VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY KOREČKOVÝ ELEVÁTOR BUCKET ELEVATOR

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 KOREČKOVÝ ELEVÁTOR BUCKET ELEVATOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR TOMÁŠ SOCHOR ING. MARTIN JONÁK BRNO 2016

2

3

4 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je návrh svislého korečkového elevátoru, který má slouţit k dopravě obilovin s dopravní výškou 19 m a dopravovaným mnoţstvím 100 t/hod. Práce se skládá z popisu korečkového elevátoru a jeho hlavních částí, zmiňující se v úvodní rešerši. Tato práce je zaměřena na funkční a kapacitní výpočet, určení pohonu a napínacího zařízení. Další výpočet je kontrolní, skládající se z pevnostní kontroly hnacího hřídele, výpočtu pera, ţivotnosti loţisek a výpočtu napínacího zařízení. K práci je přiloţena výkresová dokumentace dle zadání. KLÍČOVÁ SLOVA svislý korečkový elevátor, obilovina, doprava materiálu, pohon, napínací zařízení ABSTRACT The aim of this thesis is a design of a vertical bucket elevator which is to be used to transport cereal. The transport height is nineteen meters and transport capacity one hundred tons per hour. This thesis consists of a description of the vertical bucket elevator and its main parts which are mentioned in the introductory list. The thesis deals with functional and capacitive calculations, determining a drive and a tensioning device. Another calculation has the function of control a drive shaft, calculation of spring, lifespan of bearings and a calculation of the tensioning device. In addition, there is a design study according to the assignment. KEYWORDS vertical bucket elevator, cereal, transport of material, power, tensioning device BRNO 2016

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE SOCHOR, T. Korečkový elevátor. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Martin Jonák. BRNO 2016

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Martina Jonáka a s pouţitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 27. května Tomáš Sochor BRNO 2016

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád poděkoval vedoucímu své bakalářské práce, panu Ing. Martinovi Jonákovi za odbornou pomoc, konzultace a ochotu při zpracování mé bakalářské práce. BRNO 2016

8 OBSAH OBSAH Úvod Korečkové elevátory Hlavní části korečkového elevátoru Taţný orgán Řetěz Pás Korečky Upevnění Plnění Vyprazdňování Poháněcí stanice korečkového elevátoru Napínací zařízení korečkového elevátoru Konstrukce korečkového elevátoru Funkční výpočet Předběţný výpočet Zadané hodnoty Zvolené parametry Osová vzdálenost bubnů Maximální dopravní výška elevátoru Výkon motoru Obvodová síla na hnacím bubnu Volba korečku Volba taţného orgánu Stanovení tahů v taţném orgánu Maximální dovolené zatíţení pásu Přesný výpočet Určení délkových zatíţení Určení jednotlivých odporů proti pohybu Stanovení výkonu hnacího motoru Volba pohonu Určení skutečné rychlosti korečku Určení vyprazdňování korečku Skutečná obvodová síla na hnacím bubnu Určení napínací síly F n a přídávné napínací síly F n' Určení tahů v jednotlivých větvích T 1 a T 2 a kontrola pásu BRNO

9 OBSAH Určení odstředivé síly Kontrola dopravního výkonu Kontrolní výpočet Pevnostní výpočet hnací hřídele Výpočet reakcí v loţiskách VVÚ (výsledné vnitřní účinky) Kontrola kritických míst - statická bezpečnost Kontrola kritických míst - dynamická bezpečnost Pevnostní kontrola pera Kontrola loţiskových jednotek hnací hřídele Kontrola loţiskových jednotek hnané hřídele Výpočet napínacího zařízení Výpočet tlačné pruţiny Kontrola napínacího šroubu na otlačení Kontrola závitové tyče na vzpěr Volba konstrukčního řešení elevátoru Konstrukce Hlava elevátoru Pata elevátoru Závěr Pouţité informační zdroje Seznam pouţitých zkratek a symbolů Seznam příloh BRNO

10 ÚVOD ÚVOD Korečkové elevátory jsou zařízení, které se nejčastěji pouţívají pro dopravu materiálu ve svislém a strmém směru [4]. Elevátory mají rozsáhlé vyuţití v různých výrobních odvětvích. Nejčastěji se pouţívají především v zemědělství, také v potravinářství, stavebnictví, chemickém průmyslu i jako dopravník pro mezioperační manipulaci [6]. Výhoda u korečkových elevátorů je nízká spotřeba energie (vyváţení obou větví), malý vestavěný prostor, relativně vysoký dopravní výkon, spolehlivý provoz, u řetězových elevátorů provoz v horkém prostředí. Nevýhodou můţe být omezená dopravní výška a prašnost při dopravě některých materiálů [6]. Jedná se o zajímavé a pouţívané zařízeni pro dopravu materiálů, proto jsem si korečkový elevátor vybral pro svoji bakalářskou práci. Cílem práce je vytvoření kompletního konstrukčního návrhu elevátoru pro dopravu obilovin se zaměřením na pohon a napínací zařízení, kde rozhoduje zadaná dopravní výška a dopravní mnoţství elevátoru pro dopravu obilovin. Funkční výpočet je řešen podle skript [4], následuje kontrolní a pevnostní výpočet určitých součástí a výkresová dokumentace dle zadání. BRNO

11 KOREČKOVÝ ELEVÁTOR 1 KOREČKOVÉ ELEVÁTORY Korečkové elevátory jsou pouţívány pro přepravu sypkých látek nejrůznějších druhů. Nejčastěji cement, písek, uhlí, popel, obilí, mouka atd. a to ve směru svislém (obr. 1) nebo strmém (úhel stoupání < 60 ) [4]. Elevátory jsou běţně pouţívány pro dopravní výšky aţ 40 m a pro malá a střední dopravované mnoţství do 160 t/hod [4]. Dopravní výška je omezena pevností taţného orgánu, kdyţ je však pouţit pás jako taţný orgán, docílí se tak vyšší rychlosti a dostane se aţ na hodnoty 200 m pro dopravní výšku a dopravní výkon aţ 1000 t/hod [4]. Materiál se přepravuje pomocí korečků (plechová nádoba), které jsou pevně připevněny na taţný orgán, tedy gumový pás nebo řetěz. Rychlosti u dopravního pásu se pohybují v rozmezí od 1 do 3,5 m s -1 a u řetězu od 0,3 do 1,2 m s -1 [4]. Elevátor je umístěn v uzavřené prachotěsné šachtě, poháněcí stanice je v horní části a napínací zařízení je umístěno ve spodní části [4]. Konstrukční uspořádání můţeme vidět na obr. 2. Rozdělení základních typů korečkových elevátorů podle konstrukčního provedení, taţných prostředků, nakládání a vykládání korečků, dopravní rychlosti a druhu nákladu obsahuje norma ČSN , viz [3]. Obr. 1 Svislý korečkový elevátor [12]. BRNO

12 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU 2 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Hlavní části korečkového elevátoru (obr.2) tvoří - násypný otvor (1), pata (2), hlava s pohonem (3), hnací buben (4), napínací zařízení (5), taţný orgán (6), koreček (7). Obr. 2 Konstrukční uspořádání korečkového elevátoru. 2.1 TAŽNÝ ORGÁN Taţný orgán je pás nebo řetěz, na který se připevní korečky [4] ŘETĚZ Řetěz, jako taţný orgán, je pouţit v případech, kdy je dopravován abrazivní materiál, materiál o vysoké teplotě nebo při značné dopravní výšce. Pouţívány jsou řetězy článkové, tepelně zpracované pro zvýšení odolnosti proti otěru, řetězy s vysokou pevností, sponové transportní, BRNO

13 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU pouzdrové řetězy nebo sponové zvedací (Gallův řetěz). U Gallových řetězů nesmí překročit rychlost 0,2 m s -1 [5]. Pohon článkových řetězů je třecí, řetězové kladky jsou hladké, vybavené pouze obvodovou dráţkou pro vedení řetězu. Pouţívají se pro nízké dopravní rychlosti a z toho plynoucí nízké dopravní výkony a malé dopravní výšky [4]. Článkový řetěz je u řetězových dopravníků nejběţnější a nejpouţívanější. Články jsou kované nebo svařované, a tím je řetěz nerozebíratelný. Osvědčují se v podmínkách hrubého provozu a snášejí vysoké teploty. Kladky mohou mít malý poloměr. Jejich nevýhodou je hlučnost a značná hmotnost [7] PÁS Pásy u korečkových elevátorů jsou pryţové, polyvinylchloridové, tkané nebo pletivové [5]. Šířka pásu se volí v závislosti na šířce korečku dle rovnice [5]. B p = b k + (0,03 aţ 0,1) [m] (1) Kde: B p - šířka pásu b k - šířka korečku Nejčastěji jsou pouţívány pásy pryţové. Tyto pásy mohou mít vloţky textilní, z umělých vláken nebo ocelových lan. Vloţky z ocelových lan sniţují prodlouţení pásu účinkem sil, a tím potřebný zdvih napínacího ústrojí. Pryţové pásy odolávají teplotám 80 C, ve speciálním provedení aţ do 130 C [5]. V potravinářském, chemickém či farmaceutickém průmyslu se uplatňují pásy s krycí vrstvou nebo celé z PVC, při velkém namáhání se pouţívají pásy pletivové [5]. 2.2 KOREČKY Korečky jsou jednou z nejdůleţitějších částí elevátoru, protoţe nám zařizují přepravu materiálu. BRNO

14 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Tvar a materiál korečku je závislý na dopravovaném materiálu. Vyrábějí se převáţně z ocelového plechu tloušťky 1 aţ 8 mm lisováním, svařováním, ve speciálních případech mohou být lité z různých slitin [5]. Je-li potřeba, povrch korečku se dá upravit pozinkováním, fosfátováním, povlakem z pryţe nebo plastu. Obsah korečku je od 0,63 do 80 dm 3, výjimečně aţ 150 dm 3 [5]. V potravinářském a chemickém průmyslu se pouţívají korečky z umělých hmot [6]. Pro běţné účely se pouţívá šest základních profilů dle normy [2] viz obr. 3. Obr. 3 Základní profily korečku [4] UPEVNĚNÍ Korečky jsou na pás připevněny speciálními talířovými šrouby (obr.4a), navulkanizováním (obr.4b) nebo speciálními segmenty (obr.4c) [4]. Jestliţe se korečky šroubují přímo na pás, musí se v místě připevnění zaoblit tak, aby vnitřní strana pásu se šrouby byla rovná a nedocházelo ke styku s bubnem [4]. Obr. 4 Upevnění korečků na páse [4]. BRNO

15 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Korečky jsou k řetězům připevněny odnímatelně šrouby a to bočně (obr.5a) nebo čelně (obr.5b). Připojení na pouzdrový řetěz je viditelný na (obr.5c) [4]. Korečky mohou být zavěšeny na jedné nebo dvou větvích řetězu. U článkových řetězů se pouţívá z důvodu stability zavěšení na dvou větvích [5]. Obr. 5 Upevnění korečků na řetězech [4] PLNĚNÍ Způsob plnění materiálu do korečku je hrabací, nasypávací nebo smíšený (kombinace nasypávání a hrabání) [4]. Důleţité je rovnoměrné plnění korečků bez jejich přeplňování [6]. U hrabacího způsobu (obr.6a) je materiál dopravován do šachty tak, ţe propadne na dno a tam je shromaţďován. Při průchodu korečků dochází k nabírání materiálu a je vhodný pro jemně kusovité aţ jemně práškovité sypké materiály. Pro materiály s malou zrnitostí neovlivňuje tento způsob plnění maximální rychlost elevátoru, pro materiály kusovité se musí rychlost volit do 1 m s -1. Jako taţné orgány se pouţívají pásy i řetězy [4]. Nasypávací způsob (obr.6b) je nejvhodnější jak z hlediska energetického, tak z hlediska opotřebení korečků [6]. Dopravovaný materiál je do korečku přímo nasypáván. Pro materiály kusovité aţ silně abrazivní (ruda, struska, koks, hrubozrnné uhlí atd.). Jako taţný orgán se výhradně pouţívají řetězy s dopravní rychlostí do 1 m s -1 [4]. Smíšený způsob nastává při nedokonalém násypném způsobu, kdy část materiálu propadá kolem korečku na dno šachty a je zde korečky nabírána [6]. Odpovídá (obr.6a) a vzniká při větším přísunu dopravovaného materiálu [4]. BRNO

16 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Obr. 6 Způsob plnění [4] VYPRAZDŇOVÁNÍ Podle způsobu vyprazdňování jsou elevátory děleny na odstředivé (obr.8a) a gravitační (obr.8b). Rozhodující pro určení způsobu vyprazdňování je poloha pólu P (obr. 7). Bod P je průsečíkem nositelky výslednice vnějších sil působících na obsah korečku (tíhové síly a odstředivé síly) s vertikální osou. Jestliţe leţí pól uvnitř kruţnice R 2, je materiál vysypáván vlivem odstředivé síly z korečku přes jeho hranu 1 jiţ v II. kvadrantu, jedná se tak o odstředivé vyprazdňování. Bude-li vzdálenost a pólu P od středu O větší neţ poloměr R 1, potom budeme hovořit o gravitačním vyprazdňování, protoţe materiál bude vypadávat přes vnitřní hranu 2 aţ v I. kvadrantu. Křivka vzniklá řezem hladinovou plochou materiálu v korečku je logaritmická spirála [4]. U gravitačního vyprazdňování je potřeba kontrolovat rozteč korečků, aby materiál po opuštění korečku nedostihl koreček předchozí a nedocházelo ke tříštění materiálového toku [4]. Obr. 7 Konstrukce pólu P [4]. BRNO

17 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Poloha pólu P se stanoví na základě podobnosti vyšrafovaných trojúhelníků [4]. a p R = G = m g F o m R ω 2 (2) odkud a p = g [m] (3) ω2 Kde: a p - pólová vzdálenost [m] R - poloměr kruţnice opsané těţištěm korečku [m] G - tíha obsahu korečku [N] F o - odstředivá síla působící na obsah korečku [N] m - hmotnost materiálu v korečku [kg] g - tíhové zrychlení [m s -2 ] ω - úhlová rychlost hnacího bubnu [rad s -1 ] a) b) Obr. 8 Způsoby vyprazdňování: a) odstředivé [13], b) gravitační [14]. BRNO

18 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU 2.3 POHÁNĚCÍ STANICE KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Poháněcí stanice je umístěna v hlavě elevátoru. Pro menší výkony se volí převodový motor, u větších výkonů se pouţívá výstupní dutá hřídel z převodovky, která je navlečena na hnací hřídel elevátoru [5]. Převodovka se pouţívá jednorychlostní kuţelo-čelní. Na prvním (předlohovém) hřídeli je malý pomocný motor dimenzovaný pouze na překonání odporů prázdného elevátoru. Slouţí pro malý chod dopravníku, například při revizích či opravách [6]. 2.4 NAPÍNACÍ ZAŘÍZENÍ KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Často stačí k vyvození potřebné odbíhající síly vlastní tíha součástí vratné stanice [5]. Pokud k vyvození síly nestačí vlastní tíha, napne se taţný orgán pomocí závaţí nebo pomocí šroubů [6]. Potřebný zdvih je u pásu aţ 500 mm. U řetězů minimálně 2 rozteče a napínací síla je 500 N aţ 2000N. U pásu se určí minimální předpětí podle přenosu sil mezi bubnem a pásem [5]. Obr. 9 Napínací zařízení [15]. BRNO

19 HLAVNÍ ČÁSTI KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU 2.5 KONSTRUKCE KOREČKOVÉHO ELEVÁTORU Podle nosné konstrukce dělíme elevátory na otevřené a uzavřené. U otevřených elevátorů tvoří nosnou část zpravidla ocelová konstrukce (příhradová). U uzavřených elevátorů tvoří nosnou konstrukci šachta elevátoru, která je společná pro obě větve taţného orgánu s korečky nebo je zavěšena na hlavě elevátoru. Kvůli značným délkám nosných konstrukcí je nutno počítat s jejich tepelnou dilatací a uloţení řešit jako staticky určité [5]. BRNO

20 FUNKČNÍ VÝPOČET 3 FUNKČNÍ VÝPOČET Nejdříve se provede předběţný výpočet, navrhne se taţný orgán, rozměry bubnů nebo kladek a vybere se vhodný koreček. Poté následuje přesný výpočet, ve kterém se ověří správnost předběţného výpočtu. 3.1 PŘEDBĚŽNÝ VÝPOČET Výpočet proveden dle [4] ZADANÉ HODNOTY Dopravní výška H dop = 19 m Jmenovité dopravní mnoţství Q = 100 t hod Dopravovaný materiál - obiloviny Měrná hmotnost obilovin (700 aţ 800 kg m -3 ) [16] - volím γ = 800 kg.m -3 Uvaţují obilovinu s největší měrnou hmotností (pšenici), aby nedošlo k přetíţení elevátoru a zároveň byl dosaţen dopravní výkon ZVOLENÉ PARAMETRY Průměr hnacího bubnu D 1 = 0,5 m Průměr hnaného napínacího bubnu D 2 = 0,5 m Výška dolní příruby od země H n = 1,5 m Vzdálenost osy napínacího bubnu od země l 1 = 1 m Vzdálenost vysýpací šachty od osy hnacího bubnu l 2 = 0,5 m Průměry bubnů voleny dle normy ČSN ISO [2]. BRNO

21 FUNKČNÍ VÝPOČET Obr. 10 Schéma elevátoru OSOVÁ VZDÁLENOST BUBNŮ H o = H dop + H n + l 2 - l 1 [m] (4) H o = ,5 + 0,5-1 H o = 20 m MAXIMÁLNÍ DOPRAVNÍ VÝŠKA ELEVÁTORU H = H o + D 1 + D 2 2 H = 20 + H = 20,5 m 0,5 + 0,5 2 m (5) BRNO

22 FUNKČNÍ VÝPOČET VÝKON MOTORU P = μ 1 Q H g 3,6 W (6) P = 1, ,5 9,81 3,6 P = 8100 W Předběţně volím elektromotor s výkonem P z = 9,2 kw [11]. Kde: μ 1 = 1,45 - celkový součinitel odporu volen dle [4] (tab. 8.13, str. 188) OBVODOVÁ SÍLA NA HNACÍM BUBNU F = P z v N (7) F = ,96 2,5 F = 3532,8 N Kde: = 0,96 - účinnost kuţelo-čelní převodovky volená dle výrobce [11] v = 2,5 m s -1 - rychlost korečků volená dle normy ISO ČSN [2] VOLBA KOREČKU Z rovnice pro dopravní výkon Q = v k φ v t k 3,6 γ [t/hod] (8) Se vypočte objem korečku v k = Q t k 3,6 v γ φ dm3 (9) BRNO

23 FUNKČNÍ VÝPOČET v k = 100 0,2 3,6 2, ,8 v k = 0,00347 m 3 = 3,47 dm 3 Kde: t k = 0,2 m - rozteč korečku volená dle řady [4] υ = 0,8 - součinitel plnění volen dle [4] (tab. 8.14, str. 189) Z výsledku v k volím plastový koreček SPS HDP [9]. Tabulka 1: Rozměry korečku. Šíře horní (mm) Výška (mm) Hloubka (mm) Objem korečku (dm 3 ) Rozteč děr (mm) /počet děr Hmotnost korečku (kg) b k m k ,6 100/3 0,92 Obr. 11 Plastový koreček od firmy Gumex [9] VOLBA TAŽNÉHO ORGÁNU Musí být splněna podmínka viz rovnice (1), volím pás od firmy Gumex PVC 4T 32 V3-V3 [10]. B p = b k + (0,03 aţ 0,1) m m 10 BRNO

24 FUNKČNÍ VÝPOČET B p = 0, ,084 splněna 0,084 (0,03;0,1) B p = 0,4 m Tabulka 2: Parametry pásu. Tloušťka pásu (mm) Šířka pásu (m) Hmotnost pásu (kg/m 2 ) Pracovní zatíţení na 1% prodlouţení (N/mm) T p B p m p τ d 5,5 0,4 6,8 32 Obr. 12 PVC pás od firmy Gumex [10] STANOVENÍ TAHŮ V TAŽNÉM ORGÁNU Tah na nabíhající větvi T 1 = T 1 = ef α e f α 1 F [N] (11) e0,3 π e 0,3 π ,8 T 1 = 5788,3 N BRNO

25 FUNKČNÍ VÝPOČET Kde: e Eulerovo číslo f = 0,3 - součinitel tření mezi taţným prostředkem a hnacím bubnem dle [4] (tab. 8.15, str. 190) α = π [rad] - úhel opásání π = 3,14 - Ludolfovo číslo Tah na sbíhající větvi T 2 = T 1 F N (12) T 2 = 5788,3 3532,8 T 2 = 2255,5 N MAXIMÁLNÍ DOVOLENÉ ZATÍŽENÍ PÁSU F z = B p τ d N (13) F z = F z = N Předběţná kontrola pásu T 1 < F z 5788,3 < pás předběţně vyhovuje 3.2 PŘESNÝ VÝPOČET Výpočet proveden dle [4] URČENÍ DÉLKOVÝCH ZATÍŽENÍ Délkové zatíţení taţného prostředku od hmotnosti dopravovaného materiálu q 1 = Q g 3,6 v N m 1 14 q 1 = 100 9,81 3,6 2,5 BRNO

26 FUNKČNÍ VÝPOČET q 1 = 109 N m 1 Délkové zatíţení taţného prostředku od vlastní tíhy q 2 = B p m p g [N m 1 ] (15) q 2 = 0,4 6,8 9,81 q 2 = 26,7 N m 1 Délkové zatíţení taţného prostředku od hmotnosti korečku q 3 = m k g t k N m 1 (16) q 3 = 0,92 9,81 0,2 q 3 = 45,1 N m URČENÍ JEDNOTLIVÝCH ODPORŮ PROTI POHYBU Sloţka obvodové síly F 1 potřebná k nabírání materiálu F 1 = c 1 q 1 N (17) F 1 = F 1 = 545 N Kde: c 1 = 5 - součinitel odporu při nabírání, volen dle [4] (Tab. 8-16, str. 190) Sloţka obvodové síly F 2 potřebná ke zvedání materiálu Počítám pro smíšený způsob plnění F 2 = q 1 H N (18) F 2 = ,5 F 2 = 2234,5 N BRNO

27 FUNKČNÍ VÝPOČET Sloţka obvodové síly F 3 potřebná překonání odporu ohýbání pásu na napínacím bubnu Nejprve se vypočítá napínací síla F n F n = 2 (k T 2 H q 2 + q 3 ) [N] (19) F n = 2 (1,1 2255,5 20,5 26,7 + 45,1 ) F n = 2018,3 N Kde: k = 1,1 - součinitel bezpečnosti proti prokluzování uvaţující vliv zrychlujících sil při rozběhu elevátoru [4] F 3 = c 2 ( F n 2 + F z) N (20) F 3 = 0,01 ( 2018, ) 2 F 3 = 138,1 N Kde: c 2 = 0,01 - součinitel odporu ohýbání pásu [4] Sloţka obvodové síly F 4 potřebná k překonání odporu ohýbání pásu na hnacím bubnu F 4 = c 2 (T 1 + F z ) N 21 F 4 = 0,01 (5788, ) F 4 = 185,9 N Sloţka obvodové síly F 5 potřebná k překonání odporu tření loţisek napínacího hřídele Nejprve se vypočítá přídavná napínací síla F n' F n = F n m b g [N] (22) F n = 2018,3 116,6 9,81 F n = 874,5 N BRNO

28 FUNKČNÍ VÝPOČET Kde: m b = 116,6 kg - hmotnost napínacího bubnu s příslušenstvím (hodnota zjištěná z programu SolidWorks 2015) F 5 = 3 d 2 D 2 F n N F 5 = 0,5 0,05 0,5 874,5 (23) F 5 = 43,7 N Kde: 3 = 0,5 - součinitel odporu tření v loţiscích pro valivé uloţení [4] d 2 = 0,05 m - předběţně zvolený průměr hřídele napínacího bubnu Kontrola doporučeného poměru mezi průměrem hnaného hřídele a průměrem napínacího bubnu: 1 10 = 0,1 d 2 D 2 = 0,05 0,5 = 0, = 0,0625 Podmínka je splněna, průměr hnaného hřídele lze pouţít. Sloţka obvodové síly F 6 potřebná k překonání odporu tření loţisek poháněcího hřídele F 6 = 3 d 3 D 1 (T 1 + T 2 ) N (24) F 6 = 0,5 0,08 (5788, ,5) 0,5 F 6 = 643,5 N Kde: d 3 = 0,08 m - předběţně zvolený průměr hřídele hnacího bubnu Kontrola doporučeného poměru mezi průměrem hnacího hřídele a průměrem hnacího bubnu: 1 5 = 0,2 d 3 D 2 = 0,08 0,5 = 0, = 0,125 Podmínka je splněna, průměr hnacího hřídele lze pouţít. BRNO

29 FUNKČNÍ VÝPOČET Sloţky obvodové síly F 7 potřebná k překonání odporu tření válečků nebo vedení od hmotnosti materiálu u elevátorů skloněných a lomených a sloţka obvodové síly F 8 potřebná k překonání odporu tření válečků nebo vedení od hmotnosti taţného orgánu u elevátorů skloněných a lomených Síly F 7 a F 8 jsou nulové, protoţe jsou zahrnovány jen u elevátorů, které jsou skloněné nebo lomené. Sloţka obvodové síly F 9 potřebná ke zvedání taţného prostředku F 9 = p q 2 H [N] (25) F 9 = 1 26,7 20,5 F 9 = 547,4 N Kde: p = 1 - počet taţných prostředků jedné větve Sloţka obvodové síly F 10 potřebná ke zvedání korečků F 10 = q 3 H N 26 F 10 = 45,1 20,5 F 10 = 924,6 N Celková obvodová síla je pak dána součtem sloţek F 1 aţ F 8 F c = 8 i=1 F i N 27 F c = F 1 + F 2 + F 3 + F 4 + F 5 + F 6 + F 7 + F 8 F c = , , ,9 + 43, , F c = 3790,7 N STANOVENÍ VÝKONU HNACÍHO MOTORU P = F v i W 28 BRNO

30 FUNKČNÍ VÝPOČET P = 3790,7 2,5 1,1 0,96 P = 10858,8 W Kde: i = 1,1 - bezpečnost proti přetíţení elektromotoru (10%) VOLBA POHONU Výpočet teoretických výstupních otáček n 2t = 60 v 2 π D min n 2t = 60 2,5 2 π 0,5 2 (29) n 2t = 95,5 min -1 Dle výpočtu (3.2.3 a 3.2.4) volím kuţelo-čelní převodový motor od firmy SEW EURODRIVE typ K87DRS160M4 o výkonu 11 kw [11]. Oproti předběţnému výpočtu výkonu elektromotoru jsem navýšil výkon kvůli bezpečnosti proti přetíţení, a proto motor o výkonu 9,2 kw nebude stačit. Tabulka 3: Parametry pohonu. Výkon (kw) P m Výstupní otáčky (min -1 ) n 2 Převodový poměr i m Hmotnost (kg) m m Účinnost (%) BRNO

31 FUNKČNÍ VÝPOČET Obr. 13 Převodový motor SEW-EURODRIVE [11]. Maximální kroutící moment dle [1] Vypočteme ze vzorce P m = M km 2π n 2 [W] (30) Po úpravě P m M km = 2π n 2 M km = π N m (31) M km = 1154,3 N m Otáčky elektromotoru dle [1] Vypočteme ze vzorce pro převodový poměr i m = n m n 2 (32) BRNO

32 FUNKČNÍ VÝPOČET Po úpravě n m = n 2 i m [min 1 ] (33) n m = n m = 1456 min URČENÍ SKUTEČNÉ RYCHLOSTI KOREČKU v skut = ω R 2 = 2 π n 2 R 2 [m s 1 ] (34) v skut = 2 π ,256 v skut = 2,44 m s 1 Kde: R 2 - viz početní řešení URČENÍ VYPRAZDŇOVÁNÍ KOREČKU Graficky Obr. 14 Grafické znázornění pólu. Pól P leţí uvnitř kruţnice R 2 - odstředivé vyprazdňování. BRNO

33 FUNKČNÍ VÝPOČET Odstředivé zrychlení - potřebné pro konstrukci pólu a o = ω 2 R 2 = v skut 2 a o = 2,442 0,256 a o = 23,3 m s 2 R 2 m s 2 35 Odstředivé zrychlení do obr. 14 naneseno v poměru k tíhovému zrychlení. Početně Kontrola je provedena dle a p = g ω 2 = g 2 π n 2 2 m 36 a p = 9,81 (2 π )2 a p = 0,1 m Kde: a p = 0,1 m - vzdálenost bodu P od středu 0 (viz obr. 7 - kap ). Vzdálenost je porovnána s poloměrem kruţnice (R 2 ), kterou opíše vnitřní strana korečku. R 2 = D T p mm 37 R 2 = 0, ,0055 R 2 = 0,256 mm a p < R 2 0,1 < 0, jedná se o odstředivé vyprazdňování BRNO

34 FUNKČNÍ VÝPOČET SKUTEČNÁ OBVODOVÁ SÍLA NA HNACÍM BUBNU F skut = P m v skut N (38) F skut = ,96 2,44 F skut = 4327,9 N URČENÍ NAPÍNACÍ SÍLY F N A PŘÍDÁVNÉ NAPÍNACÍ SÍLY F N' F nskut F nskut = 2 = 2 k e f α 1 F skut + F 8 2 F 9 F 10 N (39) 1,1 e 0,3 π 4327, ,4 924,6 1 F nskut = 3134,8 N Pokud platí F nskut > m b g 3134,8 > 116,6 9, ,8 > 1143,8... platí Je třeba zvýšit napínací sílu vyvolanou pouze tíhovými účinky napínacího bubnu s příslušenstvím o přídavnou napínací sílu. F n skut = F nskut m b g [N] (40) F n skut = 3134,8 116,6 9,81 F n skut = 1991 N Přídavná napínací síla F n skut bude zajištěna pomocí napínacího zařízení. BRNO

35 FUNKČNÍ VÝPOČET URČENÍ TAHŮ V JEDNOTLIVÝCH VĚTVÍCH T 1 A T 2 A KONTROLA PÁSU Celkový tah v nabíhající větvi pásu T 1 = F 1 + F 2 + F 3 + F 5 + F 6 + F 7 + F 8 2 +F 9 + F 10 + F nskut 2 N (41) T 1 = , ,1 + 43, , , , ,8 2 T 1 = 6644,2 N Celkový tah ve sbíhající větvi T 2 = F 9 + F 10 F F nskut 2 N (42) T 2 = 547, , ,8 2 T 2 = 3039,4 N Kontrola pásu T 1 < F z 6644,2 < pás vyhovuje URČENÍ ODSTŘEDIVÉ SÍLY F c = q 1 + q 2 + q 3 v skut 2 g N (43) F c = ( ,7 + 45,1) 2,442 9,81 F c = 109,7 N S odstředivou silou se uvaţuje v pevnostním výpočtu pásu na tah. BRNO

36 FUNKČNÍ VÝPOČET KONTROLA DOPRAVNÍHO VÝKONU Skutečný dopravní výkon Q skut = v k φ v skut t k 3,6 γ t hod (44) Q skut = 3,6 0,8 2,44 3, ,2 Q skut = 101,2 t hod Dopravní výkon se zvoleným motorem a se zvolenou objemovou hmotností pro obiloviny je dosaţen (zadáno Q = 100 t/hod). BRNO

37 KONTROLNÍ VÝPOČET 4 KONTROLNÍ VÝPOČET 4.1 PEVNOSTNÍ VÝPOČET HNACÍ HŘÍDELE Výpočet proveden dle [1], [8]. Obr. 15 Silové poměry na hnací hřídeli. Kde: a = 106,5 mm - vzdálenost mezi reakční silou F RA a celkovým tahem T 1 b = 385 mm - vzdálenost tahu T 1 2 c = 598 mm - vzdálenost mezi reakčními silami loţisek F RA a F RB x = 40 mm - vzdálenost mezi reakční silou F RB a vrubem na hřídeli VÝPOČET REAKCÍ V LOŽISKÁCH F x = 0 (45) F y = 0 F RA + T T 1 2 F RB = 0 (46) M A = 0 F RB c T 1 2 a + b T 1 2 a = 0 (47) Velikost reakce v loţisku B F RB = F RB = T 1 2 a + b + T 1 2 a N (48) c 6644, , , ,5 598 F RB = 3322,1 N BRNO

38 KONTROLNÍ VÝPOČET Velikost reakce v loţisku A F RA = T T 1 2 F RB N (49) F RA = 6644, ,2 3322,1 2 2 F RA = 3322,1 N VVÚ (VÝSLEDNÉ VNITŘNÍ ÚČINKY) Obr. 16 VVÚ na hnací hřídeli. BRNO

39 KONTROLNÍ VÝPOČET KONTROLA KRITICKÝCH MÍST - STATICKÁ BEZPEČNOST Předběţně volím materiál hřídele s mezí kluzu R e = 260 MPa a mezí pevnosti R m = 500 MPa [8]. Obr. 17 Kritická místa na hnací hřídeli. Průřez "I": V tomto průřezu se počítá pouze s kroutícím momentem od převodového motoru (maximální kroutící moment). Rozměry dráţky dle ČSN d I = 65 mm - průměr hřídele v průřezu "I" d' I = 57,6 mm - nejmenší průměr hřídele b I = 20 mm - šířka dráţky t = 7,4 mm - výška dráţky v hřídeli R I = 0,6 mm - rádius v dráţce Tvarový součinitel pro krut: b I d I = = 0,31 Obr. 18 Průřez "I". BRNO

40 KONTROLNÍ VÝPOČET t = 7,4 d I 65 = 0,11 α ki = 3 R I = 0,6 d I 65 = 0,009 Napětí v krutu: τ ki = α ki M km W ki τ ki = 3 = α ki 1154,3 π 0, M km π d I 3 16 MPa (50) τ ki = 92,3 MPa Kde: α ki = 3 - tvarový součinitel pro hřídel s dráţkou pro pero, odečtený z grafu [8] (obr. 23-5, str.24) W ki - modul průřezu v krutu v průřezu "I" m 3 Redukované napětí dle podmínky maxτ: σ redi = σ oi τ ki 2 MPa (51) σ redi = ,3 2 σ redi = 184,6 MPa Kde: σ oi - napětí v ohybu pro průřez "I" Statická bezpečnost v průřezu "I" k si = R e σ redi k si = ,6 (52) k si = 1,41 > 1...vyhovuje BRNO

41 KONTROLNÍ VÝPOČET Průřez "II": V tomto průřezu se počítá s maximálním kroutícím momentem, ohybovým momentem a vrubem. Ohybový moment: M oii = F RB x Nm (53) M oii = 3322,1 0,04 M oii = 132,9 Nm Tvarový součinitel pro ohyb: r I d II = 2 80 = 0,025 d III = 90 d II 80 = 1,125 α oii = 2,3 Napětí v ohybu: σ oii = α oii M oii M oii = α W oii 3 oii π d II 32 σ oii = 2,3 132,9 π 0, MPa (54) σ oii = 6,1 MPa Kde: α oii = 2,3 - tvarový součinitel v osazení hřídele pro ohyb, odečtený z grafu [8] (obr. 13-5, str. 21) d II = 80 mm - průměr hřídele v průřezu "II" d III = 90 mm - průměr hřídele v průřezu "III" W oii - modul průřezu v ohybu v průřezu "II" m 3 r I = 2mm - rádius v osazení hřídele BRNO

42 KONTROLNÍ VÝPOČET Tvarový součinitel pro krut: r I d II = 2 80 = 0,025 d III = 90 d II 80 = 1,125 α kii = 1,7 Napětí v krutu: τ kii = α kii M km W kii τ kii = 1,7 1154,3 π 0, = α kii M km π d II 3 16 MPa (55) τ kii = 19,5 MPa Kde: α kii = 1,7 - tvarový součinitel v osazení hřídele pro krut, odečtený z grafu [8] (obr. 14-5, str. 21) W kii - modul průřezu v krutu v průřezu "II" m 3 Redukované napětí dle podmínky maxτ: σ redii = σ oii τ kii 2 MPa (56) σ redii = 6, ,5 2 σ redii = 39,5 MPa Statická bezpečnost v průřezu "II" k sii = R e σ redii k sii = ,5 (57) k sii = 6,6 > 1...vyhovuje BRNO

43 KONTROLNÍ VÝPOČET Průřez "III": V tomto průřezu se počítá s maximálním kroutícím momentem a maximálním ohybovým momentem. Ohybový moment: M oiii = M omax = F RB a Nm (58) M oiii = M omax = 3322,1 0,1065 M oiii = 353,8 Nm Napětí v ohybu: σ oiii = M oiii W oiii = σ oiii = 353,8 π 0, M oiii π d III 3 32 MPa (59) σ oiii = 4,9 MPa Kde: W oiii - modul průřezu v ohybu v průřezu "III" m 3 Napětí v krutu: τ kiii = M km W kiii = M km π d III 3 τ kiii = 1154,3 π 0, MPa (60) τ kiii = 8 MPa Kde: W kiii - modul průřezu v krutu v průřezu "III" m 3 BRNO

44 KONTROLNÍ VÝPOČET Redukované napětí dle podmínky maxτ: σ rediii = σ oiii τ kiii 2 MPa (61) σ rediii = 4, σ rediii = 16,7 MPa Statická bezpečnost v průřezu "III" k siii = R e σ rediii k siii = ,7 (62) k siii = 15,6 > 1...vyhovuje Předběţně zvolený materiál hřídele na statickou bezpečnost vyhovuje KONTROLA KRITICKÝCH MÍST - DYNAMICKÁ BEZPEČNOST Výpočet proveden dle [21]. Únavová pevnost pro materiál pro střídavý ohyb σ co = 0,43 R m MPa (63) σ co = 0, σ co = 215 MPa pro míjivý krut τ hck = 0,5 R m MPa (64) τ hck = 0,5 500 τ hck = 250 MPa BRNO

45 KONTROLNÍ VÝPOČET Průřez "I": V tomto průřezu se počítá s hřídelí s dráţkou pro pero zatíţenou míjivým krutem. Dynamická bezpečnost v krutu k τdi = τ hck βτ τ ki ϑ τ ε p 2 + Ψ τ τ ki 2 (65) 250 k τdi = 1,37 0,75 0,88 92,3 92, ,01 2 k τdi = 2,6 > 1... vyhovuje Kde: βτ = 1,37 - vrubový součinitel pro hřídel s dráţkou pro pero pro krut (tab. 4.4, str. 208) ϑ τ = 0,77 - součinitel velikosti součásti pro krut (tab. 4.10, str. 210) ε p = 0,88 - součinitel jakosti povrchu součásti pro krut (tab. 4.13, str. 210) Ψ τ = 0,01 - součinitel vyjadřující citlivost materiálu na nesouměrnost cyklu pro krut (tab. 4.11, str. 210) Průřez "II": V tomto průřezu se počítá s vrubem na hřídeli zatíţené střídavým ohybem a míjivým krutem. Dynamická bezpečnost v ohybu k σdii = σ co βσ ϑ σ ε p σ oii (66) k σdii = k σdii = 12, ,98 0,76 0,94 6,1 Kde: βσ = 1,98 - vrubový součinitel pro osazenou hřídel pro ohyb (tab. 4.6, str. 208) - dán interpolací BRNO

46 KONTROLNÍ VÝPOČET ϑ σ = 0,76 - součinitel velikosti součásti pro ohyb (tab. 4.10, str. 210) ε p = 0,94 - součinitel jakosti povrchu součásti pro ohyb (tab. 4.13, str. 210) Dynamická bezpečnost v krutu k τdii = τ hck βτ ϑ τ ε τ kii p 2 + Ψ τ τ kii 2 (67) 250 k τdii = 1,47 0,73 0,94 19,5 19, ,01 2 k τdii = 11,9 Kde: βτ = 1,47 - vrubový součinitel pro osazenou hřídel pro krut (tab. 4.6, str. 208) - dán interpolací ϑ τ = 0,73 - součinitel velikosti součásti pro krut (tab. 4.10, str. 210) ε p = 0,94 - součinitel jakosti povrchu součásti pro krut (tab. 4.13, str. 210) Ψ τ = 0,01 - součinitel vyjadřující citlivost materiálu na nesouměrnost cyklu pro krut (tab. 4.11, str. 210) Výsledná dynamická bezpečnost k dii = k dii = k σdii k τdii k 2 2 σdii k τdii 12,7 11,9 12, ,9 2 (68) k dii = 8,7 > 1... vyhovuje Průřez "III": V tomto průřezu se počítá se střídavým ohybem a míjivým krutem. Dynamická bezpečnost v ohybu k σdiii = σ co βσ ϑ σ ε p σ oiii (69) BRNO

47 KONTROLNÍ VÝPOČET k σdiii = k σdiii = 30, ,745 0,92 4,9 Dynamická bezpečnost v krutu k τdiii = τ hck βτ ϑ τ ε τ kiii p 2 + Ψ τ τ kiii 2 (70) 250 k τdiii = 1 0,725 0, , k τdiii = 41,4 Výsledná dynamická bezpečnost k diii = k σdiii k τdiii k σdiii 2 k τdiii 2 (71) k diii = 30,1 41,4 30, ,4 2 k diii = 24,3 > 1... vyhovuje Předběţně zvolený materiál hřídele na dynamickou bezpečnost vyhovuje. 4.2 PEVNOSTNÍ KONTROLA PERA Výpočet proveden dle 1. Předběţně voleno pero 20 e7 x 12 x 115 dle ČSN Rozměry pera: t I = 4,6 mm l I = 115 mm BRNO

48 KONTROLNÍ VÝPOČET Obr. 19 Průřez hřídele s perem. Kontaktní tlak v náboji pera: p I = F pi S pi MPa (72) p I = p I = 2 M km d I t I (l I b I ) ,3 0,065 0,0046 (0,115 0,02) p I = 81,3 MPa Dovolený kontaktní tlak pro jednosměrné klidné zatíţení: p dov = 0,8p o MPa (73) p dov = 0,8 150 p dov = 120 MPa p I < p dov 81,3 MPa < 120 MPa... pero vyhovuje Kde: p o = 150 MPa - dovolený tlak na bok pera v náboji [1] (obr. 18-8, str. 1081) 0,8p o - dovolený tlak na bok pera v náboji při jednosměrném klidném zatíţení [1] (obr. 18-8, str. 1081) BRNO

49 KONTROLNÍ VÝPOČET 4.3 KONTROLA LOŽISKOVÝCH JEDNOTEK HNACÍ HŘÍDELE Výpočet proveden dle 1. Pro uloţení hnací hřídele jsem zvolil loţiskovou jednotku SYJ 80 TF od firmy SKF [17]. Jednotka se skládá z tělesa SYJ 516 a kuličkového loţiska YAR 216-2F. Obr. 20 Ložisková jednotka SKF SYJ 80 TF [17]. Tabulka 4: Parametry loţiskové jednotky a její zatíţení. Dynamická únosnost loţiska (kn) Statická únosnost loţiska (kn) Axiální zatíţení loţiska (N) Radiální zatíţení loţiska (N) C C O F AA F RA = F RB 72, ,1 Na loţisko působí pouze radiální síla, síly F RA a F RB se rovnají ekvivalentnímu zatíţení P L. Základní hodinová trvanlivost loţiska A a B hnací hřídele při spolehlivosti 90%: L 10h1 = ( C P L ) m L L 10h1 = ( ,1 ) L 10h1 = hod n 2 hod (74) BRNO

50 KONTROLNÍ VÝPOČET Kde: m L = 3 - součinitel pro kuličková loţiska 1 Jelikoţ vyšla trvanlivost loţisek přes milion hodin, je zbytečné počítat modifikovanou ţivotnost loţiska. 4.4 KONTROLA LOŽISKOVÝCH JEDNOTEK HNANÉ HŘÍDELE Výpočet proveden dle 1. Pro uloţení hnané hřídele jsem zvolil loţiskovou jednotku SKF FY 60 TR [18]. Jednotka se skládá z tělesa SYJ 516 a kuličkového loţiska YAR 216-2F Obr. 21 Ložisková jednotka SKF FY 60 TR [18]. Tabulka 5: Parametry loţiskové jednotky a její zatíţení. Dynamická únosnost loţiska (kn) Statická únosnost loţiska (kn) Axiální zatíţení loţiska (N) Radiální zatíţení loţiska (N) C C O F AA F n skut /2 52, ,5 Na loţisko působí pouze radiální síla, síla F n skut /2 se rovná ekvivalentnímu zatíţení P L. BRNO

51 KONTROLNÍ VÝPOČET Základní hodinová trvanlivost loţiska A a B hnané hřídele při spolehlivosti 90%: L 10h2 = ( C P L ) m L L 10h2 = ( ,5 ) L 10h2 = hod n 2 hod (75) U loţisek hnané hřídele je výsledná trvanlivost několik milionů, takţe i tady není potřeba počítat modifikovanou ţivotnost loţiska. 4.5 VÝPOČET NAPÍNACÍHO ZAŘÍZENÍ VÝPOČET TLAČNÉ PRUŽINY Pro nastavení správného napnutí hnaného bubnu je zvolena dvojice tlačných pruţin z pruţinové oceli od firmy Hennlich 19. Obr. 22 Tlačná pružina od firmy Hennlich [19]. BRNO

52 KONTROLNÍ VÝPOČET Tabulka 6: Parametry tlačné pruţiny Průměr drátu (mm) Střední průměr pruţiny (mm) Délka pruţiny ve volném stavu (mm) Tuhost pruţiny (N/mm) Síla při plně zatíţené pruţině (N) Počet činných závitu (-) Celkový počet závitů (-) d p D p L o k p F np n n t 8,5 49, , ,7 6 7 Potřebná zatěţující síla pruţiny F p = F n skut 2 F p = F p = 995,5 N N (76) Potřebné stlačení pruţiny pro vyvolání potřebné síly y p = F p k p mm (77) y p = 995,5 59,18 y p = 16,8 mm Stlačení pruţiny v plně zatíţeném stavu y n = F np k p mm (78) y n = 3862,7 59,18 y n = 65,3 mm BRNO

53 KONTROLNÍ VÝPOČET Mezní délka pruţiny při dosedu závitů L m = d p n t mm (79) L m = 8,5 7 L m = 59,5 mm KONTROLA NAPÍNACÍHO ŠROUBU NA OTLAČENÍ Výpočet proveden dle 20 (str. 396). Tlak v závitech 4 F np p z = m mat P π (d 2 s D 2 1m ) záv MPa (80) ,7 p z = 14,8 2 π (162 13,835 2 ) p z = 10,3 MPa Kde: m mat = 14,8 mm - výška matice 20 (str. 426) P záv = 2 mm - rozteč závitů 20 (str. 358) d s = 16 mm - velký průměr závitu šroubu 20 (str. 358) D 1m = 13,835 mm - malý průměr závitu matice 20 (str. 358) Kontrola šroubu na otlačení Musí být splněna podmínka p z < p d 10,3 MPa < 90 MPa... namáhání šroubu vyhovuje na otlačení Kde: p d = 90 MPa - je dovolený tlak v závitech pro šroub (str. 398) BRNO

54 KONTROLNÍ VÝPOČET KONTROLA ZÁVITOVÉ TYČE NA VZPĚR Výpočet proveden dle 1. Redukovaná délka prutu: l red = l s2 mm (81) l red = l red = 388,9 mm - jeden konec upnutý, druhý vedený v ose tyče Kde: l s = 550mm - délka závitové tyče Plocha průřezu závitové tyče: S s = π d 3s 2 4 mm 2 (82) S s = π 13, S s = 144,1 mm 2 Kde: d 3s = 13,546 - malý průměr závitu šroubu 20 (str. 358) Kvadratický moment průřezu závitové tyče: J s = π d 3s 4 64 mm 2 (83) J s = π 13, J s = 1652,8 mm 2 BRNO

55 KONTROLNÍ VÝPOČET Poloměr setrvačnosti: i s = J s (84) S s i s = 1652,8 144,1 i s = 3,4 Štíhlost prutu: λ s = I red i (85) λ s = 388,9 3,4 λ s = 114,4 Mezní štíhlost prutu: λ m = π 2 E o R e (86) λ m = π 2 2, λ m = 72 Kde: E o = 2, MPa - modul pruţnosti v tahu pro ocel R e = 400 MPa mez kluzu šroubu 5.8 ( = 400 MPa) Určení oblasti vzpěru: λ s > λ m 114,4 > 72 Počítám prut v oblasti pruţného vzpěru dle Eulera. BRNO

56 KONTROLNÍ VÝPOČET Kritická síla: F kr = π2 E o J s l red 2 N (87) F kr = π2 2, ,8 388,9 2 F kr = 22649,8 N Bezpečnost k meznímu stavu vzpěrné stability: k vzp = F kr F p (88) k vzp = 22649,8 995,5 k vzp = 22,8 > 1... závitová tyč vzhledem k meznímu stavu vzpěrné stability vyhovuje BRNO

57 VOLBA KONSTRUKČNÍHO ŘEŠENÍ ELEVÁTORU 5 VOLBA KONSTRUKČNÍHO ŘEŠENÍ ELEVÁTORU 5.1 KONSTRUKCE Konstrukce elevátoru je uzavřená, nosnou částí je šachta, která je samostatná pro kaţdou větev a je zakotvena na patě elevátoru. 5.2 HLAVA ELEVÁTORU Pohon elevátoru je zajištěn kuţelo-čelním převodovým motorem od firmy SEW EURODRIVE [11], jenţ je pomocí šroubů připevněn na svařenou konzoly. Přenos kroutícího momentu na hnací hřídel zajišťuje těsné pero 20 e7 x 12 x 115. Výstupní hřídel z převodovky je k hnací hřídeli spojena pomocí pruţné čepové spojky BKN 315/1 od firmy Sigad [22]. Hnací hřídel je uloţena ve dvou loţiskových jednotkách SYJ 80 TF od firmy SKF [17]. Loţisková jednotka blíţe k motoru je zajištěna axiálně pomocí KM matice a MB podloţky, druhá loţisková jednotka není axiálně zajištěna kvůli případným tepelným roztaţnostem. Hnací hřídel je k hnacímu bubnu připojena pomocí páru samostředících svěrných pouzder TLK x130 od firmy T.E.A. Technik [23]. Na konci hřídele je připevněná volnoběţná spojka GV 60 od firmy T.E.A. Technik [24], slouţící k zabránění zpětnému chodu elevátoru při zastavení motoru. Obr. 23 Hlava korečkového elevátoru. BRNO

58 VOLBA KONSTRUKČNÍHO ŘEŠENÍ ELEVÁTORU 5.3 PATA ELEVÁTORU V patě elevátoru je hnaný buben uloţen ve dvou loţiskových jednotkách SKF FY 60 TR [18]. Napínání bubnu je zajištěno pomocí dvou stavěcích šroubů. Potřebná napínací síla je zajištěna pomocí páru tlačných pruţin od firmy Hennlich [19]. Na levé straně paty je umístěn násypný otvor, kudy se přivádí obiloviny, které se plní do korečku. Obr. 24 Pata korečkového elevátoru. BRNO

59 ZÁVĚR ZÁVĚR Cílem mojí bakalářské práce bylo navrhnout korečkový elevátor pro dopravu obilovin podle zadaných parametrů. Nejdříve jsem se věnoval rešerši, která se zmiňuje o korečkových elevátorech a jejich částech. Jako první krok z výpočtů jsem provedl funkční předběţný výpočet, kde jsem zvolil základní rozměry elevátoru, předběţný výkon motoru, typ korečku a taţný orgán. Dále následoval funkční přesný výpočet. V tomto výpočtu jsem navrhl průměry hřídele u hnacího a hnaného bubnu, zvolil převodový motor, určil o jaký typ vyprazdňování se jedná, vypočítal potřebnou napínací sílu, celkový tah v nabíhající větvi pásu, ten bude potřeba při pevností kontrole hnací hřídele a na závěr jsem provedl kontrolu dopravního výkonu. Jako druhý krok z výpočtu následuje kontrolní výpočet. Zde jsem řešil pevnostní kontrolu hnací hřídele ve 3 nebezpečných průřezech a to staticky tak i dynamicky. Další pevnostní kontrola byla pera hnací hřídele na otlačení. Následující výpočet se zabýval kontrolou loţiskových jednotek na hnací a hnané hřídeli, u kterých jsem počítal hodinovou trvanlivost. Poslední výpočet jsem provedl u napínacího zařízení a to konkrétně výpočet tlačné pruţiny, napínacího šroubu na otlačení a kontrolu závitové tyče na vzpěr. V další kapitole je popis konstrukce elevátoru, paty a detailní popis konstrukce hlavy. V příloze je výkresová dokumentace dle zadání a 3D modely elevátoru z programu Solidworks BRNO

60 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R MISCHKE, Richard G BUDYNAS a Miloš VLK. Konstruování strojních součástí. 1. vyd. V Brně: VUTIUM, 2010, 1159 s [2] ČSN : Svislé korečkové elevátory, Základní parametry a rozměry, 8s., Praha, [3] ČSN : Zařízení pro plynulou dopravu nákladů, Korečkové a lavičkové elevátory, 10s., Praha, [4] GAJDŮŠEK J., ŠKOPÁN M., Teorie dopravních a manipulačních zařízení, VUT Brno, [5] DRAŢAN, František. Teorie a stavba dopravníků: určeno pro stud. fak. strojní. 1. vyd. Praha: ČVUT, 1983, 290 s. [6] POLAK J.,BAILOTTI K., PAVLISKA J.,HRABOVSKÝ L., Dopravní a manipulační zařízení II. 1. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita, 2003, 102 s [7] POLÁK, J., J. PAVLISKA a A. SLÍVA. Dopravní a manipulační zařízení I. 1. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita, 2001, 106 s. [8] BOHÁČEK F. a kol., Části a mechanismy strojů II Hřídele, tribologie, ložiska, PCDIR s.r.o., 1996 [9] GUMEX, s.r.o.: Lisovaný koreček SPS plastový [online][cit ]. Dostupné z: [10] GUMEX, s.r.o.: Pvc pásy pro elevátory a velké zatížení 4T 32 V3-V3 [online][cit ]. Dostupné z: [11] SEW-EURODRIVE: Produkty a sluţby: K: Kuželo-čelní převodový motor [online][cit ]. Dostupné z: [12] HAS: Šnekové dopravníky, elevátory, řetězové dopravníky. EF - korečkové elevátory pro lehké materiály [online][cit ]. Dostupné z: [13] Cimbria: dopravní řešení [online][cit ]. Dostupné z: GB/Home/Solutions/Conveying/ProductDetails.aspx?GroupID=GROUP53 [14] Richtisoft.de: richtisoft.de: youtube [online][cit ]. Dostupné z: BRNO

61 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [15] DELTA: Stroje pro mechanickou dopravu, elevátory řetězové [online][cit ]. Dostupné z: [16] E-konstruktér. Hustota materiálů a látek. [online]. [2013] [cit ]. Dostupné z: [17] SKF. Stojaté ložiskové jednotky Y. [online].[cit ]. Dostupné z: [18] SKF. Přírubové ložiskové jednotky Y. [online].[cit ]. Dostupné z: [19] Hennlich. Tlačné pružiny z pružinové oceli [online]. [cit ]. Dostupné z: _tabulky_deltatone_reduce.pdf [20] LEINVEBER, Jan a Pavel VÁVRA. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 4. dopl. vyd. Úvaly: Albra, s. ISBN [21] KŘÍŢ, R. VÁVRA, P.: Strojírenská příručka: 5. Svazek. Praha: Scientia spol s.r.o, ISBN x. [22] Sigad. Axiální čepové spojky BKN. [online].[cit ]. Dostupné z: [23] T.E.A. Technik. Svěrná pouzdra. [online].[cit ]. Dostupné z: [24] T.E.A. Technik. Volnoběžky - jednosměrná ložiska. [online].[cit ]. Dostupné z: BRNO

62 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ a [mm] vzdálenost mezi reakční silou FRA a celkovým tahem T 1 a o [m s -2 ] odstředivé zrychlení a p [m] pólová vzdálenost b [mm] vzdálenost tahu T 1 /2 b I [mm] šířka dráţky v průřezu "I" b k [m] šířka korečku B p [m] šířka pásu c [mm] vzdálenost mezi reakčními silami loţisek F RA a F RB c 1 [-] součinitel odporu při nabírání c 2 [-] součinitel odporu ohýbání pásu d 2 [m] předběţně zvolený průměr hřídele napínacího bubnu d 3 [m] předběţně zvolený průměr hřídele hnacího bubnu d 3s [mm] malý průměr závitu šroubu d I [mm] průměr hřídele v průřezu "I" d' I [mm] nejmenší průměr hřídele v průřezu "I" d II [mm] průměr hřídele v průřezu "II" d III [mm] průměr hřídele v průřezu "III" d p [mm] průměr drátu pruţiny d s [mm] velký průměr závitu šroubu D 1 [m] průměr hnacího bubnu D 1m [mm] malý průměr závitu matice D 2 [m] průměr hnaného bubnu Dp [mm] střední průměr pruţiny e [-] Eulerovo číslo E o [MPa] modul pruţnosti v tahu oceli f [-] součinitel tření mezi taţným prostředkem a hnacím bubnem F 1 [N] sloţka obvodové síly potřebná k nabírání materiálu F 2 [N] sloţka obvodové síly potřebná ke zvedání materiálu F 3 [N] sloţka obvodové síly potřebná překonání odporu ohýbání pásu na napínacím bubnu F 4 [N] sloţka obvodové síly potřebná k překonání odporu ohýbání pásu na hnacím bubnu BRNO

63 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ F 5 [N] sloţka obvodové síly potřebná k překonání odporu tření loţisek napínacího hřídele F 6 [N] sloţka obvodové síly potřebná k překonání odporu tření loţisek poháněcího hřídele F 7 [N] sloţky obvodové síly potřebná k překonání odporu tření válečků nebo vedení od hmotnosti materiálu u elevátorů skloněných a lomených F 8 [N] sloţka obvodové síly potřebná k překonání odporu tření válečků nebo vedení od hmotnosti taţného orgánu u elevátorů skloněných a lomených F 9 [N] sloţka obvodové síly potřebná ke zvedání taţného prostředku F 10 [N] sloţka obvodové síly F10 potřebná ke zvedání korečků F [N] obvodová síla na hnacím bubnu F c [N] celková obvodová síla F kr [N] kritická síla F n [N] napínací síla F n' [N] přídavná napínací síla F nskut [N] skutečná napínací síla F n'skut [N] skutečná přídavná napínací síla F n skut /2 [N] radiální zatíţení loţisek hnané hřídele F np [N] síla při plně zatíţené pruţině F o [N] odstředivá síla působící na obsah korečku F p [N] potřebná zatěţující síla pruţiny F pi [N] síla působící na pero F RA [N] reakční síla na loţisko A F RB [N] reakční síla na loţisko B F skut [N] skutečná obvodová síla na hnacím bubnu F z [N] maximální dovolené zatíţení pásu g [m s -2 ] tíhové zrychlení G [N] tíha korečku H [m] maximální dopravní výška H dop [m] dopravní výška H n [m] výška dolní příruby od země H o [m] osová vzdálenost bubnů i [-] bezpečnost proti přetíţení elektromotoru i m [-] převodový poměr převodovky BRNO

64 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ i s [-] Poloměr setrvačnosti J s [mm 2 ] kvadratický moment průřezu závitové tyče k [-] součinitel bezpečnosti proti prokluzování uvaţující vliv zrychlujících sil při rozběhu elevátoru k dii [-] výsledná dynamická bezpečnost v průřezu "II" k diii [-] výsledná dynamická bezpečnost v průřezu "III" k p [N/mm] tuhost pruţiny k si [-] statická bezpečnost v průřezu "I" k sii [-] statická bezpečnost v průřezu "II" k siii [-] statická bezpečnost v průřezu "III" k vzp [-] bezpečnost k meznímu stavu vzpěrné stability: k σdii [-] dynamická bezpečnost v ohybu v průřezu "II" k σdiii [-] dynamická bezpečnost v ohybu v průřezu "III" k τdi [-] dynamická bezpečnost v krutu v průřezu "I" k τdii [-] dynamická bezpečnost v krutu v průřezu "II" k τdiii [-] dynamická bezpečnost v krutu v průřezu "III" l 1 [m] vzdálenost osy napínacího bubnu od země l 2 [m] vzdálenost vysýpací šachty od osy hnacího bubnu l I [m] délka pera l s [mm] délka závitové tyče l red [mm] redukovaná délka prutu L 10h1 [hod] základní hodinová trvanlivost loţisek hnací hřídele L 10h2 [hod] základní hodinová trvanlivost loţisek hnané hřídele L m [mm] mezní délka pruţiny při dosedu závitů L o [mm] délka pruţiny ve volném stavu m [kg] hmotnost materiálu v korečku m b [kg] hmotnost napínacího bubnu s příslušenstvím M km [N m] kroutící moment převodového motoru m L [-] součinitel pro kuličkové loţisko m m [kg] hmotnost převodového motoru m mat [mm] výška matice m p [kg/m 2 ] hmotnost pásu M oii [Nm] ohybový moment v průřezu "II" BRNO

65 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ M oiii [Nm] ohybový moment v průřezu "III" n 2 [min -1 ] výstupní otáčky n 2t [min -1 ] teoretické výstupní otáčky n [-] počet činných závitu n m [min -1 ] otáčky převodového motoru n t [-] celkový počet závitů p [-] počet taţných prostředků jedné větve p d p dov p I p o p z [MPa] je dovolený tlak v závitech pro šroub [MPa] dovolený kontaktní tlak pro jednosměrné klidné zatíţení [MPa] kontaktní tlak v náboji pera [MPa] dovolený tlak na bok pera v náboji [MPa] tlak v závitech napínacího šroubu P [W] výkon motoru P' [W] výkon hnacího motoru P L [N] ekvivalentní zatíţení loţiska P m [W] skutečný výkon motoru P z [W] předběţný výkon elektromotoru P záv [mm] rozteč závitů q 1 q 2 q 3 Q Q skut [N m -1 ] délkové zatíţení taţného prostředku od hmotnosti dopravovaného materiálu [N m -1 ] délkové zatíţení hmotností pásu [N m -1 ] délkové zatíţení taţného prostředku od hmotnosti korečku [t/hod] jmenovité dopravní mnoţství [t/hod] skutečný dopravní výkon r 1 [mm] rádius v osazení hřídele R 2 [m] poloměr kruţnice, kterou opíše vnitřní strana korečku R [m] poloměr kruţnice opsané těţištěm korečku R e [MPa] mez kluzu materiálu R I [mm] rádius v dráţce v průřezu "I" R m [MPa] mez pevnosti materiálu S pi [m 3 ] plocha pera S S [mm 2 ] plocha průřezu závitové tyče t [mm] výška dráţky v hřídeli v průřezu "I" t I [m] délka pera v náboji BRNO

66 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ t k [m] rozteč korečků T 1 [N] tah na nabíhající větvi T' 1 [N] celkový tah v nabíhající větvi T 2 [N] tah na sbíhající větvi T' 2 [N] celkový tah ve sbíhající větvi T P [mm] tloušťka pásu v [m s -1 ] rychlost korečků v k [dm 3 ] objem korečku v skut [m s -1 ] skutečná rychlost korečků W ki [m 3 ] modul průřezu v krutu v průřezu "I" W kii [m 3 ] modul průřezu v krutu v průřezu "II" W kiii [m 3 ] modul průřezu v krutu v průřezu "III" W oii [m 3 ] modul průřezu v ohybu v průřezu "II" W oiii [m 3 ] modul průřezu v ohybu v průřezu "III" x [mm] vzdálenost mezi reakční silou F RB a vrubem na hřídeli y n [mm] stlačení pruţiny v plně zatíţeném stavu y p [mm] potřebné stlačení pruţiny pro vyvolání potřebné síly α [rad] úhel opásání α ki [-] tvarový součinitel pro krut v průřezu "I" α kii [-] tvarový součinitel pro krut v průřezu "II" α oii [-] tvarový součinitel pro ohyb v průřezu "II" βσ [-] vrubový součinitel pro ohyb βτ [-] vrubový součinitel pro krut γ [kg.m -3 ] měrná hmotnost obilovin ε p [-] součinitel jakosti povrchu součásti μ 1 [-] celkový součinitel odporu λ s [-] štíhlost prutu λ m [-] mezní štíhlost prutu π [-] Ludolfovo číslo σ co σ oi σ oii σ oiii [MPa] únavová pevnost pro střídavý ohyb [MPa] napětí v ohybu v průřezu "I" [MPa] napětí v ohybu v průřezu "II" [MPa] napětí v ohybu v průřezu "III" BRNO

67 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ σ redi σ redii σ rediii τ d τ hck τ ki τ kii τ kiii [MPa] redukované napětí v průřezu "I" [MPa] redukované napětí v průřezu "II" [MPa] redukované napětí v průřezu "III" [N/mm] pracovní zatíţení na 1% prodlouţení [MPa] únavová pevnost pro míjivý krut [MPa] napětí v krutu v průřezu "I" [MPa] napětí v krutu v průřezu "II" [MPa] napětí v krutu v průřezu "III" υ [-] součinitel plnění ω [rad s -1 ] úhlová rychlost hnacího bubnu [%] účinnost kuţelo-čelní převodovky 3 [-] součinitel odporu tření v loţiscích pro valivé uloţení ϑ σ [-] součinitel velikosti součásti pro ohyb ϑ τ [-] součinitel velikosti součásti pro krut Ψ τ [-] součinitel vyjadřující citlivost materiálu na nesouměrnost cyklu BRNO

68 SEZNAM PŘÍLOH SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace: BP Výkres hnací hřídele BP Výkres hlavy s pohonem BP Výkres celkové sestavy Přílohy: snímky 3D modelu CD - zpráva v PDF - výkresová dokumentace v PDF BRNO

69 PŘÍLOHY - 3D MODEL - KOREČKOVÝ ELEVÁTOR BRNO 2016 P1

70 PŘÍLOHY - 3D MODEL - HLAVA S POHONEM BRNO 2016 P2

71 PŘÍLOHY - 3D MODEL - PATA ELEVÁTORU BRNO 2016 P3

72 PŘÍLOHY - 3D MODEL - SPOJ PÁSU BRNO 2016 P4

73 PŘÍLOHY - 3D MODEL - NAPÍNACÍ ZAŘÍZENÍ BRNO 2016 P5