POHÁNĚNÁ HORIZONTÁLNÍ VÁLEČKOVÁ DRÁHA

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING POHÁNĚNÁ HORIZONTÁLNÍ VÁLEČKOVÁ DRÁHA HORIZONTAL DRIVEN ROLLER CONVEYOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE LUBOŠ VIKTORA AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2010 Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D.

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2009/2010 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): 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: Poháněná horizontální válečková dráha v anglickém jazyce: Horizontal driven roller conveyor Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhněte poháněnou válečkovou dráhu pro přepravu ocelových odlitků v rámci mezioperační vnitropodnikové přepravy. Technické parametry: délka tratě 10 m rychlost předmětu na trati 0,1 m.s-1 půdorysný rozměr přepravky 0,5 x 0,5 m materiál přepravky - plast celková hmotnost přepravky a odlitku 150 kg počet přepravovaných předmětů na trati max. 5ks Cíle bakalářské práce: Proveďte: funkční výpočet válečkové tratě, určení hlavních rozměrů tratě, pevnostní výpočet hřídele poháněného válečku, návrh a kontrolu rámu tratě. Nakreslete: sestavný výkres tratě, sestavný výkres sekce tratě, sestavu poháněného válečku, detailní výkres hřídele a pláště poháněného válečku. Rozsah grafických prací:dle požadovaných cílů Rozsah průvodní zprávy: 25 až 30 stran

3 Seznam odborné literatury: Gajdůšek,J.; Škopán,M.: 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 CERM, 2003 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2009/2010. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 Anotace se zabývá návrhem poháněné horizontální válečkové dráhy. Obsahuje výpočet válečkové tratě včetně působících odporů, volbu pohonné jednotky, návrh převodu, návrh válečku a jeho kontrola, návrh rámu a jeho kontrola. Na základě výpočtů je vypracován 3D model zpracovaný v CAD systému Autodesk Inventor a výkresová dokumentace. Annotation The bachelor thesis deals with the horizontal driven roller conveyor. The thesis includes the calculation of the roller track including active resistance, the choice of engine, transmission design, roller design and its control, frame design and its control. Based on calculations, 3D model designed in a CAD system Autodesk Inventor and drawings are developed. Klíčová slova Poháněná horizontální válečková dráha, válečková trať, váleček, rám, řemenový převod, pevnostní kontrola. Key words Horizontal driven roller conveyor, roller track, roller, frame, belt drive, strength analysis.

5 Bibliografická citace VIKTORA, L. Poháněná horizontální válečková dráha. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

6 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně, pod vedením Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D. Použité podklady jsem uvedl na konci této práce. V Brně dne

7 Poděkování Chci poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph.D. za odborné rady a dále mým rodičům za podporu při studiu na vysoké škole.

8 Obsah 1 Úvod... 2 Výpočet válečkové tratě Stanovení rozměrů tratě Délka tratě Výška tratě Šířka tratě Rozteč válečků Funkční výpočet válečkové tratě Dopravní výkon Otáčky válečku při dané dopravní rychlosti Celkový počet válečků na trati Počet válečků pod předmětem Hmotnost předmětu připadající na jeden váleček Odpory působící na váleček Složka vlastní tíhy předmětu(tj. síla potřebná ke zvedání spouštění) Odpor vlivem valivého a čepového tření Odpor vlivem výrobních nepřesností Celkový odpor působící na váleček Počet poháněných válečků pod jedním předmětem Celkový potřebný výkon Pohonná jednotka Elektromotor Převodovka Kontrola rozběhu motoru Doba rozběhu předmětu (čas smyku) Rozběhový moment redukovaný na hřídel motoru Moment na hřídeli motoru při rozběhu... 4 Návrh převodu plochým řemenem Silové poměry v řemenu Výpočet rozměrů řemene... 5 Váleček Návrh válečku Kontrola válečku Hřídel válečku Výpočet reakcí v ložiskách od tíhy předmětu Výpočet reakcí v ložiskách od maximální síly řemene

9 Výpočet reakcí v bočnici rámu od tíhy předmětu Výpočet reakcí v bočnici rámu od max. síly řemene Průběh zatížení od tíhy předmětu Průběh zatížení od maximální síly řemene Největší ohybové napětí Plášť válečku Rám tratě Návrh Kontrola Výpočet zatížení Výpočet maximálního napětí... 7 Závěr... 8 Seznam použitých zdrojů... 9 Seznam použitých symbolů Seznam výkresové dokumentace

10 1 Úvod Válečkové tratě se používají především pro přepravu a skladování kusového zboží v závodech pro sériovou a hromadnou výrobu, kde se daný předmět přesouvá z jednoho místa na druhé. Předměty jsou obvykle dopravovány kolmo na osy válečků pomocí obvodové síly, která působí na dopravovaný předmět. Hlavním znakem válečkových tratí je řada válečků, které jsou otočné kolem vlastních hřídelů. Jejich uložení může být ve stálých nebo přemístitelných rámech. Tyto rámy tvoří tratě, které se vyznačují svojí jednoduchou konstrukcí a snadnou montáží. Tratě mohou být gravitační nebo s vlastním pohonem válečků a dále je rozlišujeme na tratě vodorovné nebo šikmé. Tato práce se zabývá návrhem a konstrukcí vodorovné poháněné tratě, která slouží pro přepravu odlitků v rámci vnitropodnikové mezioperační přepravy. Vzhledem k nízké hmotnosti a malému počtu přepravovaných předmětů je přenos síly motoru potřebné pro pohyb válečku realizován pomocí plochého řemene (z válečku na váleček) (obr.1). Délka tratě je příliš dlouhá pro manipulaci při převozu, a proto je celá trať rozdělena pro dopravu na vhodný počet sekcí. Obr.1: Válečkový dopravník s převodem z válečku na váleček

11 2 Výpočet válečkové tratě 2.1 Stanovení rozměrů tratě Délka tratě Celková délka tratě je zadaná: L = 10 m Výška tratě Výška tratě není zadaná, proto je voleno H = 0,8 m (případné nerovnosti podlahy, budou vyrovnány výškově stavitelnými stojnami) Šířka tratě [9] Šířka tratě se volí podle rozměrů dopravovaných předmětů, měla by být dodržena podmínka (dle normy ČSN ): b z 0,8 B => B B bz 0,8 0, 5 0,8 B 0, 625 m volena šířka B = 0,650 m kde: bz..šířka dopravovaného předmětu dle zadání B.jmenovitá šířka tratě.. je pouze orientační a předběžná, přesná šířka tratě se bude odvíjet od délky válečku a tloušťky materiálu použitého na rám dopravníku Rozteč válečků [2, str. 253] Rozteč válečku se volí tak, aby předmět vždy spočíval minimálně na dvou válečcích, a je dána vztahem: t= 1 i t= 1 8 t = 0,125 m kde: i[ks]...počet válečků na 1 m délky tratě, voleno i = 8 ks (2.1)

12 2.2 Funkční výpočet válečkové tratě [7, str. 8] Dopravní výkon N= n v 3600 L N= 5 0, [ks/hod] (2.2) N = 180 ks/hod kde: n [-]..počet předmětů na trati ze zadání v [m/s].rychlost předmětu na trati ze zadání L...délka tratě ze zadání Otáčky válečku při dané dopravní rychlosti v = ω R v => n v = ω = 2 π nv 2 π R nv = [s-1] (2.3) 0,1 2 π 0, 03 nv = 0,53 s-1 kde: R..poloměr válečku, předběžně voleno R = 0,03 m Celkový počet válečků na trati z= L t z= 10 0,125 [ks] z = 80 ks kde: t rozteč válečků vztah (2.1) (2.4)

13 2.2.4 Počet válečků pod předmětem Dopravovaný předmět je plastová bedna o rozměrech 0,5 x 0,5 m, rozteč t = 0,125 m k1 = k1 = Lp [ks] t (2.5) 0,5 0,125 k1 = 4 ks Obr.4: Počet válečků pod předmětem kde: Lp..šířka bedny Hmotnost předmětu připadající na jeden váleček q= q= mp [kg] k1 (2.6) q = 37,5 kg kde: mp [kg].hmotnost jednoho předmětu (přepravka + odlitek) ze zadání k1 [ks]..počet válečků pod jedním předmětem vztah (2.5) 2.3 Odpory působící na váleček Složka vlastní tíhy předmětu(tj. síla potřebná ke zvedání spouštění) W1 = ±q g sin β W1 = 0 N vodorovná dopravní trať (2.7)

14 2.3.2 Odpor vlivem valivého a čepového tření W2 = q g cos β eo + f č rč f r + mv g č č R R W2 = 37,5 9,81 cos 0 (2.8) 0, , 02 0, , 02 0, ,9 9,81 0, 03 0, 03 W2 = 26,5 N kde: g[m. s-2] tíhové zrychlení q [kg].hmotnost předmětu připadající na jeden váleček vztah (2.6) β [º]...sklon trati ze zadání eo...rameno valivého odporu fč...součinitel čepového tření zdroj[10] zdroj[4] rč poloměr čepu válečku v ložiskách, předběžne voleno rč = 0,0075 m mv[kg]... hmotnost rotující části válečku, odečtena z modelovaného válečku v 3D programu Autodesk Inventor, mv = 2,9 kg Odpor vlivem výrobních nepřesností Tento odpor se nedá přesně matematicky vyjádřit, proto se uvádí jako 0,5% normálového zatížení válečku W3 = 0, 005 q g cos β (2.9) (2.10) W3 = 0, , 5 9,81 cos 0 W3 = 1,8 N Celkový odpor působící na váleček W = W1 + W2 + W3 W = , 2 + 1,8 W = 29 N 2.4 Počet poháněných válečků pod jedním předmětem kp =1 ks - voleno, bude poháněn jeden váleček pod předmětem

15 2.5 Celkový potřebný výkon f r v e + f r P = n m p g sin β + cos β o č č + 0, m v g č č z R R η [W] (2.11) 0, , 02 0, 0075 P = ,81 sin 0 + cos 0 + 0, , 03 +2, 9 9,81 0, 02 0, ,1 80 0, 03 0,8 P = 72 W kde: z [ks]. celkový počet válečků v [m/s]...rychlost předmětu na trati vztah (2.4) ze zadání η [-] účinnost plochého řemenového převodu, η = 0,8 3. Pohonná jednotka [14] Pro pohon válečkové trati je vhodné použít třífázový asynchronní motor ve spojení se šnekovou převodovkou s vysokým převodovým poměrem. 3.1 Elektromotor Z katalogu firmy SEW-EURODRIVE CZ zvolen elektromotor s označením DR63S4. Parametry: otáčky nm = 1400 min-1 kroutící moment Mm = 92 Nm výkon Pm = 0,12 kw 3.2 Převodovka Z katalogu firmy SEW-EURODRIVE CZ zvolena převodovka s označením S37. Firma dodává uvedený elektromotor spolu s převodovkou jako celek s označením S37/DR63S4. Parametry: otáčky np = 32 min-1 = 0,53 s-1 kroutící moment Mp = 36 Nm převodový poměr ic = 43,68 poměr momentu záběrného a jmenovitého momentu Mz = 2, 2 Mn

16 celková hmotnost mm = 11 kg Obr.5: Motor se šnekovou převodovkou 3.3 Kontrola rozběhu motoru [7, str. 11] Doba rozběhu předmětu (čas smyku) ap = ts = ts = v ts => t s = v ap [s] (3.1) v 2 e k1 g cos β µ sin β k1 D kp kp 0, , ,81 cos 0 0, 25 sin 0 4 0, 06 1 ts = 0,22 s kde: µ [-]...součinitel smykového tření mezi předmětem a válečkem zdroj[15] Rozběhový moment redukovaný na hřídel motoru M roz = M t + M zp + M zr + M od (3.2) (3.3) Třecí moment: M t = n k p q g cos β µ R ic η M t = ,5 9,81 cos 0 0, 25 0, 03 43, 68 0,8 Mt = 0,39 Nm

17 Moment zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot: M zp = n m p v R t s ic η M zp = ,1 0, 03 0, 22 43, 68 0,8 (3.4) (3.5) Mzp= 0,29 Nm Moment zrychlujících sil rotujících hmot: M zr = z p J ε 1 ic η kde: J setrvačný moment jednoho válečku vypočtený dle vztahu: D sv J = mv R = mv 2 2 [kg m2] 2 s 0, 06 0, 003 J = 2,9 2 (3.6) 2 J = 0,0024 kg m2 kde: sv...tloušťka pláště válečku, předběžne voleno sv = 0,003 m ε...úhlové zrychlení válečku vypočtené dle vztahu: ε= ωv 2 v = ts ts D ε= 2 0,1 0, 22 0, 06 [s-2] (3.7) ε = 15,2 s-2 zp..počet poháněných válečků na trati, zp = 27 ks poháněný každý třetí váleček Z dosazení do vztahu (3.5) vyplývá: 1 M zr = 27 0, , 2 43, 68 0,8 (3.8) (3.9) Mzr = 0,028 Nm Moment od stálých odporů: M od = P 60 P = ωm 2 π n m M od = π 1400 Mod = 0,50 Nm

18 Z dosazení vypočtených momentů do vztahu (3.2) vyplývá: M roz = 0, , , , 50 (3.10) (3.11) Mroz = 1,21 Nm Moment na hřídeli motoru při rozběhu M mr = M z Pm M z 60 Pm = M n ωm M n 2 π n m M mr = 2, π 1400 Mmr = 1,80 Nm Podmínka: Mm > Mroz zvolený pohon vyhovuje 4 Návrh převodu plochým řemenem Pro svojí jednoduchost je přenos síly z motoru na váleček a mezi válečky na trati realizován pomocí plochého řemene. Převodový poměr mezi motorem a hnaným válečkem i mezi jednotlivými válečky je i=1. Napínání řemene mezi válečky je realizováno zkrácením jeho délky. 4.1 Silové poměry v řemenu [ 6, str. 207 ] Obr.6: Silové poměry v řemenu Obvodová síla: Fo = 2 Mk 2 Pm = d1 + s 2 π n (d1 + s) (4.1)

19 Fo = π 0, 53 (0, , 003) Fo = 868 N kde: s.tloušťka řemene, s = 0,003 m zdroj[12] d1 průměr řemenice, d1 =0,08 m Maximální tah v řemenu: Fř = Fo eµř βř eµř βř 1 (4.2) 868 e0,7 3,14 Fř = 0,7 3,14 e 1 Fř = 976 N kde: βř [º].úhel opásání, pro převod 1:1 βř = 180º µř [-] součinitel smykového tření, řemen - řemenice zdroj[6] Tažná síla - zkrácení řemenu o 1% (předpětí): [11] Ft = Fn b p (4.3) Ft = Ft = 625 N kde: bp předběžná šířka řemene, volena bp = 0,025 m Fn [N/mm]...síla na 1 mm šířky řemene pro 1% zkrácení, Fn = 25 N/mm Tažná síla pro jednu větev: Ft1 = Ft 2 (4.4) (4.5) Ft1 = 312,5 N Ft1 = Maximální síla v tažné větvi: Fmax = Fř + Ft1-19 -

20 Fmax = , 5 Fmax = 1288,5 N 4.2 Výpočet rozměrů řemene Šířka řemene: [9] bs = Fmax Fj [mm] (4.6) 1288, 5 53 bs = 24,3 mm volena šířka řemene 25 mm = 0,025m bs = kde: Fj [N/mm] jmenovitá síla na 1 mm šířky řemene, Fj = 53 N/mm Zkrácená délka řemene pro převod z válečku na váleček: L zv = 2 a v + ( d1 + s ) π 0,99 (4.7) L zv = 2 0, 75 + ( 0, , 003 ) π 0,99 Lzv = 1,0005 m = 1000,5 mm kde: av..osová vzdálenost mezi hnacími válečky, av = 0,75 m Délka řemene pro převod z motoru na váleček: L m = 2 a1 + ( d1 + s ) π L m = ( 0, , 003) π Lm = 1,026 m = 1026 mm kde: am..osová vzdálenost motoru od válečku, volena am = 0,5 m (4.8)

21 5 Váleček 5.1 Návrh válečku Obr.7: Hnací váleček Váleček je sestaven z pláště, který je z ocelové trubky bezešvé o průměru 60 mm, materiál (poz. 2). U poháněných válečků je na plášť nasazena nalisována plastová řemenice (poz.3). Dovnitř pláště jsou nalisována ocelová pouzdra (poz. 4). Nepoháněné válečky mají stejnou konstrukci, bez montáže řemenic. Na hřídel válečku jsou nalisována ložiska Z s těsněním (poz. 5). Za předpokladu, že trať je používána za běžných podmínek v neprašném prostředí, je tento způsob utěsnění válečku dostačující. Montáž válečku probíhá nalisováním ložisek na hřídel a pouzdra na jedno ložisko. Tento komplet se vtlačí do trubky a následuje zalisování druhého pouzdra na opačné straně válečku. Ložiska budou zajištěna proti pohybu pojistnými kroužky v obou pouzdrech (poz. 6). Osa válečku: Osa válečku (poz. 1) je z tyče kruhové Ø 17 ČSN Oba konce jsou uchyceni k rámu tratě pomocí šroubů M8. Pro toto spojení válečků a bočnic, je potřeba vytvořit přípravek na díry v bočnicích. 5.2 Kontrola válečku Osa válečku Při kontrole válečku na ohyb je nutné brát zřetel na ohybové napětí působící od tíhy předmětu a od maximální síly působící na váleček od řemene. Tato zatížení jsou na sebe kolmá

22 Výpočet reakcí v ložiskách od tíhy předmětu Spojité zatížení válečku od hmotnosti přepravovaného předmětu je nahrazeno silou Fq Fq = q g (5.1) Fq = 37,5 9,81 Fq = 368 N Obr.8: Zjednodušené zatížení v ložiskách od předmětu Známo: Působiště síly uvažováno z polohy dopravovaného předmětu a =0, 3735 m b = 0,3195 m Statická rovnováha: Fx = 0 : Fy = 0 : FA Fq + FB = 0 Ma = 0 : FB ( a + b ) Fq a = 0 R R R FBR = Fq a (a + b) = 368 0,3735 0, , 3195 (5.2) (5.3) FBR = 198 N FA R = Fq FBR = FAR = 170 N

23 Výpočet reakcí v ložiskách od maximální síly řemene Obr.9: Zjednodušené zatížení v ložiskách od řemene Známo: Působiště síly uvažováno uprostřed řemenice l = 0,018 m j = 0, 675 m Fmax = 1288,5 N vztah(4.5) Statická rovnováha: Fx = 0 Fy = 0 : FA A Fmax + FBA = 0 FA A = Fmax FBA M A : FB ( l + j) Fmax l = 0 FB A FBA = A = Fmax l ( l + j) 1288,5 0, 018 0, , 675 FBA= 33,5 N FA A = 1288,5 33,5 FAA = 1255N (5.4) (5.5)

24 Výpočet reakcí v bočnici rámu od tíhy předmětu Obr.10: Zjednodušené zatížení v bočnici rámu od předmětu Známo: Působiště sil uvažovány z polohy ložisek na výkrese FAR = 170 N vztah (5.3) FBR = 198 N vztah (5.2) c = 0,0115 m d = 0,693 m e = 0,0215 m Statická rovnováha: Fx = 0 Fy = 0 : FC FA FB + FD = 0 M A = 0 : FD ( c + d + e ) FB ( c + d ) FA R R R R FDR = FDR = R R R c = 0 FBR ( c + d ) + FAR c c+d+e (5.6) (5.7) 198 ( 0, , 693) , , , , 0215 FDR = 195 N FCR = FAR + FBR FDR = FCR = 173 N

25 Výpočet reakcí v bočnici rámu od max. síly řemene Obr.11: Zjednodušené zatížení v bočnici rámu od řemene Známo: Působiště sil uvažovány z polohy ložisek na výkrese FAA = 1255N vztah (5.4) FBA= 33,5 N.vztah (5.5) c = 0,0115 m d = 0,693 m e = 0,0215 m Statická rovnováha: Fx = 0 Fy = 0 : FC FA FB + FD = 0 FC M A = 0 : FD ( c + d + e ) FB ( c + d ) FA A A A A A A A A c = 0 FDA FCA = FAA + FBA FDA (5.8) (5.9) FCA = ,5 52 FCA = 1236,5 N FDA = FBA ( c + d ) + FAA c (c + d + e)

26 FDA = 33,5 ( 0, ,693) , , , , 0215 FDA = 52 N Průběh zatížení od tíhy předmětu Obr.12: Průběh zatížení od předmětu Řez I: x1 0, c N=0 Fc = T (5.10) (5.11) M o1 FCR x1 = 0 M o1 T= 173 N M o1 = FC x1 M o1 = 173 0, 0115 Mo1 = 1,99 Nm

27 Řez II: x 2 0, c + d N=0 FCR T FAR = 0 T M o2 FCR x 2 + FAR ( x 2 c ) M o2 T = FCR FAR (5.12) (5.13) (5.14) (5.15) T = T=3N M o2 = FCR x 2 FAR ( x 2 c ) M o2 = 173 0, ( 0, , 0115 ) Mo2 = 4,1 Nm Řez III: x 3 0, e N=0 T = FDR M o3 FDR x 3 = 0 M o3 T= N M o3 = FDR x 3 M o3 = 195 0, 0215 Mo3 = 4,1 Nm

28 Průběh zatížení od maximální síly řemene Obr.13: Průběh zatížení od řemene Řez I: x1 0, c N=0 T = FCA (5.16) (5.17) M o1a FCA x1 = 0 M o1a T = 1236,5 N M o1a = FCA x1 M o1a = 1236,5 0, 0115 Mo1a = 14,2 Nm

29 Řez II: x 2 0, c + d N=0 FCA FA A T = 0 T M o2b FCA x 2 + FA A ( x 2 c ) M o2b T = FCA FAA (5.18) (5.19) (5.20) (5.21) (5.22) T = 1236, T = - 18,5 N M o2b = FCA x 2 FAA ( x 2 c ) M o = 1236,5 0, ( 0, , 0115 ) Mo2b = 1,4 Nm Řez III: x 3 0, e N=0 T = FDA M o3c FDA x 3 = 0 M o3c T = -52 N M o3c = FDA x 3 M o3c = 52 0, 0215 Mo3c = 1,1 Nm Největší ohybové napětí Ohybový moment: 2 2 M ocelk = ( Mo ) + ( Mo ) M ocelk = (1,99 )2 + (14, 2 )2 1 1a Mocelk = 14,3 Nm

30 Kritické místo je v bodě A, kde je váleček zatížen ještě o napínání řemenu a průřez zmenšen o díru pro šroub. Obr.14: Konec osy válečku Modul průřezu v ohybu pro mezikruhový průřez: Woh = π D h 4 d h4 32 D h Woh = π 0, , , 015 [m3] (5.23) [Pa] (5.24) Woh = m3 Napětí v místě A: σa = σa = M ocelk Woh 14, σa = Pa = 47,7 MPa Bezpečnost osy válečku: Osa válečku je vyrobena z materiálu dle zdroje [4], mez kluzu je Re = 250 MPa kh = Re σa kh = , 7 [-] kh = 5,2 daná bezpečnost je dostačující, osa válečku vyhovuje (5.25)

31 5.2.2 Plášť válečku Obr.15: Průběh zatížení pláště válečku Známo: D = 0,600 m ds = 0,540m FBR = 198 N.vztah (5.5) Obr.16: Plášť válečku Maximální ohybový moment od předmětu: Maximální ohybový moment na plášť válečku je od předmětu. M omax 2 = FBR b M omax 2 = 198 0,3195 Momax2 = 63,3 Nm (5.26)

32 Modul průřezu v ohybu: Wop = π D4 d s4 32 D Wop = π 0, 064 0, , 06 [m3] (5.27) [Pa] (5.28) Wop = 7, m3 Maximální napětí: σo = σo = M omax 2 Wop 63, 3 7, σo = Pa = 8,7 MPa Bezpečnost pláště válečku: Plášť válečku je vyroben z trubky bezešvé mat dle zdroje [4], mez kluzu je Re = 186 MPa R k= e σo k= [-] 186 8, 7 k = 21,4 plášť válečku vyhovuje (5.29)

33 6 Rám tratě 6.1 Návrh Bočnice: Bočnice je z L-profilu (L 90x60x6 - ČSN ), ve kterém jsou vyvrtány otvory pro uchycení válečků, základny a krytu řemenového převodu a na spojení jednotlivých sekcí. Otvory pro kryt jsou pouze na straně, kde se nachází řemenový převod. Spojení bočnic: Spojení bočnic je provedeno přes desku (poz. 1), ve které jsou vytvořeny díry a následně svrtány s bokem bočnice. Pro spojení jsou použity šrouby M10 s podložkami a maticemi. Bočnice je také dále přišroubována ke stojně (poz.2) šrouby M10. Tato sestava zamezuje výškovému vyosení válečků při spojování jednotlivých sekcí. Obr.17: Spojení bočnic Stojna: Stojna je ohnuta z plechu do tvaru U o tloušťce 4 mm. K tomuto profilu jsou na spodní a horní straně přivařeny desky. Spodní deska s vyvrtanou dírou je použita pro upevnění stavitelné nohy (obr.18), k níž je navařena závitová tyč. K vymezení výšky vysunutí nohy kompenzující nerovnosti podlahy slouží dvě matice (poz. 1 a 2). Další matice (poz. 3) slouží k zajištění neměnné pozice stavitelné nohy. Výška tratě je pomocí uvedené sestavy stavitelná v rozmezí přibližně 60 mm. Horní deska slouží pro spojení stojny s bočnicí pomocí šroubů M10. Pro zpevnění a větší tuhost stojny je navařen příčně L-profil (L 30x3 - ČSN ) (obr.17), v místě uchycení motoru jsou tyto příčky dvě

34 Obr.18: Stojna Obr.19: Detail spodní části stojny Proti zkřížení je mezi stojnou a bočnicí přišroubována vzpěra, která je ohnuta z plechu do tvaru L o tloušťce 3 mm. Obr.20: Zpevnění tratě Kryt řemenového převodu: Převod je zakrytován plechem o tloušťce 2 mm a délce 2000 mm, což je délka jedné sekce. K rámu je přichycen šrouby M6 s podložkami

35 Obr.21: Kryt převodu Uchycení motoru: Motor (poz. 1) je šrouby uchycen na kolejnicích pomocného rámu (poz. 2). Toto řešení umožňuje pohybem celého motoru snadné napínání plochého řemene, který pohání válečky. Pomocný rám je svařenec z L-profilů a je šrouby spojen s příčnými vzpěrami stojny rámu (poz. 3). Obr.22: Uchycení motoru k rámu

36 6.2 Kontrola Rám celé tratě bude rozdělen na 5 stejných sekcí, proto je provedena kontrola jedné sekce na ohyb v okamžiku maximálního zatížení. Tato situace nastane, když je dopravovaný předmět uprostřed této sekce a proto je pro výpočet brána v úvahu polovina této sekce (tj. síly působící na jednu bočnici). Obr.23: Zjednodušené zatížení sekce rámu Výpočet zatížení Liniové zatížení od válečků: mv g pv F qv = v = c Ls Ls 5,3 9,81 16 qv = 2 qv = 416 N/m [N/m] kde: Ls. délka sekce tratě pv [ks]...počet válečků jedné sekce, pv = 16 ks mvc [kg]...celková hmotnost jednoho válečku, odečtena z modelovaného válečkuv 3D programu Autodesk Inventor, mvc = 5,3 kg (6.1)

37 Ohybový moment od válečků: q L2 M ov = v s M ov = 2 2 Mov = 416 Nm Ohybový moment od předmětu: Fp L m p g Ls M o vq = s = ,81 2 M o vq = 2 2 Movq = 735,8 Nm (6.2) (6.3) kde: FP...síla od tíhy předmětu Celkový ohybový moment M oc = M o vf + M o vq (6.4) [Pa] (6.5) M oc = ,8 Moc = 1152 Nm Výpočet maximálního napětí σb = M oc WoB , σb = Pa = 98 MPa σb = σb < σd 98 < 100 rám tratě vyhovuje kde: σd [MPa]...dovolené napětí v ohybu pro materiál , σd = 100 Mpa zdroj[4] WoB [m3]...modul průřezu v ohybu pro (L 90x60x6 - ČSN ), WoB = 11, zdroj[4]

38 7 Závěr Tato bakalářská práce se zabývá návrhem poháněné válečkové dráhy pro dopravu ocelových odlitků v rámci mezioperační vnitropodnikové přepravy. S pomocí použité literatury bylo možné na základě zadaných hodnot provést komplexní návrh a postup provedený na předchozích stranách lze pro přehlednost rozdělit do následujících oblastí: výpočet válečkové tratě včetně působících odporů volba pohonné jednotky návrh převodu návrh válečku a jeho kontrola návrh rámu a jeho kontrola Postupnou volbou nezbytných veličin, zpracováním a optimalizováním výše zmíněných bodů bylo navrženo výsledné řešení válečkového dopravníku, které celkově splňuje všechna zadaná kritéria a jeho jednotlivé součásti vždy vyhovují požadavkům na ně kladeným, např. tuhost rámu či pevnost osy válečku. Na základě provedených výpočtů byl vytvořen 3D model v programu Autodesk Inventor a výkresová dokumentace v požadovaném rozsahu, která je ve formě příloh doplňkem této bakalářské práce. Model zároveň během kontrolních výpočtů sloužil např. k přesnému určení polohy působiště některých sil. Celý návrh byl proveden s důrazem na funkčnost předkládaného řešení celku s ohledem na jednoduchost výroby jednotlivých součástí a náklady s tím spojené a mohl být bez dalších úprav použit pro výrobu válečkové dráhy použitelné v podniku s vyššími nároky na dopravní výkon

39 8 Seznam použitých zdrojů [1] GAJDŮŠEK, Jaroslav, ŠKOPÁN, Miroslav. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 1. vyd. Brno: rektorát Vysokého učení technického v Brně, s. [2] DRAŽAN, František, JEŘÁBEK, Karel. Manipulace s materiálem. 1. vyd. Praha: SNTL, s. [3] MALÍK, Vratislav. Válečkové tratě v teorii a praxi. Praha, s. [4]LEINVEBER, Jan; ŘASA, Jaroslav; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 3. dopl. vyd. Praha : Scientia, spol. s r.o., s. ISBN [5]Janíček, P., Ondráček, E., Vrbka, J., Burša, J.: Mechanika těles, Pružnost pevnost I, 1. vydání, Vysoké učení technické v Brně, 2004, ISBN: X [6] KŘÍŽ, Rudolf; VÁVRA, Pavel. Strojírenská Příručka. Vyd. 1. Praha : Scientia, spol. s r.o., Svazek 6, s ISBN [7] POKORNÝ, Přemysl. Dopravní a manipulační zařízení (řešené příklady). Elektronická skripta. FSI VUT Brno, Dostupné z: [8]SEĎA, M. Poháněná válečková trať. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. [9]VÁLEČKOVÉ, KLADIČKOVÉ A KLADKOVÉ TRATĚ Základní parametry a rozměry. [s.l.] : Český normalizační institut, s. [10] ConVERTER [online] [cit ]. Valivé tření (valivý odpor). Dostupné z WWW: < [11] HabaTEC - the Habasit Belting Compendium, [online], 2010, [cit ]. Dostupné z WWW: < [12] Habasit Bohemia [online] [cit ]. HabaDRIVE. Dostupné z WWW: < bbc12576cf0002e236/$FILE/TC-55ER.pdf>. [13] Exvalos s. r. o. - Lanškroun [online] [cit ]. Kuličková ložiska. Dostupné z WWW:< kova loziska.pdf>

40 [14] SEW-EURODRIVE [online] [cit ]. SEW-EURODRIVE. Dostupné z WWW: < e >. [15] SMC Competence in Automation [online] [cit ]. SMC Training. Dostupné z WWW: <

41 9 Seznam použitých symbolů Veličina Jednotka a délka am osová vzdálenost motoru od válečku -2 Název veličiny ap [m s ] av B b bp osová vzdálenost mezi hnacími válečky jmenovitá šířka tratě délka předběžná šířka řemene bs šířka řemene bz c D d d1 šířka dopravovaného předmětu délka průměr pláště válečku délka průměr řemenice Dh průměr konce osy dh e eo průměr závitu délka rameno valivého odporu FAA reakce v místě A od řemene FAR reakce v místě A od předmětu FBA reakce v místě B od řemene FBR reakce v místě B od předmětu FCA reakce v místě C od řemene FCR reakce v místě C od předmětu fč [-] součinitel čepového tření FDA reakce v místě D od řemene FDR reakce v místě D od předmětu Fj [N/m] Fmax Fn [N/m] Fo obvodová síla Fq síla působící na plášť válečku Fř maximální síla v řemenu Ft tažná síla zrychlení předmětu jmenovitá síla maximální síla v tažné větvi síla na 0,001 m šířky řemene pro 1% prodloužení

42 Ft1 tažná síla pro jednu větev Fv g H i ic síla působící na sekci tratě [m.s ] [ks] [-] J j k k1 [kg m2] [-] [ks] kh [-] bezpečnost kp L l [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem délka tratě délka Lm délka řemene pro převod z motoru na váleček Lp šířka bedny Ls Lzv Mk délka sekce tratě zkrácená délka řemene pro převod z válečku na váleček kroutící moment Mm kroutící moment motoru mm [kg] hmotnost motoru Mmr moment na hřídeli motoru při rozběhu Mn jmenovitý moment motoru Mo1 výsledný ohybový moment v místě reakce FAR Mo1a výsledný ohybový moment v místě reakce FAA Mo3 výsledný ohybový moment v místě reakce FBR Mo3c výsledný ohybový moment v místě reakce FBA Moc celkový ohybový moment na bočnici Mocelk největší ohybový moment na ose válečku Mod ohybový moment od stálých odporuů Momax2 největší ohybový moment na plášti válečku Mov ohybový moment od válečků Movq ohybový moment od předmětu mp [kg] hmotnost předmětu Mp kroutící moment převodovky Mroz rozběhový moment redukovaný na hřídel motoru -2 tíhové zrychlení výška tratě počet válečků na 1 m délky tratě převodový poměr setrvačný moment délka bezpečnost počet válečků pod předmětem

43 Mt třecí moment mv [kg] hmotnost rotující části válečku mvc [kg] celková hmotnost jednoho válečku Mz Mzp Mzr záběrový moment motoru moment zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot moment zrychlujících sil rotujících hmot N n [ks/hod] [ks] nm [s-1] otáčky motoru np [s-1] otáčky převodovky nv P [s-1] [W] otáčky válečků celkový výkon Pm [W] výkon motoru pv q qv R rč s sv t ts v W [ks] [N/m] [N/m] [s] [m/s] W1 W2 počet válečků jedné sekce hmotnost předmětu připadající na jeden váleček liniové zatížení od válečků poloměr pláště válečku poloměr čepu válečku v ložiskách tloušťka řemene tloušťka pláště válečku rozteč válečků doba rozběhu předmětu (čas smyku) rychlost předmětu na trati celkový odpor působící na váleček složka vlastní tíhy předmětu(tj. síla potřebná ke zvedání spouštění) odpor vlivem valivého a čepového tření W3 odpor vlivem výrobních nepřesností WoB [m3] modul průřezu L-profilu Woh [m3] modul průřezu v ohybu pláště 3 dopravní výkon počet předmětů na trati Wop z [m ] [ks] modul průřezu v ohybu osy celkový počet válečků na trati zp β [ks] [º] počet poháněných válečků na trati sklon trati βř ε η [º] [s-2] [-] úhle opásání úhlové zrychlení válečku účinnost plochého řemenového převodu

44 µ [-] µř [-] σa [Pa] ohybové napětí σo [Pa] ohybové napětí ω ωm součinitel smykového tření mezi předmětem a válečkem součinitel smykového tření, řemen - řemenice -1 úhlová rychlost válečku -1 úhlová rychlost hřídele motoru [rad s ] [rad s ] 10 Seznam výkresové dokumentace Válečková dráha Sekce dráhy Hnací váleček Osa válečku Plášť válečku 0-3P P P P P