose, která je napojena na předepjatou pružinu. Díky tomu je stěrač na pás přitlačován konstantním. Tab. 2 parametry stěrače pásu [2] Označení Šířka pásu A [mm] Šířka stěrače B [mm] Délka kazety C [mm] Max. délka osy D[mm] Počet destiček ABC BRNO

15 VOLENÉ KOMPONENTY 2.4 VÁLEČKY Pro horní větev pásového podavače jsou použity hladké válečeky od firmy Transroll a.s. Obr. 5 horní váleček Transroll [3] Tab. 3 parametry horních válečků [3] Označení Šířka pásu [mm] L [mm] L1 [mm] L2 [mm] Hmotnost rotujících dílů [kg] Celková hmotnost [kg] ,6 9,6 BRNO

16 VOLENÉ KOMPONENTY Pro dolní válečkovou větev jsou použity diskové válečky, které čistí pás od zbytkového znečištění. Obr. 6 spodní váleček Transroll [3] Tab. 4 parametry dolních válečků [3] Označení Šířka pásu [mm] L [mm] L1 [mm] L2 [mm] Hmotnost rotujících dílů [kg] Celková hmotnost [kg] ,6 9,6 2.5 HNACÍ A HNANÝ BUBEN Bubny složí k přenosu točivého momentu od pohonné jednotky na pás a k přenosu napínacích sil. Konstrukce hnacího a hnaného bubnu je téměř stejná. Hnací buben má vyvedenou hřídel pro připojení pohonné jednotky a jeho povrch je potažen pryží pro zvýšení součinitele tření mezi bubnem a pásem. Pro pásový dopravník volím bubny PD S A od firmy COOL, které jsou vyrobeny z 10 mm široké bezešvé trubky o průměru 320 mm. Kvůli již dříve zvolenému pásu je šířka bubnu 1000 mm. Celková hmotnost sestavy (buben, hřídel) je 140 kg. BRNO

17 VOLENÉ KOMPONENTY 2.6 ULOŽENÍ BUBNŮ Pro uložení bubnů jsou použita Y ložiska od firmy SKF, jejíž těla jsou vyrobena z litiny, ve kterých jsou naistalována ložiska. Pro uložení hnaného bubnu je použito přírubové ložisko a pro hnací buben ložisko s utahovací jednotkou. Obr. 7 přírubové Y ložisko SKF [4] Tab. 5 Parametry přírubového ložiska [4] Označení Rozměry [mm] Únosnost [kn] Max. rychlost d A 1 A 2 A 3 B D a h8 J J 1 L N G S 1 T Dyn. Stat. P U n max FYC 60TF , , ,7 56,7 52, BRNO

18 VOLENÉ KOMPONENTY Obr. 8 napínací Y ložisko SKF [4] Tab. 6 parametry napínacího ložiska [4] Označení Rozměry [mm] d A A 1 A 2 B D 1 H H 2 L L 1 L 2 L 3 N N 1 s 1 TUJ 60TF , , ,7 BRNO

19 VOLENÉ KOMPONENTY 2.7 SPOJKA Ke spojení hřídele hnacího bubnu a motoru je použita axiální čepová spojka BKN [5], která zajišťuje přenášení stálého točivého momentu v obou směrech otáčení při nepřetržitém i přerušovaném zatížení. Obr. 9 axiální čepová spojka BKN [5] Tab. 7 parametry axiální čepové spojky[5] Rozměry [mm] Označení D 1 D 3 L D 2 D 4 D 5 h k s d min -d max m [kg] BRNO

20 VOLENÉ KOMPONENTY 2.8 POHON Na základě výpočtu potřebného krouticího momentu z rovnice (25) M k = 35,161 Nm a potřebných otáček z rovnice (24) n= 7,639 ot/s, je použit orbitový hydromotor Danfoss. Obr. 10 orbitový hydromotor Danfoss OMP 315 [6] Tab. 8 parametry orbitového hydromotoru Danfoss [6] Označení Délka hřídele [mm] Průměr hřídele [mm] Výkon [kw] Krouticí moment [Nm] Průtok max. [l/min] Otáčky min. [ot/s] Otáčky max [ot/s] Tlak max.[pa] Zdvih. objem [cm 3 /ot] OMP , ,3 BRNO

21 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 3 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 3.1 UCHYCENÍ VÁLEČKŮ Pro instalaci válečků na rám pásového podavače jsou použity konzoly s vyfrézovanou drážkou, do které je vsunuta osa válečku podobně jako u válečkových stolic. Válečky pak v konzolách drží vlastní vahou. Konzoly jsou pak přimontovány z boku na dopravník pomocí šroubů. Obr. 11 schéma válečkové konzoly BRNO

22 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 3.2 NAPÍNACÍ ZAŘÍZENÍ Napínací stanice se skládá z napínacího ložiska, do kterého je pomocí matic umístěna 30 cm dlouhá závitová tyč M16x2. Druhý konec šroubu je provlečen dírou v opěrné stěně tažného vedení, zde při dotahování matice dochází k napínání. Proti uvolnění matic jsou použity kontramatice, které se utáhnou v opačném smyslu otáčení než matice na druhé straně. Proti zamezení jakémukoliv pohybu matice v pouzdře tažného ložiska, je použit tmel na zajišťování závitů Loctite. Celé zařízení je navrženo tak, aby dokázalo napnout pás o 250 mm, což je s rezervou hodnota 2% délky pásu. Obr. 12 schéma napínacího mechanismu BRNO

23 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 3.3 NOSNÁ KONSTRUKCE Nosný rám se skládá ze dvou ohýbaných normalizovaných profilů U 300x60x5 ČSN EN Pro větší tuhost soustavy jsou profily propojeny přivařenými příčníky a zavětrováním z normalizovaných obdélníkových profilů 40x20x3 ČSN EN Obr. 13 schéma nosné konstrukce BRNO

24 FUNKČNÍ VÝPOČET 4 FUNKČNÍ VÝPOČET Funkční výpočet je proveden podle normy ČSN ISO 5048 [12] a skript Teorie dopravních a manipulačních zařízení [10]. 4.1 TEORETICKÝ PRŮŘEZ MATERIÁLU S t = Q 3600 ρ v S T = S t = 0,046 m 2 (1) Q dopravní výkon, podle zadání, Q = kg/hod ρ objemová sypná hmotnost, dle literatury [11], str. 10, ρ= 1500kg/m 3 v rychlost pásu, dle literatury [10], str. 148 tab. 8.3, v=0,8 4.2 VYUŽITELNÁ LOŽNÍ ŠÍŘKA PÁSU b = 0,9B 0,05 b = 0,9 1 0,05 b = 0,85 m (2) B šířka pásu, dle literatury [10], str. 149, tab. 8.4, B = 1 m BRNO

25 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.3 SKUTEČNÁ PLOCHA PRŮŘEZU NÁPLNĚ PÁSU S k = 1 6 b2 tan (θ) S k = 1 6 0,852 tan (22,5 ) S k = 0,067 m 3 (3) b využitelná ložní šířka pásu, vypočteno rovnicí (2) θ dynamický sypný úhel, vypočteno rovnicí (4) 4.4 DYNAMICKÝ SYPNÝ ÚHEL θ = 0.75 α θ = θ = 22,5 (4) α sypný úhel materiálu, dle literatury [10], str. 151, tab. 8.5, α = KONTROLA PÁSU NA POTŘEBNÝ LOŽNÍ PROSTOR Podmínka: S k > S t Zvolený pás vyhovuje m 2 > 0,046 m 2 S k skutečná plocha průřezu náplně, vypočteno rovnicí (3) S t teoretická plocha průřezu náplně, vypočteno rovnicí (1) BRNO

26 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.6 OBJEMOVÝ DOPRAVNÍ VÝKON I V = S k v I V = 0,067 0,8 I V = 0,054 m 3 /s (5) S k skutečná plocha průřezu materiálu, vypočteno rovnicí (3) 4.7 HMOTNOSTNÍ DOPRAVNÍ VÝKON I m = 3600 I V ρ I m = , I m = kg/hod (6) I V objemový výkon, vypočteno rovnicí (5) 4.8 KONTROLA DOPRAVOVANÉHO MNOŽSTVÍ Podmínka: I m > Q kg/hod > kg/hod Množství dopravovaného materiálu vyhovuje BRNO

27 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.9 VÝSLEDNÁ ODPOROVÁ SÍLA F U = F H + F N + F S F U = 525, , F U = N (7) F H hlavní odpory, vypočteno rovnicí (8) F N vedlejší odpory, vypočteno rovnicí (12) F S přídavné odpory, vypočteno rovnicí (18) HLAVNÍ ODPORY F H = ƒ L g [q rh + q rd + (2q B + q G ) cos (1)] F H = 0,2 9,3 9,81 [3, ,129 + ( ,29) cos (1)] F H = 525,695 N (8) ƒ globální součinitel tření, voleno dle literatury [12] L délka pásu, voleno dle konstrukce g gravitační konstanta q rh hmotnost rotujících válečků na jeden metr horní větve, vypočteno rovnicí (9) q rd hmotnost rotujících válečků na jeden metr spodní větve, vypočteno rovnicí (10) q B hmotnost jednoho metru pásu, vypočteno rovnicí (11) q G hmotnost dopravovaného materiálu na jeden metr pásu, vypočteno rovnicí (12) BRNO

28 FUNKČNÍ VÝPOČET HMOTNOST ROTUJÍCÍCH ČÁSTÍ VÁLEČKŮ NA 1 M HORNÍ VĚTVE q rh = G rs n h L q rh = 6,6 0,5 9,3 q rh = 3,194 kg (9) n h rozteč horních válečkových stolic, voleno dle konstrukce G rs hmotnost rotujících částí horních válečků, voleno dle tab. 3 L délka pásu, voleno dle konstrukce HMOTNOST ROTUJÍCÍCH ČÁSTÍ VÁLEČKŮ NA 1 M DOLNÍ VĚTVE q rd = G bs n d L q rd = 6,6 2 9,3 q rd = 1,88 kg (10) G bs hmotnost rotujících částí spodních válečků, voleno dle tab. 4 n d rozteč spodních válečkových stolic, voleno dle konstrukce BRNO

29 FUNKČNÍ VÝPOČET HMOTNOST JEDNOHO METRU PÁSU q B = B m p q B = 1 12,1 q B = 12,1 kg (11) B šířka pásu, dle literatury [10] m p hmotnost jednoho metru pásu, voleno dle tab. 1 HMOTNOST DOPRAVOVANÉHO MATERIÁLU NA JEDEN METR DÉLKY PÁSU q G = I V ρ v q G = 0, ,8 q G = 27,989 kg/m (12) VEDLEJŠÍ ODPORY F N = F ba + F t + F l + F 1 F N = 64, , , ,094 F N = 122,365 N (12) F ba odpor setrvačných sil v místě nakládky, vypočteno z rovnice (13) F t tření mezi hmotou a bočním vedením v místě nakládky, vypočteno z rovnice (15) F l odpor proti ohybu pásu na bubnech, vypočteno z rovnice (16) F 1 odpor v ložiscích bubnu, vypočteno z rovnice (17) BRNO

30 FUNKČNÍ VÝPOČET ODPOR SETRVAČNÝCH SIL V MÍSTĚ NAKLÁDKY F ba = I V ρ (v v 0 ) F ba = 0, (0 0.8) F ba = 64,488 N (13) v 0 počáteční rychlost materiálu ve směru pohybu pásu URYCHLOVACÍ DÉLKA l b = v2 v 0 2 2g μ 1 l b = ,81 0,6 l b = 0,054 m (14) μ 2 součinitel tření mezi materiálem a bočním vedením, dle literatury [12], volím střední hodnotu μ 1 = 0,6 BRNO

31 FUNKČNÍ VÝPOČET TŘENÍ MEZI DOPRAVOVANOU HMOTOU A BOČNÍM VEDENÍM V MÍSTĚ NAKLÁDÁNÍ F ƒ = μ 2 I V 2 ρ g l b b (v + v 0) 2 2 F ƒ = 0.6 0, ,81 0,054 (0,8 + 0)2 0,85 2 F ƒ = 5,096 N (15) b využitelná ložní šířka pásu, vypočteno ze vzorce (2) l b urychlovací délka, vypočteno ze vzorce (13) ODPOR V OHYBU PÁSU F l = 9B ( ,01 F p B ) d D F l = 9B ( , ) 0,009 0,32 F l =48,094 N (16) F p průměrná napínací síla pásu, voleno dle literatury [12], F p = 5000 N d síla pásu, voleno dle tab. 1 D průměr bubnu, voleno dle konstrukce D = 320 mm BRNO

32 FUNKČNÍ VÝPOČET ODPOR V LOŽISCÍCH BUBNU F t = 0,005 F p d 0 D F t = 0, ,06 0,32 F t = 4,688 N (17) d 0 průměr hřídele v ložisku, voleno dle konstrukce, d 0 = 60 mm PŘÍDAVNÉ ODPORY F S = F gl + F r F S = 330, F S = N (18) F gl odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením, vyčteno ze vzorce (19) F r odpor čističe pásu, vypočteno ze vzorce (20) BRNO

33 FUNKČNÍ VÝPOČET ODPOR TŘENÍ HMOTY MEZI PÁSEM A BOČNÍM VEDENÍM F gl = μ 2 I V 2 ρ g l b v 2 b 2 F gl = 0,6 0, ,81 6 0,8 2 0,85 2 F gl = 330,74 N (19) l b délka bočního vedení, voleno dle konstrukce, l b = 6 m ODPOR ČISTIČE PÁSU F r = A ρ μ 3 F r = 0, ,6 F r = 840 N (20) A styková plocha mezi stěračem pásu a pásem, vypočteno vzorcem (21) μ 3 součinitel tření mezi pásem a čističem pásu, dle z literatury [12], volím střední hodnotu μ 3 = 0,6 STYKOVÁ PLOCHA MEZI STĚRAČEM A PÁSEM A = B z A = 1 0,02 A = 0,02 (21) z šířka doteku čističe pásu, dle literatury [2] BRNO

34 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.10VÝKON POTŘEBNÝ PRO POHÁNĚNÍ SOUSTAVY P A = F U v P A = ,8 P A = W (22) F U výsledná odporová síla soustavy, vypočteno vzorcem (7) v rychlost pásu, voleno dle literatury[10] 4.11VÝKON MOTORU HNACÍHO BUBNU P M = P A η P M = P M = W (23) η účinnost motoru, voleno dle literatury [6] P A výkon potřebný pro pohon soustavy, vypočteno vzorcem (22) 4.12OTÁČKY BUBNU n = n = v 60 2π π n = 7, 639 ot/s (24) BRNO

35 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.13KROUTICÍ MOMENT POTŘEBNÝ PRO POHON SOUSTAVY M k = P M 2π n M k = π 7,639 M k = 35,161 Nm (25) P M výkon motoru, vypočteno vzorcem (23) n otáčky bubnu, vypočteno vzorcem (24) 4.14SÍLY V PÁSU Obr. 14 síly v pásu MAXIMÁLNÍ OBVODOVÁ SÍLA F Umax = ξ F U F Umax = 1, F Umax = N (25) ξ součinitel rozběhu, dle literatury [4], volím střední hodnotu ξ = 1,7 BRNO

36 FUNKČNÍ VÝPOČET PŘENOS TAHOVÉ SÍLY VE HNANÉM BUBNU F 2min = F Umax F 2min = e μ α 1 1 e 0,3 3,32 1 F 2min = N (26) F Umax maximální obvodová síla, vypočteno vzorcem (25) μ součinitel tření mezi bubnem a pásem, voleno dle literatury [4], μ = 0,3 α úhel opásání, voleno dle konstrukce, α = 3,32 rad e Eulerovo číslo, e = 2, NEJMENŠÍ TAHOVÁ SÍLA PRO HORNÍ VĚTEV F hmin = n h (q B + q G ) g F hmin = 8 ( h a ) adm 0,5 (12,1 + 27,989) 9,81 8 0,012 F hmin = N (27) n h rozteč horních válečkových stolic, voleno dle konstrukce q B hmotnost jednoho metru pásu, vypočteno rovnicí (11) q G hmotnost dopravovaného materiálu na jeden metr pásu, vypočteno rovnicí (12) ( h ) a adm největší průvěs pásu, dle literatury[4], volím střední hodnotu ( h ) a adm = 0,012 BRNO

37 FUNKČNÍ VÝPOČET NEJMENŠÍ TAHOVÁ SÍLA PRO DOLNÍ VĚTEV F dmin = n d q B g F dmin = 8 ( h a ) adm 2 12,1 9,81 8 0,012 F dmin = N (28) n d rozteč dolních válečkových stolic, voleno dle konstrukce NEJVĚTŠÍ TAHOVÁ SÍLA V PÁSU 1 F max = F U ξ( e 0,3 α 1 + 1) 1 F max = ,7( 2,7,8 0,3 α 1 + 1) F max = N (29) DOVOLENÁ TAHOVÁ SÍLA V PÁSU F Dp = R mp B 100 F Dp = F Dp = N (30) R mp pevnost pásu, voleno dle literatury [1], R mp = 400N/mm BRNO

38 FUNKČNÍ VÝPOČET KONTROLA PEVNOSTI PÁSU PODMÍNKA: F Dp > F max 40 kn > 5,289 kn Navržený pás vyhovuje SÍLA V HORNÍ VĚTVI F 1 F max F 1 = N (31) SÍLA VE VRATNÉ VĚTVI F 2 = 5123 e μ α F 2 = F 2 = F 1 e 0,3 3,32 F 1 e μ α (32) KONTROLA SÍLY VE VRATNÉ VĚTVI Podmínka: F 2 F 2min Vyhovuje BRNO

39 FUNKČNÍ VÝPOČET 4.15VÝPOČET ŠROUBU NAPÍNACÍHO ÚSTROJÍ NAPĚTÍ VE ŠROUBU σ š = F p/2 A s σ š = σ š = 14, Pa (33) F p průměrná napínací síla pásu, dle literatury [12], F p = 5000 N A s jmenovitý průřez šroubu, dle literatury [14], tab. 8-1, A s = 167mm DOVOLENÉ NAPĚTÍ ŠROUBU σ D = Re σ D = Pa σ D = Pa (34) σ D dovolené napětí pro šroubový s předpětím zatížený klidně, dle literatury [15], tab. 2, volím střední hodnotu σ D = 0,225 Re R e mez kluzu materiálu šroubu, dle literatury [14], tab.8-8, R e = 640 MPa BEZPEČNOST ŠROUBU k kš = σ dov σ š k kš = ,97 k kš = 9,619 (35) BRNO

40 FUNKČNÍ VÝPOČET KONTROLA BEZPEČNOSTI ŠROUBU PODMÍNKA: K KŠ > 1 Šroub vyhovuje 4,8 > POČET NOSNÝCH ZÁVITŮ z = m p z = 16,4 2 z = 8,2 (36) m výška matice, dle literatury [14], tab. A-31, m = 16,4 mm p rozteč závitu, dle konstrukce šroubu, p = 2 mm BRNO

41 FUNKČNÍ VÝPOČET NOSNÝ PRŮMĚR ZÁVITU H 1 = (d D 1max) 2 H 1 = (16 13,835) 2 H 1 = 1,0825 mm (37) d velký průměr závitu šroubu, dle literatury[16], d = 16 mm D 1max malý průměr závitu, dle literatury [16], D 1max = 13,835 mm TLAK NA ZÁVITECH P = P = Fp/2 π d 2 H 1 z 2500 π 14,701 1,108 8,2 P = 5,957 Mpa (38) F p průměrná napínací síla pásu, dle literatury [12], F p = 5000 N d 2 střední průměr šroubu, dle literatury [16], d 2 = 14,707 mm BRNO

42 FUNKČNÍ VÝPOČET KONTROLA ZÁVITŮ NA OTLAČENÍ Podmínka: P < P d Šroubový spoj vyhovuje 5,975 MPa < 150 Mpa P d.. dovolený tlak v závitech, voleno dle literatury [15], tab. 3. P d = 150 MPa 4.16VÝPOČET NOSNÉ KONSTRUKCE Po domluvě s vedoucím bakalářské práce je z důvodu omezeného rozsahu bakalářské práce proveden velmi zjednodušený výpočet bezpečnosti rámové konstrukce. Tento postup zdaleka neřeší veškerou problematiku pevnostní analýzy rámových konstrukcí. Rám je považován za prut, který je staticky určitě uložen a je zatížen spojitým liniovým zatížením. Obr.15 schéma zatížení BRNO

43 FUNKČNÍ VÝPOČET KVADRATICKÝ MOMENTU SETRVAČNOSTI PROFILU Rám pásového podavače je vyroben z otevřených U-profilů. Pro výpočet kvadratického momentu setrvačnosti profilu rámu použiji zjednodušený výpočet odečtením 2 obdélníkových profilů. J y1 = b 1 h J y1 = 1,28 0,3 12 Obr.16 výpočet kvadratického momentu setrvačnosti J y1 = 2, m 4 (39) b 1 šířka základního profilu, voleno dle konstrukce, b 1 = 0,3 m h 1 výška základního profilu, voleno dle konstrukce, h 1 = 1,28 m BRNO

44 FUNKČNÍ VÝPOČET J y2 = b 2 h J y2 = 1,27 0, J y2 = 2, m 4 (40) b 2 šířka sekundárního profilu, b 2 = 0,3 m h 2 výška sekundárního profilu, h 2 = 1,28 m J y = J y1 J y2 J y = 2, , J y = 2, m 4 (41) J y1 kvadratický moment průřezu základního profilu, vypočteno vzorcem (39) J y2 kvadratický moment průřezu sekundárního profilu, vypočteno vzorcem (40) MODUL PRŮŘEZU V OHYBU W o = W o = J y ( b 1 2 ) 2, ( 0,15 2 ) W o = 4, m 3 (42) J y kvadratický moment setrvačnosti profilu, vypočteno vzorcem (41) BRNO

45 FUNKČNÍ VÝPOČET UVOLNĚNÍ A VÝPOČET SIL VE VAZBÁCH Obr.17 uvolnění ROVNICE STATICKÉ ROVNOVÁHY ƩF x = 0: F Ax = 0 (42) ƩF y = 0: F Ay + F B q 0 (a) q 0 (b sinφ) = 0 (43) ƩM oa = 0 q 0 a 2 + F B (a) [q 0 b sinφ (cos φ b + a)] = 0 (44) 2 2 BRNO

46 FUNKČNÍ VÝPOČET SÍLA OD VAZBY B F B = [q 0 b sinφ (cos φ ( b 2 + a))] + q 0 a 2 2 a [274,843 7,3 sin20 (cos 20 (7,3 F B = 2 a + 2))] + 274, F B = 2 096, 678 N (45) q 0 plošné zatížení, vypočteno vzorcem (38) φ. úhel naklonění dopravníku, voleno dle konstrukce, φ= SÍLA OD VAZBY A F Ay = F B + q 0 (a) + q 0 (b sinφ) F Ay = 2096, ,843 (2) + 274,843 (b sinφ) F Ay = 862,671 N (46) LINIOVÉ ZATÍŽENÍ q 0 = q G g q 0 = 27,989 9,81 q 0 = 274, 483 N/m (47) q G hmotnost dopravovaného materiálu na jeden metr pásu, vypočteno rovnicí (12) BRNO

47 FUNKČNÍ VÝPOČET VVÚ Při výpočtu jsou provedeny 2 řezy. Řez č. 1 je veden zleva doprava a řez č. 2 zprava doleva. Obr.18 VVÚ BRNO

48 FUNKČNÍ VÝPOČET ŘEZ Č. 1 x 1 ε ( 0, a) N 1 = 0 (48) T 1 = q 0 x 1 + F Ay (49) M o1 = F Ay x 1 q 0 x (50) ŘEZ Č. 2 x 2 ε ( 0, b) N 2 = (q 0 x 2 sinρ) cosφ (51) T 2 = (q 0 x 2 sinρ) sinφ (52) M o2 = ( q 0 x sinφ) sinφ (53) Z průběhu VVÚ je vidět, že maximální ohybový moment vzniká v místě zlomu pásového podavače. Do rovnice (45) dosadím za x 2 = 7,3 m a tím získám hodnotu maximálního ohybového momentu MAXIMÁLNÍ OHYBOVÝ MOMENT M omax = ( q 0 b 2 2 sinφ) sinφ ,32 M omax = ( 2 sin20 ) sin20 M omax = 855, 527Nm (54) BRNO

49 FUNKČNÍ VÝPOČET MAXIMÁLNÍ NAPĚTÍ σ max = M omax W o σ max = 855,527 4, σ max = 1, Pa (55) BEZPEČNOST k k = k k = σ dov σ max , k k = 174,647 (56) σ dov mez kluzu matriálu rámu, pro ocel , dle literatury [13] σ dov = 320 Mpa σ max maximální napětí v rámu, vypočteno vzorcem (47) KONTROLA BEZPEČNOSTI RÁMU Podmínka: k k > 1 174,647 > 1 Navržený rám vyhovuje. BRNO

50 ZÁVĚR ZÁVĚR Cílem této práce bylo sestrojit pásový podavač na dopravu materiálu se zrnitostí max. 90 mm. Byl proveden funkční výpočet podle normy ČSN ISO 5048, ze kterého byly určeny parametry hlavních komponent pásového podavače. Podrobné informace o vlastnostech volených komponent jsou obsaženy v kapitole č. 2. Mezi hlavní výsledky funkčního výpočtu patří: šířka pásu ( B=1m ), potřebný krouticí moment ( Mk = 35,161 Nm), otáčky pro pohon soustavy (n=7,6 ot/s) a úspěšné kontroly bezpečností. Podle vypočtených hodnot byl zvolen gumotextilní pás o šířce B=1m, orbitový hydromotor s krouticím momentem (M k = 36Nm) a rozsahem otáček <7,300 ot/s>. Pro napínání pásu byl navržen napínací mechanismus, jehož základem je 300 mm dlouhá závitová napínací tyč M16x2. Při navrhování konstrukce pásového podavače byl kladen důraz na co největší štíhlost. Výsledkem návrhu je výkresová dokumentace, která obsahuje výrobní výkresy napínacího zařízení a celkovou sestavu pásového podavače, který je 10m dlouhý a 3m vysoký. Celá technická dokumentace je vytvořena v programu Autodesk Inventor BRNO

51 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] Katalog dopravníkových pásu. Gumex [online]. [cit ]. Dostupné z: [2] Katalog čističů pásů. Metso [online]. [cit ]. Dostupné z: C91/$File/PreCleaner_ABC_70_90_95.pdf [3] Katalog válečků. Transroll [online]. [cit ] Dostupné z: [4] Katalog ložisek. SKF [online]. [cit ] Dostupné z: [5] Diskové spojky. BKN [online]. [cit ] Dostupné z: [6] Hydromotory. Danfoss [online]. [cit ] Dostupné z: 32-mm/d-74597/ [7] NOVÁK, Jan. Šroubové spoje. [online]. [cit ] Dostupné z: [8] LEINVEBER, Jan a Pavel Vávra. Strojnické tabulky. Praha: ALBRA, ISBN: [9] METSO, Minerals. Crushing and Screening Handbook. Tampere : Metso Mineral Rok vydání: 2006 [10] GAJDŮŠEK, Jaroslav a ŠKOPÁN Miroslav. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 1. vyd. Brno:VUT v Brně, s. ISBN 1524 [11] PŘIKRYL, Jan. Vlastnosti sypkých materiálů. [online]. [cit ] Dostupné z: [12] ČSN ISO Zařízení pro plynulou dopravu nákladů pásové dopravníky s nosnými válečky. Praha: Český normalizační institut, [13] Vlastnosti materiálů. CZ Ferro Steel. [online]. [cit ] Dostupné z: [14] SHIGLEY,J.E.-MISCHKE, Ch.R.-BUDYNAS r.g.: Konstruování strojních součástí, vyd. Brno: VUTIUM s. ISBN BRNO

52 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [15] POKORNÝ, Břetislav. Základní druhy šroubových spojů. [online]. [cit ] Dostupné z: [16] VUT, Brno. ČSN METRICKÉ ZÁVITY [online]. [cit ] Dostupnéfz: ktualni_strana=2 BRNO

53 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ A [m] Styková plocha stěrače pásu A s [m 2 ] Jmenovitý průřez šroubu b [m] Využitelná ložní šířka pásu B [m] Šířka pásu b 1 [m] Šířka základního profilu b 2 [m] Šířka sekundárního profilu d [m] Tloušťka pásu D [m] Průměr bubnu d [m] Velký průměr závitu šroubu d 0 [m] Průměr hřídele v ložisku D 1max [m] Malý průměr závitu matice d 2 [m] Střední průměr závitu šroubu e [] Eulerovo číslo ƒ [-] Globální součinitel tření F 1 [N] Odpor v ložiscích bubnu F 2min [N] Tahová síla ve hnaném bubnu F Ax [N] Síla od vazby A v ose x F Ay [N] Síla od vazby A v ose y F B [N] Síla od vazby B F ba [N] Odpor setrvačných sil v místě nakládky F dmin [N] Nejmenší tahová síla pro dolní větev F Dp [N] Dovolená tahová síla v pásu F gl [N] Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením F H [N] Hlavní odpory F hmin [N] Nejmenší tahová síla pro horní větev F l [N] Odpor proti ohybu pásu na bubnech F max [N] Největší tahová síla v pásu F N [N] Vedlejší odpory F p [N] Průměrná napínací síla v pásu F r [N] Odpor čističe pásu F S [N] Přídavné odpory F t [N] Tření mezi hmotou a bočním vedením v místě nakládky F U [N] Výsledná odporová síla F Umax [N] Maximální obvodová síla h 1 [m] Výška základního profilu H 1 [m] Nosný průměr závitu h 2 [m] Výška sekundárního profilu I m [kg/hod] Hmotnostní dopravní výkon I v [m 3 /hod] Objemový dopravní výkon BRNO

54 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ J y [m 4 ] Kvadratický moment setrvačnosti frofilu J Y1 [m 4 ] Kvadratický moment setrvačnosti základního profilu J Y2 [m 4 ] Kvadratický moment setrvačnosti sekundárního profilu k K [-] Bezpečnost L [m] Délka pásu l b [m] Urychlovací délka Mk [Nm] Potřebný Krouticí moment pro pohon soustavy M o1 [Nm] Ohybový moment v místě řezu č. 1 M o2 [Nm] Ohybový moment v místě řezu č. 2 M omax [Nm] Maximální ohybový moment m p [kg] Hmotnost 1 metru pásu n [ot/s] Otáčky bubnu N 1 [N] Normálová složka řezu č. 1 N 2 [N] Normálová složka řezu č. 2 n d [m] Rozteč spodních válečkových stolic n h [m] Rozteč horních válečkových stolic P A [W] Výkon potřebný pro pohánění soustavy P M [] Výkon motoru Q [kg/hod] Dopravný výkon q [m/s 2 ] Tíhové zrychlení q 0 [N/m] Liniové zatížení q B [kg] Hmotnost jednoho metru pásu q G [kg] Hmotnost dopravovaného materiálu na 1 metr délky q rd [kg] Hmotnost rotujících válečků na 1 metr spodní větve q rh [kg] Hmotnost rotujících válečků na 1 metr horní větve S k [m 2 ] Skutečná plocha průřezu náplně S t [m 2 ] Teoretický průřez materiálu T 1 [N] Tečná složka řezu č. 1 T 2 [N] Tečná složka řezu č. 2 v [m/s] Rychlost pásu v 0 [m/s] Počáteční rychlost materiálu ve směru pohybu pásu W 0 [m 3 ] Modul průřezu v ohybu x 1 [m] Délka řezu č. 1 x 2 [m] Délka řezu č. 2 z [m] Šířka doteku čističe pásu z [m] Počet nosných závitu α [ ] Sypný úhel materiálu η [-] Účinnost motoru θ [ ] Dynamický sypný úhel μ 2 [-] Součinitel tření mezi matriálem a bočním vedením μ 3 [-] Součinitel tření mezi pásem a čističem pásu μ 1 [-] Součinitel tření mezi dopravovanou hmotou a pásem ξ [-] Součinitel rozběhu pásového podavače BRNO

55 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ρ [kg/m 3 ] Objemová hmotnost materiálu σ max [Pa] Maximální napětí σ š [Pa] Napětí ve šroubu ( h a ) [-] Největší dovolený průvěs pásu adm BRNO

56 SEZNAM PŘÍLOH SEZNAM PŘÍLOH Výkres sestavy pásového podavače: Výkres podsestavy napínacího zařízení: 0-3PSSZ1-15/01 2-3PSSZ1-15/02 BRNO