VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY O TECHNOLOGY AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ ACULTY O MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE O AUTOMOTIVE ENGINEERING SVISLÝ KOREČKOVÝ DOPRAVNÍK VERTICAL BUCKET CONVEYOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE Ing. MARTIN JONÁK BRNO 0
Abstrakt V této bakalářské práci jde o návrh svislého korečkového dopravníku (elevátoru) pro svislou dopravu obilí se zaměřením na celkový návrh elevátoru podloženého funkčním a kapacitním výpočtem se slabou vazbou na okolí zařízení a stavby. Podrobněji je pak práce zaměřena na návrh pohonu uloženého v hlavě elevátoru s rozpracováním dalších konstrukčních detailů, jako je celkové uložení pohonu, hnacího hřídele a bubnu v dané hlavě elevátoru a způsob vyprazdňování korečků. Klíčová slova svislý korečkový elevátor, svislý korečkový dopravník, svislá doprava obilí Abstract This thesis describes design of vertical bucket conveyor (elevator) for vertical transport of grain. The global design elevator is based on functional and capacitance calculation with links to the surrounding area and buildings. Detail of work is focused in design of placement power in elevator head with development of the other designed parts. It is means total placement of drive, the drive shaft and the cylinder in elevator head and method of emptying bucket. Keywords vertical bucket elevator, vertical bucket conveyor, vertical grain transport
Bibliografická citace HOLCNER, P. Svislý korečkový dopravník. Brno: Vysoké učení technické v Brně, akulta strojního inženýrství, 0. 45 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Martin Jonák
Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně, pod vedením vedoucího diplomové práce pana Ing. Martina Jonáka a s použitím uvedené literatury. Podpis:.
Poděkování Děkuji Ing. Martinu Jonákovi a Doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, Csc. za potřebné rady a vedení při zpracování této práce a všem, kteří mne v průběhu studia podporovali.
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obsah. Úvod.. Korečkové elevátory........ Korečky elevátoru... Tažný orgán elevátoru... 5.3 Nosná konstrukce elevátoru... 5.4 Pohon elevátoru. 6.5 Napínání elevátoru. 6 3. unkční výpočet.. 7 3. Předběžný výpočet. 7 3.. Základní parametry. 7 3.. Schéma elevátoru... 7 3..3 Výkon motoru. 8 3..4 Obvodová síla na hnacím bubnu... 9 3..5 Volba korečku. 9 3..6 Vyprazdňování korečku.. 0 3..7 Zatížení a volba dopravního pásu... 0 3. Zpřesněný výpočet. 3.. Určení jednotlivých odporů proti pohybu... 3.. Stanovení obvodové síly a výkonu hnacího elektromotoru 4 3..3 Stanovení skutečné napínací síly.. 6 3..4 Stanovení tahů na nabíhající a sbíhající straně hnacího bubnu...6 3..5 Kontrolní výpočet hnacího hřídele.. 7 3..6 Kontrola pera na otlačení 34 3..7 Kontrola ložisek pohonu 35 4. Závěr.39 5. Seznam použitých zdrojů 40 6. Seznam použitých zkratek a symbolů. 4 7. Seznam příloh.. 45-0 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ. Úvod Korečkové svislé dopravníky (elevátory) mají i v dnešní době velmi rozsáhlé využití v různých výrobních odvětvích. Nejčastěji v zemědělství, potravinářství, stavebnictví, důlnictví a chemickém průmyslu. Jsou dnes konstruovány pro šetrnou přepravu sypkých materiálů bez jejich degradace a to i s několika vstupy pro přepravovaný materiál. Konstrukce elevátorů, tedy rozměry a tvary šachet, jsou dnes velice flexibilní, což umožňuje použití v zástavbě již použité technologie nebo stávajícím prostoru. Výrobci elevátorů jsou schopní podle požadavků objednavatele dodat zařízení s nejrůznějšími doplňky v podobě vysokotlakého čištění korečků vodou nebo vzduchem, řídícího systému, systému přesného vážení a dávkovačů. Jedná se o stále používané a zajímavé zařízení proto jsem si korečkový elevátor vybral jako téma své bakalářské práce, ve které se zabývám návrhem korečkového elevátoru pro svislou přepravu obilí. Návrh jako takový vychází ze zadání práce, kterou mi zadal Ústav automobilního a dopravního inženýrství. Cílem je navrhnout funkční elevátor s detailnějším zaměřením na hnací část vycházející z požadovaného přepravovaného materiálu, přepravované kapacity a způsobu vykládaní materiálu s využitím optimálního použití konstrukčních materiálů a prvků pro pohon.. Korečkové elevátory Korečkové elevátory (Obr.) jsou mechanické dopravníky ve svislém nebo šikmém směru (úhel stoupání do 60 o ) určené k přepravě sypkých jemnozrnných materiálů se sypným úhlem 5 o až 60 o, (např. cementu, písku, obilí, popela, mouky atd.). Dopravní výška je omezena pevností tažného orgánu. Používají se pro malá a střední dopravní množství (do 60 m 3 /hod - ) a dopravní výšky do 40 m. Při použit pásu jako tažného orgánu lze dosáhnout vysokých rychlostí a tím i dopravního výkonu až 000 m 3 /hod - a dopravních výšek až 00 m. Z pravidla bývá elevátor uzavřený v prachotěsné šachtě, kdy v hlavě elevátoru je umístěný pohon a v patě napínací mechanismus []. - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Hlava s pohonem Korečky Tažný orgán Napínací ústrojí Montážní šachta Násypný otvor Pata Obr. Schéma elevátoru []. Korečky elevátoru Korečky jsou nedílnou součásti elevátoru a jejich funkcí je přeprava materiálu. Jsou pevně připevněny k tažnému orgánu, tím mohou být řetězy nebo dopravní gumové pásy. Vyrábějí se z plechu svařováním nebo lisováním s případnou povrchovou úpravou (pozinkování, fosfátování, povlakem z pryže apod.) nebo plastové či lité []. Volba materiálu vždy závisí na fyzikálních vlastnostech dopravovaných materiálů. Na dopravovaném materiálu závisí i tvar korečků, který se pro běžné účely užívá podle ČSN 6 008 v šesti základních profilech A až a volí se podle objemu, způsobu plnění a vyprazdňování []. - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Upevnění korečků: Upevnění korečků na pás lze provést (Obr.) buď speciálními talířovými šrouby nebo speciálními segmenty. Když se korečky šroubují přímo na pás, je nutné je v místě připojení zaoblit, aby vnitřní strana pásu byla rovná a byl tím zaručený plynulý přechod přes kladky []. Obr. [] U řetězů jsou korečky připojeny odnímatelně a to na jednu nebo dvě větve řetězu. Při napojení na dvě větve se užívá šroubových spojů a to čelně nebo bočně (Obr.3) zlepšuje stabilitu u článkových řetězů []. Obr.3 [] - 3 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Plnění korečků: Způsob plnění může být hrabací, nasýpací nebo smíšený. - Hrabací způsob (Obr.4a) materiál je přiváděn na dno dopravní šachty. Průchodem korečků touto vrstvou dojde k jejich zaplnění. Způsob je vhodný pro materiály sypké s jemnou zrnitostí (do0 mm), kdy tyto materiály neovlivňují maximální rychlost elevátoru. Může docházet k bočnímu zanášení paty elevátoru []. - Nasýpací způsob (Obr.4b) materiál je do korečku sypán. Tento způsob vyžaduje širší rozteč korečků. Vhodné pro materiály hrubě kusovité a silně abrazivní. Jako tažného orgánu se zde využívá většinou řetězu []. Obr.4 [] Vyprazdňování korečků: Způsoby vyprazdňování máme odstředivé (Obr.5a) a gravitační (Obr.5b). Obr.5 [] - 4 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Kritériem tohoto rozdělení je poloha pólu P (Obr.6), který je průsečíkem nositelky výslednice vnějších sil působících na obsah korečku (tíhové síly G a síly odstředivé o ) s vertikální osou. Jestliže pól leží uvnitř kružnice R je materiál vysypáván přes hranu korečku již ve II. kvadrantu v tomto případě hovoříme o odstředivém vyprazdňování. Pokud je však vzdálenost a pólu P od středu 0 větší jak R, pak materiál vypadává přes vnitřní hranu korečku až v I. kvadrantu, nyní se jedná o gravitační vyprazdňování []. Obr.6 []. Tažný orgán elevátoru Tažným orgánem mohou být dopravní pásy nebo řetězy. Pásy korečkových elevátorů vhodné pro velké dopravní množství a výšky při rychlostech v = až 3,5 m.s -. Šířka pásu se volí v závislosti na šířce korečku. Používají se pásy z PVC s textilní vložkou, s vložkou z ocelových lan nebo umělých vláken []. Řetězy korečkových elevátorů použití pouze pro mále rychlosti v = 0,3 až, m.s - a z toho plynoucí malé výkony a dopravní výšky. Vhodné pro přepravu materiálu o vysoké teplotě. Používají se svařované článkové řetězy nekalibrované nebo pouzdrové řetězy []..3 Nosná konstrukce elevátoru Konstrukce korečkového elevátoru může být otevřená nebo uzavřená (šachtovitá). Vzhledem k přepravním vzdálenostem může byt konstrukce samonosná (kotvena na patě) nebo zavěšená. Šachty můžou být samostatné nebo společné pro obě větve [6]. V případě přepravovaného materiálu podle zadání se bude jednat o uzavřenou konstrukci, kdy šachta bude samostatná. - 5 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ.4 Pohon elevátoru Pohon elevátoru je umístěn v hlavě elevátoru. Převodové motory se používají pro menší výkony. Pro větší výkony se mezi motor a hnací hřídel bubnu vkládají samostatné převodovky s dutým hřídelem, kterým se na hnací hřídel nasouvají. Způsobů kotvení pohonu v hlavě elevátorů je několik, například uchycení motoru s převodovkou k hlavě elevátoru pomocí konzoly. Převodovka s hnacím hřídelem je pak spojena axiální čepovou spojkou, která tlumí momentové rázy. Na výstupu hnacího hřídele je pak umístěna volnoběžná spojka, která při vypnutí pohonu brání zpětnému chodu elevátoru vlivem hmotnosti materiálu obsaženého v korečcích v nabíhající větvi tažného orgánu [6]..5 Napínání elevátoru Napnutí tažného orgánu, potřebné pro přenos sil na hnacím bubnu, vyvozuje tíha součástí vratné stanice zavěšená na tažném orgánu. Pokud tento účinek není dostatečný, je potřeba použít přídavných napínacích sil a to pomocí napínacích šroubů nebo závaží [6]. - 6 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 3. unkční výpočet Tato kapitola se věnuje kapacitnímu a pevnostnímu výpočtu, z kterého vychází návrh svislého korečkového elevátoru se zaměřením na pohon elevátoru. 3. Předběžný výpočet Výpočet proveden dle zdroje []. 3.. Základní parametry (dané zadáním) Dopravní výkon Q = 50000 kg.h - Dopravní výška H dop = 5 m Dopravovaný materiál obilí Měrná hmotnost obilovin = 780 až 800 kg.m -3, volím hodnotu =780 kg.m -3 Sypný úhel = 30 o Gravitační zrychlení g = 9,807 m.s - Způsob vyprazdňování korečků odstředivý 3.. Schéma elevátoru Obr. 7-7 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ H dop = 5 m D = 450 mm D = 450 mm H Z = 000 mm m = 450 mm l = 450 mm zadaná dopravní vzdálenost průměr hnacího bubnu průměr napínacího bubnu výška dolní příruby od země vzdálenost osy napínacího bubnu od země vzdálenost vysýpací šachty od osy hnacího bubnu Výpočet osové vzdálenosti H 0 H 0 H dop l H z m [m] () H 0 5 0,45,45 H 0 6m Výpočet maximální dopravní výšky H D D H H 0 [m] () 0,45 0,45 H 6 H 6,45 m 3..3 Výkon motoru Q H g P [W] (3) 3600,6 50000 6,459,807 P 358,4W 3600 P 3,6 kw μ =,6 volím celkový součinitel odporu za nejnepříznivějších podmínek dle [] (Tab. 8-3) Q dopravní výkon-zadáno - 8 -
3..4 Obvodová síla na hnacím bubnu P. [N] (4) v 7500.0,95 850,5 850N v =,5 m.s - volím rychlost korečků dle ČSN 6 008 = 0,95 AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ účinnost převodů od motoru k poháněcímu hřídeli u čelních převodových motorů dle výrobce [7] 3..5 Volba korečku Z rovnice pro hodinový dopravní výkon v Q 3600 Vk [kg.h - ] t k je vyjádřen a vypočten objem korečku: V V V k k k Qtk [m 3 ] (5) 3600v 500000,5 0,00m 3600,5 7800,8, dm 3 3 t k = 0,5 m volím rozteč korečků dle ČSN 6 008 [] γ = 780 kg.m -3 sypná hmotnost materiálu-zadáno ψ = 0,8 volím součinitel plnění dle [] (Tab. 8-4) Dle výpočtu volím plastový koreček typu SPS 40-65 HDP [0], o rozměrech: B=50 mm, H k =3 mm, A=70 mm, V=,34 dm 3, m k =0,6 kg Obr. 8 [0] - 9 -
3..6 Vyprazdňování korečků AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ V kapitole.. v odstavci Vyprazdňování korečků (Obr.6 ) bylo popsáno kritérium na určení způsobu vyprazdňovaní korečků odstředivým způsobem. Následujícím kontrolním výpočtem bude tento způsob ověřen. Velikost R = 33,5 mm, R = 403,5 mm a R = 33,5 mm určeno pomocí systému SolidWorks 0 a p R G o m g m R a p [m] g g a p (6) v R a a p p 9,807 0,54,5 0,335 0,54m 54mm a p R R Podle výše uvedeného kritéria se jedná o odstředivé vyprazdňování, které odpovídá zadání. 3..7 Zatížení a volba dopravního pásu Délkové zatížení pásu od hmotnosti korečků: mk g q3 [N.m - ] (7) t q q 3 3 k 0,6 9,807 3,5 0,5 3,5N m m k = 0,6 kg hmotnost prázdného korečku dle [0] - 0 -
Stanovení tahů v nabíhající a sbíhající větvi bubnu: Síla v nabíhající větvi: f.. e T [N] (8) f. e 850. e T 0,3.3,4 e T 467N 0,3.3,4 467 AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ f = 0,3 volím součinitel tření mezi tažným prostředkem a bubnem dle [] (Tab. 8-5) [rad] úhel opásání Síla ve sbíhající větvi: T T [N] (9) T T 467 850 8 8N Volba tažného pásu a kontrola únosnosti: Volím pás typu 4T 3 V3-V3, obj.kód 0860030 od firmy Gumex, s.r.o. [0] s těmito parametry: B p = 300 mm šířka pásu hodnota uvedená výrobcem t p = 5,5 mm tloušťka pásu hodnota uvedená výrobcem m p = 6,8 kg.m - hmotnost m pásu hodnota uvedená výrobcem T D = 3 N.mm - dovolené zatížení pásu hodnota uvedená výrobcem q = 0,4 N.m - délkové zatížení m pásu vlastní vahou z z z T B [N] (0) D p 3300 9600 9600N Maximální síla T musí být menší nebo rovna dovolenému zatížení pásu T = 467 N < z = 9600 N Zvolený pás vyhovuje. - -
3. Zpřesněný výpočet Výpočet proveden dle zdroje []. 3.. Určení jednotlivých odporů proti pohybu Složka obvodové síly potřebná k nabírání materiálu: Q g q [N.m - ] () 3600 v q q 50000 g 54 3600,5 54N m AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ c q [N] () 4,5 54 43 43N c = 4,5 volím součinitel odporu při plnění hrabacím způsobem [] (Tab. 8-6) Složka obvodové síly potřebná ke zvedáním materiálu (při plnění hrabacím způsobem): q H [N] (3) 54 6,45 888,3 888,3N Složka obvodové síly 3 potřebná k překonání odporu ohýbání tažného pásu na napínacím bubnu: Určení napínací síly Z: Z k. T H( q ) [N] (4) q3 Z,.86,45(0,4 3,5) Z 56,8 N 56,8 Z 3 c z [N] (5) 56,8 3 0,0 9600 08,8 08,8N 3 - -
k =, AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ volím součinitel bezpečnosti proti prokluzování uvažující vliv zrychlujících sil při rozběhu elevátoru dle [] c = 0,0 volím součinitel odporu ohýbání pásu dle [] Složka obvodové síly 4 potřebná k překonání odporu ohýbání tažného pásu na hnacím bubnu: 4 c T z [N] (6) 4 4 0,0 467 9600 4,7 4,7N Složka obvodové síly 5 potřebná k překonání odporu tření ložisek napínacího hřídele: Určení přídavné napínací síly Z : Z Z mb. g [N] (7) Z Z 56,8 9,4.9,807 665,4 665,4N d p 0,06 0,4 [m] (8) D 0,45 d p 5 3.. Z [N] (9) D 5 5 0,5.0,4.665,4 6,6 6,6N μ 3 = 0,5 volím součinitel čepového tření v ložiskách při valivém uložení bubnu dle [] d p = 60 mm předběžně zvolený průměr hřídele napínacího bubnu v ložiskách D =450 mm zvolený průměr napínacího bubnu m b =9,4 kg hmotnost napínacího bubnu s příslušenstvím určeno pomocí SolidWorks 0-3 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Složka obvodové síly 6 potřebná k překonání odporu tření ložisek hnacího hřídele: d p 0,075 0,7 [m] (0) D 0,45 d. T T [N] () p 6 3. D 6 6 55,8 N 0,5.0,7. 4678 55,8 d p = 75 mm předběžně zvolený průměr hřídele hnacího bubnu v ložiskách D =450 mm zvolený průměr hnacího bubnu Složka obvodové síly 9 potřebná ke zvedání tažného prostředku: 9 p. q. H [N] () 9 9.0,4.6,45 335,6 335,6N p = počet tažných prostředků dle [] Složka obvodové síly 0 potřebná ke zvedání korečků: q. H [N] (3) 0 0 0 3 3,5.6,45 386,6 386,6N 3.. Stanovení obvodové síly a výkonu hnacího elektromotoru Celková obvodová síla c c c c [N] (4) 3 4 5 6 9 0 43 888,3 08,8 4,7 6,6 55,8 335,6 386,6 773,4 773,4N - 4 -
Výkon hnacího elektromotoru P e c v i Pe [W] (5) AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ P e P e 773,4,5, 8758, W 0,95 8758, W 8,76kW Volím bezpečnost proti přetížení motoru i =, Volím podle spočítaného výkonu převodový motor SEW EURODRIVE [7] s těmito parametria výstupu převodovky: R87DV3ML4 Jmenovitý výkon: P j = 9, kw Kroutící moment na výstupu: M k = 730 N.m Výstupní otáčky: n m = min - Hmotnost: m m = 5 kg Převodový poměr: i m =,93 Obr. 9 Skutečná obvodová síla cs cs cs cs Pj [N] (6) v 900.0,95 3496N,5 3496N - 5 -
3..3 Stanovení skutečné napínací síly Skutečná napínací síla: k Z. 9 e s cs [N] (7) f 0 Z Z s s 3496. e 3470N 0,3., 335,6 386,6 3470 AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 3..4 Stanovení skutečných tahů na nabíhající a sbíhající straně hnacího bubnu Skutečná síla v nabíhající větvi: T T T S S S Zs 3 5 9 0 [N] (8) 3470 43 888,3 08,8 6,6 335,6 386,6 383,9 383,9 N 384N TS z 9600N Zvolený pás vyhovuje. Skutečná síla ve sbíhající větvi: T S T T S S Z 9 0 [N] (9) 3470 335,6 386,6 457, 457,N - 6 -
3..5 Kontrolní výpočet hnacího hřídele Výpočet proveden dle zdroje [4]. AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Výpočet reakcí v ložiskách: x y M 0 0 oa 0 0 0 RA TS TS TS TS a b RB RB 0 c 0 Obr. 0 (30) RB RB RB TS TS a c b [N] (3) 384 384 7 35 907 4 907N RA RA RA TS TS RB [N] (3) 907 907N 384 384 907-7 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Výsledné vnitřní účinky (VVÚ) Obr. - průběh VVÚ - 8 -
Kontrola hnacího hřídele v kritických místech AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obr. - Kritická místa Kontrola průřezu I V průřezu I působí maximální kroutící moment M k a obsahuje drážku pro pero Obr. 3 d = 55 mm d j = 48,8 mm b = 6 mm t = 6, mm t = 3,8 mm r = 0,6 mm b, t, t, r rozměry drážky pro pero dle ČSN 0 507-9 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Pro průřez I se dle VVÚ předpokládá jeho zatížení pouze kroutícím momentem M k. A napětí od ohybu je tedy σ oi = 0 MPa, protože M oi = 0 N.m. Nominální napětí v krutu v průřezu I : M k 6 M ki [Mpa] (33) W d ki k 3 j ki ki 6730000 3 3 48,8 3MPa Mez kluzu R ei, kterou musí zvolený materiál splnit R ei k ki [MPa] (34) 0,577 R R ei ei,8.3 55,3 0,577 55,3MPa τ ki nominální napětí v krutu v průřezu I. α k tvarový součinitel pro hřídel s drážkou pro pero, namáhání krutem, odečten z grafu [4](Obr. 3-5) b d t d r d 6 55 0,9 6, 0, 55 0,6 0,0 55 k,8 Volím ocel 050.4 s mezí kluzu R e = 340 MPa. Bezpečnost v kritickém průřezu I R e k I (35) ReI k k I I 340, 55,3, VYHOVUJE - 30 -
Kontrola průřezu II AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Průřez II je zatěžován dle průběhu VVÚ maximálním ohybovým momentem M omax a zároveň maximálním kroutícím momentem M k. Ohybový moment v průřezu II : V intervalu VVÚ od bodu A po průřez II je velikost M oii dána vztahem: M oii M max a [N.mm] (36) o RA M M oii oii 9077 35397 35397N mm Ohybové napětí v průřezu II : M oii 3 M oii [N.mm] (37) W d oii oii 3 II oii oii 3 35397 3 75 3,3MPa 3,3 Moment v krutu v průřezu II : M kii M 730000N mm k Napětí v krutu v průřezu II : M k 6 M kii [MPa] (38) W d kii k 3 II kii kii 6730000 8,8 3 75 8,8MPa Redukované napětí: redii [MPa] (39) oii 3 kii redii redii 3,3 38,8 5,63MPa 5,63-3 -
Bezpečnost v kritickém místě II : k R e II (40) redii k II 340,8 5,63 AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ VYHOVUJE Zvolený materiál 050.4 vyhovuje. Kontrola průřezu III Průřez III je zatěžován dle průběhu VVÚ ohybovým momentem M oiii a zároveň maximálním kroutícím momentem M k a obsahuje vrub. Ohybový moment v průřezu III : V intervalu VVÚ od bodu A po průřez III je velikost M oiii dána vztahem: M oiii e [N.mm] (4) RA M M oiii oiii 90743 800 800N mm Ohybové napětí v průřezu III : M oiii 3 M oiii 0III. 0III. [N.mm] (4) W d oiii oiii 3 III oiii oiii 3800,5. 7,6 3 65 7,6MPa r...rádius přechodu zaoblení mezi d II a d III α 0III tvarový součinitel při osazení hřídele, namáhání ohybem, odečten z grafu[4] (Obr.3-5) d d II III 75,5 65 r 0,05 0,5 65 III d III Moment v krutu v průřezu III : M kiii M 730000N mm k - 3 -
Napětí v krutu v průřezu III : M k 6 M kiii kiii. kiii [MPa] (43) W d kiii k 3 III AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ kiii kiii 6730000. 7, 3 65 7,MPa α kiii tvarový součinitel při osazení hřídele, namáhání krutem, odečten z grafu [4] (Obr. 4-5) d d II III 75,5 65 r 0,05 kiii d 65 III Redukované napětí: rediii [MPa] (44) oiii 3 kiii rediii rediii 7,6 47,6MPa 3 7, 47,6 Bezpečnost v kritickém místě III : k R e III (45) rediii k III 340 7, VYHOVUJE 47,6 Zvolený materiál 050.4 vyhovuje. - 33 -
3..6 Kontrola per na otlačení u vstupního konce hřídele: Výpočet proveden dle zdroje [5] AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Pero 6 e7 x 0 x 90 dle ČSN 0 56 Rozměry pera: b = 6 mm h = 0 mm l = 80 mm d = 55 mm l * l b [mm] Obr. 4 l * l * 80 6 64 64mm (46) Kontrola kontaktního tlaku v náboji pera: p p p M d k p [MPa] (47) S * h p n l x 730000 55 8,9 0 64 8,9MPa p dov 0MPa VYHOVUJE - 34 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ M k d kroutící moment, který je spojem přenášen průměr hřídele n počet per n = l délka pera dle ČSN 0 56 l * aktivní délka pera v náboji h výška pera dle ČSN 0 56 x součinitel efektivního počtu nesoucích per (pro pero x = ) p p dov kontaktní tlak v náboji pera dovolený kontaktní tlak podle [5] (Tab. 8-8/str.08) 3..7 Kontrola ložisek hnacího hřídele Pro uložení hnacího hřídele volím ložiskovou soustavu SK SY 65 T [9]. Ta se skládá z ložiskového tělesa Y 53 M a ložiska YAR 3-. Axiálně je ložisko zajištěno blíže k pohonu a to pomocí matice KM3. Z důvodů tepelných dilatací není zajištěno ložisko u volnoběžné spojky. Obr.5 Stojatá ložisková jednotka SK SY 65 T - 35 -
Parametry ložiskové jednotky SK SY 65 T: C = 57,kN C 0 = 40kN RA = 907N AA = 0 N AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Výpočet proveden dle zdroje [5] C AA 0 AA RA X Y 0 0 40000 0 907 0 0 e e 0 (48) L L L ea ea ea 0hA 0hA 0hA X RA 907N Y RA 907 0907 907 [N] (49) 3 6 C 0 [h] (50) ea 60nm 3 6 5700 0 37705 907 60 37705h RA AA radiální síla v ložisku axiální síla v ložisku C dynamická únosnost ložiska [9] C 0 statická únosnost ložiska [9] ea ekvivalentní zatížení ložiska L 0hA trvanlivost ložiska při pravděpodobnosti 90% - 36 -
Modifikovaná trvanlivost: AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Pro správné spočítání modifikované trvanlivosti je potřeba určit součinitel modifikované trvanlivosti a 3 a součinitel a. Určení součinitele a 3 D D pw pw d A DA 95,5mm 65 6 95,5 (5) D A = 6 mm vnější průměr ložiska [9] d A = 65 mm vnitřní průměr ložiska [9] D pw roztečný průměr sady kuliček Volím 05mm. s podle [5] (Tab. -/str.634) Ložisko je mazáno minerálním olejem, u kterého výrobce [9] uvádí kinematickou viskozitu při 40 o C = 50 mm.s - Volím 60mm. s podle [5] (Tab. -3/str.635) ν kinematická viskozita použitého maziva za provozní teploty [9] ν 60 05 kinematická viskozita zabezpečující optimální mazání 0,6 viskózní poměr (5) Poměr P d e c C u e c. je dalším parametrem pro určení součinitele a 3 podle [5] (Tab. -/str.633) Pd dynamické ekvivalentní zatížení P d = 907 N součinitel znečištění, volím e c = 0,3 podle [5] (Tab. -7/str.63) C C C u u u Co 40000 88,N pro D 00 mm (53) pw - 37 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ C u mezní únavové zatížení Cu 88, Hodnota poměru e c. 0,3. 0, 8 P 907 d Na základě spočítaných parametrů pro určení součinitele modifikované trvanlivosti volím a 3 = podle [5] (Tab. -/str.633) a L L L 3hA 3hA 3hA součinitel pravděpodobnosti, že ložisko dosáhne požadované životnosti, volím a = 0,47 při pravděpodobnosti 97% podle [5] (Tab. -6/str.63) a a 3 L 0hA 0,4737705 349408,8 [h] (54) 349408,8h L 3hA modifikovaná trvanlivost ložiska při pravděpodobnosti 97% - 38 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 4. Závěr Tématem mé bakalářské práce bylo podle zadání navrhnout korečkový elevátor pro přepravu obilí se zaměřením na konstrukci hlavy elevátoru a jejího pohonu. V první fázi pro správné navrhnutí pohonné jednotky jsem provedl kapacitní výpočet s navrhnutím tažného elementu a korečků a to na základě potřebného výkonu s ohledem na odstředivé vyprazdňování korečků. V druhé fází z následného zpřesněného výpočtu, jsem navrhnul odpovídající převodový motor a stanovil tahové síly v nabíhající a sbíhající straně hnacího bubnu. Spočítané síly byly potřebné pro pevnostní kontrolu hnacího hřídele, kontrolu pera na vstupním konci hnacího hřídele a kontrolu životnosti ložiska na hnacím hřídeli. Podle kontrolního výpočtu je materiál 050.4 vyhovující. Stejného výsledku jsem dosáhl i u kontroly pera na otlačení a ložiska. U konstrukce pohonu hlavy elevátoru jsem zvolil přímé uložení všech částí pohonu, kdy čelní převodový motor je samostatně uložen na konstrukci hlavy (není zavěšen na hnacím hřídeli). Pro zajištění souososti hřídele převodovky a hnacího hřídele se v případě nepřesností z výroby, použijí distanční podložky pod motor. Pro přenos kroutícího momentu z převodovky motoru na hnací hřídel jsem použil přírubovou spojku umožňující přenos i axiálních sil. U hnacího bubnu jsem přenos kroutícího momentu na hřídel, zajistil samo středícími svěrnými pouzdry, které vymezují i polohu bubnu na hřídeli. Proti zpětnému chodu, který může nastat při plném zatížení nabíhající větve a výpadku elektrického proudu je pohon chráněn volnoběžnou spojkou na konci hřídele. Mazaní převodovky a ložisek pohonu je dáno výrobcem a to po dobu životnosti těchto komponent. - 39 -
5. Seznam použitých zdrojů AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ [] GAJDŮŠEK J., ŠKOPÁN M., Teorie dopravních a manipulačních zařízení, VUT Brno, 988. [] ČSN 6 008, Korečkové elevátory Základní rozměry [3] SVOBODA P. a kol., Základy konstruování Výběr z norem pro konstrukční cvičení, Akademické nakl. CERM, 00. [4] BOHÁČEK. a kol., Části a mechanismy strojů II Hřídele, tribologie, ložiska, PCDIR s.r.o., 996. [5] J. E. SHIGLEY, CH. R.MISCHKE, R. G.BUDYNAS, Konstruování strojních součástí, VUT Brno, nakl. VUTIUM, 00 [6] KUNERT, T. Korečkový elevátor, Brno: Vysoké učení technické v Brně, akulta strojního inženýrství, 009. 5 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jiří Špička, CSc. [7] Katalog fy SEV EURODRIVE Čelní převodové motory typ R URL:<http://www.sew-eurodrive.cz/produkt/r-eln-p-evodove-motory.htm> [cit. 0-0-] [8] Katalog fy SIGAD,spol. s r.o. - Axiální čepové spojky BKN URL:<http://www.sigad.cz/spojky/axialni-cepove-spojky-bkn> [cit. 0-0-3] [9] Katalog fy SK Stojaté a přírubové ložiskové jednotky typ Y URL:<http://www.skf.com/skf/productcatalogue/orwarder?newlink=&action=search &lang=cs&prodid=0065> [cit. 0-0-3] [0] Katalog fy GUMEX,spol. s r.o. Dopravníkové pásy a korečky URL:<http://www.gumex.cz/files/catalog/07_dopravn%C3%ADkov%C3%A9%0p% C3%Asy_CZ final.pdf> [cit. 0-0-03] [] Katalog fy T.E.A. Technik, s.r.o. Volnoběžné spojky typ GV URL:<http://www.teatechnik.cz/typ-gv/> [cit. 0-0-5] [] Katalog fy IM Elevtronic snímač otáček URL:<www.ifm-electronic.cz> [cit. 0-0-5] - 40 -
6. Seznam použitých zkratek a symbolů AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ a p [m] vzdálenost pólu P od středu O a [-] součinitel pravděpodobnosti, že ložisko dosáhne požadované životnosti a 3 [-] součinitel provozních podmínek a [m] vzdálenost síly Ts/ A [m] rozměr korečku b [m] šířka pera b [m] vzdálenost síly Ts/ B [m] rozměr korečku B p [m] zvolená šířka pásu c [-] součinitel odporu při nabírání c [-] součinitel odporu ohýbání pásu c [m] vzdálenost ložiska B od ložiska A C [N] dynamická únosnost ložiska C 0 [N] statická únosnost ložiska C u [N] mezní únavové zatížení d [m] průměr hřídele d p [m] předběžně zvolený průměr hřídele d p [m] předběžné zvolený průměr hřídele hnacího bubnu v ložiskách d A [m] vnitřní průměr ložiska d I [m] průměr hnacího hřídele v průřezu I d II [m] průměr hnacího hřídele v průřezu II d j [m] průměr jádra hnacího hřídele D [m] průměr hnacího bubnu D [m] průměr napínacího bubnu D A [m] vnější průměr ložiska D pw [m] roztečný průměr sady kuliček e [m] vzdálenost síly Ts/ f [-] součinitel tření mezi pásem a bubnem [N] obvodová síla na hnacím bubnu [N] odpor při plnění korečků [N] odpor zvedáním materiálu 3 [N] odpor napínacího zařízení - 4 -
4 [N] odpor hnacího bubnu 5 [N] odpor (tření) ložisek napínacího hřídele 6 [N] odpor (tření) ložisek hnacího hřídele 9 [N] síla ke zvedání tažného prostředku 0 [N] síla potřebná ke zvedání korečku AA [N] axiální síla v ložisku c [N] celková obvodová síla cs [N] Skutečná celková obvodová síla ea [N] ekvivalentní zatížení ložiska RA [N] radiální síla v ložisku A RB [N] radiální síla v ložisku B z [N] dovolené zatížení pásu šířky 300 mm g [m.s - ] gravitační zrychlení h [m] výška pera H z [m] vzdálenost dolní příruby od země H 0 [m] osová vzdálenost H [m] maximální dopravní výška H k [m] rozměr korečku H dop [m] dopravní výška i [-] bezpečnost proti přetížení motoru i m [-] převodový poměr motoru AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ k [-] součinitel bezpečnosti proti prokluzu elektromotoru při rozběhu k I [-] bezpečnost v kritickém průřezu I k II [-] bezpečnost v kritickém průřezu II k III [-] bezpečnost v kritickém průřezu III l [m] délka pera l [m] vzdálenost vysýpací šachty od osy hnacího bubnu l * [m] aktivní délka pera v náboji L 0hA [h] trvanlivost ložiska při pravděpodobnosti 90% L 3hA [h] trvanlivost ložiska při pravděpodobnosti 97% m [m] vzdálenost osy napínacího bubnu od země m b [kg] hmotnost napínacího bubnu s příslušenstvím m k [kg] hmotnost korečku m p [kg] hmotnost m pásu - 4 -
m m [kg] hmotnost motoru M k [N.m] kroutící moment na výstupu převodovky M kii [N.m] kroutící moment v průřezu II M kiii [N.m] kroutící moment v průřezu III M oi [N.m] ohybový moment v průřezu I M oii [N.m] ohybový moment v průřezu II M oiii [N.m] ohybový moment v průřezu III n [-] počet per n m [s - ] výstupní otáčky převodovky p [Pa] kontaktní tlak v náboji pera p dov [Pa] dovolený kontaktní tlak P [W] výkon motoru P e [W] výkon hnacího elektromotoru P j [W] jmenovitý výkon zvoleného motoru P d [N] dynamické ekvivalentní zatížení Q [kg.h - ] dopravní výkon q [N.m - ] materiálu q [N.m - ] délkové zatížení od hmotnosti pásu q 3 [N.m - ] délkové zatížení pásu od hmotnosti korečků r [m] poloměr zaoblení drážky pro pero AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ R [m] vzdálenost od středu O k vnější hraně korečku R [m] vzdálenost od středu O k vnitřní hraně korečku R [m] vzdálenost od středu O k těžišti korečku R e [Pa] mez kluzu materiálu 050 R ei [Pa] požadovaná mez kluzu T D [N.m - ] dovolené zatížení pasu t p [m] tloušťka pásu t [m] hloubka drážky pro pero t [m] hloubka zasazení pera v náboji t k [m] rozteč korečků T [N] síla v nabíhající větvi bubnu T s [N] skutečná síla na nabíhající větvi pásu T [N] síla ve sbíhající větvi bubnu T s [N] skutečná síla ve sbíhající větvi pásu - 43 -
v [m.s - ] rychlost korečků V k [m 3 ] objem korečku V [m 3 ] objem korečku daný výrobcem x [-] součinitel efektivního počtu nesoucích per Z [N] celková napínací síla Z [N] přídavná napínací síla Z s [N] skutečná napínací síla AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ α k [-] tvarový součinitel pro hřídel s drážkou pro pero, namáhání krutem α 0III [-] tvarový součinitel pro průřez III, ohyb α kiii [-] tvarový součinitel pro průřez III, krut α rad [rad] úhel opásání γ [kg.m -3 ] měrná hmotnost η [-] účinnost převodů od motoru k poháněcímu ústrojí μ [-] celkový součinitel odporu za nejnepříznivějších podmínek μ 3 [-] součinitel čepového tření v ložiskách při valivém uložení nap. bubnu ν ν [mm.s - ] kinematická viskozita použitého maziva za provozní teploty [mm.s - ] kinematická viskozita zabezpečující optimální mazání ρ [ ] sypný úhel K [-] viskózní poměr σ oi [Pa] napětí od ohybu v průřezu I σ oii [Pa] napětí od ohybu v průřezu II σ oiii [Pa] napětí od ohybu v průřezu III σ redii [Pa] redukované napětí v průřezu II σ rediii [Pa] redukované napětí v průřezu III τ ki [Pa] napětí v krutu v průřezu I. τ kii [Pa] napětí v krutu v průřezu II. τ kiii [Pa] napětí v krutu v průřezu III. ψ [-] součinitel plnění - 44 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 7. Seznam příloh Výkresy: KOREČKOVÝ ELEVÁTOR -KE-00-00-00 HLAVA ELEVÁTORU -KE-0-00-00 HNACÍ HŘÍDEL -KE-0-06-00 Další přílohy: CD - zpráva - formát PD - výkresy - formát PD - 45 -