VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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 PÁSOVÝ DOPRAVNÍK S KLUZNOU DESKOU BELT CONVEYOR WITH SLIDING PLATE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR HOFBRUCKER PAVEL ING. MILAN ŘEZNÍČEK BRNO 2013

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství Ústav automobilního a dopravního inţenýrství Akademický rok: 2012/13 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Pavel Hofbrucker 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: v anglickém jazyce: Pásový dopravník s kluznou deskou Belt conveyor with sliding plate Stručná charakteristika problematiky úkolu: Cílem bakalářské práce je návrh pásového dopravníku, který je součástí stroje na štípání palivového dřeva. Cíle bakalářské práce: Proveďte návrh vkládacího pásového dopravníku pro štípací stroj. Navrhněte nosný rám a další konstrukční prvky. Základní technické parametry: - délka 2500 mm - rychlost 2,5 m/s Vypracujte: - technickou zprávu - výkres koncepčního návrhu - dále dle pokynů vedoucího BP

Seznam odborné literatury: [1] MYNÁŘ, B., KAŠPÁREK, J.: Dopravní a manipulační zařízení, Brno, 2002, Skriptum pro bakalářské studium [2] DRAŢAN, F. a kol.: Teorie a stavba dopravníků, skripta ČVUT Praha, 1983 [3] KIC, P.: Dopravní a manipulační stroje. I., Základy logistiky, vyd. 1., Praha: Česká zemědělská univerzita, 2008, ISBN: 978-80-213-1723-9 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Milan Řezníček Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2012/13. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Děkan

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je návrh vkládacího pásového dopravníku, který je součástí stroje na štípání palivového dřeva. Práce se zabývá koncepcí navrţeného řešení, volbou konstrukčních částí dopravníku, výpočtem dopravníku a pohybových odporů, návrhem pohonu, pevnostním výpočtem napínacího zařízení a návrhem zavěšení dopravníku ke stroji. KLÍČOVÁ SLOVA vkládací pásový dopravník, hnací buben, dopravní pás, palivové dřevo ABSTRACT The aim of this bachelor's thesis is to design a feeding belt conveyor which is part of the firewood processor. The thesis discusses: concepts of designed solutions, choice of conveyor's construction parts of the conveyor, calculations of its functioning, driver design, calculations of the firmness of the tensing device and the design of suspending the conveyor to a machinery. KEYWORDS feeding belt conveyor, drive pulley, conveyor belt, firewood BRNO 2013

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HOFBRUCKER, P. Pásový dopravník s kluznou deskou. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 2013. 42 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Milan Řezníček. BRNO 2013

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Milana Řezníčka a s pouţitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 24. května 2013..... Pavel Hofbrucker BRNO 2013

PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Tímto způsobem děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Milanu Řezníčkovi za odborné konzultace, cenné rady a vstřícnost. Zároveň děkuji své rodině za podporu při studiu. BRNO 2013

OBSAH OBSAH Úvod... 9 1 Koncepce řešení... 10 1.1 Charakteristika přepravovaného materiálu... 10 2 Konstrukční prvky pásového dopravníku... 11 2.1 Dopravní pás... 11 2.1.1 Napínání pásu... 12 2.2 Kluzná deska... 12 2.3 Hnací buben... 14 2.4 Hnaný buben... 15 2.5 Nosný rám... 16 3 Výpočet pásového dopravníku... 18 3.1 Zadané parametry... 18 3.2 Výpočet základních rozměrů a hodnot... 18 3.2.1 Maximální průřez náplně pásu... 18 3.2.2 Objemový dopravní výkon... 18 3.3 Určení součinitele tření µ 1 a µ 2... 19 3.4 Výpočet pohybových odporů... 20 3.4.1 Hlavní odpory F H... 20 3.4.2 Vedlejší odpory F N... 22 3.4.3 Přídavné odpory... 25 3.5 Obvodová síla potřebná na poháněcím bubnu... 27 3.5.1 Maximální obvodová síla... 27 3.6 Síly v pásu... 27 3.6.1 Výpočet sil v pásu... 28 3.6.2 Pevnostní kontrola pásu... 29 3.6.3 Kontrola pevnosti pásu... 30 4 Návrh pohonu dopravníku... 31 5 Pevnostní výpočet napínacího šroubu... 32 5.1 Potřebný posuv... 32 5.2 Kontrola šroubu na vzpěr... 32 5.3 Tlak v závitech... 34 6 Návrh zavěšení dopravníku ke stroji a zajištění pracovní polohy... 35 Závěr... 36 Seznam pouţitých zkratek a symbolů... 39 Seznam příloh... 42 BRNO 2013 8

ÚVOD ÚVOD Pásové dopravníky jsou dopravní zařízení určená k vodorovné nebo šikmé přepravě sypkého či kusového materiálu. Funkci taţného i nosného elementu plní dopravní pás napnutý mezi dvěma bubny. První vyuţití pásového dopravníku se datuje ke konci 18. století, a to pro přepravu větších kusů dřeva, uhlí a dalších surovin. Za posledních 200 let se méně vyuţívaný mechanismus koţeného pásu taţeného po dřevěné desce vyvinul v jeden z nejpouţívanějších dopravních prostředků ve všech průmyslových odvětvích. Výhodou pásových dopravníků, vzhledem k jiným dopravním prostředkům, je kontinuálnost dopravy při velkém výkonu, nízké nároky na údrţbu, jednoduchá konstrukce a univerzálnost vyuţití (s ohledem na členitost terénu, pracovní prostředí a přepravovaný materiál). Tato bakalářská práce představuje návrh nosné konstrukce vstupního pásového dopravníku pro štípací stroj palivového dřeva. Návrh zahrnuje popis a volbu konstrukčních částí dopravníku, výpočet dopravníku, návrh pohonu, pevnostní výpočet napínacího zařízení a návrh mechanismu pro připevnění a sklopení dopravníku ke stroji. BRNO 2013 9

KONCEPCE ŘEŠENÍ 1 KONCEPCE ŘEŠENÍ Pásový dopravník byl navrţen pro podávání klád do štípacího stroje palivového dřeva s rotačním krájecím noţem. Pohon dopravníku je řešen ozubeným převodem přímo ze štípacího stroje, který můţe být poháněn vývodovou hřídelí traktoru, elektromotorem nebo motorem spalovacím. Nosná konstrukce je tvořena dopravním pásem, napnutým mezi hnacím a hnaným bubnem, který se v nosné větvi bude pohybovat po kluzné desce. Všechny části dopravníku jsou připevněny přímo k nosnému rámu. Vzhledem ke krátké dopravované vzdálenosti nebudou ve vratné větvi vyuţity nosné válečky a s ohledem na provoz nebude vyuţit vnitřní ani vnější stěrač pásu. Schéma řešeného dopravníku viz Obr. 1. Obr. 1 Schéma pásového dopravníku Kde: 1 dopravní pás 2 kluzná deska 3 hnací buben 4 hnaný buben 5 napínací mechanismus 6 nosný rám dopravníku 7 boční vedení a kryt dopravníku 1.1 CHARAKTERISTIKA PŘEPRAVOVANÉHO MATERIÁLU Dřevinné sloţení lesů České republiky se neustále mění. V posledních letech se navyšuje zastoupení listnatých dřevin, které v současné době činí necelých 25%. Právě listnaté dřeviny jako dub, buk a habr jsou díky vysoké hustotě a tvrdosti pro návrh tohoto dopravníku nejpodstatnější. Pro získání maximálního zatíţení je výpočet dopravníku proveden pro čerstvě poraţený habr, jakoţto nejhutnější volně rostoucí strom v lesích ČR. Z důvodu různorodosti tvaru a povrchu dopravovaného materiálu (tvaru kmene stromu a kvalitě ořezání větví před vloţením na dopravník) by nebylo moţné přesně určit zatíţení dopravníku. Proto je dopravovaný materiál uvaţován jako ideální válec o maximálním průměru 0,2 m a délce 3 m. Hustota čerstvě poraţeného habru dle [7, s. 23] (1) BRNO 2013 10

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 2 KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 2.1 DOPRAVNÍ PÁS Dopravní pás je z hlediska provozu dopravníku jeho nejdůleţitější součástí. Jsou na něj kladeny poţadavky na vysokou podélnou tuhost, odolnost proti otěru a schopnost odolávat účinkům střídavého namáhání. Dle výsledku výpočtů, druhu dopravovaného materiálu a způsobu vyuţití byl zvolen pryţový dopravní pás EP250/2 od firmy GUMEX, spol. s.r.o. - vysoká odolnost proti opotřebení - na spodní straně pásu kluzná textilie - pracovní teplota: -60 C / +60 C - počet vloţek: 2 - síla krycích vrstev: 3+2 mm - pevnost: 250 N.mm -1 - šířka pásu: 300 mm - celková délka pásu: 5 644 mm Po konzultaci s odborníky firmy GUMEX, spol. s.r.o. byly získány tyto hodnoty: - Součinitel tření mezi kluznou textilií a kluznou deskou - Součinitel tření mezi kluznou textilií a povrchem obloţeného bubnu Tab. 1 Základní údaje výrobce pásu, převzato z [11] Typ / počet vloţek Krycí vrstvy/kategorie Tloušťka pásu Minimální průměr bubnu [-] [ ] d [ ] [ ] Hmotnost m [ ] Pevnost F vyr [ ] EP250/2 3+2/A 6,8 200 4,48 250 Z důvodu výrazného sníţení opotřebení povrchu pásu je ve štípacím stroji uvaţováno vyuţití třecí spojky, která přeruší chod pásu, neţ se krájecí nůţ opět přiblíţí pracovní poloze. Pás je zajištěn proti sesunutí na stranu bočním vedením (takřka po celé délce dopravníku) a bombírováním hnaného bubnu. Dopravní pás bude od výrobce dodán jiţ spojený. Obr. 2 Dopravní pás [11] BRNO 2013 11

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 2.1.1 NAPÍNÁNÍ PÁSU Pro optimální přenos obvodové síly z hnacího bubnu na pás je třeba vyuţít napínacího mechanismu, který zaručí dostatečné předpětí v pásu. Mechanismus je umístěn na vnější straně nosného rámu, coţ zaručuje jednoduchou dostupnost. Pro napínání je vyuţito šroubů dle [4, s. 410] ŠROUB M20 x 200 ISO 4017 8.8, umístěných na rámu dopravníku. Podélné vedení šroubů je zajištěno otvory ve výztuhách rámu (osa šroubu protíná střed stěny loţiskové jednotky). Při utahování působí šroub silou na loţiskové jednotky. Zajištění mechanismu proti samovolnému pohybu je provedeno kontra maticí. Aby se buben nedostal do nesprávné polohy a nedocházelo ke sbíhání pásu, bude napínání provedeno rovnoměrně po obou stranách. 2.2 KLUZNÁ DESKA Obr. 3 Napínání pásu U krátkých dopravníků je doporučeno namísto nosných válečků vyuţití kluzné desky. Kluzná deska je pro snazší a levnější výměnu vyrobena ze čtyř segmentů, dvou středních a dvou krajních. Na krajních segmentech je zkosena náběhová hrana. Celková délka kluzné desky je 2 340 mm a tloušťka 6 mm. BRNO 2013 12

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Obr. 4 Krajní segment se zkosenou náběhovou hranou Z důvodu práce stroje v neomezených povětrnostních podmínkách a způsobu namáhání byla zvolena deska z kluzného kopolymeru POM-C od firmy EPP Plasty a.s. A to pro jeho vyhovující vlastnosti: - výborné kluzné vlastnosti - nezávislost na teplotě - vysoká pevnost a tvrdost - vysoká houţevnatost i při nízkých teplotách - odolnost vůči benzinu, olejům a alkoholům - nízká hmotnost Jedinou nevýhodou je citlivost na UV záření, kterému ovšem deska tohoto dopravníku nebude vystavena. Tab. 2 Vybrané fyzikální vlastnosti, dle [13] Barva Hustota Nasákavost vodou po 24 hod. ve vodě 23 C Teplota tání (1) Min / Max trvalá provozní teplota (1) Vrubová houţevnatost - Charpy (2) Tvrdost - Rockwell (2) [-] [ ] [ ] [ ] [ ] [-] černá 1,41 20 165-50 / +115 7 M 84 (1) Uvedené hodnoty pro tyto vlastnosti jsou většinou odvozeny z údajů uváděných výrobci surovin nebo jiné literatury. (2) Hodnoty uvedené pro tyto vlastnosti suchých materiálů. Výsledky jsou většinou průměrné hodnoty odvozené ze zkoušek provedených na obrobených vzorcích Celá deska je podloţena ocelovým plechem tloušťky 4 mm. Všechny segmenty jsou po stranách přišroubovány šrouby se zápustnou hlavou s vnitřním šestihranem M6 x 16 ČSN 02 1144 k nosným lištám. BRNO 2013 13

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 2.3 HNACÍ BUBEN Hlavním úkolem hnacího bubnu je přenos točivého momentu na dopravní pás. Buben je vyroben jako svarek sloţený z osy (soustruţené oceli), dvou čel zapuštěných do bubnu, obvodového pláště (trubka bezešvá hladká kruhová ČSN 42 5715.01, rozměr 194x8 dle [17]) a šesti zpevňujících ţeber. Po svaření je povrch pláště i osy bubnu osoustruţen na předepsaný rozměr. Šířka hnacího bubnu je 300 mm. Velmi důleţitým faktorem je hodnota součinitele tření mezi povrchem bubnu a spodní stranou pásu. Jelikoţ je u pásu vyuţita kluzná textilie, je nutné povrch bubnu upravit tak, aby bylo dosaţeno vyššího součinitele tření a tím i účinnějšího přenosu výkonu. Proto je na plášť hnacího bubnu nalepeno speciální pryţové obloţení PRYŢ BLACK STAR TR.VSK od firmy GUMEX, spol. s.r.o. - zvyšuje součinitel tření mezi bubnem a dopravním pásem - samočistící účinky: voda, písek a jiné nečistoty jsou díky tvarovanému povrchu odváděny pryč - speciální vrstva umoţňuje okamţité a bezproblémové nalepení na buben - elastomer: oděruvzdorná pryţ - tvrdost 60 Sh - pracovní teplota -30 C / +70 C Tab. 3 Základní údaje výrobce obložení, převzato [12] Barva Síla Maximální šířka Hmotnost [-] [ ] [ ] [ ] černá 8 1400 9,2 Obr. 5 Obložení hnacího bubnu, převzato z [12] Obr. 6 Hnací buben BRNO 2013 14

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Hnací buben je uloţen a nesen dvěma loţiskovými domky připevněnými šrouby k rámu dopravníku. Loţiska jsou vyuţita jednořadá kuţelíková SKF 30208 J2/Q, která zachytí axiální sílu způsobenou sklonem dopravníku o 10 a sílu způsobenou ozubeným převodem. Tab. 4 Základní parametry kuželíkového ložiska, převzato z [15] Hlavní rozměry Únosnost Přípustné otáčky d D T C C 0 Referenční Mezní Hmotnost [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 40 80 19,75 61,6 68 6 300 8 500 0,42 Obr. 7 Základní rozměry kuželíkového ložiska, převzato z [15] 2.4 HNANÝ BUBEN Ve zvoleném konstrukčním řešení je hlavním úkolem hnaného bubnu zajištění pásu proti sesunutí na stranu a napínání pásu. Je vyroben stejným technologickým postupem jako buben hnací, aţ na: - plášť bubnu je vyroben z bezešvé ocelové hladké trubky ČSN 42 5715.01, rozměr 204 x 8 [18] - po finálním osoustruţení osy a pláště bubnu bude plášť bubnu bombírovaný - povrch hnaného bubnu zůstane hladký, ocelový Šířka vratného bubnu je 300 mm. Hnaný buben je uloţen a nesen dvěma loţiskovými domky připevněnými šrouby k rámu dopravníku (s moţným posuvem pro napínání). Loţiska jsou vyuţita jednořadá kuličková s kosoúhlým stykem SKF 7208 BEY, která zachytí axiální sílu způsobenou skloněním dopravníku o 10. Obr. 8 Hnaný buben BRNO 2013 15

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Tab. 5 Základní parametry kuličkového ložiska, převzato z [14] Hlavní rozměry Únosnost Přípustné otáčky d D B C C 0 Referenční Mezní Hmotnost [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Obr. 9 Základní rozměry kuličkového ložiska, převzato z [14] 0 80 18 36,4 26 10 000 10 000 0,38 2.5 NOSNÝ RÁM Nosný rám dopravníku je zhotoven jako svařenec mnoha dílčích částí. Základní plech rámu je vyroben ohybem ocelového plechu z materiálu S235J2G1 (11 373). V rozvinutém tvaru má základní plech rozměry 4 x 900 x 2720 mm. Obr. 10 Pohled na žebra určená k vedení nosných lišt při výměně pásu BRNO 2013 16

KONSTRUKČNÍ PRVKY PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Během výroby je jiţ ohnutý základní profil doplněn o: - otvory pro připevnění a vedení loţiskových domků - boční vedení dopravovaného materiálu - ţebra pro zpevnění celé délky dopravníku přivařená po půl metru délky - kostky se závity pro přišroubování loţiskových domků - výztuhy pro vedení napínacích šroubů - horní bezpečnostní kryt dopravníku s otvory pro odlehčení - čelo dopravníku dosedající na stěnu štípacího stroje, vyrobeno z plechu tloušťky 8 mm (ve výšce hnacího bubnu dosedá na protikus přivařený ke stěně štípacího stroje) - otvory pro šrouby M12 pro připevnění nosné lišty - ţebra na vnitřní stěně rámu pro podepření nosných lišt a vedení při výměně pásu - bezpečnostní kryt pohonu - panty pro zavěšení a sklápění dopravníku - výztuhu pro kladku určenou pro ocelové lano ke sklápění dopravníku - otvor pro pero a šroub určené k zajištění pracovní polohy Veškeré výše uvedené části jsou vyrobeny ze stejného materiálu (S235JRG1) a následně svařeny. Celý rám je opatřen ochranným nátěrem. Obr. 11 Nosný rám dopravníku BRNO 2013 17

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 3 VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 3.1 ZADANÉ PARAMETRY rychlost délka dopravníku maximální průměr klády maximální délka klády (2) 3.2 VÝPOČET ZÁKLADNÍCH ROZMĚRŮ A HODNOT 3.2.1 MAXIMÁLNÍ PRŮŘEZ NÁPLNĚ PÁSU Průřez klády je uvaţován jako ideální kruh. (3) D K = 0,2 m zadáno (2) 3.2.2 OBJEMOVÝ DOPRAVNÍ VÝKON Pro získání maximální moţné hodnoty, a tak i zatíţení dopravníku, uvaţuji dopravování nekonečně dlouhé klády. Doprava materiálu je vodorovná, tudíţ součinitel sklonu k je roven jedné. (4) vypočteno (3) zadáno (2) BRNO 2013 18

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 3.3 URČENÍ SOUČINITELE TŘENÍ µ 1 A µ 2 Hodnota součinitele tření mezi dopravovaným materiálem a pásem µ 1 a také mezi dopravovaným materiálem a bočnicemi µ 2 je zjištěna experimentálně. Důvodem je nenalezení součinitelů tření mezi kůrou a plechem. Hodnoty byly získány pouze z nedůvěryhodných zdrojů, a to a. Proto bylo provedeno měření, kde je jako dopravovaný materiál pouţit špalek suchého dubového dřeva a jako podloţka vzorek dopravního pásu a ocelový plech E295 (11500). Bylo provedeno i měření špalku s kůrou, ale vzhledem k nerovnostem kůrového povrchu vyšel součinitel tření nízký. Proto pro získání vyšších hodnot součinitelů tření a tím i pohybových odporů bylo vyuţito měření s vyššími výslednými hodnotami. Pro získání obou hodnot jsem provedl deset měření, při kterých bylo těleso umístěno na podloţku a měřen úhel přechodu tělesa z klidu do pohybu. Obr. 12 Měření součinitele tření pak tedy: (5) BRNO 2013 19

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Tab. 6 Naměřené a vypočtené hodnoty součinitele tření Číslo měření Součinitel tření µ 1 Součinitel tření µ 2 β [ ] µ 1 [-] β [ ] µ 2 [-] 1 33 0,649 22 0,404 2 34 0,675 24 0,445 3 33 0,649 23 0,424 4 33 0,649 25 0,466 5 33 0,649 24 0,445 6 34 0,675 23 0,424 7 33 0,649 21 0,384 8 34 0,675 23 0,424 9 32 0,625 24 0,445 10 32 0,625 24 0,445 Průměrné hodnoty µ 0,651 0,431 3.4 VÝPOČET POHYBOVÝCH ODPORŮ Celkový pohybový odpor pásu představuje sílu, kterou je třeba trvale překonávat pohonem dopravníku, aby se pás udrţel ve stavu rovnoměrného pohybu. [1, s.19] Pohybové odpory dělíme na: - hlavní odpory F H - vedlejší odpory F N - přídavné hlavní odpory F S1 - přídavné vedlejší odpory F S2 - odpor k překonání dopravní výšky F ST 3.4.1 HLAVNÍ ODPORY F H Hlavní odpory zahrnují rotační odpory válečků v horní a dolní větvi, vznikající třením v loţiskách a těsnění válečků. Dále odpory způsobené zamačkáváním válečků do pásu a opakovaným ohybem dopravního pásu s dopravovanou hmotou. [8, s. 5] Vzorec pro výpočet hlavních odporů: Na tomto dopravníku je místo nosných válečků v horní větvi pouţita kluzná deska. Z toho důvodu jsou hmotnosti rotujících částí válečků q RO a q RU rovny nule. Vzhledem ke krátké dopravované vzdálenosti zde nejsou vyuţity válečky ani ve větvi dolní, proto je třeba počítat s hmotností pásu pouze v horní větvi. (6) BRNO 2013 20

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Globální součinitel tření f zahrnuje valivý odpor válečkových stolic. Z toho důvodu nemůţe být pro tento výpočet pouţit. Ve výpočtu bude nahrazen součinitelem tření mezi kluznou deskou a textilií na spodní straně pásu f 1. Hodnota osové vzdálenosti přesypů L je nahrazena délkou kluzné desky L 1. Upravený vzorec pro výpočet hlavních odporů: (7) dáno výrobcem pásu dáno dle konstrukce vypočteno (8) vypočteno (10) Hmotnost 1m dopravního pásu Výrobce udává hodnotu pro pás šířky 500 mm. Proto: (8) vypočteno (9) dáno dle konstrukce Hmotnost 1m 2 dopravního pásu (9) dáno výrobcem pásu (Tab. 1) BRNO 2013 21

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Hmotnost nákladu na 1m délky pásu (10) dáno (1) zadáno (2) vypočteno (4) 3.4.2 VEDLEJŠÍ ODPORY F N Vedlejší odpory zahrnují odpor tření a setrvačných sil v oblasti urychlování dopravované hmoty, odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením v oblasti urychlování, odpor loţisek hnaného bubnu a odpor ohybu pásu na bubnech. [8, s.5] Jelikoţ nejsou známy hodnoty průměrného tahu v pásu F a vektorový součet tahů v pásu F T, jsou tyto hodnoty zprvu voleny. Hodnoty součinitele tření µ 1 a µ 2 jsou zjištěny experimentálně. (11) vypočteno (12) vypočteno (13) vypočteno (15) vypočteno (16) BRNO 2013 22

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Odpory setrvačných sil v oblasti urychlování Rychlost pohybu dopravovaného materiálu ve směru pohybu pásu v 0 je rovna nule. (12) vypočteno (4) dáno (1) zadáno (2) Odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením v oblasti urychlování (13) vypočteno (5), Tab. 6 vypočteno (4) dáno (1) vypočteno (14) zadáno (2) dáno dle Obr. 13 Obr. 13 Volba světlé šířky bočního vedení BRNO 2013 23

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Minimální urychlovací délka (14) zadáno (2) vypočteno (5), Tab. 6 Odpor ohybu pásu na bubnech Průměrný tah v pásu F je při předběţném výpočtu zvolen 1500 N. Zpětné dosazení bylo provedeno tolikrát, neţ se hodnota ustálila. Výpočet pro pás s textilními vloţkami: (15) dáno dle konstrukce vypočteno (25) dáno výrobcem pásu (Tab. 1) dáno dle konstrukce Odpor v loţiskách hnaného bubnu Vektorový součet tahů v pásu F T je při předběţném výpočtu zvolen 3000 N. Zpětné dosazení bylo provedeno tolikrát, neţ se hodnota ustálila. BRNO 2013 24

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU (16) dáno dle konstrukce vypočteno (26) dáno dle konstrukce 3.4.3 PŘÍDAVNÉ ODPORY Přídavné odpory zahrnují odpor válečků vychýlených ve směru pohybu pásu, odpor čističů pásu a bubnu, odpor tření o boční stěny násypky nebo bočního vedení, odpor obrácení dolní větve pásu, odpor shrnovače dopravované hmoty z pásu a odpor shazovacího vozíku. [8, s. 5] S ohledem na provoz a konstrukční řešení dopravníku zde nejsou pouţity boční válečky, čistič pásu ani shrnovač materiálu. (17) vypočteno (18) Odpor mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením (18) vypočteno (5), Tab. 6 vypočteno (19) BRNO 2013 25

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Obr. 14 Rozložení tíhy klády na pás a boční stěnu Síla působící na boční stěnu dopravníku - Výpočet pomocí sinové věty: (19) vypočteno (20) dáno dle konstrukce dáno dle konstrukce Maximální tíhová síla dopravovaného materiálu (20) vypočteno (3) dáno (1) zadáno (2) BRNO 2013 26

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 3.5 OBVODOVÁ SÍLA POTŘEBNÁ NA POHÁNĚCÍM BUBNU Obvodová síla F U, potřebná na poháněcím bubnu pásového dopravníku, je určena součtem všech odporů. Odpor k překonání dopravní výšky F ST je z důvodu vodorovné dopravy materiálu roven nule. (21) vypočteno (7) vypočteno (11) vypočteno (17) 3.5.1 MAXIMÁLNÍ OBVODOVÁ SÍLA Při rozběhu je obvodová síla větší neţ při ustáleném chodu, proto: (22) vypočteno (21) voleno dle [8, s. 10] 3.6 SÍLY V PÁSU Tahové síly působící v pásu se mění po celé jeho délce. Jejich velikost závisí na: - trase pásového dopravníku - počtu a uspořádání poháněcích bubnů - charakteristikách hnacích a brzdných systémů - druhu a uspořádání napínacích zařízení pásu - druhu zatíţení pásu BRNO 2013 27

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Obr. 15 Tahové síly v pásu 3.6.1 VÝPOČET SIL V PÁSU Velikost tahových sil v dopravním pásu ve stavu klidovém je po celém jeho obvodě konstantní a je závislá na napínací síle. Při pohybu pásu se velikost tahových sil mění. Výpočet síly v horní větvi (23) vypočteno (22) dáno výrobcem pásu dáno dle konstrukce Výpočet síly v dolní větvi (24) vypočteno (22) dáno výrobcem pásu dáno dle konstrukce BRNO 2013 28

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU Průměrný tah v pásu (25) vypočteno (23) vypočteno (24) Vektorový součet sil v pásu (26) vypočteno (23) vypočteno (24) 3.6.2 PEVNOSTNÍ KONTROLA PÁSU Dle Eulerova vztahu pro vláknové tření je odvozen poměr tahů v pásu. (27) VYHOVUJE vypočteno (23) vypočteno (24) dáno výrobcem pásu dáno dle konstrukce BRNO 2013 29

VÝPOČET PÁSOVÉHO DOPRAVNÍKU 3.6.3 KONTROLA PEVNOSTI PÁSU (28) VYHOVUJE vypočteno (29) vypočteno (23) Dovolená síla v pásu (29) dáno dle konstrukce dáno výrobcem pásu (Tab. 1) BRNO 2013 30

NÁVRH POHONU DOPRAVNÍKU 4 NÁVRH POHONU DOPRAVNÍKU Dopravník je poháněn přímo ze štípacího stroje, který můţe být poháněn: - vývodovou hřídelí traktoru - elektromotorem - spalovacím motorem Rozměry a tím i hodnota převodového poměru převodu jsou závislé na výkonnostních poţadavcích štípacího stroje. Pro přenos výkonu ze štípacího stroje na pásový dopravník je uvaţováno vyuţití kuţelového soukolí s přímými zuby. Potřebný provozní výkon dopravníku: (30) vypočteno (22) zadáno (2) Obr. 16 Kuželové kolo s přímými zuby BRNO 2013 31

PEVNOSTNÍ VÝPOČET NAPÍNACÍHO ŠROUBU 5 PEVNOSTNÍ VÝPOČET NAPÍNACÍHO ŠROUBU S ohledem na provozní podmínky volím dva šrouby dle [4, s. 410]: ŠROUB M20 x 200 ISO 4017 8.8 Základní parametry: (31) Velký průměr závitu Střední průměr závitu Malý průměr závitu Malý průměr závitu matice Délka šroubu Modul pruţnosti v tahu (tlaku) Mez kluzu 5.1 POTŘEBNÝ POSUV (32) zadáno(2) 5.2 KONTROLA ŠROUBU NA VZPĚR Plocha průřezu šroubu (33) Kvadratický moment průřezu dáno (31) (34) dáno (31) BRNO 2013 32

PEVNOSTNÍ VÝPOČET NAPÍNACÍHO ŠROUBU Poloměr osového kvadratického momentu průřezu (35) vypočteno (34) vypočteno (33) Štíhlost šroubu (36) vypočteno (32) vypočteno (35) Mezní štíhlost šroubu (37) voleno dle [3, s. 30] dáno (31) dáno (31) - šrouby se kontrolují pouze na tlak BRNO 2013 33

PEVNOSTNÍ VÝPOČET NAPÍNACÍHO ŠROUBU 5.3 TLAK V ZÁVITECH Průřez šroubu (38) dáno (31) dáno (31) Normálové napětí v tlaku (39) vypočteno (23) vypočteno (38) navrţený šroub VYHOVUJE Tlak v závitech (40) dle [4, s. 398] je vypočteno (23) dáno (31) dáno (31) vypočteno (35) - navrţený šroub VYHOVUJE BRNO 2013 34

NÁVRH ZAVĚŠENÍ DOPRAVNÍKU KE STROJI A ZAJIŠTĚNÍ PRACOVNÍ POLOHY 6 NÁVRH ZAVĚŠENÍ DOPRAVNÍKU KE STROJI A ZAJIŠTĚNÍ PRACOVNÍ POLOHY Dopravník je ke štípacímu stroji zavěšen na dvou pantech vyrobených z trubky bezešvé hladké kruhové ČSN EN 10220 60,3 x 14,2 dle [16]. Materiál pantu S355J2H. Úhel mezi osou pantů přivařených ke stroji a vodorovnou hranou rámu stroje je 30. Úhel mezi osou pantů přivařených k rámu vkládacího dopravníku a osou hnacího bubnu je 20. Tímto konstrukčním řešením bylo dosaţeno sklonu dopravníku 10. Obr. 17 Schéma zavěšení dopravníku Obr. 18 Zavěšení dopravníku ke štípacímu stroji Dopravník bude ke stroji sklápěn pomocí ručního navijáku připevněného na rám štípacího stroje. K tomu určené ocelové lano bude vedeno z navijáku přes kladku na vynášecím i vkládacím dopravníku. Konec lana bude připevněn k rámu štípacího stroje. Navedení dopravníku do správné polohy bude při sklápění zajištěno pomocí válcované kruhové tyče 40 ČSN 42 5510.12 - S235J2G1 zasazené a svařené v rámu dopravníku. Pracovní poloha bude dále zajištěna pomocí šroubu dle [4, s. 398] ŠROUB M20 x 200 ISO 4017 8.8. V rámu štípacího stroje pak bude otvor pro navedení tyče s podélnou osou kolmo na osu pantů (pro moţnost sklopení dopravníku) a závitový otvor pro pojistný šroub. Obr. 19 Zajištění polohy dopravníku BRNO 2013 35

ZÁVĚR ZÁVĚR Cílem této práce bylo navrhnout vkládací pásový dopravník, který je součástí stroje na zpracování palivového dřeva. Práce obsahuje volbu jednotlivých konstrukčních částí dopravníku a odůvodnění jejich pouţití. Součástí práce je i pevnostní kontrola dopravního pásu a napínacího zařízení. Obě tyto části splňují i přísnější bezpečnostní kritéria. Při návrhu bylo dbáno na jednoduchost výroby všech konstrukčních prvků dopravníku a jejich následné sestavení. To je výhodou zejména pro jednoduchou a rychlou výměnu dopravního pásu, který je od výrobce dodán jiţ spojený. Je patrné, ţe pro dopravníky na velmi krátkou vzdálenost je vyuţití dělené kluzné desky z konstrukčního i provozního hlediska výhodné. BRNO 2013 36

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE POUŢITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] DRAŢAN, František. Teorie a stavba dopravníků: určeno pro stud. fak. strojní. 1. vyd. Praha: ČVUT, 1983, 290 s. [2] FRIES, Jiří. Konstrukční řešení bubnů pásových dopravníků a jejich výpočet. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, 2003,121 s. ISBN 80-248-0484-0. [3] JANÍČEK, Přemysl, et al. Mechanika těles: Pružnost a pevnost I. Třetí přepracované vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2004. 287 s. ISBN 80-214- 2592-X. [4] LEINVEBER, Jan. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 1. vyd. Úvaly: ALBRA, 2003, 865 s. ISBN 80-864-9074-2. [5] SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R MISCHKE a Richard G BUDYNAS. Konstruování strojních součástí. 1. vyd. Editor Martin Hartl, Miloš Vlk. Brno: Nakladatelství VUTIUM, 2010, 1159 s. ISBN 978-80-214-2629-0. [6] ŠTROFFEK, Eduard et. al. Dopravné pásy v priemysle. 1. vyd. Košice: Štroffek, 1995, 192 s. ISBN 80-967325-0-1. [7] ZLOCH, Stanislav. Lesní těžba: učebnice pro žáky středních lesnických technických škol a lesnických mistrovských škol. 1. vyd. Praha: SZN, 1971, 430 s. [8] ČSN ISO 5048. Zařízení pro plynulou dopravu nákladů - Pásové dopravníky s nosnými válečky - Výpočet výkonu a tahových sil. Praha: Český normalizační institut, 1993, 16 s. Elektronické zdroje: [9] PETERSON, Marcus. History of conveyor belts. Ezinearticles.com [online]. 24 January 2007, [cit. 13.3.2013]. Dostupné z: http://ezinearticles.com/?history-of-conveyor- Belts&id=353910 [10] České lesní hospodářství v číslech a grafech. In: Mezistromy.cz [online]. [cit. 18.3.2013]. Dostupné z: http://www.mezistromy.cz/cz/soutez/studijni-materialy/ceskelesni-hospodarstvi-v-cislech-a-grafech [11] EP250/2 - pryţové pásy pro průmyslové pouţití. Gumex [online]. [cit. 2.4.2013]. Dostupné z: http://www.gumex.cz/ep250-2-pryzove-pasy-pro-prumyslove-pouziti- 24601.html [12] PRYŢ BLACK STAR TR.VKS. Gumex [online]. [cit. 2.4.2013]. Dostupné z: http://www.gumex.cz/pryz-black-star-tr-vks-24689.html [13] Ertacetal C. EPP Plasty a.s. [online katalog]. [cit. 10.4.2013], 2 s. Dostupné z: http://www.eppplasty.cz/pdf/pom_c.pdf BRNO 2013 37

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [14] Kuličková loţiska s kosoúhlým stykem. SKF [online katalog]. [cit. 5.4.2013], 64 s. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515058.pdf [15] Kuţelíková loţiska. SKF [online katalog]. [cit. 5.4.2013], 94 s. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515994.pdf [16] Trubka bezešvá hladká kruhová. Ferona [online]. [cit. 15.4.2013]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=38741 [17] Trubka bezešvá hladká kruhová. Ferona [online]. [cit. 16.4.2013]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=27681 [18] Trubka bezešvá hladká kruhová. Ferona [online]. [cit. 20.4.2013]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=26658 BRNO 2013 38

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ A [mm 2 ] průřez napínacího šroubu B [m] šířka dopravního pásu b i [m] světlá šířka bočního vedení D [m] průměr bubnu d [m] tloušťka pásu d 0 [m] průměr hřídele v loţisku D 1 [mm] malý průměr závitu matice d 2 [mm] střední průměr závitu napínacího šroubu d 3 [mm] malý průměr závitu napínacího šroubu D K [m] maximální průměr klády d š [mm] velký průměr závitu napínacího šroubu E [MPa] modul pruţnosti v tahu (tlaku) napínacího šroubu F [N] průměrný tah v pásu na bubnu f [-] globální součinitel tření f 1 [-] součinitel tření mezi pásem a kluznou deskou F 1 [N] síla v horní větvi pásu F 2 [N] síla v dolní větvi pásu F a [N] odpor shrnovače materiálu F ba [N] odpory setrvačných sil v místě nakládání a v oblasti urychlování F Dp [N] dovolená síla v pásu odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením v oblasti [N] urychlování F f F gl [N] odpor tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením F gr [N] maximální tíhová síla přepravovaného materiálu F H [N] hlavní odpory F l [N] odpor ohybu pásu na bubnech F N [N] vedlejší odpory F r [N] odpor čističů pásu F S [N] přídavné odpory F st [N] síla od klády působící na boční vedení dopravníku F ST [N] odpor k překonání dopravní výšky F t [N] odpor v loţiskách bubnu BRNO 2013 39

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ F T [N] vektorový součet tahu v pásu F U [N] potřebná obvodová síla na poháněcím bubnu F Umax [N] maximální obvodová síla na poháněcím bubnu F vyr [N] dovolená taţná síla na 1m dopravního pásu Fε [N] odpor vychýlených bočních válečků g [m.s -2 ] tíhové zrychlení i [mm] poloměr osového kvadratického momentu průřezu napínacího šroubu I V [m 3.s -1 ] objemový dopravní výkon J [mm 4 ] kvadratický moment průřezu napínacího šroubu l [m] maximální délka klády L [m] délka dopravníku L 1 [m] délka kluzné desky l b [m] urychlovací délka l š [mm] délka napínacího šroubu m [kg] hmotnost pásu daná výrobcem m p [kg] hmotnost 1m 2 pásu P A [W] potřebný provozní výkon dopravníku p z [MPa] tlak v závitech napínacího šroubu p zd [MPa] dovolený tlak v závitech napínacího šroubu q B [kg.m -1 ] hmotnost 1m dopravního pásu q G [kg.m -1 ] hmotnost nákladu na 1m dopravní délky q RO [kg.m -1 ] hmotnost rotujících částí válečků na 1m horní větve dopravníku q RU [kg.m -1 ] hmotnost rotujících částí válečků na 1m dolní větve dopravníku R e [MPa] mez kluzu napínacího šroubu s [m] potřebný posuv napínacího šroubu S K [m 2 ] maximální průřez klády S š [mm 2 ] plocha průřezu napínacího šroubu v [m.s -1 ] dopravní rychlost pásu v 0 [m.s -1 ] rychlost dopravované hmoty ve směru pohybu pásu α [ ] úhel opásání poháněcího bubnu β [ ] úhel sklonu podloţky γ 1 [ ] úhel sklonu dopravníku γ 2 [ ] úhel sklonu bočního vedení BRNO 2013 40

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ δ [ ] úhel sklonu dopravníku ve směru pohybu λ 1 [-] štíhlost napínacího šroubu λ M [-] mezní štíhlost napínacího šroubu µ [-] součinitel tření mezi poháněcím bubnem a pásem µ 1 [-] součinitel tření mezi dopravovanou hmotou a pásem µ 2 [-] součinitel tření mezi dopravovanou hmotou a bočním vedením ξ [-] součinitel rozběhu ρ [kg.m -3 ] hustota dopravovaného materiálu ζ d [MPa] normálové napětí v tlaku napínacího šroubu ζ D [MPa] dovolené napětí v tlaku napínacího šroubu BRNO 2013 41

SEZNAM PŘÍLOH SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace: Výkres sestavení: Pásový dopravník s kluznou deskou 1-01-A1-2013 Kusovník: Pásový dopravník s kluznou deskou 1-01K1-A4-2013 Pásový dopravník s kluznou deskou 1-01K2-A4-2013 Podsestava hnacího bubnu: Hnací buben 2-01-A3-2013 Kusovník: Hnací buben 2-01K-A4-2013 Výrobní výkres: Osa bubnu 2-02-A3-2013 Plášť bubnu 2-03-A4-2013 Čelo bubnu 2-04-A4-2013 Ţebro 2-05-A4-2013 Loţiskový domek velký 3-01-A2-2013 BRNO 2013 42