VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF DOPRAVNÍ GRAVITAČNÍ DRÁHA GRAVITIAL CONVEYOR FOR TRANSPORT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE MILAN FATKA AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2008 ING. JAN KAŠPÁREK

2 2

3 3

4 Pohlášení Pohlašuji, že jsem tuto bakalářskou páci vypacovával sám, s pomocí vedoucího bakalářské páce, liteatuy a ostatních mateiálů, kteé jsou uvedeny v použité liteatuře. V Bně, dne Podpis 4

5 Anotace Cílem této páce bylo navhnout dopavní gavitační dáhu po přepavu ocelového odlitku v ámci meziopeační vnitopodnikové přepavy. Dopavník je řešen podle platných noem s přihlédnutím k jednoduchosti konstukce, výoby a montáže (demontáže) s šiokým využitím nomalizovaných částí, tedy aby zajišťoval požadované funkce a s přihlédnutím k optimalizaci nákladů. Taktéž bylo hleděno na ta, aby se dalo využít návhu při řešení obdobných zadání. Klíčová slova: Dopavní výška, ychlost, namáhání, ohyb, bezpečnost, váleček, hřídel, dopavník, zátěž, tření, utěsnění. Annotation The aim was to popose a conveying gavity path fo the tanspot of steel casting in the context of inte-tansfe sevice. The conveyo is dealt with valid noms with egad to simplicity of design, poduction and assembly (disassembly) with boad use of standadized pats. It was also seen to be done to take advantage of the poposal in solution of simila specification. Keywods: Dawing height, speed, effot, bend, safety, oll, shaft, conveyo, loading, fiction, obtuation. Bibliogafická citace mé páce: FATKA, M. Dopavní gavitační dáha. Bno: Vysoké učení technické v Bně, Fakulta stojního inženýství, s. Vedoucí bakalářské páce Ing. Jan Kašpáek. 5

6 Obsah Úvod 1. Koncepce váleček ložiska a utěsnění návh konce hřídele návh dáhy návh podstavné konstukce 2. Návh tatě návh uspořádání tatě počet válečků pod předmětem délka válečku počet válečků na tati počet válečků na úseku tati počet předmětů na tati sklon tati přibližná hmotnost otujících částí válečku odpo vlivem čepového a valivého tření odpo způsobený najetím předmětu na váleček sklon tati 3. Návh hřídele válečku učení zatěžujících sil zatížení od hmotnosti válečku zatížení od břemene síly působící na hřídel eakce v podpoách výpočet ohybových momentů ohybový moment v I. úseku ohybový moment v II. úseku ohybový moment v III. úseku učení ohybového momentu v 1. nebezpečném půřezu učení ohybového momentu v 2. nebezpečném půřezu výpočet namáhání v kitických půřezech učení namáhání v 1. nebezpečném půřezu učení namáhání v 2. nebezpečném půřezu kontola na smyk učení zatěžované plochy učení namáhání ve smyku 4. Závě 5. Seznam použitých zdojů 6. Seznam použitých zkatek a symbolů 7. Seznam příloh

7 Úvod Poblematika přepavy břemen je staá jako lidstvo samo. Přepava předmětů z místa na místo by neměla vyžadovat nadměnou obsluhu, měla by být ychlá a efektivní. Špatně fungující, či zcela nefunkční dopavník může bzdit celý výobní poces, nebo ohožovat včasné dodání výobků zákazníkovi. Velice důležitá je též otázka bezpečnosti. Dnes se v mnoha podnicích intenzivně zabývají optimalizací mateiálových toků, jelikož se zjistilo, že v této oblasti se nalézají velké ezevy v ámci úspo času a zaměstnanců. Pávě válečkový dopavník představuje velice vhodný postředek k přepavě kusového nákladu. Gavitační válečkový dopavník nevyžaduje žádnou speciální obsluhu, nepotřebuje žádnou dodávanou enegii přepava je ychlá a snadná, představuje velice vhodný postředek k dopavě na kátké vzdálenosti. Existuje mnoho fiem zabývajících se výobou válečkových tatí. Většinou jsou stavebnicově koncipovány, což představuje řadu výhod. Stavebnicová konstukce je snadno smontovatelná i demontovatelná, dá se řešit více zadání s použitím jedněch dílů, což snižuje podstatně náklady a též lze následně elativně jednoduše upavovat. Cílem této páce je navhnout gavitační válečkovou tať podle modeních standadů a předvést, jak se má postupovat při zpacovávání technické dokumentace. V této páci se nacházejí pevnostní a kontolní výpočty. 7

8 1. Koncepce 1.1 váleček Válečky a jejich komponenty jsou vyáběny v mnoha vaiacích a konstukté válečkové tatě by si jistě mohl vybat po něj nejvhodnější běžně vyáběný váleček, nebo alespoň jeho komponenty. Vzhledem k tomu, že mám váleček navhnout, tak při jeho návhu nepoužiji žádný vyáběný komponent (mimo nomalizovaných částí) a navhnu oiginální koncepci ložiska a utěsnění Běžně se používají jednořadá kuličková ložiska po šířku tatě do 1400mm, podle [2] st. 234, což je i náš případ. Dnes je nejozšířenější fomou utěsnění ložisek systém plastových labyintů, což je velice výhodné vzhledem k funkčnosti utěsnění a k tomu, že nepředstavuje nežádoucí bždění válečku. Jedinou nevýhodou této konstukce jsou počáteční náklady na tvobu foem po lisování labyintů. Návatnost tohoto řešení je až při velkých séiích, což je, vzhledem k tomu, že navhuji jeden konkétně učený dopavník, nepoužitelné řešení. Dalším používaným řešením je utěsnění pomocí speciálních pyžových těsnění, což představuje stejný poblém, jako v případě labyintového řešení. Poslední možností je částečné utěsnění pomocí tvaovaných plíšků, což je řešení, kteé také vyžaduje vstupní náklady, ale již ne tak veliké, jako v předcházejících možnostech, ovšem toto řešení není optimální z hlediska funkce, jelikož musí být ložisko pavidelně domazáváno, což představuje duhotné náklady povozovatele na zaměstnance staajících se o údžbu, také na mazivo (což představuje i ekologické poblémy) a navíc je nutné stoj pavidelně odstavovat. Z těchto důvodů jsem se ozhodnul posto ložisek utěsnit pomocí nomalizovaných hřídelových těsnících koužků, kteé se vyábějí ve velkých séiích a tedy jsou levné a představují téměř dokonalé utěsnění. Ob. 1 - příklady labyintového utěsnění válečku 8

9 Ob. 2 - příklady nelabyintového utěsnění válečku Ob. 3 - návh utěsnění válečku návh konce hřídele Po ukončení hřídele po jeho uchycení v ámu se používá řada povedení. Nejběžnější je povedení pomocí zploštění válcové plochy po uchycení do dážek. Toto řešení je velice jednoduché a představuje řadu výhod. Váleček se snadno ukotvuje pouhým vložením, což je velice výhodné vzhledem k časům montáže (demontáže) a vzhledem k tomu, že uložení není vetknuté, není namáhán konec hřídele, kteý je v těchto místech nejtenčí. Na duhé staně je váleček ohožen nenechavými zaměstnanci a povoz bude o něco hlučnější. Výhody tohoto řešení ovšem značně převyšují zápoy, poto jej použiji. Poti nenechavým zaměstnancům použiji zábanu, kteá bude přečnívat konec válečku a bude záoveň sloužit jako zábana poti vyjetí dopavovaného předmětu z dáhy. V případě poškození válečku opavář bude nucen zábanu nejdříve odstanit pomocí odšoubování dvou šoubů M10x20, což nepředstavuje žádnou velkou zátěž. 9

10 Ob. 4 - Příklady konců hřídelí fy TRANZA Ob. 5 - příklady konců hřídelí fy Daša Ob. 6 - uložení do dážek Ob. 7 - návh uložení válečku 10

11 1. 2. návh dáhy Dáhy bývají řešeny ůzně. Nejobvyklejší je konstukce pomocí L-pofilů, kteé jsou připevněny k ámu podstavné konstukce pomocí šoubů, nebo pomocí svaů. Další řešení je jen pomocí svařených L- pofilů sloužících i jako ám podstavy. Poslední běžné řešení je povedeno pomocí složitě tvaovaných plechů, kteé jsou svařeny a záoveň slouží jako ám podsestavy. Rozhodnul jsem se po řešení ze svařovaných nomalizovaných L-pofilů, kteé jsou upaveny po uchycení válečků a po uchycení k ámu podstavné konstukce. Rozhodnul jsem se po dělenou konstukci vzhledem k tomu, že během svařování velkých celků dochází k nežádoucím pnutím a poté je elativně složité zajistit přímou dáhu předmětu po tati. Další výhodou je, že je možné celou, elativně lehkou, podstavnou konstukci sestavit a až na ní umístit jednotlivé sekce dáhy. Mezi ám dáhy a ám podstavy a ám dáhy jsem umístil pyžovou vložku sloužící po odstanění nežádoucího pnutí při sestavování celku (u svařovaných ámů je nemožné zajistit optimální ovinost ) a také k tlumení vibací a tím i hlučnosti. Ob. 8 - příklady povedení dáhy Ob. 9 - Návh dáhy 11

12 1. 3. návh podstavné konstukce Podstavné konstukce jsou řešeny většinou stavebnicově, tedy se pomocí jedné podstavné konstukce dá řešit šioké možnosti použití. Svařované, jednoúčelové konstukce dnes pakticky neexistují, vzhledem k složitosti výoby, montáže přesunu a převozu. Rozhodnul jsem se navhnout stavebnicovou konstukci s využitím nomalizovaných pofilů. Řešil jsem jí tak, aby byla snadno ozebíatelná, sestavitelná, dala se tato koncepce použít i po jiné zakázky a aby šla upavovat dle povozních požadavků (sklon lze upavovat). Ob Návh dáhy Ob Celkový návh dopavníku 12

13 2. Návh tatě návh uspořádání tatě počet válečků pod předmětem Pod předmětem by měly být vždy minimálně dva válečky. Obvykle se volí 3 až 5 válečky, podle [2] st. 235, poto použijeme 4. ab k1 a t= z k1 0,5 t= 4 t = 0,125 m t= (1) kde: ab - šířka podstavy břemene k1 - počet válečků pod předmětem délka válečku Délka válečku se učuje podle šířky dopavovaného předmětu. ab z [4] st ,8 0,5 B 0,8 B 0,625 m B (2) Kde: ab - šířka podstavy dopavovaného předmětu Délky válečků jsou nomalizované. Dopavník musí zajistit půjezd předmětu v každé jeho poloze, tak aby nedošlo k jeho zapříčení, tedy musíme vzhledem k navžené koncepci, se zábanami poti odchýlení předmětu z tasy, použít v.č.(3). B ab + a b + 2 x z 2 2 (3) B 0, , ,01 B 0,73 m 13

14 Ob délka válečku kde: ab - šíře podstavy břemene x z - přesah zábany přes váleček Nejbližší větší nomalizovaná délka válečku je 0,8m, podle [1] st počet válečků na tati L t 10 z= 0,125 z = 80 ks. z= (4) kde: L - délka tati t ozteč válečků (1) počet válečků na úseku tati Tať je sestavena ze čtyř úseků. Lu t 2,5 zu = 0,125 z u = 20 ks. zu = (5) 14

15 kde: Lu - délka úseku tati t - ozteč válečků (1) počet předmětů na tati Vzhledem k předpokládaným manipulačním časům (30s/ks.) volím: [ N=120 ks.h 1 ] np = N.L 3600.v s np = ,35 (6) n p =& 1 ks kde: N - dopavní výkon L - délka tati v s - střední ychlost předmětu 2.2 sklon tati Následující výpočty potřebujeme ke stanovení úhlu sklonu tatě ( β ) potřebného k ovnoměně zychlenému pohybu předmětu dle zadaných paametů, vzhledem ke gavitační síle působící na předmět a k odpoům, kteé předmět bzdí. Na těleso působí odpoy vlivem čepového a valivého tření ( 10 ), odpo vzniklý ztátou kinetické enegie při najetí předmětu na stojící váleček, jenž se musí začít otáčet ( 9 ) a další odpoy, kteé si můžeme dovolit zanedbat (aeodynamický, vzniklý nekvalitním povchem předmětu a válečku, výobními a montážními nepřesnostmi atp.) přibližná hmotnost otujících částí válečku. Hmotnost otujících částí válečku potřebujeme znát po stanovení ztátové enegie při najíždění předmětu na váleček. m = m pl + 2 mč ( D 2 d 2 ) B + (Dč2 d č2 ) Bč m = ρ Fe π 4 (8) 15

16 (0,07 2 0,064 2 ) 0,7 + (0, ,035 2 )0,04 m = 7800 π 4 m = 5,7 kg kde: m pl -hmotnost pláště mč -hmotnost náboje ρ Fe - měná objemová hmotnost D - velký půmě válečku Dč - velký půmě náboje d - vnitřní půmě válečku d č - vnitřní půmě náboje odpo vlivem čepového a valivého tření Ob znázonění čepového a valivého tření W1 = W1 = m p g cos β R (e + f č č ) + k1 g m f č c R z [4] st. 216; [1] st ,81 1 0,05 0,0075 (0, ,05 0,0075) + 4 9,81 5,7 0,035 0,035 W1 = 39,18N kde: m p - hmotnost předmětu 16 (9)

17 Kde: g - gavitační konstanta β - úhel sklonu tatě e - součinitel valivého tření f c - součinitel čepového tření c - polomě čepu válečku v ložiskách R - polomě válečku k1 - počet válečků pod břemenem m - hmotnost otujících částí válečku Vzhledem k předpokladu, že úhel sklono bude elativně malý, tak můžeme po tento výpočet předpokládat, že je úhel β oven nule odpo způsobený najetím předmětu na váleček J ω 2 W2 = t 2 m s2 (v k + v0 ) W2 = t (2 R )2 W2 = z [1] st. 105; [4] st. 216 m s2 v k2 + 2v k v0 + v02 t 4 R ,7 0, , ,6 0,1 + 0,1 W2 = 0, ,035 2 W2 = 4,7 N J - moment setvačnosti otujících částí válečku ω - úhlová ychlost válečku t - ozteč válečků m - hmotnost otujících částí válečku v k - ychlost předmětu na konci dáhy v0 - ychlost předmětu na začátku dáhy R - polomě válečku 17 (10)

18 sklon tati m p g sin β = W z [1] st. 105 (11) m p g sin β = W1 + W2 W1 + W2 mp g 39,18 + 4,7 β = acsin 150 9,81 β = 1,7 β = acsin kde: m p -hmotnost předmětu g -gavitační konstanta W1 -odpo vlivem čepového a valivého tření (9) W2 -odpo vlivem najetí předmětu na váleček (10) Vzhledem k zanedbaným odpoům, výobním nepřesnostem a montážním předpokladům volím β = Návh hřídele válečku učení zatěžujících sil zatížení od hmotnosti válečku G v = m g G v = 5,7 9,81 G v = 56 N (12) kde: m - hmotnost otujících částí válečku (10) g - gavitační konstanta zatížení od břemene mp g Gb = k ,81 Gb = 4 Gb = 368 N (13) 18

19 kde: mp -hmotnost předmětu g k1 -gavitační konstanta -počet válečků pod předmětem síly působící na hřídel Fv x2 F1 = + Gb 2 x1 + x F1 = F1 = 143,5 N (14) Fv x1 F2 = + Gb 2 x1 + x F2 = F2 = 280,5 N (15) Ob znázonění sil působících na hřídel kde: F1 -síla působící na levou stanu hřídele F2 -síla působící na pavou stanu hřídele G v -síla vyvolaná hmotností otačních částí válečku (12) G b -síla vyvolaná hmotností břemene (13) m p -hmotnost předmětu k1 -počet válečků pod předmětem 19

20 x1 -vzdálenost těžiště břemene od středu levého ložiska x 2 -vzdálenost těžiště břemene od středu pavého ložiska eakce v podpoách M o = F2 c F1 (b + c) + FA (a + b + c ) = 0 F2 c + F1 (b + c ) FA = (a + b + c ) 280,5 0, ,5 (0, ,043) FA = (0, , ,043) FA = 150,5 N FB = F1 + F2 FA FB = 143, ,5 150,5 FB = 273,5 N (16) (17) kde: F1 -síla působící na levou stanu hřídele (14) F2 -síla působící na pavou stanu hřídele (15) FA -síla působící v podpoře A FB -síla působící v podpoře B a -délka úseku I. b -délka úseku II. c -délka úseku III výpočet ohybových momentů ohybový moment v I. úseku x p (0 ; 0,043 m M OI = FA x p M OI (0 ; 6,45 N m (18) ohybový moment v II. úseku x p (0 ; 0,795 m M OII = FA x p F1 ( x p a ) M OII ( 6,45 ; 11,73 N m (19) 20

21 ohybový moment v III. úseku x p (0 ; 0,838 m M OIII = FA x p F1 ( x p a) F2 ( x p a b) M OIII ( 11,73 ; 0 N m (20) Ob znázonění výsledných vnitřních účinků a silové a momentové chaakteistiky 21

22 učení ohybového momentu v 1. nebezpečném půřezu x p = 0,819 m x p III M Ok 1 = 150,5 0, ,5 (0,819 0,043) 280,5 (0,819 0,043 0,752) M Ok 1 = 5,2 N m učení ohybového momentu v 2. nebezpečném půřezu x p = 0,789 m x p II M Ok 2 = 150,5 0, ,5 (0,789 0,043) M Ok 2 = 11,7 N m Ob znázonění nebezpečných půřezů kde: F1 -síla působící na levou stanu hřídele (14) F2 -síla působící na pavou stanu hřídele (15) FA -síla působící v podpoře A (16) x p -pomocný ozmě 22

23 3. 3. výpočet namáhání v kitických půřezech učení namáhání v 1. nebezpečném půřezu σo = k 1 σo = k 1 σo = k 1 M Ok1 (21) WOk1 32 M Ok1 π d13 α1 32 5,2 1,75 π 0,012 3 σ O = 53,7 MPa k 1 σ O σ O kk dov (22) k ,4 VYHOVUJE učení namáhání v 2. nebezpečném půřezu M Ok 2 σo = σo = σo = σo = 84,7 MPa k 2 k 2 k 2 k 2 WOk 2 α 32 M Ok 2 π d 23 (23) α ,7 2.4 π 0,015 3 σ O σ O kk dov (24) k VYHOVUJE 23

24 Ob učení koeficientu α kde: σo -dovolené napětí v ohybu, podle [5] st. 54 d1 d2 -půmě konce hřídele -půmě hřídele po ložisko kk -koeficient bezpečnosti dov MOk1 -ohybový moment v pvním nebezpečném půřezu M Ok 2 -ohybový moment v duhém nebezpečném půřezu α1 α2 -koeficient pvního vubu -koeficient duhého vubu WOk1 -modul půřezu ø d1 WOk 2 -modul půřezu ø d 2 24

25 3. 4. kontola na smyk učení zatěžované plochy Ob učení výpočtu půřezu S S = S d 2 S1 (25) S = π d 2 2 S = π d 2 π d2 α d 360 xd π d2 2 2 accos d 360 d S = π S = 71 mm π accos (26) učení namáhání ve smyku FB S 273,5 τs = 71 τ s = 3,85 τs = τs dov (27) τ s kk (28) 105 7,7 - VYHOVUJE kde: τs dov kk FB S S1 Sd -dovolené napětí ve smyku, podle [5] st. 55 -koeficient bezpečnosti -síla působící v podpoře B -plocha půřezu zploštěného konce hřídele -plocha zploštění ø d1 -plocha půřezu ø d1 25

26 4. Závě Návh se shoduje se zadanými požadavky. Dopavník je oiginální koncepce s šiokým použitím nomalizovaných částí. Je nutné vyobit pototyp válečku, kteý se odzkouší na spávnou funkci. Po smontování dáhy je nutné ověřit funkci a zkušebně zatížit zatížením 225 kg a následně povést kontolu spojů (u šoubových spojů se po ověření zkontoluje dotažení) a nepoušenosti nosných částí. Opětovnou kontolu a dotažení šoubů dopoučuji povést po měsíci povozu a následně každého půl oku. 26

27 5. Seznam použitých zdojů [1] KAŠPÁREK, J.: Dopavní a manipulační zařízení, skipta VUT Bno 2002 [2] DRAŽAN, F., KUPKA, L. a kol.: Tanspotní zařízení, SNTL Paha 1966 [3] KLIMEŠ, P.: Části a mechanismy stojů I, CERM, 2OO3 [4] GAJDŮŠEK, J.; ŠKOPÁN, M.: Teoie dopavních a manipulačních zařízení, skipta VUT Bno, 1988 [5] LEINVEBER, J.; VÁVRA, P.: Stojnické tabulky Alba Úvaly 2006 [6] POKORNÝ, P.: Dopavní a manipulační zařízení-řešené příklady, skipta VUT Bno 2002 [7] Katalog fy LOŽISKA DRAŠAR s..o. Komponenty po stavbu válečkových dopavníků. [8] Katalog fy TRANZA; Catalogue EasyRun Rolles [9] Katalog fy INTERROLL GmbH; Föde- Rollen 27

28 6. Seznam použitých zkatek a symbolů označení název a ab b c d d1 d2 dč délka úseku I. šířka břemene délka úseku II. délka úseku III. vnitřní půmě válečku půmě konce hřídele půmě hřídele po ložisko vnitřní půmě náboje e fc součinitel valivého tření součinitel čepového tření g k1 gavitační konstanta počet válečků pod předmětem kk mp koeficient bezpečnosti hmotnost náboje hmotnost předmětu m pl hmotnost pláště m np hmotnost otujících částí válečku počet břemen na tati c polomě čepu válečku v ložiscích d v0 polomě ø d1 ozteč válečků na tati ychlost předmětu na začátku dáhy vk ychlost předmětu na konci dáhy vs střední ychlost předmětu xd hloubka zploštění ø d1 vzdálenost těžiště břemene od středu levého ložiska vzdálenost těžiště břemene od středu pavého ložiska pomocný ozmě mč t x1 x2 xp xz z zu B D Dč F1 F2 jednotka [ ] [m.s ] 2 [ks] [ ] [kg ] [kg ] [kg ] [kg ] [ks.] [mm] [m.s ] [m.s ] [m.s ] přesah zábany přes váleček počet válečků na tati délka úseku tati délka válečku velký půmě válečku velký půmě náboje síla působící na levou stanu hřídele síla působící na pavou stanu hřídele 28 [mm] [ks.] [N ] [N ]

29 FA FB Gb Gv síla působící v podpoře A síla působící v podpoře B síla vyvolaná hmotností břemene síla vyvolaná hmotností otačních částí válečku J L Lu Mo moment setvačnosti otujících částí válečku délka tati délka sekce tatě MOk1 ohybový moment v pvním nebezpečném půřezu M Ok 2 ohybový moment v duhém nebezpečném půřezu M oi M oii M oiii N R S S1 Sd W1 W2 WOk1 celkový ohybový moment moment působící v úseku I. moment působící v úseku II. moment působící v úseku III. dopavní výkon polomě válečku plocha půřezu zploštěného konce hřídele plocha zploštění ø d1 plocha půřezu ø d1 odpo vlivem čepového a valivého tření odpo vlivem najetí předmětu na váleček modul půřezu ø d 2 α1 α2 koeficient pvního vubu β ρ Fe koeficient duhého vubu úhel sklonu tati měná objemová hmotnost 1 [mm ] [mm ] [mm ] [N ] [N ] [m ] [m ] 3 úhlová ychlost válečku dov [ks h ] [kg.m ] ω k 1 [N m ] [N m ] [N m ] [N m ] [N m ] [N m ] [ ] [ ] [ ] ohybové napětí v pvním kitickém půřezu k σo σo σo τs τs dov [kg m. ] 3 modul půřezu ø d1 WOk 2 [N ] [N ] [N ] [N ] dovolené napětí v ohybu ohybové napětí v duhém kitickém půřezu napětí ve smyku dovolené napětí ve smyku [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [s ] 1 29

30 7. Seznam příloh 0-K K2-001/A1 2-K2-001/A1-K1 3-K2-001/A1-K1-01 -výkes sestavy -výkes sekce tatě -výkes sestavy válečku -výkes hřídele 30