VÝZKUMNÁ ZPRÁVA NÁVRH TECHNOLOGIE PRO POHONNÉ JEDNOTKY SPECIÁLNÍCH ŘETĚZOVÝCH DOPRAVNÍKŮ

Transkript

1 KATEDRA KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ VÝZKUMNÁ ZPRÁVA NÁVRH TECHNOLOGIE PRO POHONNÉ JEDNOTKY SPECIÁLNÍCH ŘETĚZOVÝCH DOPRAVNÍKŮ Autor: doc. Ing. Jaroslav Krátký, Ph.D. Ing. Eva Krónerová, Ph.D. Číslo projektu: Číslo výsledku: Odpovědný pracovník: Vedoucí katedry: Děkan: 01-UK126-KKS-2010 doc. Ing. Jaroslav Krátký, Ph.D. doc. Ing. Václava Lašová, Ph.D. doc. Ing. Jiří Staněk, CSc. PLZEŇ, ŘÍJEN 2010

2 Název výsledku anglicky: Design technology for driving unit special chain conveyer Název výsledku česky: Anotace k výsledku anglicky: The content of the designed technology of the special chain conveyers driving unit is a proposal of a new geometry teeth driving unit (profile, material, heat treatment, surface finish, processing) and a proposal of the material and its heat treatment guides for keeping the chain conveyor. The proposed solution provides significantly lower power effects between the teeth driving unit and chain drive units and the higher life of the whole equipment. The proposed solution is in production and, if successful will be used in operation. Anotace k výsledku česky: Obsahem navržené technologie pohonné jednotky speciálních řetězových dopravníků je návrh nové geometrie zubů hnací jednotky (návrh jejich tvaru, materiálu, tepelného zpracování, povrchových úprav a výroby) a návrh materiálu a jeho tepelného zpracování vodících lišt pro vedení řetězového dopravníku. Navrhované řešení zaručuje podstatně nižší silové účinky mezi zuby hnací jednotky a řetězem a tím vyšší životnost celého zařízení. Navržené řešení je ve výrobě a v případě úspěšného odzkoušení bude použito v provozu. Klíčová slova anglicky: Driving unit, transporting, profile tooth, heat treatment Klíčová slova česky: Pohonná jednotka, dopravování, tvar zubu, tepelné zpracování Interní identifikační kód výsledku přidělený tvůrcem: 2

3 Popis vytvářené technologie Závěsný dopravník svařovaných rámů automobilových sedaček Firma VIZA Auto vyrábí rámy do autosedaček různých typů automobilů. Rámy autosedaček jsou dopravovány mezi jednotlivými pracovišti speciálními vysutými dopravníky. Dopravník se skládá ze speciálního řetězu, na kterém jsou zavěšeny rozpracované rámy autosedaček. Speciální řetěz umožňuje změnu směru pohybu jak v horizontálním, tak ve vertikálním směru. Posunová síla je odvozena od pohonné a tažné jednotky a na speciální řetěz působí přes zuby tažné jednoty. V záběru jsou vždy 2 3 dvojice zubů, které působí na pouzdra speciálního řetězu. Speciální řetěz je veden přes kladky (tvoří je 4 kuličková ložiska pro vertikální směr a 2 ložiska pro boční vedení. Dopravník je dlouhý ~ 200 m a prochází pecí, ve které je 180 C. Doba, ve které je při této teplotě je 30 minut. Závady: - trvalé opotřebení zubů působící na pouzdra speciálního řetězu - porušení povrchové vrstvy kladkové dráhy Po několika týdnech provozu jsou, jak je z obrázků zřejmé trvalé deformace tažných zubů a vodící dráhy pod kladkami řetězu. Požadované technické parametry - dodržet současné vnější rozměry dopravníku. Přiložen výkres hnacího prvku. 3

4 Současný stav - foto (zub, trať) 4

5 Úkol: - zjistit příčinu opotřebení řetězu - navrhnout takové řešení, aby k tomuto opotřebení nedocházelo Dopravník svařovaných rámů se skládá z: - pohonné jednotky, tj. motor P = 3 kw při 1400 ot/min a řetězového převodu - tažné jednotky, kterou tvoří řetězové kolo poháněné z pohonné jednotky a řetěz, na kterém jsou připevněny zuby - speciálního řetězu, na kterém jsou zavěšeny věšáky se svařovanými rámy autosedaček Parametry řetězového dopravníku: - pohonný motor P = 3 kw při n = 1400 ot/min - rychlost posuvu v = 3 m/min - celková délka dopravníku ~ 200 m - zatížení na jeden článek speciálního řetězu, tj. tíha od hmotnosti jednoho věšáku se svařovanými rámy F v1 = 1500 N - maximální počet věšáků k = 90 - počet zabírajících párů zubů z = 2 Pohled na řetěz dopravníku 5

6 Určení zatížení zubu hnací jednotky předběžný (zjednodušený) výpočet Celková maximální posouvaná hmotnost (tíha od hmotnosti): F m = k. F v1 = = N Celková síla pro posuv max. zatížení: F pos = f v. F m = 0, = 6750 N Vzhledem k odporům při změně směru bude uvažována síla F pos = N Potřebný výkon motoru: Budeme-li uvažovat celkovou účinnost 50%, je potřebný výkon motoru 1 kw Zatížení na jeden zub. Pohled na pojezdové kladky řetězu Předpoklad v záběru jsou vždy pouze dvě dvojice zubů. Uvažuji proto, že na jeden zub působí ve směru posuvu čtvrtina posunové síly. F N1 F z1p F R F R Rozklad sil mezi zubem a pouzdrem 6

7 Normálová síla působící v uvažovaném bodě (odhad normálová síla působí pod úhlem 45 ): Zatížení mezi kladkou a vedením: Hertzův tlak mezi zubem a kladkou: p H = 1944 MPa Hertzův tlak mezi kladkou a vedením: p H = 732 MPa Pevnostní hodnoty materiálu zubu: obr. 6 Naměřené hodnoty tvrdosti: Bod 1 - v místě rádiusu HB R m Bod 2 - pod rádiusem 150 HB 530 R m Bod 3 - zadní plocha 140 HB 530 R m Bod 4 - zadní plocha HB R m Bod 5 - v blízkosti svaru 180 HB 640 R m 7

8 Závěr předběžného (zjednodušeného) výpočtu: - pasivní odpory, posunová síla je odhadnuta - působiště síly 45 je odhadnuté, ve skutečnosti může být úhel větší a normálová složka podstatně větší - pevnost materiálu zubu v místě styku je (pravděpodobně technologií výroby) nejmenší - hodnota Hertzova tlaku v místě dotyku vyžaduje tvrzené stykové plochy Podrobnější analýza a) určení posuvové síly Velikost na zub hnací jednotky určíme z točivého momentu posunového motoru, resp. z odebraného proudu elektromotoru při posuvu dopravníku. Odečten byl odebíraný proud I = 2,4 A, třífázový proud, napětí U = 220 V Výkon motoru Řetězový převod na hnací jednotku Rychlost posuvu dopravníku Otáčky řetězového kola hnací jednotky Otáčky motoru Točivý moment na motoru Točivý moment na řetězovém kole hnací jednotky 8

9 Posunová síla (síla na dvojici zubů) Rozteč řetězu u dopravníku t ř = 400 mm Rozteč zubů na hnací jednotce: Hnací jednotka se skládá ze dvou řetězových kol o roztečných průměrech d 2= 203 mm. Vzdálenost řetězových kol je a = 1285 mm. Počet zubů pro posuv dopravníku je z p =8. Délka řetězu je Rozteč zubů pro posuv dopravníku je Rozteč řetězu dopravníku a rozteč zubů se liší prakticky o 1 mm. Z toho je zřejmé, že se zatížení nerozloží na více zubů a celé zatížení ponese pouze jedna dvojice zubů za předpokladu, že nosné boky obou zubů budou vyrobeny společně po přivaření na nosný článek. Zatížení jednoho zubu bude F z1 = 9000 N, což je 3,6 x větší zatížení než bylo uvažované jednoduchou úvahou!!! 9

10 Záběr zubu stávajících rozměrů, tj. délka 45mm (50mm) Obr. 7 10

11 Závislost normálové síly na poloze záběru zubu s pouzdrem řetězu při síle ve směru posuvu F p = 9000 N. Jedná se o zatížení jednoho zubu. úhel záběru [N] normálná síla [N] svislá [N] ,47E+20 1,47E+20 složka 11

12 Upravený tvar zubu pro snížení úhlu dotyku na začátku záběru Bod dotyku v ustálené poloze: 12

13 Závěr k předcházejícím úvahám 1) Posuvová síla F p = N je určena z odebíraného proudu elektromotoru a je proto nutno ji brát jako skutečnost, plynoucí ze současného provozního stavu dopravníku. 2) Protože rozteč zubů na řetězovém kole se liší o 1 mm od rozteče speciálního řetězu dopravníku, je nutno uvažovat, že celé zatížení od posuvové síly přenáší jen jeden pár zubů. 3) Uhel dotykového bodu zubu s pouzdrem řetězu dopravníku u stávajícího profilu zubu pohybuje v rozsahu 22 o 79 o. Délka zubu nemá praktický vliv na polohu dotykového bodu. 4) Velikost normálové složky sily mezi zubem a pouzdrem a svislé složky síly mezi vnějším kroužkem ložiska a vodící drahou vyvozuje takové kontaktní napětí, že vyžaduje aby pevnost materiálu zubu a pevnost materiálu vodící lišty byla 900 MPa a povrch zubu a vodící lišty povrchově kalit 55 HRC do hloubky minimálně 1 mm. 5) Vzhledem k tomu, že rozteč zubů na řetězovém kole se liší o 1 mm od rozteče speciálního řetězu dopravníku, nemůže prodloužení řetězu od ohřátí průchodem pece (jedná se o prodložení o 0,7mm) ovlivnit počet nosných zubů v záběru. Doporučení 1) Zjistit, jestli nedochází v některé části řetězové dráhy vlivem montážních nepřesností ke sevření specálního řetězu a tím k velkému nárustu síly potřebné pro posuv dopravovaných částí. 2) Upravit tvar nosného zubu tak, aby se snížil úhel dotyku zubu s pouzdrem na začátku a konci záběru (viz. upravený tvar zubu). 3) Zuby vyrobit z materiálu o pevnosti 900 MPa a povrch zubu povrchově kalit 55 HRC do hloubky minimálně 1 mm. 4) Vodící lištu pod hnací jednotkou vyrobit z materiálu o pevnosti 900 MPa a povrchově kalit 55 HRC do hloubky minimálně 1 mm. 5) Použitím tvaru zubu dle upraveného návrhu se sníží zatížení na začátku a konci záběru přibližně na poloviční hodnotu (viz. tabulka sil pro úhly dotyku 80 o a 70 o ) 6) Po přivaření dvojice zubů na nosnou část společně přebrousit dotykovou část povrchu zubů. Maximální úběr materiálu při broušení musí být 0.25mm, jinak by došlo k odebrání tvrzené vrstvy. Uživatel technologie Navržená technologie je využívána a uplatněna u firmy VIZA AUTO CZ, s.r.o.. Odkaz: 13

14 Přílohy 1. Potvrzení o ověření technologie 2. Předávací protokol 3. Objednávka