POHÁNĚNÁ VÁLEČKOVÁ DRÁHA STROJNÍ PILY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF ECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOOTIVE ENGINEERING POHÁNĚNÁ VÁLEČKOVÁ DRÁHA STROJNÍ PILY DRIVEN ROLLER TRACK SAWING BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JIŘÍ KALOUDA Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D.

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2010/2011 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Jiří Kalouda 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: v anglickém jazyce: Poháněná válečková dráha strojní pily Driven roller track sawing Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhněte poháněnou válečkovou dráhu pro přesné odměřování a vkládání hutních polotovarů do strojní pily v rámci technologické operace řezání materiálu. Technické parametry: délka podávací dráhy 6 m dopravovaný předmět hutní tyčový materiál max. příčný rozměr materiálu 300x300 mm Cíle bakalářské práce: Proveďte: Koncepci podávání materiálu ke strojní pile, funkční výpočet pohonu, určení hlavních rozměrů tratě, pevnostní výpočet hřídele válečku Nakreslete: Sestavný výkres tratě, sestavný výkres poháněcího zařízení, sestavu válečku, detailní výkres hřídele válečku

3 Seznam odborné literatury: Gajdůšek,J.; Škopán,.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno, 1988 Dražan,F. a kol.: Teorie a stavba dopravníků, skripta ČVUT Praha, 1983 Klimeš, P.: Části a mechanismy strojů, Akademické nakladatelství CER, 2003 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2010/2011. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. iroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Tato práce se zabývá návrhem horizotální poháněné válečkové dráhy strojní pily, určením základních parametrů, výpočtem funkčních částí a návrhem vlastního pohonu. Další část se zabývá návrhem dopravních válečků a pevnostním výpočtem hřídele válečku. Součástí práce je výkresová dokumentace sestavení tratě, poháněcího zařízení, podsestavy válečku a hřídele válečku. KLÍČOVÁ SLOVA Poháněná horizontální válečková trať, základní parametry, návrh pohonu, váleček, pevnostní výpočet hřídele. ABSTRACT This thesis deal with concept horizontal driven roller track sawing, determination of main parameters, calculatin of functional parts and concept of several driving mechanism. The next part of this thesis deal with design transport rollers and calculation of solidity of spindle of transport roller. Part of this thesis is drawing documentation of conveyor assembly, driving device, roller subassembly and roller spindle. KEYWORDS Horizontal driven roller conveyor, main parameters, concept of driving mechanism, roller, calculation of spindle solidity.

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KALOUDA, J. Poháněná válečková dráha strojní pily. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 27. května Jiří Kalouda

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu mojí bakalářské práce Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph. D. za ochotu a odborné rady a dále pak rodině a přítelkyni za psychickou podporu při psaní této práce i při celém studiu.

8 OBSAH OBSAH Úvod Základní parametry Délka válečkové dráhy Šířka dráhy Výška dráhy Výpočet funkčních částí dráhy Počet válečků Počet válečků pod předmětem Počet válečků v jednotlivých segmentech dráhy Počet válečků na celé dráze Odpory ovlivňující jeden váleček dráhy Odpor tíhové složky dopravovaného předmětu Odpor vlivem valivého a čepového tření Odpor vlivem výrobních a montážních nepřesností Celkový odpor Výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb Přídavný výkon při zastavení předmětu Celkový výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb Návrh dopravních válečků Konstrukce poháněného válečku Konstrukce hnaného válečku Návrh pohonné jednotky Popis převodovky Popis elektormotoru Kontrola navržené pohonné jednotky Třecí moment oment zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot oment od zrychlujících sil rotujících hmot oment od stálých odporů oment na hřídeli při rozběhu motoru Pevnostní výpočet hřídele válečku Velikost úhlu ϒ Výpočet silového působení Určení reakčních sil v ložiscích v rovině y z Určení reakčních sil v ložiscích v rovině x y...29

9 OBSAH Závěr...30 Seznam použitých zkratek a symbolů...32 Seznam příloh...34

10 ÚVOD ÚVOD Válečková trať slouží k dopravě kusového materiálu s rovnou základnou. Délka základny přepravovaného tělesa musí být rovna alespoň dvojnásobku rozteče válečků, tedy aby byly v záběru vždy nejméně dva válečky. Směr pohybu je kolmý na osu rotace válečků uložených v rámu tratě. Pohyb může být realizovaný nuceným pohonem, kdy každý samostatný váleček, nebo určitý počet válečků, je opatřený motorem. Tento typ označujeme jako poháněná trať. Pohon válečků motorem může zprostředkovat řetězový převod, tečný řemen, ozubený řemen nebo kruhové řemínky. Používají se převážně ve strojírenství pro plynulou nebo přerušovanou mezioperační dopravu. ohou být součástí výrobních linek nebo tvoří samostatnou souvislou linku. Válečkovou dráhu si může její uživatel sestavit z jednotlivých sekcí podle aktuální potřeby pro dosažení požadované ekonomičnosti a efektivity dopravy. Je-li potřeba změnit směr toku materiálu, stačí běžné normalizované válečky nahradit valivými kónickými tělesy a vytvořit tak na trase oblouk nebo umístit v potřebném bodě dráhy otočnou sekci, třídící uzel, zdviže, atp. 10

11 ZÁKLADNÍ PARAETRY 1 ZÁKLADNÍ PARAETRY 1.1 DÉLKA VÁLEČKOVÉ DRÁHY Délka válečkové dráhy je dána zadáním L D = 6000mm Pro snazší transport a manipulaci s dráhou je rozdělena na tři stejně dlouhé stolice. Je-li tedy dráha 6m dlouhá, jednotlivé stolice budou rovny: L i = L = [mm] (1) 1 = L2 L3 LD L i = ns 6000 L i = 3 L i = 2000mm kde: L i délka jedné stolice n s počet stolic 1.2 ŠÍŘKA DRÁHY Lit. [2] uvádí, že aktivní šířka dráhy je rovna aktivní šířce válečku. Výpočet uvažuje maximální šířku dopravovaného předmětu b jako 80% aktivní šířky válečku. b B A [mm] (2) 0,8 300 B A 0,8 B A 375mm Kde: b = 300mm maximální šířka přepravovaného předmětu (mm) 11

12 ZÁKLADNÍ PARAETRY Podle vztahu (2) a lit. [2] volíme doporučenou hodnotu aktivní šířky hnacího válečku B A1 = 400mm. Celková šířka dráhy zahrnuje prvky konstrukce rámu a šířku řetězového kola b Ř = 30mm. Z obr. 1 je patrné, že šířka hnaného válečku je oproti hnacímu větší o šířku řetězového kola. Hodnota celkové šířky válečkové dráhy je tedy: B + D = BA 1 + BR + b = B Ř A2 BR [mm] (3) B D = = B D = 500mm Kde: B D celková šířka dráhy B A1 = 400mm aktivní šířka hnacího válečku B A2 = 430mm šířka hnaného válečku B R = 70mm z konstrukčních důvodů šířka rámu b Ř = 30mm šířka řetězového kola obr. 1: Šířka válečkové dráhy 12

13 ZÁKLADNÍ PARAETRY 1.3 VÝŠKA DRÁHY Výška dráhy je jednoduše stavitelná v rozmezí mm (2 x 50mm a 3 x 30mm; 700, 730, 750, 760, 780, 790, 800, 810, 830, 840, 860, 890), tak aby se dala nastavit na ložnou výšku u více typů strojních pil. Způsob nastavování je vyobrazen na obr. 2. Jedná se o tyče čtvercového profilu dvou různých velikostí, viz Příloha IV, zasunutých do sebe. Poloha je zajištěna kolíkem vsunutým skrz vyvrtané otvory. obr 2: Nastavování výšky dráhy. 13

14 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY 2 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY 2.1 POČET VÁLEČKŮ POČET VÁLEČKŮ POD PŘEDĚTE Lit. [3] uvádí, že dopravovaný předmět musí spočívat vždy nejméně na dvou válečcích POČET VÁLEČKŮ V JEDNOTLIVÝCH SEGENTECH DRÁHY Vzhledem k proměnlivé velikosti dopravovaného předmětu směrem k pilovému pásu volím v každé stolici různý počet válečků. První stolice bude obsahovat 15 válečků s různou roztečí (obr. 3), abychom splnili požadavek uvedený v kapitole a zajistili dopravu co nejmenších dílců. obr. 3: Rozložení válečků v první stolici. 14

15 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY Ve druhé a třetí stolici budou válečky rozloženy rovnoměrně, a to 8 ks ve druhé stolici (obr. 4) a 7 ks ve třetí (obr. 5). obr. 4: Rozložení válečků ve druhé stolici. obr. 5: Rozložení válečků ve třetí stolici POČET VÁLEČKŮ NA CELÉ DRÁZE Celkový počet válečků dráhy z VD získáme jako součet válečků v jednotlivých stolicích z [-] (4) V = zsi z = z + z + z z V V S1 S 2 S 3 = z V = 30 Kde: z V počet válečků na celé dráze z S1 počet válečků v první stolici z S2 počet válečků v druhé stolici z S3 počet válečků ve třetí stolici 15

16 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY 2.2 ODPORY OVLIVŇUJÍCÍ JEDEN VÁLEČEK DRÁHY ODPOR TÍHOVÉ SLOŽKY DOPRAVOVANÉHO PŘEDĚTU W 1= ± q g sinβ [N] (5) Kde: mp q= [kg] (6) k1 Kde: mp=ρ V [kg] (7) m p= 7850 (0,3 0,3 6) mp= 4239kg Potom: 4239 q = 30 q= 141, 3kg Potom: W 1= 141,3 9,81 sin 0 W 1= 0N q hmotnost předmětu připadající na jeden váleček (kg) g = 9,81 m s -2 tíhové zrychlení (m s -2 ) β = 0 úhel stoupání dráhy k 1 počet válečků pod předmětem m p hmotnost předmětu maximálně přípustných rozměrů (kg) ρ = 7850 kg m -3 dle lit. [3] objemová hmotnost oceli (kg m -3 ) V objem materiálu maximálních rozměrů (m 3 ) ODPOR VLIVE VALIVÉHO A ČEPOVÉHO TŘENÍ e+ f r Č Č fč rč W 2 = q g cosβ + qv g [N] (8) R R 0, ,02 0,0125 0,02 0,0125 W 2= 141,3 9,81 cos 0 + 1,85 9,81 0,0255 0,0255 W2 = 40, 95N R = 25,5mm poloměr válečku (mm) e = 0,5mm dle lit. [3] pro valivá ložiska rameno valivého odporu (mm) f č = 0,02mm dle lit. [3] pro tření ocel-ocel součinitel čepového tření r č = 12,5mm valivý poloměr čepu válečku v ložiskách (mm) q v = 1,85 kg hmotnost rotujících částí válečku (kg) 16

17 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY ODPOR VLIVE VÝROBNÍCH A ONTÁŽNÍCH NEPŘESNOSTÍ Dle lit. [2] tento odpor určíme jako 0,5% normálového zatížení W 3= 0,005 q g cosβ [N] (9) W 3= 0, ,3 9,81 cos 0 W 3= 6, 93N CELKOVÝ ODPOR Celkový odpor je dán jednotlivými dílčími odpory, působícími na váleček WC = W 1+ W 2+ W 3 [N] (10) W C = ,95+ 6,93 WC = 47, 88N 2.3 VÝKON POTŘEBNÝ PRO ROVNOĚRNÝ POHYB Dle lit. [4] se výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb vypočte vztahem e+ f r f r Č Č Č Č v P= ( zp k1 q g ( ± sinβ+ cosβ ( + 0,005)) + qv g zv ) [W] (11) R R 1000 η 0, ,02 0,0125 0,02 0,0125 P= ( ,3 9,81 ( ± sin0 + cos0 ( + 0,005)) + 1,85 9,81 30) 0,0255 0,0255 0, ,79 P= 28, 28W P= 29W Kde: v = 0,1 m s -1 dopravní rychlost (m s -1 ) z P = 1 počet předmětů na dráze z V = 30 počet válečků na dráze η = 0,79 dle lit. [6] účinnost řetězového převodu 17

18 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY 2.4 PŘÍDAVNÝ VÝKON PŘI ZASTAVENÍ PŘEDĚTU Při zastavení dopravovaného předmětu dorazem je nutné zvýšením výkonu vyvolat prokluz válečků pod zastaveným předmětem. Prokluz zabrání poškození elektromotoru. Bude-li síla F z1 vyvinutá působením předmětu z první stolice na doraz rovna k p1 FZ = m p g f [N] (12) 1 1 k1 8 F Z1 = ,81 0,35 15 F Z 1 = 2588N Kde: m p1 = 1413kg maximální přípustná hmotnost dopravovaného předmětu na první stolici k p1 = 8 počet poháněných válečků v první stolici Pak přídavný výkon P PŘ1 nutný k vytvoření prokluzu při zatížení první stolice bude FZ 1. v P = [W] (13) PŘ η ,1 P = = 0,328 PŘ ,79 P = PŘ 328W 1 Bude-li síla F z2 vyvinutá působením předmětu z druhé stolice na doraz rovna k p2 FZ = m p g f [N] (14) 2 2 k1 5 F Z 2 = ,81 0,35 15 F Z 2 = 3246N Kde: m p2 = 2836kg maximální přípustná hmotnost dopravovaného předmětu na druhé a třetí stolici (kg) k p2 = 5 počet poháněných válečků ve druhé a třetí stolici Pak přídavný výkon P PŘ2 nutný k vytvoření prokluzu při zatížení druhé a třetí stolice bude FZ 2. v P = [W] (15) PŘ η ,1 = = 0, ,79 P PŘ P = PŘ 411W 2 18

19 VÝPOČET FUNKČNÍCH ČÁSTÍ DRÁHY 2.5 CELKOVÝ VÝKON POTŘEBNÝ PRO ROVNOĚRNÝ POHYB Je dán součtem výkonu potřebného pro vyvození rovnoměrného pohybu P a výkonu přídavného P PŘ1 a P PŘ2 P = P+ P [W] (16) P C1 PŘ1 C1 = = 357W = 328 P C 0, 357kW Kde: P C1 celkový potřebný výkon pro rovnoměrný pohyb první stolice poháněné prvním elektromotorem P = P+ P [W] (17) C 2 PŘ2 C 2 = = 440W = P 411 P C 0, 440kW Kde: P C2 celkový potřebný výkon pro rovnoměrný pohyb druhé a třetí stolice poháněné druhým elektromotorem 19

20 NÁVRH DOPRAVNÍCH VÁLEČKŮ 3 NÁVRH DOPRAVNÍCH VÁLEČKŮ Válečky dopravníku jsou vlastní konstrukce, a to jak hnací, tak i hnané. Valečky různých rozměrů a vlastností se dají i objednat od společností jako jsou např. Interroll CZ, s.r.o., ROLLCONTECH s.r.o., Jakos, spol. s r.o. a jiných, které se zabývají distribucí podobného sortimentu. Konstrukce pohonu pomocí řetězu mne ovšem vedla ke konstrukci vlastních válečků. 3.1 KONSTRUKCE POHÁNĚNÉHO VÁLEČKU Poháněný váleček, nebo též hnací, je dle obr. 6 tvořen osou hnacího válečku [poz. 1] vyrobené z kruhové tyče tažené za studena ø25-h11 délky 500mm ČSN z materiálu , na kterou jsou nalisována dvě oboustranně uzavřená valivá ložiska Z ČSN [poz. 4]. Poháněný váleček má oproti hnanému kratší plášť [poz. 2], ve kterém je z jedné strany nalisováno výše zmiňované ložisko a z druhé strany dvouřadé řetězové kolo s nábojem [poz. 3]. Plášť válečku tvoří ocelová bezešvá trubka TR ø 51 x 3,6 ČSN ČSN délky 400mm. Druhé ložisko je nalisované uvnitř řetězového kola. Pozice ložisek je zajištěna pojistnými kroužky ČSN x 2 [poz. 5]. obr. 6: Konstrukce poháněného válečku. 20

21 NÁVRH DOPRAVNÍCH VÁLEČKŮ 3.2 KONSTRUKCE HNANÉHO VÁLEČKU Tělo hnaného válečku [poz. 2] je dle obr. 7 stejně jako u hnacího válečku tvořeno ocelovou bezešvou trubkou TR ø 51 x 3,6 ČSN ČSN délky 430mm. ezi tělo a osu válečku jsou nalisována dvě oboustranně uzavřená valivá ložiska Z ČSN [poz. 4]. Osa válečku je stejná jako pro hnací, tak i pro hnaný váleček a je vyrobená z kruhové tyče tažené za studena ø25-h11 délky 440mm, ČSN z materiálu [poz. 1]. Ložiska jsou na ose zajištěna pojistnými kroužky kroužky ČSN x 2 [poz. 5]. obr. 7: Konstrukce hnaného válečku. 21

22 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY 4 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY Prvním základním parametrem pro návrh pohonné jednotky jsou skutečné otáčky určené z dopravní rychlosti a průměru válečku v n= [min -1 ] (18) π D 0,1 n = = 0,62 π 0,051 n = 37,4 min 1 Celkový výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb po dráze P C1, respektive P C1, vypočtené v kapitole 2.5, je dalším důležitým parametrem. Při rozběhu je potřebný moment vyšší, musíme tedy pro určení vhodné pohonné jednotky zvolit pohon s výkonem vyšším než 0,357 kw, respektive 0,440 kw. Po zohlednění všech důležitých parametrů jsem se rozhodl použít pro mnou navrhovanou dráhu jako pohonnou jednotku komplet od společnosti OPIS Engineering k.s., pro první válečkovou stolici stejný jako pro druhou a třetí. Tato společnost distribuuje na Českém trhu elektromotory značky SIEENS společně s převodovkami. Zvolené produkty dle katalogu viz příloha I, elektromotor SIEENS s označením 1LA AA1 a cykloidní převodovka ze série Cyklo 600 mají tyto parametry: výkon elektromotoru P m 0,55kW výstupní otáčky elektromotoru n m 1500min -1 výstupní otáčky převodovky n 2 40 poměr z / n 2 převodový poměr i p POPIS PŘEVODOVKY Převodovka ze série Cyklo 600 je cykloidní převodová skříň s mimořádnou redukcí otáček díky evolventnímu ozubení, což zabraňuje vyššímu otěru ploch. Satelity, vyrobené z konstrukční oceli (podle ČSN ), se odvalují po broušených pouzdrech. To celé je uzavřené v odlévané skříni ze šedé litiny Cyklo 600 dobře snáší rázové zatížení až do 500% svého jmenovitého výkonu. 22

23 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY 4.2 POPIS ELEKTOROTORU Elektomotor 1LA7 je trojfázový asynchronní motor určený k pohonu průmyslových zařízení. Vybraný typ má označení 1LA AA1. Dle přílohy II se jedná o čtyřpólový trojfázový elektromotor s kotvou na krátko, osovou výškou 80mm a velikostí kostry S krátká. otor má plastový ventilátor, krytý ocelovým plechem, rotorovou klec tlakově odlitou z hliníku a měděné statorové vinutí. 4.3 KONTROLA NAVRŽENÉ POHONNÉ JEDNOTKY Při rozběhu bývá pohon dráhy přetěžován, proto navržená pohonná jednotka musí splnit podmínku: ROZ < (19) Pro kontrolu a k ní potřebné výpočty jednotlivých momentů je nutné určit skutečný převodový poměr i v mezi převodovkou a poháněnými válečky, dobu rozběhu předmětu jednotlivých motorů t S1 a t S2, moment setrvačnosti válečku I a úhlové zrychlení válečku ε. skutečný převodový poměr i V i V i V π D nm = [-] (20) 60 v 0, = π 60 0,1 = 40,1 doba rozběhu dle lit. [5] čas smyku v t S1= [s] (21) k p1 2e k1 g cosβ f sinβ k 1 D k p1 0,1 t S1 = 8 2 0, ,81 cos 0 0,35 sin ,051 8 t = S 1 0, 058s Kde: t S1 doba rozběhu motoru první válečkové stolice 23

24 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY v t S 2 = [s] (22) k p1 2e k1 g cosβ f sinβ k 1 D k p1 0,1 t S 2 = 5 2 0, ,81 cos 0 0,35 sin ,057 5 t = S 2 0, 093s Kde: t S2 - doba rozběhu motoru společného pro druhou a třetí válečkovou stolici moment setrvačnosti válečku 1 I I = 1,85 0, I = 6,02 10 kg m = 2 q V R [kgm2 ] (23) 2 úhlové zrychlení válečku na první stolici at 2v ε 1 = = [s -2 ] (24) R ts1 D 2 0,1 ε 1 = 0,058 0,051 ε 1 = 67, 61s 2 Kde: a t tečné zrychlení válečku (mm) D = 60mm průměr válečku (mm) úhlové zrychlení válečku na druhé a třetí stolici at 2v ε 2 = = [s -2 ] (25) R ts 2 D 2 0,1 ε 2 = 0,093 0,051 ε 2 = 42, 17s 2 24

25 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY TŘECÍ OENT R T1 = zps k p1 q g cosβ f [Nm] (26) iv η 0,0255 T1 = ,3 9,81 cos0 0,35 40,1 0,79 T 1 = 3, 12Nm Kde: z PS počet předmětů na stolici R T 2 = zps k p2 q g cosβ f [Nm] (27) iv η 0,0285 T 2 = ,3 9,81 cos 0 0,35 44,77 0,79 T 2 = 1, 95Nm OENT ZRYCHLUJÍCÍCH SIL PŘÍOČAŘE SE POHYBUJÍCÍCH HOT v R ZP1 = zp m p1 [Nm] (28) ts1 iv η 0,1 0,0255 ZP1 = ,058 40,1 0,79 ZP 1 = 1, 96Nm ZP ZP v R 2 = zp m p2 [Nm] (29) ts 2 iv η 0,1 0, = ,093 40,1 0,79 ZP 2 = 2, 45Nm OENT OD ZRYCHLUJÍCÍCH SIL ROTUJÍCÍCH HOT 1 ZR1 = k1 I ε1 [Nm] (30) iv η 4 1 ZR1 = 15 6, ,61 40,1 0,79 ZR 1 = 0, 019Nm 25

26 NÁVRH POHONNÉ JEDNOTKY ZR ZR 1 2 = k1 I ε 2 [Nm] (31) iv η = 15 6, ,17 40,1 0,79 ZR 2 = 0, 012Nm OENT OD STÁLÝCH ODPORŮ 60 P O = [Nm] 2 π nm O = 2 π 1500 O = 0, 46Nm (32) OENT NA HŘÍDELI PŘI ROZBĚHU OTORU P z m = [Nm] n ωm = 2 2 π 1500 = 7Nm (33) Kde: ω m úhlová rychlost motoru (s -1 ) Následuje kontrola dle vztahu (19), kde ROZi je dán jako součet výše vypočtených momentů. + ROZ1 = T1+ ZP1+ ZR1 O [Nm] (34) ROZ1 = 3,12+ 1,96+ 0,019+ 0,46 = 1 5, ROZ 56Nm + ROZ 2 = T 2 + ZP2 + ZR2 O [Nm] (35) ROZ 2 = 1,95+ 2,45+ 0,012+ 0,46 = 1 4, ROZ 87Nm Pak dosazením hodnoty ROZ1, respektive ROZ2, ze vztahu (34), respektive (35), do podmínky uvedené vztahem (19), zjistíme, že navržené pohonné jednotky vyhovují. ROZ1 < ROZ 2 < 26

27 PEVNOSTNÍ VÝPOČET HŘÍDELE VÁLEČKU 5 PEVNOSTNÍ VÝPOČET HŘÍDELE VÁLEČKU Váleček je primárně zatěžován tíhou dopravovaného předmětu spolu s vlastní tíhou rotujících hmot válečku, tedy F q. F q F q ( q+ qv) g ( 141,3+ 1,85) 9, 81 = [N] (36) = F q = 1404, 3N Dále pak sílou v řetězu F 1 F 1 P = v m f 60 Pm = π d n r F 1 = π 0, ,4 F1 = 3529N [N] (37) Kde: v f rychlost řetězu (ms -1 ) d r2 = 79,59 mm průměr roztečné kružnice řetězového kola dle přílohy č. [3] Tyto složky zatížení spolu silově působí na ložiska, přes která se působení sil přenáší do rámu. 5.1 VELIKOST ÚHLU ϒ Úhel γ je úhel, který svírá síla F q a síla F 1. Je dán konstrukcí řetězového převodu dle obr. 8 a je roven 90. obr. 8: Velikost úhlu γ. 27

28 PEVNOSTNÍ VÝPOČET HŘÍDELE VÁLEČKU 5.2 VÝPOČET SILOVÉHO PŮSOBENÍ URČENÍ REAKČNÍCH SIL V LOŽISCÍCH V ROVINĚ Y Z Silové působení v rovině y-z je způsobené pouze silou F q viz obr. 9. Výpočet spočívá v určení reakcí v ložiscích F L1 a F L2. obr. 9: Působení zatížení na váleček v rovině y-z. F = 0 : FL 1+ FL 2 Fq = 0 (38) A = 0 : Fq 144+ FL 2 418= 0 (39) Kde: A moment k bodu A (Nm) Z momentové podmínky statické rovnováhy, vztah (39), vyjádříme a vypočteme reakční sílu F L2 F 144 F 2 = q L [N] (40) ,3 160 F L2 = 420 F L 483, 78N 2 = Potom dosazením vypočtené síly F L2 do podmínky silové statické rovnováhy, vztah (38), získáme reakční sílu v ložisku F L1 FL1 = F F [N] (41) q L2 F L1 = 1404, F L 1 = 920, 52N 28

29 PEVNOSTNÍ VÝPOČET HŘÍDELE VÁLEČKU URČENÍ REAKČNÍCH SIL V LOŽISCÍCH V ROVINĚ X Y Silové působení v rovině x-y je zapříčiněno pouze silou F 1. Silové působení se určí jako reakce v ložiscích F II L1 a F II L2. obr. 10: Působení zatížení na váleček v rovině x-y. II II F = 0 : F L1 + F L2 F12 + F23 = 0 (42) II A = 0 : F L F12 18,7= 0 (43) Z momentové podmínky statické rovnováhy pro rovinu x-y, vztah (43), vyjádříme reakční sílu na druhém válečku F II L2. F II L2 II F L F 2 II L2 = 12 18,7 = F 418 [N] (44) ,7 = ,88N Dosazením F II L2 do podmínky silové statické rovnováhy pro druhý váleček v rovině x-y, vztah (42), vypočteme F II L1 F F F II L1 F II L2 F12 + F23 II II L1 = F L2 = 157,88N II L2 = = [N] (45) N 29

30 ZÁVĚR ZÁVĚR Tato, mnou navržená válečková dráha, se skládá ze tří stejně dlouhých stolic, ale vzhledem k různému počtu válečků a jejich odlišné rozteči nejsou vzájemně zaměnitelné. Dráha byla navržena pro konkrétní zadání a možnost její variability je tedy značně omezena. Zvláště pak výpočet pohonné jednotky. Dráhu je možné doplnit o další stolice, otoče a jiné prvky a vytvořit tak samostatnou dráhu. Přidané prvky však bude nutné vybavit vlastním pohonným zařízením. Při navrhování válečků nebyla brána v potaz ekonomická složka výroby. V případě, že by byla jejich výroba nákladná, je možné je nahradit válečky od zmíněných výrobců. V této práci byly stanoveny základní parametry dráhy, návrh válečku a pohonu, pevnostní výpočet hřídele válečku a výpočty funkčních částí dráhy. Všechny navrhované komponenty jsou vyhovující, místy i předimenzované. Jako součást práce je přiložena výkresová dokumentace sestavy válečku, jeho detailní výkres a sestavný výkres tratě a poháněcího zařízení. 30

31 POUŽITÉ INFORAČNÍ ZDROJE POUŽITÉ INFORAČNÍ ZDROJE [1] GAJDŮŠEK, J.; ŠKOPÁN,.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, CER 1988, VUT v Brně skripta [2] YNÁŘ, B.; KAŠPÁREK, J.: Dopravní a manipulační zařízení, VUT v Brně 2003, 126 s, elektronická skripta [3] VÁVRA, P.; LEINVEBER, J.; ŘASA, J.: Strojnické tabulky třetí doplněné vydání, Scientia 1999, 985 s. ISBN [4] YNÁŘ, B.; POKORNÝ, P.: Dopravní a manipulační zařízení řešené příklady, VUT v Brně sylaby [5] SHIGLEY, J. E.; ISCHKE, C. R.; BUDYNAS, R. G.: Konstruování strojních součástí, VUTIU 2010, 1159 s, ISBN [6] KLIEŠ, P.: Části a mechanismy strojů II, CER, VUT Brno skripta, ISBN [7] SVOBODA, P.; BRANDEJS, J.; PROKEŠ, F.: Výběry z norem pro konstrukční cvičení, CER 2006, 223 s, ISBN [8] Katalog společnosti OPIS Engeneering k.s. parametry elektromotorů SIEENS. Dostupné z www: Převzato: [9] Katalog řetězových kol pro válečkové řetězy podle DIN8187. Dostupné z www: Převzato:

32 SEZNA POUŽITÝCH ZKRATEK A SYBOLŮ SEZNA POUŽITÝCH ZKRATEK A SYBOLŮ a t [ms -2 ] tečné zrychlení b [mm] maximální šířka přepravovaného předmětu B A1 [mm] aktivní šířka dráhy B D [mm] celková šířka dráhy B R [mm] šířka rámu dráhy b Ř [mm] šířka řetězového kola D [mm] průměr válečku d r2 [mm] průměr roztečné kružnice řetězového kola e [mm] rameno valivého odporu f [-] součinitel smykového tření F 1, 12, 23 [N] síla v řetězu f Č [-] součinitel čepového tření F II L1, 2 [N] reakční síla na ložisko v rovině x-y F L1, 2 [N] reakční síla na ložisko v rovině y-z F q [N] tíhová síla F Z1, 2 [N] síla předmětu působícího na doraz g [ms -2 ] tíhové zrychlení I [kgm 2 ] moment setrvačnosti válečku i p [-] převodový poměr i v [-] skutečný převodový poměr k 1 [-] počet válečků pod předmětem k p1, 2 [-] počet poháněných válečků L D [mm] délka válečkové dráhy L i [mm] délka jedné stolice A [Nm] moment k bodu A B [Nm] moment k bodu B [Nm] moment na hřídeli při rozběhu motoru O [Nm] moment od stálých odporů m p [kg] hmotnost předmětu maximálně přípustných rozměrů m p1 [kg] hmotnost předmětu maximálních rozměrů na první dráze m p2 [kg] hmotnost předmětu maximálních rozměrů na druhé a třetí dráze ROZ1, 2 [Nm] výsledný rozběhový moment 32

33 SEZNA POUŽITÝCH ZKRATEK A SYBOLŮ T1,2 [Nm] třecí moment ZP1, 2 [Nm] moment zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot ZR1, 2 [Nm] moment od zrychlujících sil rotujících hmot n [min -1 ] skutečné otáčky n 2 [min -1 ] výstupní otáčky převodovky n m [min -1 ] výstupní otáčky elektromotoru n s [-] počet stolic P [W] výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb P C1, 2 [W] celkový výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb P m [W] výkon elektromotoru P PŘ1, 2 [W] přídavný výkon pro získání prokluzu q [kg] hmotnost předmětu připadající na jeden váleček q v [kg] hmotnost rotujících částí válečku R [mm] poloměr válečku r Č [mm] valivý poloměr t S1 [s] doba rozběhu prvního motoru t S2 [s] doba rozběhu druhého motoru V [m 3 ] objem materiálu maximálních rozměrů v [ms -1 ] dopravní rychlost v f [ms -1 ] rychlost řetězu W 1 [N] odpor tíhové složky dopravovaného předmětu W 2 [N] odpor vlivem valivého a čepového tření W 3 [N] odpor vlivem výrobních a montážních nepřesností W C [N] celkový odpor z p [-] počet válečků pod předmětem z S1, S2, S3 [-] počet válečků v jednotlivých stolicích z V [-] počet válečků na celé dráze β [ ] úhel stoupání dráhy γ [ ] úhel svírající síla F q a F 1 ε [s -2 ] úhlové zrychlení válečku η [-] účinnost řetězového převodu ρ [kgm -3 ] objemová hmotnost oceli ω [s -1 ] úhlová rychlost motoru 33

34 SEZNA PŘÍLOH SEZNA PŘÍLOH [1] Katalogový list společnosti OPIS Engeneering k.s. rozměry motorů K _1LA7, osová výška 56-90mm. [2] Katalogový list společnosti OPIS Engeneering k.s. legenda kódování elektromotorů SIEENS. [3] Katalogový list společnosti TYA CZ, s.r.o. rozměry řetězového kola pro válečkový řetěz 12B DIN 8187 ISO/R 606 [4] Katalogový list společnosti OCELPROFIL, s.r.o. - tabulka rozměrů čtvercových profilů. Dostupné z www: Převzato:

35 Příloha I: Rozměry pohonné jednotky

36 Příloha II: Legenda kódování elektromotorů SIEENS

37 Příloha III: Rozměry řetězových kol 12B pro válečkové řetězy podle DIN8187

38 Příloha IV: Rozměry čtvercových profilů