VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY STABILNÍ ŠIKMÝ PÁSOVÝ DOPRAVNÍK STATIONARY INCLINED BELT CONVEYOR

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILOVÉHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING STABILNÍ ŠIKMÝ PÁSOVÝ DOPRAVNÍK STATIONARY INCLINED BELT CONVEYOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2008 Ing. JIŘÍ ŠPIČKA, CSc.

2

3

4 Anotace Tato bakalářská práce se zabývá návrhem stabilního šikmého pásového dopravníku na přepravu drceného kameniva s požadovaným dopravním výkonem 130 t/hod. V úvodu je popsán obecný přehled a rozdělení pásových dopravníků. Další část se zabývá konstrukčním řešením pásového dopravníku a popisem jeho jednotlivých částí. Výpočtová část zahrnuje funkční výpočet, určení hlavních parametrů, návrh pohonu a pevnostní výpočet hnacího hřídele. Klíčová slova Pásový dopravník, dopravní pás, válečková stolice, pohon dopravníku, stěrač dopravního pásu, nosná konstrukce. Annotation This Bachelor thesis deals with suggestion of stationary inclined belt conveyor for transportation of crushed aggregate with desired output 130 tons per hour. The general summary and division of belt conveyors are described at the beginning of the Bachelor thesis. The next part of bachelor thesis deals with constructive solution of belt conveyor and description of its constituent elements. Computational part includes functional calculation, determination of main parameters, suggestion of drive and calculation of solidity of driveshaft. Key words Belt conveyor, conveyer belt, idler, drive of conveyor, scraper of conveyer belt, carrying construction.

5 Bibliografická citace dle ČSN PRACHAŘ, R. Stabilní šikmý pásový dopravník. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jiří Špička, CSc.

6 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně, pod vedením vedoucího bakalářské práce Ing. Jiřího Špičky, CSc. a s použitím uvedené literatury. Podpis autora

7 Poděkování Touto cestou děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Jiřímu Špičkovi, CSc.za jeho odborné rady a obětavou pomoc při zpracování této práce. Dále děkuji svým rodičům za podporu při studiu na vysoké škole.

8 Obsah 1 ÚVOD PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY... 9 ROZDĚLENÍ PÁSOVÝCH DOPRAVNÍKŮ KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU NOSNÁ KONSTRUKCE DOPRAVNÍ PÁS VÁLEČKOVÉ STOLICE VÁLEČKY POHÁNĚCÍ STANICE Převodovka Hnaný a hnací buben NAPÍNACÍ STANICE NÁSYPKA STĚRAČ PÁSU FUNKČNÍ VÝPOČET SKLON DOPRAVNÍKU DÉLKA DOPRAVNÍKU VOLBA RYCHLOSTI DOPRAVNÍHO PÁSU TEORETICKÝ PRŮŘEZ NÁPLNĚ MATERIÁLU OBSAH DOPRAVOVANÉHO MNOŽSTVÍ Ložná šířka pásu Světlá šířka bočního vedení Dynamický sypný úhel SOUČINITEL SKLONU Součinitel korekce vrchlíku náplně pásu OBJEMOVÝ DOPRAVNÍ VÝKON HMOTNOSTNÍ DOPRAVNÍ VÝKON VÝPOČET ODPORŮ Havní odpory Vedlejší odpory Přídavné vedlejší odpory Odpor k překonání dopravní výšky NÁVRH POHONU Potřebný výkon pro pohánějí buben Potřebný výkon poháněcího motoru Potřebné výstupní otáčky SÍLY V PÁSU Přenos obvodové síly na poháněcí buben... 29

9 Změna tahových sil a největší tahová síla v pásu PEVNOSTNÍ KONTROLA DOPRAVNÍHO PÁSU EULERŮV VZTAH KONTROLA PEVNOSTNÍ VÝPOČET HNACÍHO HŘÍDELE MATERIÁL POUŽITÝ NA HŘÍDEL Mechanické vlastnost materiálu NÁVRH VELIKOSTI KONCE HNACÍHO HŘÍDELE ROZBOR SIL PŮSOBÍCÍCH NA HŘÍDEL HNACÍHO BUBNU KONTROLNÍ VÝPOČET - STATICKÝ PŘÍSTUP KONTROLNÍ VÝPOČET - DYNAMICKÝ PŘÍSTUP ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ SEZNAM PŘÍLOH... 43

10 1 Úvod 1.1 Pásové dopravníky Pásové dopravníky jsou nejrozšířenějšími prostředky kontinuální dopravy sypkých látek, protože mohou být použity pro vysoký dopravní výkon (až t/hod) a vysoké dopravní vzdálenosti (až m). Mezi jejich vlastnosti patří zejména jednoduché konstrukce, jednoduchá údržba, malá spotřeba energie a možnost nakládat a vykládat přepravovaný materiál v kterémkoliv místě dopravníku. Obr. 1.1 Schéma pásového dopravníku 1 - dopravní pás 2 - poháněcí stanice 3 - rám dopravníku 4 - vratná stanice 5 - napínací zařízení 6 - nosné válečky (horní a dolní válečková stolice) 7 - výsypka 8 stěrač dopravního pásu 9 - násypka s bočním vedením -9-

11 1.2 Rozdělení pásových dopravníků Podle tažného elementu (druhu pásu): dopravníky s gumovým pásem nebo pásem z PVC dopravníky s ocelovým pásem dopravníky s ocelogumovým pásem dopravníky s pásem z drátěného pletiva Podle tvaru dopravní trasy: vodorovné šikmé lomené Podle provedení nosné konstrukce: stabilní nosná ocelová konstrukce je pevně spojena se základem pojízdné a přenosné pro malá dopravní množství a malé dopravní délky přestavitelné charakterizované velkou rychlostí a velkou dopravní délkou

12 2 Konstrukční řešení pásového dopravníku 2.1 Nosná konstrukce Nosná konstrukce se skládá ze dvou podélníků, které jsou tvořeny čtyřmetrovými tyčemi průřezu U 120. Nosné podélníky jsou rovnoběžné s dopravním pásem. Spojení těchto nosných podélníků zabezpečují příčníky, které jsou 688 mm dlouhé, aby byla zaručena požadovaná rozteč 700mm. Příčníky jsou z tyčí profilu U 100. Stojny tvořeny z tyčí profilu U 140 jsou přivařeny z vnějších stran podélníků. Vždy dvě protější stojny mají mezi sebou pro větší stabilitu navařeny tyče profilu L. Každá stojna má na spodní straně přivařenou patku, ve které jsou předvrtané čtyři otvory, které umožňují přišroubování k betonovému podstavci. 2.2 Dopravní pás Dopravní pás je složeny z nosné kostry, kterou tvoří textilní vložky. Ty jsou vzájemně spojeny tenkými vrstvami z měkké pryže. Nosná kostra zajišťuje pevnost pásu, její hlavní funkcí je přenos sil z hnacího bubnu na přepravovaný materiál (v tomto případě na drcené kamenivo). Před abrazivními účinky materiálu, mechanickým poškozením a atmosférickými vlivy chrání textilní vložku horní krycí vrstva. Dolní krycí vrstva má za úkol chránit před abrazivními vlivy nosných válečků a bubnů. Obr.2.1 Konstrukce pásu

13 Požadavky kladené na dopravní pás : vysoká životnost vysoká odolnost proti opotřebení třením malé prodloužení i při vysokých tazích v pásu schopnost odolávat vlivům střídavého namáhání vysoká pevnost i při nízké vlastní hmotnosti V této práci byl na základě vypočítaných hodnot volen dopravní pás z katalogu Gumex [5] : Obr.2.2 Katalogové označení voleného dopravního pásu od firmy Gumex Doplnění parametrů dopravního pásu: Dopravní pás: Gumex Hmotnost: 4,84 kg/bm Síla: 10,8 mm Dovolené namáhání v tahu: 40 N/mm šířky pásu Minimální průměr hnacího bubnu: 315 mm 2.3 Válečkové stolice Horní válečková stolice Horní válečková stolice slouží k vložení válečků v horní větvi dopravníku. Je přišroubovaná na rám dopravníku zajišťuje podporu zatíženého dopravního pásu. V této práci byl zvolen korýtkový profil - válečky jsou nakloněny o 20 od vodorovné polohy

14 Obr. 2.3 Horní válečková stolice s válečky Obr. 2.4 Horní válečková stolice s válečky 3D pohled Tab. 2.1 Rozměry horní válečkové stolice Šířka Rozměry [mm] pásu α E D L L1 H J [mm] K b s Hmotnost [kg] 5 Dolní válečková stolice Dolní válečková stolice zajišťuje podporu dolní nezatížené větve dopravního pásu. V této práci byl zvolen rovný profil válečkové stolice

15 Obr. 2.5 Dolní válečková stolice s válečkem Obr. 2.6 Dolní válečková stolice s válečkem 3D pohled Tab. 2.2 Rozměry dolní válečkové stolice Šířka Rozměry [mm] pásu E D L L1 H [mm] B D s Hmotnost [kg] 1,4 V této práci byla dolní i horní válečková stolice zvolena od společnosti Tranza [7]

16 2.4 Válečky Úkolem válečků je vést dopravní pás a svým uložením zajišťovat požadovaný ložný profil. Jedná se o důležitou část dopravníku, a proto jsou na něj kladeny zvláštní nároky, mezi které patří: malý odpor proti otáčení, malá vlastní hmotnost, jednoduchá konstrukce a údržba. Byly zvoleny válečky z katalogy společnosti Tranza [8]. Jedná se o ocelové, hladké válečky s pevnou osou a s použitím kuličkového ložiska Válečky jsou dodávány v základním nátěru. Obr. 2.7 Kotovaný váleček z katalogu [6] Pro horní větev jsou použity válečky typu F-076x Z důvodu volby korýtkového profilu připadají dva válečky na stolici viz. Obr Tab.2.3 Rozměry válečku v horní větvi Rozměry [mm] L L1 L2 φd φd S Hmotnost [kg] Šířka pásu [mm] Rotujících Celková částí 1,8 2,4 Korýtkový profil 400

17 Pro dolní větev jsou použity válečky typu F-076x Z důvodu použití rovného profilu připadá jeden váleček na jednu stolici viz. Obr. 2.5 Tab.2.4 Rozměry válečku v dolní větvi Rozměry [mm] L L1 L2 φd φd S Hmotnost [kg] Šířka pásu [mm] Rotujících Celková částí 3,3 4,7 Korýtkový profil Poháněcí stanice Poháněcí stanice má za úkol zajistit pohyb dopravního pásu. Pohyb je zajištěn otáčivým pohybem hnacího bubnu. Tento buben je poháněn kuželočelním převodovým motorem přes hnací hřídel. Kroutící moment zajišťuje třífázový asynchronní motor. Obr. 2.8 Obecné schématické znázornění poháněcí stanice

18 2.5.1 Převodovka Jako pohon byl vybrán kuželočelní převodový motor typ SK9032.1AX R 132S/4 od firmy Nord z katalogu [7]. Jedná se o násuvné provedení tzn. výstupní hřídel je dutá a do ní je zasunuta vstupní hřídel hnacího bubnu. Převodovka je vybavena brzdou, která funguje jako automatická zpětná zádrž. Jedná se o pohon šikmého dopravníku, proto je zapotřebí zabezpečit, aby se dopravovaný materiál při vypnutí pohonu vlivem gravitace nesesypal. Obr. 2.9 Kuželočelní převodovka 3D pohled Parametry převodového motoru: Výkon motoru 5,5 KW Otáčky n1/n2 1445/92 1/min Výstupní moment 571 Nm Provozní faktor 2,5 Převod 15,73 Napětí 400/690V. Hz Jmen. proud (400V) 11,4 A

19 Průměr výstupní hřídele 50 mm (dutá hřídel) Hmotnost 102 kg Mazivo Minerální olejová náplň ISO VG220, cca 1,7 litru Krycí nátěr RAL 7031 modrošedá Provedení převodovky AX - násuvné provedení Příslušenství převodovky R: Zpětná válečková brzda Hnaný a hnací buben Hnaný a hnací buben jsou stejné konstrukce s jediným rozdílem, hnaný buben má hřídel pro připojení převodovky. Plášť bubnu tvoří bezešvá, ocelová, hladká trubka ČSN Vnější průměr bubnu je 377 mm, šířka pláště je 10 mm a délka bubnu je 500 mm. 2.6 Napínací stanice Napínací zařízení je použito k vyvolání dostatečného tření mezi hnacím bubnem a dopravním pásem z důvodů přenesení požadované tažné síly na pás. Je důležité správné napnutí, protože to ovlivňuje životnost pásu, a také hospodárnost zařízení jako celku. Rozlišujeme několik možností napínání pásu. V této práci bylo použito tuhé napínací zařízení. Jedná se o napínání pomocí šroubů, kde napínací buben je uložen na saních, které je možné napínacími šrouby posouvat. Tento způsob je doporučený u dopravníku do délky 30 metrů. 2.7 Násypka Násypka je vyrobena svařením ocelových plechů. K rámu dopravníku je násypka přišroubovaná na straně napínacího (vratného) bubnu. Úkolem násypky je nasměrovat přepravovaný materiál (v našem případě drcené kamenivo) na dopravní pás

20 2.8 Stěrač pásu Stěrač pásu byl použit, aby byla zajištěna čistota dopravního pásu. Stěrač zabraňuje tomu, aby nedocházelo k opotřebení dopravního pásu a válečků ve vratné větvi. Stěrač zabraňuje narůstání odporů. Byl zvolen stěrač od společnosti AB TECHnology, s.r.o. [10]. Stírací břit je zhotoven z pryže. Výhodou tohoto stěrače je, že po opotřebení pryžového břitu lze otočit břit o 180 a znovu používat. Vnější stěrač je umístěn pod hnaným bubnem. Vnitřní stěrač zabraňuje poškození dopravního pásu, které by mohlo nastat, kdyby se přepravovaný materiál dostal na vnitřní stranu pásu v dolní větvi. Vnitřní stěrač je umístěn před vratným bubnem a jedná se také o produkt od společnosti AB TECHnology, s.r.o. [10]. Obr Umístění vnějšího stěrače na dopravníku Obr. 2:11 Vnější stěrače

21 3 Funkční výpočet 3.1 Sklon dopravníku tgδ = H L tgδ = 4 δ = 9,09 25 (3.1) δ = 9, Délka dopravníku LD = L2 + H 2 (3.2) LD = = 25,317 LD = 25,3 m 3.3 Volba rychlosti dopravního pásu Drcené kamenivo z [1] str.148, tab. 8.3 v = (1,25 2,5) m s 1 Voleno v = 1,8 m s Teoretický průřez náplně materiálu Q = 3600 ρ S v S T = ST = Q 3600 ρ v (3.3) = 0, ,8 ST = 0,0118 m Obsah dopravovaného množství S = S1 + S 2 (3.4) S = 0, ,00772 = 0,01353 S = 0,0135 m

22 Obr. 3.1 Průřez korýtkovým profilem Plocha S1 : Plocha S 2 : S1 = 1 2 b1 tgθ 6 S1 = 1 0,29 2 tg 22,5 = 0, S1 = b 2 sin 2 β 8 (3.5) 1 S1 = 0,312 sin(2 20 ) = 0, S1 = 0,00581 m (3.6) S 2 = 0,00772 m 2 Ložná šířka pásu b = 0,9 B 0,05 (3.7) b = 0,9 0,4 0,05 = 0,31 b = 0,31 m

23 3.5.2 Světlá šířka bočního vedení b1 = b cos β (3.8) b1 = 0,31 cos 20 = 0,2913 b1 = 0,29 m Dynamický sypný úhel θ = 0,75 α (3.9) θ = 0,75 30 = 22,5 θ = 22,5 3.6 Součinitel sklonu k =1 S1 (1 k1 ) S k = 1 0,00581 (1 0,911) = 0,9616 0,0135 (3.10) k = 0, Součinitel korekce vrchlíku náplně pásu k1 = cos 2 δ cos 2 θ 1 cos 2 θ (3.11) cos 2 9,09 cos 2 22,5 k1 = = 0, cos 2 22,5 k1 = 0, Objemový dopravní výkon Iv = S v k (3.12) I v = 0,0135 1,8 0,962 = 0,02337 I v = 0,0234 m 3 s

24 3.8 Hmotnostní dopravní výkon I m = 3600 I v ρ (3.13) I m = , = I m = kg h 1 I m = kg h 1 > Q = kg h 1 (zadáno) => VYHOVUJE 3.9 Výpočet odporů FU = FN + FN + FS + Fst (3.14) FU = 182, , , ,2 = 1583,7 FU = 1583,7 N Havní odpory FH = f L g [q RO + q RU + (2 q B + qg ) cos δ ] (3.15) FH = 0, ,81 [4,3 + 1,6 + (2 4, ,1) cos 9,09 ] = 182,86 FH = 182,9 N Dle [4] str.7 volen globální součinitel tření f = 0, q RO Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m horní větve dopravníku 2 q1 p1 = (3.16) L q RO = 2 1,8 30 = 4,32 25 q RO = 4,3 kg m

25 q RU Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m dolní větve dopravníku q p = 2 2 (3.17) L q RU = 3,3 12 = 1, q RO = 1,6 kg m Hmotnost 1 m délky dopravního pásu q B = mp B (3.18) qb = 12,1 0,4 = 4,84 q B = 4,84 kg m Hmotnost nákladu na 1 m délky pásu I ρ qg = V v qg = (3.19) 0, = 22,1 1,8 q G = 22,1 kg m Vedlejší odpory FN = FbA + F f + Fl + Ft (3.20) FN = 71,6 + 22,1 + 20,9 + 2,9 = 117,5 FN = 117,5 N Odpor setrvačných sil v místě nakládání a v oblasti urychlování FbA = IV ρ (v v0 ) (3.21) FbA = 0, (1,8 0) = 71,604 FbA = 71,6 N

26 Odpor tření mezi hmotou a bočním vedením v oblasti urychlování µ 2 I V 2 ρ g lb Ff = (3.22) v + v0 2 b ,6 0, ,81 0,275 Ff = 1, , = 22,118 F f = 22,1 N Dle [4] str.13, tab. 3 volen µ 2 = 0,6 Urychlovací délka v 2 v02 lb = 2 g µ1 lb = (3.23) 1, ,81 0,6 = 0,27522 lb = 0,275 m Dle [4] str.12, tab. 2 volen µ1 = 0, Odpor ohybu pásu na bubnech F d Fl = 9 B ,01 B D (3.24) ,0108 Fl = 9 0, ,01 = 20,88 0,4 0,377 Fl = 20,9 N Odpor v ložiskách bubnu d Ft = 0,005 0 FT D Ft = 0,005 (3.25) 0, = 2,917 0,377 Ft = 2,9 N

27 3.9.3 Přídavné vedlejší odpory FS = FgL + Fr1 + Fr 2 (3.26) FS = 20, = 416,1 FS = 416,1 N Odpor mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením FgL = FgL µ 2 IV 2 ρ g l (3.27) v 2 b12 0,6 0, ,81 1 = = 20,107 1,8 2 0,29 2 FgL = 20,1 N Dle [4] str.13, tab. 3 volen µ 2 = 0, Odpor stěrače pásu Vnější stěrač Fr1 = A1 p1 µ 3 (3.28) Fr1 = 0, ,6 = 288 Fr1 = 288 N Dle [4] str.13, tab. 3 p = ( až ) N / m 2 voleno p1 = N / m 2 Dle [2] voleno µ 3 = 0,6 Dotyková plocha mezi pásem a vnitřním stěračem A1 = B s D1 (3.29) A1 = 0,4 0,02 = 0,008 A1 = 0,008 m

28 Vnitřní stěrač Fr 2 = A2 p 2 µ 3 (3.30) Fr 2 = 0, ,6 = 108 Fr 2 = 108 N Dle [4] str.13, tab. 3 p = ( až ) N / m 2 voleno p 2 = N / m 2 Dle [2] voleno µ 3 = 0,6 Dotyková plocha mezi pásem a vnějším stěračem A2 = BL s D 2 (3.31) A2 = 0,6 0,01 = 0,006 A2 = 0,006 m Odpor k překonání dopravní výšky Fst = qg H g (3.32) Fst = 22,1 4 9,81 = 867,204 Fst = 867,2 N

29 3.10 Návrh pohonu Potřebný výkon pro pohánějí buben P a = FU v (3.33) P a = 1583,7 1,8 = 2850,66 P a = 2850,7 W Potřebný výkon poháněcího motoru PM* = Pa PM* = 2850,7 = 3167,444 0,9 (3.34) η PM* = 3167,4 W Potřebný výkon je navýšen o 30 % oproti PM* z důvodu rozběhu plně naloženého pásu. PM = PM* 1,3 (3.35) PM = 3167,4 1,3 = 4117,62 PM = 4117,6 W Volena převodovka z katalogu firmy NORD[7] o výkonu: PM = 5,5 kw Popis viz kapitola 2.5 Poháněcí stanice Potřebné výstupní otáčky n2 = v π DB n2 = 1,8 = 1,519 π 0,377 (3.36) n 2 = 1,52 s 1 = 91,2 min

30 3.11 Síly v pásu Přenos obvodové síly na poháněcí buben F2 min FU max 1 e F2 min 2375,6 µ ϕ 1 e (3.37) 1 0, 4 π 1 = 945,1 F2 min 945,1 N Maximální obvodová síla na poháněcím bubnu FU max = FU ξ (3.38) FU max = 1583,7 1,5 = 2375,55 FU max = 2375,6 N Dle [5] str.10 součinitel rozběhu ξ leží mezi 1,3 až 2. Voleno ξ = 1,5 Dle [5] str. 13, tab. 4 volen µ = 0,4 Dle [5] str. 9 volen ϕ = 180 π rad a, pro horní větev Fmin h Fmin h ao (qb + qg ) g h 8 ao adm (3.39) 0,8 (4, ,1) 9,81 = 2642, ,01 Fmin h 2642,8 N Dle[4] str. 10 (h / a o )adm = (0,005 až 0,02). Voleno (h / a o )adm = 0,

31 b,pro dolní větev Fmin h Fmin h au q B g h 8 au adm (3.40) 2 4,84 9,81 = 1187,01 8 0,01 Fmin h 1187 N Dle[4] str. 10 (h / a u )adm = (0,005 až 0,02). Voleno (h / au )adm = 0,01 U (h / a )adm se nižší hodnoty nesmí vyskytnout v žádném místě dopravníku Změna tahových sil a největší tahová síla v pásu 1 Fmax F1 FU max µ ϕ + 1 e 1 (3.41) 1 Fmax F1 2375,6 0, 4 π + 1 = 3320,704 1 e Fmax = 3320,7 N 3.12 Pevnostní kontrola dopravního pásu RDP Fmax (3.42) Rmp B Fmax > 3320, N 3320,7 N podmínka VYHOVUJE 3.13 Eulerův vztah kontrola F1 e µ ϕ F2 3320,7 e 0, 4 π 945,1 (3.43) 3,514 = 3, Vyhovuje

32 4 Pevnostní výpočet hnacího hřídele 4.1 Materiál použitý na hřídel Při návrhovém výpočtu je vycházeno z hodnot dovoleného napětí v krutu τ K dov, který leží pro zvolený materiál hřídele v intervalu τ K dov = (50 70) MPa, dle [3] str. 55. Voleno: τ K dov = 50 MPa Mechanické vlastnost materiálu Mez pevnosti v tahu Rm = 600 MPa Mez kluzu v tahu Re = 300 MPa Mez únavy v ohybu σ oc = 210 MPa Mez únavy v krutu τ c = 230 MPa 4.2 Návrh velikosti konce hnacího hřídele Základní výpočtový vztah na krut: M K = WK τ K dov (4.1) Modul kruhového průřezu: WK = 1 π d 3 16 (4.2) Spojením těchto dvou vztahů lze vyjádřit vztah pro půměr konce hřídele d 0** : d 0** = 3 16 M K π τ K dov d 0** = ,9 = 0,03885 π (4.3) d 0** = 0,0389 m = 38,9 mm

33 kroutící moment lze vyjádřit ze vztahu: MK = 1 P 2π n2 MK = = 575,889 2π 1,52 (4.5) M K = 575,9 Nm Podle normy ČSN je průměr d 0** v rozmezí hodnot, kterým přísluší hloubka drážky t = 5,5 mm. Obr. 4.1 Ukázka zakótování průměrů hřídele Z obr 4.1 je patrné: d 0* = d 0** + t (4.6) d 0* = 38,9 + 5,5 = 44,4 d 0* = 44,4 mm Minimální průměr hřídele d 0* = 44,4 mm. Volen průměr hřídele d 0 = 50 mm

34 4.3 Rozbor sil působících na hřídel hnacího bubnu Obr. 4.2 Rozložení sil působících na hřídel hnacího bubnu Tíhová síla bubnu Gb = mb g = 90 9,81 (4.7) Gb = 882,9 N Výsledná síla tahu v pásu Fc = F1 + F2 + Gb sin δ = 3320, , ,9 sin 9,09 (4.8) Fc = 4405,3 N Výsledná síla působící na buben Fv = Fc2 + (Gb cos δ ) 2 = 4405,32 + (882,9 cos 9,09 ) 2 (4.9) Fv = 4490,7 N Pro symetrické zatížení platí Fv = R A + R B R A = R B = Fv 4490,7 = = 2245,4 N (4.10)

35 Výpočet napětí v jednotlivých průřezech Obr. 4.3 Jednotlivé průřezy na hnací hřídeli + VVU Pro ohyb platí: σo = Mo Wo (4.11) Wo = Pro krut platí: τk = Mk Wk (4.13) Wk = Řez A: Ohyb: σ oa = WoA = π d3 (4.12) 32 π d3 (4.14) 16 Krut: 0 = 0 MPa 8651,3 π 44,53 32 τ ka = = 8651,3 mm = 33,3 MPa 17302,5 W ka = π 44,53 16 = 17302,5 mm 3

36 Řez B: Ohyb: Krut: σ ob = 0 = 0 MPa 12271,8 WoB = π τ kb = = 12271,8 mm = 23,5 MPa 24542,7 WkB = Řez C: Ohyb: π = 24542,7 mm 3 Krut: σ oc 0 = = 0 MPa 13804,2 WoC = π τ kc = = 13804,2 mm = 20,9 MPa 27608,3 WkC = Řez D: Ohyb: π = 27608,3 mm 3 Krut: σ od = D o W = 49847,9 = 3,1 MPa 16333,8 π = 16333,8 mm τ kd = 3 W D k = 17,6 MPa 32667,7 = π = 32667,7 mm 3 M o = R A l1 = 2245,4 22,2 = 49847,9 Nmm Řez E: Ohyb: Krut: σ oe E o W ,9 = = 13,6 MPa 19353,9 = π 58, = 19353,9 mm τ ke = 3 W E k = 14,9 MPa 38707,8 = π 58, = 38707,8 mm 3 M o = R A l1 = 2245,4 117,2 = ,9 Nmm

37 Řez F: Ohyb: σ of = WoF = Krut: ,9 = 12,4 MPa 21205,8 π τ kf = = 21205,8 mm = 13,6 MPa 42411,5 WkF = π = 42411,5 mm Kontrolní výpočet - statický přístup Napětí v krutu: τ = τ k α k (4.15) Redukované napětí: σ red = (α o σ o ) (α k τ k ) 2 (4.16) Řez A: Napětí v krutu: τ A = 33,3 2,7 τ A = 89,9 MPa Řez B: Napětí v krutu: τ B = 23,5 1,6 τ B = 37,6 MPa Řez C: Napětí v krutu: τ C = 20,9 1,5 τ C = 31,4 MPa Řez D: D Redukované napětí: σ red = (2,3 3,1) (2 17,6) 2 D σ red = 61,4 MPa

38 Řez E: E Redukované napětí: σ red = (1 13,6) (2,7 14,9) 2 E σ red = 71 MPa Řez F: F Redukované napětí: σ red = (2,4 12,4) (1,6 13,6) 2 F σ red = 48 MPa α k...voleno z přílohy. 15A,B, [4] α o... voleno z přílohy.. 15C, [4] Bezpečnost vůči mezi kluzu dle [4] v rozmezí (1,5-2,5) je volena k s = 2,5 proto musí být splněna podmínka: k s τ A Re (4.17) 2,5 89,9 < ,8 < 300 Vyhovuje podmínce 4.5 Kontrolní výpočet - dynamický přístup Komplexní vrubový součinitel β* = ε p ν γ β* = 0, = 0,322 2,18 (4.18) β * = 0,322 ε p,ν..voleno z přílohy 17, [4]

39 Kde vrubový součinitel γ : α 1 ρ γ = γ = 1+ (4.19) R 2,7 1 = 2,181 0, ,6 γ = 2,18 ρ..voleno z přílohy 16, [4] Redukovaná mez únavy τ c* = β * τ c (4.20) τ c* = 0, = 74,06 τ c* = 74,1 MPa Dynamická bezpečnost volena k = 2 musí platit podmínka vypočítaná dynamická bezpečnost musí být vetší než volená k= τ c* τ ka kd = (4.21) 71,8 = 2,156 33,3 k d = 2,2 > k=2 Vyhovuje

40 5 Závěr Úkolem této práce bylo vypracovat konstrukční návrh stabilního šikmého pásového dopravníku na přepravu drceného kameniva. Výpočet byl proveden dle normy ČSN ISO 5048 výpočet výkonu a tahových sil. Na základě výpočtu jednotlivých odporů a zvolené rychlosti dopravního pásu byl vypočítán minimální výkon pohonu. Dle katalogu firmy Nord byla zvolena elektropřevodovka o výkonu 5,5 kw. Bezpečnost hřídele hnacího bubnu dle pevnostního výpočtu vyhovuje.u konstrukčního řešení byly jednotlivé komponenty voleny z katalogů výrobců

41 6 Seznam použitých zdrojů [1] Gajdůšek J, Škopán M: Teorie dopravních a manipulačník zařízení, skripta VUT Brno, [2] Černoch S: Strojně technická příručka, Praha: SNTL, [3] Leinveber J, Vávra P: Strojnické tabulky, 1 vyd. Praha: Albra, [4] Ždímal P: Soubor přednášek, bakalářské studium, [5] Norma ČSN ISO 5048: Zařízení pro plynulou dopravu nákladu pásové dopravníky s nosnými válečky výpočet výkonu a tahových sil, [6] GUMEX - dopravní pás, www: [7] Tranza válečková stolice, www: [8] Tranza válečky, www: [9] Elektropřevodovka - NORD, www: [10] AB TECHnology s.r.o., stěrač dopravního pásu, katalog produktů

42 7 Seznam použitých symbolů Označení Název Jednotka ao Rozteč horních válečkových stolic [m] au Rozteč dolních válečkových stolic [m] A b b1 B d do Dotyková plocha mezi pásem a čističem pásu Ložná šířka pásu (tj. skutečná zaplněná nebo nesoucí dopravovanou hmotu); využitelná šířka pásu Světlá šířka bočního vedení Šířka dopravního pásu Tloušťka pásu Průměr hřídele v ložisku d o* D e f F F1 F2 FC Minimální průměr konce hřídele Průměr bubnu Základ přirozených logaritmů Globální součinitel tření Průměrný tah v pásu bubnu Tah v pásu ve větvi nabíhající na buben Tah v pásu ve větvi sbíhající z bubnu Výsledná síla tahu v pásu [m] [m] [-] [-] [N] [N] [N] [N] FH Fmax Fmin FN FS Fst FT Hlavní odpory Největší tah v pásu Nejmenší tah v pásu Vedlejší odpory [N] [N] [N] [N] Přídavné odpory [N] Odpor k překonání dopravní výšky [N] FU Vektorový součet v pásu, působících na buben a tíhových sil hmot otáčejících se částí bubnu Potřebná obvodová síla na poháněcím bubnu [N] [N] FV Výsledná síla působící na hnací buben [N] g Gb Tíhové zrychlení Tíhová síla hnacího bubnu h a adm IV Im l lb L k [m 2 ] [m] [m] [m] [m] [m] [m/s 2 ] [N] Dovolený relativní průvěs pásu mezi válečkovými stolicemi [-] [m3/s ] Objemový dopravní výkon Hmotnostní dopravní výkon Déka bočního vedení Urychlovací délka Délka dopravníku (vzdálenost os bubnů) Součinitel sklonu [ kg h-1] [m] [m] [m] [-]

43 k1 kd ks MK Mo p PA PM PM* qb qg q RO q RU RA RB Re Rm S ST v v0 WK W0 α αk αo β β* γ δ εp η θ µ µ1 µ2 µ3 ν ξ ρ σo Součinitel korekce vrchlíku náplně pásu Dynamická bezpečnost [-] [-] Statická bezpečnost [-] Kroutící moment Ohybový moment Tlak mezi čističem pásu a pásem Provozní výkon na poháněcím bubnu Provozní výkon pohánějícího motoru [Nm] [N/m2] [W] [W] Provozní výkon pohánějícího motoru navýšený Hmotnost 1 m dopravního pásu Hmotnost nákladu na 1 m délky pásu [W] [kg/m] [kg/m] Hmotnost rotujících částí válečku na 1 m horní větve [kg/m] Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m dolní větve [kg/m] Reakční síla v ložisku Reakční síla v ložisku Mez kluzu v tahu [N] [N] [MPa] Mez pevnosti v tahu Průřez náplně pásu Teoretický průřez náplně pásu Rychlost pásu Složka rychlosti dopravované hmoty ve směru pohybu pásu [ MPa] [m2] [m2] [m/s] [m/s] Průřezový modul v krutu Průřezový modul v ohybu Sypný úhel Vrubový součinitel pro krut Vrubový součinitel pro ohyb Úhel sklonu bočních válečků korýtkových válečkových stolic [mm3] [mm3] stupně [-] [-] stupně Komplexní vrubový součinitel Vrubový součinitel Úhel sklonu dopravníku v směru ohybu pásu Součinitel velikosti hřídele [-] [-] stupně [-] Účinnost Dynamický sypný úhel (dopravované hmoty) Součinitel tření mezi poháněcím bubnem a pásem Součinitel tření mezi dopravovanou hmotou a pásem Součinitel tření mezi dopravovanou hmotou a bočnicemi Součinitel tření mezi pásem a čističem pásu Součinitel drsnosti povrchu hřídele Součinitel rozběhu Sypná hmotnost dopravované hmoty Napětí v ohybu [-] stupně [-] [-] [-] [-] [-] [-] [kg/m3] [MPa]

44 σ red σ oc τc τk ϕ Redukované napětí [MPa] Mez únavy v ohybu [MPa] Mez únavy v krutu Napětí v krutu Úhel opásání poháněcího bubnu [MPa] [MPa] [radiany] 8 Seznam příloh Název výkresu: Číslo výkresu: Návrhová sestava dopravníku N-0-3P/21-00 Podsestava pohonu P-1-3P/31-00 Detailní výkres hnacího hřídele 3-3P/