VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY PÁSOVÝ DOPRAVNÍK NA SLÉVÁRENSKÝ PÍSEK INCLINED BELT CONVEYOR FOR FOUNDRY SAND

Transkript

1 VYSOKÉ UČEÍ TECHICKÉ V BRĚ BRO UIVERSITY OF TECHOLOGY FAKULTA STROJÍHO IŽEÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILÍHO A DOPRAVÍHO IŽEÝRSTVÍ FACULTY OF MECHAICAL EGIEERIG ISTITUTE OF AUTOMOTIVE EGIEERIG PÁSOVÝ DOPRAVÍK A SLÉVÁRESKÝ PÍSEK ICLIED BELT COVEYOR FOR FOUDRY SAD BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE ODŘEJ VAŇOUS AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRO 2010 doc. Ing. JIŘÍ MALÁŠEK, Ph.D

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2009/2010 ZADÁÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Ondřej Vaňous který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Pásový dopravník na slévárenský písek v anglickém jazyce: Inclined belt conveyor for foundry sand Stručná charakteristika problematiky úkolu: Hlavní technické parametry: dopravní výkon: kg/hod dopravní výška: 2,8 m dopravní délka: 19,5 m dopravovaný materiál: slévárenský písek Cíle bakalářské práce: Proveďte funkční výpočet, určení hlavních rozměrů a návrh pohonu, pevnostní výpočty dle pokynů vedoucího BP. akreslete: celkovou sestavu dopravníku, podsestavu napínacího zařízení, výrobní výkresy dle pokynů vedoucího BP.

3 Seznam odborné literatury: 1. Ondráček,E., Vrbka,J., Janíček,P. : Mechanika těles - pružnost a pevnost II VUT Brno, Jančík, L.: Části a mechanismy strojů, ČVUT Praha, Klimeš P.: Části a mechanismy strojů I, II, VUT Brno Janíček P., Ondráček E., Vrbka J.: Pružnost a pevnost, VUT Brno, Gajdůšek, J., Škopán, M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno 1988 Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2009/2010. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu doc. RDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 Anotace: Tato bakalářská práce se zabývá konstrukčním návrhem pásového dopravníku pro přepravu slévárenského písku s dopravním výkonem 70 t/hod. Práce obsahuje funkční výpočet podle normy ČS ISO Dále je navržen pohon dopravníku, pevnostní výpočet hnaného hřídele a hnaného bubnu. Klíčová slova: pásový dopravník, rychlost dopravníku, dopravní pás, válečky, výkon motoru, napínací buben. Annotation: The purpose of the bachelor thesis is the construction design of the belt conveyor for the transport of foundry sand with the transport capacity of 70 tons per hour. The bachelor thesis includes the functional calculation performed according to the norm ČS ISO Moreover, the bachelor thesis designs the drive of the conveyor and the strength calculation of the drive shaft and the idler drums. Key words: belt conveyor, conveyor speed, conveyor belt, rollers, engine output, tension pulley. 2

5 Bibliografická citace: VAŇOUS, O. Pásový dopravník na slévárenský písek. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. 3

6 Čestné prohlášení: Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně. Jako podklady mi sloužily odborné konzultace doc. Ing. Jiřího Maláška, Ph.D., uvedená literatura a webové stránky. V Brně dne 23. dubna podpis autora 4

7 Poděkování: Touto cestou bych chtěl poděkovat mému vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D. za jeho odborné rady a poznatky, které mi vypracování této práce usnadnily. 5

8 Obsah Úvod Konstrukce pásového dopravníku Funkční výpočet 3.1 Hlavní technické parametry 3.2 Výpočet úhlu sklonu pásového dopravníku 3.3 Volba jmenovité dopravní rychlosti 3.4 Výpočet plochy průřezu náplně 3.5 Šířka pásu 3.6 Výpočet odporů Hlavní odpory Vedlejší odpory Přídavné vedlejší odpory Volba pohonu Síly v pásu 5.1 Omezení pole průvěsu pásu 5.2 Pevnostní kontrola dopravního pásu 5.3 Eulerův vztah kontrola Síly působící na buben Pevnostní výpočet hnaného bubnu Pevnostní výpočet hnané hřídele Kontrola životnosti ložisek hnacího a hnaného bubnu Popis částí pásového dopravníku 10.1 Dopravní pás 10.2 Válečkové stolice Horní stolice pracovní větve Dolní stolice vratné větve 10.3 Stěrač pásu 10.4 osné válečky 10.5 Hnací a hnaný buben 10.6 Uložení bubnu Hnací buben Hnaný buben 10.7 Pružná obručová spojka 10.8 Poháněcí stanice Závěr Seznam použitých zdrojů 12.1 Seznam použité literatury 12.2 Seznam použitých norem

9 12.3 Seznam použitých webových stránek 13 Seznam použitých symbolů a jednotek 14 Seznam příloh

10 1 Úvod Pásové dopravníky jsou nejrozšířenějším prostředkem kontinuální dopravy sypkých látek na vzdálenosti od několika metrů až do několika kilometrů. Doprava je převážně vodorovná nebo mírně skloněná vzhůru. Tažným elementem je pás, který je napnut mezi hnacím a hnaným bubnem. Pás je po celé délce dopravníku, v nosné i vratné větvi podepřen válečkovými stolicemi. Pásové dopravníky mají jednoduchou konstrukci, nízkou hmotnost a malou spotřebu energie. 2 Konstrukce pásového dopravníku Konstrukce pásového dopravníku se skládá z nosného rámu, dopravního pásu, násypky, hnacího a haného bubnu, válečků, pohonu, stěrače pásu a napínacího zařízení. Obr.1 Schéma pásového dopravníku 1. ásypka 2. Válečky v nosné větvi 3. Hnací buben 4. apínací zařízení 1 5. Hnaný buben 6. Válečky ve vratné větvi 7. Dopravní pás 8. Vnější stěrač 8

11 3 Funkční výpočet pásového dopravníku 3.1 Hlavní technické parametry dopravní výkon: kg h-1 dopravní výška: 2,8 m dopravní délka: 19,5 m (1) 3.2 Výpočet úhlu sklonu pásového dopravníku δ = arcsin H 2,8 = arcsin = 8 o16 L 19,5 (2) - dopravní výška: H = 2,8 m - dopravní délka: L1 = 19,5 m zadáno (1) zadáno (1) 3.3 Volba jmenovité dopravní rychlosti Podle literatury [1] str. 148, Tab. 8.3 je rychlost dopravníku pro přepravu suchého písku doporučena v rozmezí v = (1,6 3,2) m s 1. Zvoleno: v = 2 m s 1 (3) 3.4 Výpočet plochy průřezu náplně [1] Potřebný teoretický průřez náplně materiálu na pásu Q = 3600 γ S T v S T = Q 3600 γ v (4) = 0, S T = 0,0067 m 2 ST = Q = kg h-1 zadáno (1) γ = 1450 kg m zvoleno (5) v=2m s -3-1 zvoleno (3) Měrná hmotnost suchého písku γ = 1450 kg m 3 [1] (5) Vzhledem k vypočtenému teoretickému průřezu náplně materiálu a možného sesypávání materiálu z pásu je volen korýtkový ložný profil. 9

12 Obr.2 Korýtkový profil [1] 3.5 Šířka pásu Z teoretického průřezu náplně materiálu a tvaru ložného profilu dle literatury [1] str. 149, tab. 8.4 je dána šířka pásu B = 400 mm. (6) Ložná šířka pásu [1] b = 0,9 B 50 b = 0, = 310 b = 310 mm (7) B = 400 m dáno (6) Dynamický sypný úhel Podle literatury [7] str. 12 Tab. 3 je dynamický sypný úhel pro suchý písek doporučen v rozmezí ψ dyn = (10 15) o Zvoleno ψ dyn = 13o (8) Světlá šířka bočního vedení [1] Podle literatury [7] str. 8 Tab. 1 je úhel sklonu bočních válečků pro šířku pásu B = 400 mm doporučen β = 20 o (9) b1 = b cos β (10) b1 = 0,31 cos 20 o = 0, b = 0,31 m b1 = 0,2913 m 10 vypočteno (7)

13 Plocha průřezu vrchlíku náplně pásu [1] 1 2 b1 tgψ dyn 6 1 S1 = 0, tg13o = 0, S1 = 0,00327 m 2 S1 = (11) b1 = 0,2913 m ψdyn = 13 vypočteno (10) zvoleno (8) Plocha průřezu spodní části náplně pásu [1] 1 2 b sin 2 β 8 1 S 2 = 0,312 sin( 2 20) = 0, S 2 = 0,00772 m 2 S2 = (12) b = 0,31 m vypočteno (7) β = 20 zvoleno (9) S = S1 + S 2 S1 = 0,00327 S = 0, ,00772 = 0, S2 = 0,00772 vypočteno (11)(13) vypočteno (12) Iv = S v S = 0,011 m2 vypočteno (13) I v = 0,011 2 = 0,022 v = 2 m s-1 zvoleno (3) I m = 3600 I v γ Iv = 0,022 m-3 s-1 vypočteno (14) I m = , = γ = 1450 kg m-3 zvoleno (5) Celkový průřez náplně pásu [1] S = 0,011 m 2 Objemový dopravní výkon [6] (14) I v = 0,022 m 3 s 1 Hmotnostní dopravní výkon [7] I m = kg h 1 Podmínka Im Q kg h kg h 1 podmínka VYHOVUJE 11 (15)

14 Součinitel korekce průřezu vrchlíku náplně [7] k1 = 1 sin 2 δ max sin 2 ψ dyn sin 2 8 o16 k1 = 1 = 0,7695 sin 2 13o k1 = 0,77 (16) δmax = 8 16 vypočteno (2) ψdyn = 13 zvoleno (8) Součinitel korekce průřezu náplně pásu ve sklonu [6] S1 (1 k1 ) S 0,00326 kp = 1 (1 0,77 ) = 0,9316 0,011 k p = 0,93 kp = 1 (17) S1 = 0,00327 m2 S = 0,011 m k1 = 0,77 2 Skutečná plocha průřezu náplně pásu [7] Sk = S k p S = 0,011 m2 S k = 0,011 0,93 = 0,01023 kp = 0,93 vypočteno (11) vypočteno (13) vypočteno (16) vypočteno (13) vypočteno (17) (18) Iv = 0,022 m-3 s-1 vypočteno (14) (19) S k = 0,0102 m 2 Kontrola pásu na potřebný ložný prostor [1] Podmínka: S k > ST 0,0102 m 2 > 0,0067 m 2 Zvolený pás vyhovuje pro dané použití. Hmotnost nákladu na 1 metr dopravního pásu [7] Iv γ v 0, qg = = 15,95 2 q G = 15,95 kg m 1 qg = γ = 1450 kg m v = 2 m s zvoleno (5) zvoleno (3)

15 Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m horní větve dopravníku [7] q RO = 2 q1 p1 L1 q RO = 2 1,8 18 = 3, ,5 q1 = 1,8 kg p1 = 18 L1= 19,5 m zvoleno Tab.7 dle konstrukce zadáno (1) (20) q RO = 3,32 kg m 1 Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m dolní větve dopravníku [7] q RU = q2 p2 L1 q RU = 2,9 6 = 0, ,5 q2 = 2,9 kg p2 = 6 L1 = 19,5 m zvoleno Tab.8 dle konstrukce zadáno (1) (21) q RU = 0,892 kg m 1 Hmotnost 1. m dopravního pásu q B = 3,7 kg údaj podle výrobce [11] (22) 3.6 Výpočet odporů [1] FU = FH + F + FP (23) FU = 102, , ,51 = 785,28 FU = 785,28 FH = 102,43 F = 490,34 vypočteno (24) vypočteno (27) FP = 192,51 vypočteno (33) 13

16 3.6.1 Hlavní odpory [7] FH = f L1 g[(qg + 2 q B ) cos δ + q RO + q RU ] [ ] FH = 0, ,5 9,81 (15, ,7 ) cos 8 o16 + 3,32 + 0,892 = 102,431 (24) FH = 102,43 f = 0,0196 L1 = 19,5 m vypočteno (25) zadáno (1) qg = 15,95 kg m-1 vypočteno (19) qb = 3,7 kg dáno dle výrobce (22) δ = 8 16 vypočteno (2) qro = 3,32 kg m-1 vypočteno (20) qru = 0,892 kg m vypočteno (21) -1 Globální součinitel tření [1] f 1 = 0,02 dáno dle [1] f 1 = (0,018 0,027 ) k 2 = 0,98 určeno z grafu [1] na str. 152 obr f = f1 k 2 (25) f = 0,02 0,98 = 0,0196 f = 0, Vedlejší odpory [6] F = FbA + F f + Fl + Ft F = 63,8 + 16, = 490,34 (26) F = 490,34 FbA = 63,8 vypočteno (27) Ff = 16,54 Fl = 300 vypočteno (29) vypočteno (30) Ft = 110 vypočteno (31) Odpor setrvačných sil v místě nakládání a v oblasti urychlování [6] Fba = I v γ (v v0 ) Fba = 0, (2 0 ) = 63,8 (27) Fba = 63,8 Iv = 0,022 m-3 s-1 vypočteno (14) γ = 1450 kg m-3 zvoleno (5) v=2m s zvoleno (3) -1 14

17 Minimální urychlovací délka [6] v 2 v0 2 g µ1 2 lb = (28) 22 0 lb = = 0, ,81 0,6 l b = 0,3398 m v = 2 m s-1 zvoleno (3) µ1 = 0,6 zvoleno dle [6] Tab.2 µ1 = 0,5 až 0,7 g = 9,81 dáno Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením v oblasti urychlování [6] Ff = Ff = µ 2 I v 2 γ g lb v + v0 2 b1 2 0,6 0, ,81 0, , F f = 16,54 2 (29) = 16,542 µ2 = 0,6 zvoleno dle [6] Tab.3 µ2 = 0,5 až 0,7 Iv = 0,022 m s -3-1 g = 9,81 γ = 1450 kg m vypočteno (14). dáno -3 zvoleno (5) lb = 0,3398 m vypočteno (28) v = 2 m s-1 zvoleno (3) b1 = 0,2913 m vypočteno (10) Odpor ohybu pásu na bubnech [6] Ov 2 = 150 Dle [1] str. 154 Ov 2 = ( ) - pro jeden buben Fl = 2 Ov 2 Fl = = 300 (30) Fl = 300 Odpor v ložiskách hnaného bubnu [6] Ov 3 = 110 Dle [1] str. 154 Ov 3 = ( ) - pro jeden buben Ft = Ov 3 = 110 (31) 15

18 3.6.3 Přídavné vedlejší odpory [6] FP = Fgl. + Fr FP = 36, = 192,51 Fgl. = 36,51 Fr = 156 vypočteno (33) vypočteno (34) (32) FP = 192,51 Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením [6] Fgl. = µ 2 I v 2 γ g l v 2 b1 2 (33) 0,6 0, ,81 3 = 36, , = 36,51 µ2 = 0,6 Fgl. = Fgl. Iv = 0,022 m s -3 γ = 1450 kg m zvoleno dle [6] Tab.3 µ2 = 0,5 až 0,7-1 vypočteno (14) -3 zvoleno (5) l=3m dle konstrukce v = 2 m s -1 zvoleno (3) b1 = 0,2913 m vypočteno (10) Odpor čističe pásu [6] Fr = A p µ 3 Fr = 0, ,6 = 156 (34) Fr = 156 A = 0,004 [m2] 4 p = 6,5 10 m µ3 = 0,6 dle konstrukce čističe pásu -2 voleno z rozsahu: p = ( ) m-2 dle [6] Tab.3 dáno z tabulek [2], str

19 4 Volba pohonu Provozní výkon na poháněcím bubnu [6] FU = 785,28 PA = FU v vypočteno (23) PA = 785,28 2 = 1570,56 zvoleno (3) v = 2 m s-1 (35) PA = 1570,6 W Provozní výkon poháněcího motoru [6] η1 = 0,9 PM = Zvoleno dle [6] str. 9 η1 = (0,85 0,95) (36) PA η1 1570,6 = 1745,111 0,9 PM = 1745 W PM = PA = 1570,6 W vypočteno (35) η1 = 0,9 avýšení výkonu elektromotoru o 50% z důvodu rozběhu naloženého pásu. P = PM 1,5 P = ,5 = 2617,5 P = 2,618 kw (37) PM = 1745 W vypočteno (36) Výpočet výstupních otáček převodovky np = 60 v π Db np = 60 2 = 152,7887 π 0,25 v = 2 m s-1 zvoleno (3) Db = 0,25 m zvoleno z [8] Tab.1str. 3 n P = 152,8 ot min 1 17 (38)

20 5 Síly v pásu Maximální obvodová hnací síla [6] Dle [6] str.10 ξ = (1,3 2) zvoleno ξ = 1,7 FU max = ξ FU (39) FU max = 1,7 785,28 = 1334,976 FU = 785,28 vypočteno (23) FU max = 1334,98 Přenos obvodové síly na poháněcím bubnu [6] F2 FU, max 1 e µϕ F2 1334,36 F2 681,3 1 1 e 0,35 3,1 1 (40) = 681,307 FU, max = 1334,98 vypočteno (39) µ = 0,35 zvoleno dle [6] Tab. 4 µ = 0,4 0,45 ϕ = 3,1 zvoleno dle [6] ϕ = 2,8 4,2 5.1 Omezení podle průvěsu pásu - pro horní větev [6] Fmin H a0 (q B + qg ) g 8 (h / a )adm (41) 1 (3,7 + 15,95) 9,81 = 2190,528 8 (0,011) 2190,53 Fmin H Fmin H a0 = 1 m qb = 3,7 kg dle konstrukce dáno dle výrobce (22) qg =15,95 kg m-1 vypočteno (19) h/a = 0,011 dáno dle [6], (h/a)adm = 0,005 0,02 18

21 - pro dolní větev [6] a q g Fmin D u B 8 (h / a )adm (42) 3 3,7 9,81 = 1237, (0,011) 1237,4 Fmin D Fmin D au = 3 m qb = 3,7 kg g = 9,81 (h/a)adm = 0,011 dle konstrukce dáno dle výrobce (22) dáno voleno dle [6] (h/a)adm = 0,005 0,02 ejvětší tahová síla v pásu [6] 1 Fmax F1 FU ξ µ ϕ + 1 e 1 1 Fmax F1 785,28 1,7 0,35 3,1 + 1 = 2016,28 1 e Fmax F1 2016,3 (43) FU = 785,28 vypočteno (23) ξ = 1,7 dáno dle [6] ξ = 1,3 2 µ = 0,35 zvoleno dle [6] Tab. µ = 0,4 0,45 ϕ = 3,1 zvoleno dle [6] ϕ = 2,8 4,2 Dovolená síla v pásu [6] Rmp = 250 /mm FDP = Rmp B Voleno dle výrobce [11] B = 0,4 m FDP = = dáno dle (6) (44) FDP = Kontrola pevnosti v pásu Podmínka: FDP Fmax ,3 podmínka VYHOVUJE 19

22 5.3 Eulerův vztah kontrola [1] F1 e µ ϕ F2 F1 = 2016,3 F2 = 681,3 vypočteno (43) vypočteno (40) 2016,3 e 0,35 3,1 681,3 2, ,95944 podmínka VYHOVUJE µ = 0,35 dáno dle [6] Tab. µ = 0,4 0,45 ϕ = 3,1 dáno dle [6] ϕ = 2,8 4,2 6 Síly působící na buben Tíhová síla bubnu FG = mb g (45) FG = 36 9,81 = 353,16 mb = 36 kg FG = 353,2 g = 9,81 dle konstrukce dáno Výsledná síla namáhající buben FV = F1 + F2 (46) FV = 2016, ,3 = 2697,6 F1 = 2016,3 F2 = 681,3 FV = 2697,6 vypočteno (43) vypočteno (40) Velikost síly působící na buben FC1 = FG + FV 2 (47) 2 FC1 = 353, ,6 2 = 2720,619 FC1 = 2720,62 FG = 353,16 vypočteno (45) FV = 2697,6 vypočteno (46) Reakční síly v ložiskách FC1 = FRA + FRB FRA = FRB = FC1 2 (48) FC1 = 2720, ,62 = 1360,31 2 = 1360,3 FRA = FRB = FRA = FRB 20 vypočteno (47)

23 F1 Fv F2 Fc1 FG Obr.3 Síly působící na buben 7 Pevnostní výpočet hnaného bubnu LB LA LB q A Db db B FAb FBb T MO Obr.4 Zobrazeni VVU na bubnu 21

24 Rozměry bubnu LA = 400 mm LB = 25 mm (49) Db = 250 mm Volba materiálu bubnu Z důvodu namáhání bubnu prostým míjivým ohybem volím materiál který má zaručenou svařitelnost. - dovolené napětí v ohybu: σo dov = MPa dle [2] - zvoleno: σo dov = 90 MPa (50) Určení velikosti spojitého zatížení [3] q= FC1 LA q= 2720,62 = 6801,55 0,4 (51) FC1 = 2720,62 LA = 0,4 m vypočteno (47) zvoleno (49) q = 6801,6 m 1 Výpočet silových reakcí působících na buben [3] 1. podmínka: L =FBb ( L A + 2 LB ) q L A A + LB = 0 2 L q L A A + LB LA = 0,4 m 2 = LB = 0,025 m ( L A + 2 LB ) q = 6801,6 0,4 6801,6 0,4 + 0,025 2 = 1360,32,68 = (0, ,025) = 1360,3 M FBb FBb FBb Ay (52) zvoleno (49) zvoleno (49) vypočteno (51) 2. podmínka: T = q L A FBb FAb = 0 (53) FAb = q L A FB1 q = 6801,6 vypočteno (51) FAb = 6801,6 0,4 1360,3,7 = 1360,34 LA = 0,4 FBb = 1360,3 zvoleno (49) vypočteno (52) FAb = 1360,3 22

25 Výpočet maximální ohybového momentu působícího na buben [3] Maximální ohybový moment působí v polovině šířky bubnu. L M O max b = FAb LB + A 2 M O max b M O max b L L q A A 2 4 0,4 0,4 0,4 = 1359,7 0,025 + = 170, , = 170,04 m (54) LA = 0,4 m FAb = 1360,3 LB = 0,025 m zvoleno (49) vypočteno (53) zvoleno (49) q = 6801,6 m-1 vypočteno (51) Výpočet rozměrů bubnu [3] σ O σ O dov σ O dov = σ O dov = (55) M O max b WOb M O max b π Db 32 3 d 1 b Db 4 σo dov = 90 MPa zvoleno (50) Mo max b = 170,04 m Wob = 0, m3 vypočteno (54) vypočteno (57) 32 M O max b D db = 4 1 σ O dov π Db 3 b ,04 d b = 4 1 0,25 = 0, π 0,25 d b = 250 mm Z konstrukčních důvodů zvětšuji tloušťku plechu na 5 mm snižuji průměr db = 240 mm. Maximální ohybové napětí na bubnu [3] σ max b = σ max b WOb 170,04 = ,8961 0, = ,9 Pa σ max b = (56) M O max b Mo max b = 170,04 m Wob = 0, m3 23 vypočteno (54) vypočteno (57)

26 modul průřez v ohybu [3] WOb = 32 d 1 b Db π 0, , ,25 = 0, m 3 WOb = WOb π Db 3 (57) 4 = 0, Db = 0,25 m db = 0,24 m zvoleno dle [8] Tab.1 str.3 vypočteno (56) Bezpečnost v ohybu v místě maximálního ohybového momentu [3] k kb = 90 = 122,283 0,736 = 122,3 k kb = k kb σ O dov σ max b (58) σo dov = 90 MPa zvoleno (50) σmax b = 0,736 MPa vypočteno (56) Plášť bubnu vyhovuje funkčním požadavkům. 24

27 8 Pevnostní výpočet hnané hřídele LD LC LD LE d C FA2 D FB2 FC F E FE T MO Obr.5 Zobrazeni VVU na hřídeli Rozměry hřídele LC = 450 mm LD = 156,1 mm LE = 31 mm (59) D = 45 mm d = 40 mm 25

28 Volba materiálu hřídele Z důvodu namáhání hřídele prostým míjivým ohybem volím materiál , který má zaručenou svařitelnost. - mez únavy v ohybu: σoc = MPa dle [2] - zvoleno: σoc = 165 MPa (60) Výpočet silových reakcí [3] FA2 = -FAb FB2 = -FBb FA2 = 1360,3 FB2 = 1360,3 (61) 1. podmínka: M FE = Cy = FE (LC + 2 LD ) FB 2 (LC + LD ) FA 2 LD = 0 (62) FB 2 (LC + LD ) + FA 2 LD (LC + 2 LD ) 1360,3 (0,45 + 0,1561) ,3 0,1561 = 1360,3 (0, ,1561) FE = 1360,3 FE = LC = 0,45 m LD = 0,1561 m zvoleno (59) zvoleno (59) FB2 = 1360,3 FA2 = 1360,3 vypočteno (61) vypočteno (61) 2. podmínka: T = F A2 + FB 2 FC FE = 0 (63) FC = FA 2 + FB 2 FE FC = 1360, ,3 1360,3 = 1360,3 FC = 1360,3 FA2 = 1360,3 vypočteno (61) FB2 = 1360,3 FE = 1360,3 vypočteno (61) vypočteno (62) 26

29 Výpočet maximálního ohybového momentu působící na hřídel [3] L L M O max h = FC LD + C FA 2 C 2 2 0,45 0,45 M O max h = 1360,3 0, = 212, ,3 2 2 M O max h = 212,34 m FC = 1360,3 LD = 0,1561 m LC = 0,45 m FA2 = 1360,3 (64) vypočteno (63) zvoleno (59) zvoleno (59) vypočteno (61) Maximální ohybové napětí na hřídeli [3] σ max h = WOh 212,34 = ,85 8, = ,9 Pa σ max h = σ max h (65) M O max h Mo max h = 212,34 m -6 Woh = 8,94 10 m 3 vypočteno (64) vypočteno (66) modul průřezu v ohybu [3] WOh = WOh WOh π D3 32 π 0,045 3 = = 8, = 8, m 3 (66) D = 0,045 m zvoleno (59) Bezpečnost v ohybu v místě maximálního ohybového momentu [3] k kh = σ oc σ max h = 6, ,9 =7 k kh = k kh (67) σoc = 165 MPa zvoleno (60) σmax h = 23,75 MPa vypočteno (65) Výpočet ohybového momentu v místě vrubu [3] M OF = FE LE M OF = 1360,3 0,031 = 42,1693 (68) FE = 1360,3 M OF = 42,17 m zvoleno (59) 27 vypočteno (62) LE = 0,031m

30 Ohybové napětí v místě vrubu [3] σ nom F = (69) M OF WOF 42,29 = ,794 0, = ,8 Pa σ nom F = σ nom F MOF = 42,17 m zvoleno (68) WOF = 6, m3 vypočteno (71) σ OF = σ nom F α (70) σ OF = ,8 2,7 = ,16 σ OF = ,2 Pa σnom F = 6,7 MPa vypočteno (70) α = 2,7 zvoleno (73) modul průřezu v ohybu [3] WOF = WOF WOF π d3 32 π 0,04 3 = = 0, = 0, m 3 rozměry dle konstrukce (71) d = 0,04 m zvoleno (59) Tab.1 Určení součinitele koncentrace napětí α [3] D = 45 mm d = 40 mm r = 0,5 mm r 0,5 = = 0,0125 d 40 D 45 = = 1,125 d 40 součinitel vrubu zvoleno: α = 2,7 (72) 28

31 Bezpečnost v ohybu v místě vrubu [3] k kh = σ oc σ OF (73) 165 = 9,131 18,07 = 9,1 k kh = k kh σoc =165 MPa zvoleno (60) σof = 18,07 MPa vypočteno (70) Hřídel vyhovuje funkčním požadavkům. 9 Kontrola životnosti ložisek hnacího a hnaného bubnu Pro oba bubny jsou použita vnitřní ložiska typu UC 208 z katalogu ložisek do firmy Řetězy Olomouc, spol. s r.o. dynamická únosnost: C10 = statická únosnost: C0 = (74) Ekvivalentní radiální zatížení [9] Fe = X V Fr + Y Fa Fe = , = 1360,3 Fe = 1360,3 (75) X=1 určeno z Tab.2 Y=0 určeno z Tab.2 Fr = FRA = 1360,3 vypočteno (48) V=1 rotují vnitřní kroužky ložisek [9] Fa = 0 dle konstrukce Tab.2 Součinitelé kuličkových ložisek [9] 29

32 Trvanlivost ložiska [9] Tab.3 Součinitel zatížení af [9] C Lh = 10 a f Fe ak n (76) Lh = = ,167 1,2 1360, ,8 Lh = ,17 hod Trvanlivost ložiska je dostatečná. C10 = af = 1,2 ak = 3 n = 152,87 Fe = 1360,3 dáno (74) určeno z Tab.3 exponent pro kuličková ložiska dle [9] vypočteno (38) vypočteno (75) 30

33 10 Popis částí pásového dopravníku 10.1 Dopravní pás Základním prvkem pásového dopravníku je dopravní pás. Skládá se z několika textilních vložek, které dodávají pásu potřebnou pevnost, a z gumového pojidla, které jednak spojuje jednotlivé textilní vložky a jednak vytváří horní a dolní krycí vrstvu. Horní vrstva bývá tlustší, která chrání textilní vložky před abrazivními účinky dopravovaného materiálu a mechanickým poškození. Dolní vrstva bývá tenčí a chrání textilní vložky především před účinky nosných válečků a bubnů. Obr. 6 Pryžový pás [10] Pro pásový dopravník na dopravu slévárenského písku je použit dopravní pás dle katalogu [10] od společnosti GUMEX, s.r.o.: EP 250/2 PRYŽOVÉ PÁSY PRO PRŮMYSLOVÉ POUŽITÍ - pracovní teplota: -60 C/ +60 C (materiál maximálně +70 C) - počet vložek: 2, pevnost: 250 /mm - síla krycích vrstev: obvykle 3+2 mm (dle aktuální nabídky) - okraje řezané nebo balené Označení pásu: EP 250/2 š. 400/ 3+2 / AA [11] Tab.4 Parametry pásu [11] Typ/ počet vložek Šířka (mm)/ krycí vrstvy (mm)/ kategorie Minimální průměr hnacího bubnu (mm) Hmotnost (kg/m) EP 250/2 400/3+2/AA 200 3,7 31

34 10.2 Válečkové stolice Horní stolice pracovní větve osné stolice v horní větvi podpírají naloženou část pásu mezi hnacím a hnaným bubnem. Stolice je k ocelové konstrukci dopravníku připojena držákem pomocí tření. Rozteč horních válečkových stolic je 1 m. Konstrukce stolic je svařena z plochých a úhelníkových ocelových dílů. Dvouválečková stolice nosné větve dle katalogu [11] od firmy TRAZA a.s. Obr.7 Stolice horní větve [11] Tab.5 Rozměry horních stolic [11] Rozměry Šířka Hmotnost pásu (mm) α E D L L1 H J K b s (kg)

35 Dolní stolice vratné větve Dolní stolice slouží k podpírání pásu vracející se z vykládky. Konstrukce je podobná jako u horní stolice. Jednoválečková stolice vratné větve dle katalogu [12] od firmy TRAZA a.s. Obr.8 Stolice dolní větve [12] Tab.6 Rozměry dolních stolic [12] Šířka Rozměry Hmotnost pásu (mm) E D L L1 H b d s (kg) ,4 33

36 10.3 Stěrač pásu Stěrač pásu je umístěn na začátku vratné větve hned za přepadem materiálu z pásu. Zvolený stěrač je použit pro zajištění čistoty dopravního pásu. Zbraňuje nadměrnému opotřebení válečků ve vratné větvi. Stěrač pásu od firmy AB Technology, s.r.o. dle katalogu [13]. Obr.9 Čelní stěrač pásu [13] Typ použitého stěrače: CJ PU Tento stěrač vyniká svou jednoduchou konstrukcí, která zaručuje výbornou kvalitu stírání po celou dobu životnosti stíracího segmentu z polyuretanu. Umisťuje se na čelo vynášecího válce cca pod osu dopravníku. Přítlak vůči pásu zabezpečuje tělo segmentu vyrobené z otěruvzdorného polyuretanu. směr pohybu Obr.10 Umístění stěrače na čele vynášecího válce dopravního pásu [13] 34

37 10.4 osné válečky osné válečky jsou upevněny v rámu válečkové stolice a slouží k podpírání dopravní pásu. osné válečky od firmy TRAZA a.s. [14]. Obr.11 osný váleček [14] Válečky horní tratě: Označení válečku: F-076x [14] Tab.7 Rozměry válečků horní tratě [14] Rozměry (mm) Hmotnost (kg) Šířka pásu (mm) L L1 L2 rotujících částí celková korýtkový profil ,8 2,4 400 Válečky dolní tratě: Označení válečku: F-076x [14] Tab.8 Rozměry válečů dolní tratě [14] Rozměry (mm) Hmotnost (kg) Šířka pásu (mm) L L1 L2 rotujících částí celková korýtkový profil ,9 4,

38 10.5 Hnací a hnaný buben Hnací a hnaný buben mají téměř stejnou konstrukci s tím rozdílem, že hnací buben je pogumován za účelem zvětšení součinitele smykového tření a pro přenos větších výkonů. Oba bubny slouží pro přenos kroutícího momentu na dopravní pás a jeho napnutí. Jsou vyrobeny z ocelové bezešvé trubky která je z obou stran uzavřena kruhovými ocelovými plechy. Dle použitého pásu je z zvolena délka bubnu 500 mm. ejmenší průměr bubnu dle zvoleného pásu od výrobce je 200 mm. Z konstrukčních požadavků je velikost průměru bubnu 250 mm. L Db Obr.12 Hnací buben L Db Obr. 13 Hnaný buben Tab.9 Rozměry bubnů Rozměry bubnu (mm) Hmotnost (kg) D L mb

39 10.6 Uložení bubnu Hnací buben Pro uložení hnacího bubnu jsou použity ložisková tělesa, odlité ze šedé litiny. Mají nízkou hmotnost a snadnou montáž. Ložiskové těleso do firmy Řetězy Olomouc, spol. s r.o. [15] Obr.14 Ložiskové těleso [15] Tab.10 Rozměry ložiskový těles [15] Pro Typ UCP 208 Ložisko UC 208 hřídel Rozměry d c l r s F1 F2 e n A o 40 49, ,2 19 Upevňovací šroub M14 Únosnost [] Domeček Dynamická Statická B Hmotnost [kg] 2

40 Hnaný buben Pro uložení hnaného bubnu jsou použity dvě napínací ložiskové jednoty s litinovým tělesem. Pomocí nich je řešeno napnutí pásu posuvem napínacího bubnu z důvodu délky dopravníku. U pryžového pásu se potřebná napínací dráha bubnu volí 2% délky dopravníku tedy 390 mm [4]. apínací ložiskové těleso do firmy ELO Toman [16]. Obr.15 apínací ložisková jednotka [16] Tab.11 Parametry napínací jednotky [16] Průměr Základní rozměry hřídele (mm) Typ 40 UCT L H J J1 J3 A1 A A P1 P2 P3 L1 A3 B S , ,2 49,

41 10.7 Pružná obručová spojka Mezi koncem výstupní hřídele převodovky a koncem hřídele hnacího bubnu je vložena pružná obručová spojka. Pružná obručová spojka od firmy OPIS Engineering k.s. [17] Obr.16 Pružná obručová spojka [17] Tab.12 Parametry pružné spojky [17] Velikost spojky min max A B C D L M T Hmotnost (kg) 7,8 Vrtání Základní rozměry Maximální kroutící Jmenovitý kroutící (kg m2) moment moment [m] [m] 1, Úchylka únosnosti Moment setrvačnosti (mm) 1,9 39 Výkon [KW] pro otáčky [min] ,62 19,6 Maximální otáčky/min 3600

42 10.8 Poháněcí stanice Dle vypočteného výkonu podle vzorce (37) P = 2,616 kw a vypočtených výstupních otáček převodovky podle vzorce (38) np = 152,9 ot min-1 je zvolena vhodná poháněcí stanice tzv. monoblok. Jeho parametry jsou v Tab.10, od firmy SEW EURODRIVE CZ S.R.O. dle katalogu [18] Motor značky SEW, třífázový asynchronní Převodovka kuželočelní Výstupní hřídel z převodovky má 35 mm Obr.17 Monoblok SEW [18] Tab.13 Parametry elektromotoru [18] Typ motoru P (kw) n (ot/min) m (kg) M (m) i K 57 DV 100L ,71 40

43 11 Závěr V této bakalářské práci je navrhnuta konstrukce pásového dopravníku na přepravu slévárenského písku, funkční výpočet, návrh pohonu, pevnostní výpočty hnaného bubnu a hnané hřídele, včetně výkresové dokumentace. Kompletní výpočet je proveden podle normy ČS ISO Dále je proveden návrh vhodného elektromotoru a jednotlivých komponentů podle normalizovaných součástí. 12 Seznam použitých zdrojů 12.1 Seznam použité literatury [1] GAJDUŠEK, Jaroslav; ŠKOPÁ, Miroslav. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 1. vydání. Brno: rektorát VUT v Brně, s. [2] LEIVEBER, Jan; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 2. vydání Praha 6: Scientia, spol. s r.o., s. [3] JAÍČEK, Přemysl, et al. MECHAIKA TĚLES : Pružnost a pevnost I. Třetí přepracované. Vysoké učení technické v Brně : AKADEMICKÉ AKLADATELSTVÍ CERM, s.r.o. Brno, s. ISB X. [4] DRAŽA, František; KUPKA, Ladislav. Transportní zařízení. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, s. [5] SOBEK, Evžen, et al. ZÁKLADY KOSTRUOVÁÍ : ávody pro konstrukční cvičení. 1. [s.l.] : AKADEMICKÉ AKLADATELSTVÍ CERM, s.r.o. Brno, s. ISB Seznam použitých norem [6] ČS ISO 5048: Zařízení pro plynulou dopravu nákladů PÁSOVÉ DOPRAVÍKY S OSÝMI VÁLEČKY Výpočet výkonu a tahových sil. Praha: Český normalizační institut, s. 41

44 [7] ČS PÁSOVÉ DOPRAVÍKY : Zásady výpočtů. Praha 10 : ÚM, s. [8] ČS ISO 1536: PÁSOVÉ DOPRAVÍKY S KORÝZKOVÝM DOPRAVÍM PROFILEM (JIÉ EŽ PŘEOSÉ) Bubny. Praha: Český normalizační institut, s Seznam použitých webových stránek [9] Valivá ložiska [online] [cit ]. Ústav konstruování. Dostupné z WWW: [10] Příslušenství dopravních zařízení [online] [cit ]. Dopravní pásy. Dostupné z WWW: [11] Katalog dopravních pásů firmy GUMEX, s r.o. Dostupný z WWW: [12] Katalog válečkových stolic firmy TRAZA a.s. Dostupný z WWW: [13] Katalog stěračů pásu firmy AB Technology, s r.o. Dostupný z WWW: [14] Katalog nosných válečků firmy TRAZA a.s. Dostupný z WWW: [15] Katalog ložiskový těles firmy Řetězy Olomouc, spol. s r.o. Dostupný z WWW: [16] Katalog napínacích ložiskových těles firmy ELO Toman Dostupný z WWW: [17] Katalog pružných obručových spojek firmy OPIS Engineering k.s. Dostupný z WWW: [18] Katalog poháněcích stanic firmy SEW-EURODRIVE CZ s r.o. Dostupný z WWW: 42

45 13. Seznam použitých symbolů a jednotek symbol (h/a)adm A a0 af ak au B b b1 C0 C10 D d Db db e f f1 F1 F2 Fa FA2 FAb FB2 FbA FBb FC FC1 FDP FE Fe Ff Fg FG Fgl FH Fl Fmax FminD FminH název Dovolený relativní průvěs pásu mezi válečkovými stolicemi Dotyková plocha mezi pásem a čističem pásu Rozteč horních válečkových stolic Součinitel zatížení Exponent pro kuličková ložiska Rozteč dolních válečkových stolic Šířka pásu Ložná šířka pásu Světlá šířka pásu Statická únosnost Dynamická únosnost Průměr hřídele Průměr hřídele pro umístění ložiska Vnější průměr bubnu Vnitřní průměr bubnu Základ přirozeného logaritmu Globální součinitel tření Globální součinitel tření při teplotě 20 C ejvětší tahová síla v pásu ejmenší tahová síla v pásu ve sbíhající větvi Axiální síla Reakční síla působící na hřídel Reakční síla působící na plášť bubnu Reakční síla působící na hřídel Odpor setrvačných sil v místě nakládání a v oblasti urychlování Reakční síla působící na plášť bubnu Reakční síla působící na hřídel v místě ložiska Celková síla působící na buben Dovolená síla v pásu Reakční síla působící na hřídel v místě ložiska Ekvivalentní radiální zatížení Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením v oblasti urychlování Odpor čističe pásu Tíhová síla v pásu Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením Hlavní odpory Odpor ohybu pásu na bubnech ejvětší tahová síla v pásu Minimální síla v dolní větvi Minimální síla horní větvi 43 jednotka m2 m m m m m m m m m

46 symbol F FP Fr FRA,B Ft FU FU,max FV g H i Im Iv k1 k2 kkb kkh kp l L L1 LA lb LB LC LD LE Lh m May mb Mcy Mo Mo maxb MO maxh MOF n np Ov2 Ov3 p P π název jednotka Vedlejší odpory Přídavné vedlejší odpory Radiální síla Reakční síly v ložiskách Odpor v ložiskách hnaného bubnu Obvodová síla na poháněcím bubnu Maximální obvodová hnací síla Výsledná síla namáhající buben Tíhové zrychlení m s-2 Dopravní výška m Převodový poměr Hmotnostní dopravní výkon kg h-1 Objemový dopravní výkon m-3 s-1 Součinitel korekce vrchlíku náplně Teplotní součinitel Bezpečnost v ohybu v místě maximálního ohybového momentu u bubnu Bezpečnost v ohybu v místě maximálního ohybového momentu u hřídele Součinitel korekce průřezu náplně pásu ve sklonu Délka bočního vedení m Šířka bubnu m Dopravní délka m Délka liniového zatížení m Minimální urychlovací délka m Vzdálenost působišť sil FA1, FB1 od liniového zatížení q m Vzdálenost působišť sil FA2 a FB2 m Vzdálenost působišť sil FC a FA2 a zároveň FB2 a FE m Vzdálenost působiště síly FE a místa vrubu m Trvanlivost ložiska hod Hmotnost elektromotoru s převodovkou kg Ohybový moment v bodě A m Hmotnost bubnu kg Ohybový moment v bodě C m Ohybový moment m Maximální ohybový moment u bubnu m Maximální ohybový moment u hřídele m Ohybový moment v místě uložení ložiska m Otáčky výstupní hřídele převodovky min-1 Výstupní otáčky převodovky min-1 Odpor ohybu pásu na jednom bubnu Odpor v ložiskách hnaného bubnu Tlak mezi pásem a čističem pásu m-2 avýšený provozní výkon poháněcího motoru W Ludolfovo číslo (3,14) 44

47 symbol p1 p2 PA PM Q q q1 q2 qb qg qro qru r Rmp S S1 S2 Sk ST T v V v0 Wob WOF Woh X Y β δ δmax γ η1 ϕ µ µ1 µ2 µ3 σmax b σmax h σnom F σo σo C název Počet válečků v horní větvi Počet válečků v dolní větvi Provozní výkon na poháněcím bubnu Provozní výkon poháněcího motoru Dopravní výkon Liniové zatížení Hmotnost válečku horní větve Hmotnost válečku dolní větve Hmotnost 1 m dopravního pásu Hmotnost nákladu na 1 m dopravního pásu Hmotnost rotujících částí válečků na 1 m horní větve dopravníku Hmotnost rotujících válečků na 1 m dolní větve dopravníku Rádius v místě vrubu u hřídele Pevnost pásu na 1 m šířky Skutečný průřez náplně pásu Plocha průřezu vrchlíku náplně pásu Plocha průřezu spodní části náplně pásu Skutečná plocha průřezu náplně pásu Teoretický průřez náplně na pásu Posouvající síla Rychlost dopravníku Rotující vnitřní kroužky ložisek Složka rychlosti dopravované hmoty ve směru pohybu pásu Modul průřezu v ohybu u bubnu Modul průřezu v ohybu u hřídele v bodě F Modul průřezu v ohybu u hřídele Součinitel kuličkových ložisek v radiálním směru Součinitel kuličkových ložisek v axiálním směru Úhel sklonu bočních válečku Úhel sklonu pásového dopravníku Úhel sklonu pásového dopravníku Měrná hmotnost Účinnost asynchronního motoru Úhel opásání poháněcího bubnu 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 Maximální ohybové napětí na bubnu Maximální ohybové napětí u hřídele Ohybové napětí v místě vrubu apětí v ohybu Dovolené napětí v ohybu u hřídele 45 jednotka W W kg h-1 m-1 kg kg kg kg m-1 kg kg m-1 m mm-1 m2 m2 m2 m2 m2 m s-1 m s-1 m3 m3 m3 kg m-3 rad MPa MPa MPa MPa MPa

48 symbol σo dov σo F ξ ψdyn název Dovolené napětí v ohybu u bubnu Maximální ohybové napětí v místě vrubu Součinitel rozběhu Dynamický sypný úhel jednotka MPa MPa 14. Seznam příloh ázev výkresu: Číslo výkresu: ávrhová sestava dopravníku Podsestava napínacího zařízení Výrobní výkres hnané hřídele 0-P21-13/00 1-P21-13/05 3-P21-13/02 46