KA 19 - UKÁZKOVÝ PROJEKT 2.3 VÝSTUPNÍ ŽLAB VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA

Transkript

1 KA 19 - UKÁZKOVÝ PROJEKT 2.3 VÝSTUPNÍ ŽLAB VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA Ing. Zdeněk Raab, Ph.D. Tyto podklady jsou spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Obsah 1. Výstupní žlab Technická specifikace Návrh pohonu rolen Volba kardanové hřídele Kontrola pera Kontrola ložisek pro uložení rolny Kontrola ložisek pro uložení ramene v základním rámu Kontrola hydraulického válce sklápění rolen Kontrola hydraulického válce vykládání Kontrola korýtkové spojky Kontrola uložení čepu ramena vykládání v kluzném ložisku

3 Layout rovnací tratě 3

4 1. Výstupní žlab 1.1 Technická specifikace Výstupní žlab slouží pro přepravu trubek ve směru jejich osy z rovnacího zařízení. Trubka vycházející z rovnačky je nejprve podepřena v přepravní výšce žlabu vstupním odlitkem. Poté dojde k nabrání trubky rolnami v jejich horní poloze. Každá z těchto rolen je poháněna převodovým motorem, čímž dojde k udržování pohybu trubky ve žlabu směrem od rovnačky. Jakmile se dostane konec trubky do roviny vykládání, rolny se sklopí do dolní polohy a trubka se položí na odlitky žlabu. Pak je trubka nadzvednuta rameny vykládání a po nakloněné rovině se přes stojany vykládání odvalí do další části úpravárenské linky. Ramena vykládání se skopí dolů, rolny se zvednou do horní polohy a cyklus se opakuje s další trubkou. Popis technického řešení Technické řešení žlabu bude vysvětleno pomocí obrázků níže. Na základním rámu (1) jsou v ložiscích (3) otočně uložena ramena (2). Na každém rameni (2) je v ložiscích (4) uložena rolna (5), která je poháněna přes kardanovou hřídel (6) převodovým motorem (7). Zvedání a spouštění ramen (2), resp. rolen (5), je realizováno jedním hydraulickým válcem (8) připojeným k poslednímu rameni (2) a základnímu rámu (1). Všechna ramena (2) jsou z důvodu centrálního ovládání navzájem propojena pomocí táhel (9). Na základního rámu (1) je v přední části montován vstupní odlitek (10). Na boku základního rámu (1) jsou otočně v kluzných ložiscích (11) uložena tři ramena vykládání (12). Vzájemně jsou ramena vykládání (12) propojena korýtkovými spojkami (13). Zvedání a spouštění ramen vykládání (12) je řešeno pomocí hydraulického válce (14) připojeného k prvnímu z těchto ramen. Samostatně stojící stojany vykládání (15) jsou montovány k podlaze haly z boku žlabu na straně ramen vykládání (12) jako prodloužení nakloněné roviny. Na konci žlabu je v základu podlahy zabetonován pevný doraz (16). Obr. 1 Řez výstupním žlabem: 2-Rameno, 3-Ložisko, 4-Ložisko, 5-Rolna, 6-Kardanová hřídel, 7-Motor s převodovkou, 15-Stojan vykládání 4

5 Obr. 2 Výstupní žlab: 1-Základní rám, 8-Hydraulický válec, 9-Táhlo, 10-Vstupní odlitek, 11-Kluzné ložisko, 12-Rameno vykládání, 13-Korýtková spojka, 14-Hydraulický válec, 16-Doraz 5

6 1.2 Návrh pohonu rolen Vstupní hodnoty: Max. rychlost přepravy trubek Čas zrychlení Průměr rolny, na kterém je unášena trubka Hmotnost největší trubky v přep 100 t roz 0.5 D přep 166 m t 430 Moment setrvačnosti rolny J rol Koeficient bezpečnosti (zahrnuje zanedbané dynamické účinky při nabírání a přepravě trubek, pasivní odpory atd.) k dyn 2 Výstupní hodnoty: v přep a roz = 3.3 t 2 roz m t F roz a roz = D přep M roz k dyn F roz = v přep n přep = D přep 6

7 2 n α přep = t roz M roz_rol J rol α= 9.7 P M roz + M roz_rol 2 n přep = 1.8 Na základě vypočtených hodnot byl zvolen motor SEW R47 DRE 100M4 [4]. Parametry motoru: Výkon motoru Výstupní otáčky P m 2.2 n m Maximální točivý moment Převodový poměr M m i Obr. 3. Motor SEW R137 DRE 132M4 [4]. 7

8 1.3. Volba kardanové hřídele Pro přenos točivého momentu z motoru na rolnu je použit kardanový hřídel. Volba typu těchto kardanových hřídelí byla provedena s ohledem nejen na výkonové parametry motoru, ale také na rozměr výstupního hřídele z převodovky (ten určuje minimální průměr příruby kardanové hřídele). Jako dodavatel této nakupované komponenty byla zvolena firma GKN. Parametry kardanové hřídele typ : Hodnota točivého momentu pro jmenovité zatížení Hodnota točivého momentu pro střídavé zatížení Hodnota točivého momentu pro krátkodobé přetížení T K T DW 1.8 [5] 0.7 [5] T CS 1.3 T K = 2.3 Porovnání jmenovitého zatížení kardanové hřídele s nominální hodnotou točivého momentu motoru: if T K > M m = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje Obr. 4. Základní rozměry a hodnoty přenášeného zatížení kardanové hřídele [5] 8

9 1.4 Kontrola pera příruby kardanu Obr. 5. Spojení motoru s rolnou pomocí kardanové hřídele Obr. 6. Spojení příruby kardanu s hřídelem rolny perem těsným (ČSN ) Vstupní hodnoty: Šířka pera Výška pera Délka pera Průměr hřidele b 8 h 7 l 50 d 30 Materiál pera

10 Mez kluzu materiálu ČSN Bezpečnost (zvolená hodnota) R e 320 [2] k e 2 [3] Dovolený měrný tlak p d R e = 160 k e Výstupní hodnoty: S ( l b) h = styková plocha pera F 2M m = přenášená síla d p F = měrný tlak ve styku pera s S nábojem if p d p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 10

11 1.5. Kontrola ložisek pro uložení rolny Rolna je v ramenech uložena na dvouřadých soudečkových ložiscích typu 22213EK od firmy SKF. Uložení rolny v ložiscích bude dimenzováno na 1/3 hmotnosti trubky. Obr. 7 Parametry ložiska uložení rolny Vstupní hodnoty: Obr. 8 Rolna na ložiscích Tíhová síla od hmotnosti trubky na jednu rolnu Hmotnost rolny Dynamická únosnost m t F 1 = m rol 56.4 C 193 [7] 11

12 Statická únosnost Směrný součinitel statické bezpečnosti dle katalogu SKF Rotační součinitel Radiální součinitel Exponent rovnice trvanlivosti pro soudečkové ložisko C S 0 1 [7] V 1 [2] X 1 [2] m 10 = [2] 3 Otáčky n Výstupní hodnoty: F Grol m rol = tíhová síla od hmotnosti rolny F G F Grol + F 1 = tíhová síla od hmotnosti rolny a trubky F G F r = reakce v ložisku 2 F e V X F r = ekvivalentní dynamické zatížení S C 0 = 221 součinitel bezpečnosti ložiska při F e statickém namáhání if S S 0 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje m L 10 = C F trvanlivost ložiska při 90% e spolehlivosti v milionech otáček L 10h 106 = 60 n L trvanlivost ložiska při 90% spolehlivosti v hodinách Provozní trvanlivost ložiskového uložení závisí na mnoha dalších faktorech, jako je mazání, stupeň znečištění, nesouosost, správná montáž, okolní podmínky atd. Proto se předpokládaná trvanlivost ložisek může výrazně lišit od skutečné provozní trvanlivosti v dané oblasti použití. V tomto případě spočítaná trvanlivost spolehlivě dosáhne na teoretickou základní hodnotu otáček i se zohledněním výše zmíněných faktorů a proto lze konstatovat, že navržené uložení. 12

13 1.6. Kontrola ložisek pro uložení ramene v základním rámu Ramena jsou v základním rámu uložena na dvouřadých soudečkových ložiscích typu 22213EK od firmy SKF. Uložení rolny v ložiscích bude dimenzováno na 1/3 hmotnosti trubky. Vzhledem ke kývavému pohybu ramen s rolnami bude ložisko kontrolováno na statickou únosnost. Obr. 9. Parametry ložiska RS1 [7] Obr.10. Zatížení ložisek uložení ramena 13

14 Vstupní hodnoty: Tíhová síla od hmotnosti trubky na jednu rolnu Hmotnost táhla Hmotnost ramene s rolnou Statická únosnost ložiska Vzdálenost mezi ložiskem B a působištěm tíhové síly táhla Vzdálenost mezi ložiskem B a působištěm tíhové síly ramena s rolnou Vzdálenost mezi ložiskem B a působištěm tíhové síly trubky Vzdálenost mezi ložisky Směrný součinitel statické bezpečnosti dle katalogu SKF F 1 = m tahla 33 m r 167 C [7] l 1 20 l l l 710 S 0 1 [7] Výstupní hodnoty: F G1 m tahla = tíhová síla od táhla F G2 m r = tíhová síla od ramena s rolnou F RA F 1 F G2 F G1 + F RB = 0 podmínka rovnováhy sil ve vertikálním směru F RA l F 1 l 3 F G2 l 2 F G1 l 1 = 0 momentová podmínka k bodu B F F RA 1 l 3 + F G2 l 2 + F G1 l 1 = reakce v místě A l F RB F 1 + F G1 + F G2 F RA = reakce v místě B C 0 S = 113 součinitel bezpečnosti ložiska při F RB statickém namáhání 14

15 if S S 0 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 15

16 1.7. Kontrola hydraulického válce sklápění rolen Zvedání a spouštění všech devíti ramen, resp. rolen, je realizováno jedním hydraulickým válcem firmy Rexroth typ CDH1MP A3X-B11CGDMW. Při výpočtu je uvažován stav, kdy rolna začne zvedat trubku. Byly zanedbány pasivní odpory, dynamické účinky při kontaktu rolny s trubkou, setrvačné účinky pohybujících se hmot atd., proto byla výsledná potřebná síla ve válci násobena koeficientem bezpečnosti. Vstupní hodnoty: Obr.11. Sklápění rolen hydraulickým válcem Hmotnost trubky m t = 430 Hmotnost ramene s rolnou Počet ramen Vzdálenost těžiště trubky od osy rotace Vzdálenost těžiště ramene s rolnou od osy rotace Délka páky ramene m r 167 i 8 l l l

17 Plocha pístu ze strany pístní tyče S [8] Pracovní tlak válce p 100 Koeficient bezpečnosti k 2 Výstupní hodnoty: F Gt m t = tíhová síla od hmotnosti trubky F Gr m r = tíhová síla od hmotnosti ramene s rolnou F v = i F Gr l 1 + F Gt l 2 k potřebná síla v hydraulickém válci l 3 F vmax p S 3 = síla v hydraulickém válci při 100 barech if F vmax F v = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 17

18 1.8. Kontrola hydraulického válce vykládání Vykládání trubek z výstupního žlabu je realizováno rameny vykladani ovládanými hydraulickým válcem firmy Rexroth typ CDH1MP A3X-B11CSDMW. Při výpočtu je uvažován stav, kdy začne zvedání trubky. Byly zanedbány pasivní odpory, setrvačné účinky pohybujících se hmot atd., proto byla výsledná potřebná síla ve válci násobena koeficientem bezpečnosti. Obr.12. Vykládání trubek ze žlabu Vstupní hodnoty: Hmotnost trubky m t = 430 Hmotnost ramen vykládání m rv 585 Vzdálenost těžiště ramen vykládání od osy rotace l 1 39 Vzdálenost těžiště trubky od osy rotace l Délka páky ramen vykládání l Plocha pístu S [8] Pracovní tlak válce p 100 Koeficient bezpečnosti (zvolená hodnota) k

19 Výstupní hodnoty: F Gt m t = tíhová síla od hmotnosti trubky F Gr m rv = tíhová síla od ramen vykládání F v = F Gt l 2 + F Gr l 1 k potřebná síla v hydraulickém válci l 3 M k F v l 3 = potřebný točivý moment F vmax p S 3 = síla v hydraulickém válci při tlaku 100 bar if F vmax F v = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 19

20 1.9. Kontrola korýtkové spojky Vstupní hodnoty: Délka korýtkové spojky Mezera mezi hřídeli Průměr hřídele v korýtkové spojce Počet šroubů ve spoji Koeficient tření (ocel-ocel) Bezpečnost proti prokluzu (zvolená hodnota) Dovolený stykový tlak l k 280 l m 15 d h 85 i š 6 f 0.2 [2] k p 2 p D 50 [3] Potřebný přenášený točivý moment M k = Mez kluzu mat. 8.8 Průměr jádra šroubu M20 Stoupání závitu Střední průměr závitu šroubu M20 Střední průměr dosedací plochy hlavy šroubu Vrcholový úhel závitu Koeficient bezpečnosti (zvolená hodnota) Doporučený utahovací moment R e 640 [7] d [2] P 2.5 [2] d [2] D 25 α 60 [2] k e 1.5 M UDOP 588 [7] Výstupní hodnoty: l l s k l m = styková délka 2 M sv k p M k = potřebný točivý moment 2 M sv F sv = potřebná svěrná síla d h 20

21 F sv p = 22.2 tlak ve stykové ploše d h l s f if p D p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 4 M F š sv = osová síla ve šroubu i š d h f F dš R 2 e d 3 = dovolená osová síla ve šroubu 4 k e γ atan P = d úhel stoupání závitu 2 f' f = cos α součinitel tření v klínové drážce závitu 2 φ' atan (f') = třecí úhel M UH F š f D = třecí moment mezi hlavou 2 šroubu a podložkou F U F š tan ( γ+ φ') = obvodová síla při utahování M UZ F U d 2 = třecí moment v závitech 2 M U M UH + M UZ = utahovací moment if M UDOP M U = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje Aby bylo zajištěno, že šrouby v závitových děrách budou plnit svou funkci a nedojde k jejich uvolnění nebo selhání, je dobré se při montáži řídit doporučenými utahovacími momenty. 21

22 1.10. Kontrola uložení čepu ramena vykládání v kluzném ložisku Ramena vykládání jsou uložena na čepech v kluzných ložiscích z materiálu ČSN Při výpočtu je uvažováno zatížení ložisek od ramen a trubky, tj. každé ložisko je zatíženo polovinou hmotnosti ramena a 1/3 hmotnosti trubky. Vstupní hodnoty: Obr.13 Uložení čepu krytu Hmotnost ramena vykládání m rv 185 Hmotnost trubky m t = 430 Délka styku pouzdra a čepu Vnitřní průměr pouzdra Dovolený měrný tlak l p 170 d p 85 p Dp 40 [2] Výstupní hodnoty: m rv m t F p + = radiální síla na jedno ložisko 2 3 F p p p = 0.16 měrný tlak ve styčné ploše l p d p if p Dp p p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 22

23 Použitá literatura [1] Katalog technologie spojovacího materiálu od firmy FABORY webová stránka firmy: webová stránka katalogu: [2] LEINVEBER, J., RASA, J., VÁVRA, P. Strojnické tabulky. Praha: Scienta, spol. s.r.o [3] KRÁTKÝ, J., HOSNEDL, S. Obecné strojní části 1, Brno: Computer Press, 1999 [4] Katalog převodových motorů od firmy SEW EURODRIVE webová stránka firmy: vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy [5] Katalog kardanových hřídelů od firmy GKN webová stránka firmy: webová stránka katalogu: Catalogue_Driveline_Solutions_Uni-Cardan.pdf vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy [6] Katalog válečkových řetězů od firmy MAEDLER webová stránka firmy: webová stránka katalogu: [7] Katalog ložisek od firmy SKF webová stránka firmy: vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy [8] Katalog hydraulických válců od firmy REXROTH webová stránka firmy: vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy 23

24 Poděkování Investice do rozvoje vzdělávání. Tyto podklady jsou spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/ Inovace výuky podpořená praxí. Tyto podklady jsou spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.