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 KOREČKOVÝ ELEVÁTOR BUCKET ELEVATOR DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ING. JIŘÍ ŠPIČKA, CSC. BRNO 008
Anotace Úkolem této diplomové práce je návrh pásového korečkového elevátoru pro dopravu pšenice. V první části jde o návrh pohonu a celkový návrh elevátoru se slabě znázorněnou vazbou na okolní zařízení a stavbu. Další část je zaměřena na konstrukční řešení hlavy a paty elevátoru spolu s dalšími konstrukčními detaily, jako je způsob vyprazdňování korečků, napínání tažného orgánu, uložení hnacího hřídele v hlavě elevátoru, blokace zpětného chodu, spojení bubnu s hnacím hřídelem, způsob upevnění korečků apod. Abstract The goal of this master s thesis is design of belt bucket elevator for wheat transportation. The first part of this thesis is focused on drive s design with slightly marked bond to surrounding facilitie and structure. The following part is focused on design solution of the head and bottom unit of bucket elevator and other constructive details like type of bucket pouring, belt tensioning, driving shaft mounting in head unit, connection of drum with shaft, the way of attaching buckets etc.
Bibliografická citace KUNERT, T. Korečkový elevátor. Brno: Vysoké učení technické v Brně, akulta strojního inženýrství, 009. 5 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jiří Špička, CSc.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně, pod vedením vedoucího diplomové práce pana ing. Jiřího Špičky, Csc. a s použitím uvedené literatury. Podpis:. Poděkování Rád bych tímto poděkoval všem, kteří mi pomohli s vypracováním této diplomové práce, zejména ing. Zdařilovi, ing. Škorpíkové z firmy Moza s.r.o. a mému vedoucímu diplomové práce, panu ing. Jiřímu Špičkovi, CSc., za jejich trpělivost a ochotu odpovídat na mé dotazy. Dále děkuji rodičům za podporu po celou dobu mého studia.
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obsah. Úvod..... Korečkové elevátory..... Tažný orgán.... Korečky.. Nosná konstrukce.. 4.4 Pohon. 5.5 Napínání. 5. Konstrukční provedení korečkového elevátoru... 5. Požadavky zadavatele 5. Návrh elevátoru. 5 4. unkční výpočet.. 8 4. Předběžný výpočet 8 4.. Základní rozměry elevátoru 8 4.. Dopravní výška... 8 4.. Výkon motoru. 9 4..4 Obvodová síla. 9 4..5 Volba korečku. 9 4..6 Vyprazdňování korečku.. 4..7 Zatížení a volba dopravního pásu... 4. Zpřesněný výpočet. 4 4.. Určení jednotlivých odporů proti pohybu... 4 4.. Stanovení obvodové síly a výkonu hnacího elektromotoru 5 4.. Stanovení tahů na nabíhající a sbíhající straně hnacího bubnu.. 7 4..4 Stanovení napínací síly kontrola trakční únosnosti. 7 4..5 Výpočet hřídele hnacího bubnu.. 8 4..6 Kontrola pera na otlačení 4 4..7 Kontrola napínání 8 4..8 Kontrola ložisek pohonu 9 5. Pokyny pro údržbu a provoz... 44 6. Závěr 45 7. Seznam použitých zdrojů 46 8. Seznam použitých zkratek a symbolů. 47-0 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 9. Seznam příloh.. 5. Úvod Diplomová práce je zaměřena na návrh svislého korečkového elevátoru pro dopravu pšenice. Cílem je navrhnout alternativu ke stávajícímu elevátoru ME-56.0 vyráběném firmou MOZA s.r.o, s menším průměrem hnacího bubnu za účelem optimalizace rozměrů a dalšími specifickými požadavky.. Korečkové elevátory Korečkové elevátory (obr. 0) jsou mechanické dopravníky určené k přepravě sypkých látek nejrůznějších druhů (cement, písek, uhlí, popel, různé chemikálie, obilí, mouka atd.) ve svislém nebo strmém směru (úhel stoupání do 60 ). Materiál je přepravován v korečcích nádobách, které jsou pevně připevněny k tažnému orgánu. Dopravní výška je omezena pouze pevností tažného orgánu. Běžné se používají pro malá a střední dopravní množství (do 60m.h - ) a dopravní výšky do 40 m. Při užití dopravního pásu jako tažného orgánu je možné dosáhnout vysokých rychlostí a tím i dopravního výkonu až 000 m.h - a dopravních výšek až 00 m. Korečkový elevátor je uzavřen v prachotěsné šachtě. Poháněcí stanice bývá obvykle umístěna nahoře, napínací ústrojí dole. - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obr. 0 Elevátor fy. MOZA. Tažný orgán Tažným orgánem mohou být buď řetězy nebo dopravní pásy (Obr. 0). Obr. 0 - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Pásy Pásy korečkových elevátorů můžeme podle materiálu rozlišit na pásy z polyvinylchloridu dle ČSN 6 000, z pryže dle ČSN 6 08, tkané dle ČSN 80 475 a nebo z pletiva. Dopravní pásy jsou vhodné pro rychlosti v až,5 m.s -. Šířka pásu je normalizována dle ČSN 6000 v závislosti na šířce korečku. Z hlediska materiálu se běžně používají PVC, případně pryžové pásy, které mají obvykle textilní vložky, vložky z umělých vláken nebo ocelových lan. PVC pásy mohou pracovat v rozmezí teplot -5 C až 80 C. Vložky z ocelových lan vedou ke snížení zdvihu napínacího ústrojí díky nižšímu prodloužení pásu vlivem zatížení. V případě silného mechanického, tepelného nebo chemického namáhání je možné použít pletivové pásy. Řetězy Řetězy jsou vhodné pro přepravu abrazivních materiálů, nebo materiálů o vysoké teplotě. Dosahují však nižších dopravních rychlostí než pásy (cca do v, m.s - ) a díky tomu i nižších dopravních výkonů. Používají se řetězy článkové dle ČSN 0, sponové transportní dle ČSN 0 040, nebo sponové zvedací (Galleho).. Korečky Tvar a materiál korečků závisí na dopravovaném materiálu. Korečky se obvykle vyrábí z plechu tloušťky až 8 mm lisováním a svařováním. Ve speciálních případech mohou být lité z různých slitin, případně plastové. Pokud je potřeba, je možné povrch korečků upravit pozinkováním, fosfátováním, povlakem z pryže, plastu apod. Pro běžné účely se vyrábí korečky o objemu 0,6 až 80 litrů, ale ve zvláštních případech může být objem i 50 litrů a víc. Podle ČSN 6 008 se rozlišuje šest základních profilů označených velkými písmeny A až (mělký přímý, mělký oblý, středně hluboký, hluboký přímý, hluboký s ohnutou zadní stěnou, hluboký ostroúhlý). Upevnění korečků Upevnění korečků na pás lze provést (Obr.0) buď speciálními talířovými šrouby (a), navulkanizováním (b) a nebo speciálními segmenty (c). - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obr.0 Pokud se korečky šroubují přímo na pás, je nutné v místě připevnění zaoblit tak, aby vnitřní strana pásu se šrouby byla rovná a byl tak zajištěn klidný přechod korečků přes buben. V případě řetězu mohou být korečky připevněny na jednu nebo dvě větve řetězu. V druhém případě se korečky připevňují odnímatelně pomocí šroubů a to buď čelně nebo bočně. Zavěšení na dvě větve se používá z důvodu zlepšení stability korečku u článkových řetězů. Centrální zavěšení na jedné větvi se používá u sponových řetězů i při větších šířkách. Příklady upevnění korečků na řetěz pomoci šroubovací upínky, navařovací upínky a řetězového třmenu: Obr.04. Nosná konstrukce Korečkový elevátor může být buď otevřený nebo uzavřený (krytý). Nosnou část otevřeného elevátoru tvoří ocelová konstrukce, která je většinou příhradová. U uzavřených elevátorů tvoří nosnou konstrukci obvykle šachta elevátoru, která je buď samostatná nebo společná pro obě větvě tažného orgánu s korečky. Dopravní šachta buď stojí a je zakotvena na patě a nebo je zavěšena na hlavě elevátoru. - 4 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ.4 Pohon Pohon je umístěn v hlavě elevátoru. Pro menší výkony lze použít převodových motorů. U větších výkonů se používá převodovek s dutým výstupním hřídelem, který je navlečen na hřídel hnacího bubnu nebo řetězového kola a tvoří současně pevný závěs převodovky. Druhý závěs je pomocí zkrutné vzpěry a zachycuje momenty působící na převodovku. Další možností je uchycení motoru s převodovkou k hlavě elevátoru pomocí konzoly. Převodovka s hnacím hřídelem je pak spojena axiální čepovou spojkou, která zabezpečuje tlumení momentových rázů působících na převodovku. Na opačném konci stejného hřídele je pak připevněna volnoběžná spojka, která při vypnutí pohodu brání zpětnému chodu elevátoru vlivem hmotnosti materiálu obsaženého v korečcích v nabíhající větvi tažného orgánu..5 Napínání 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 jej zvětšit pomocí napínacích šroubů, nebo závažími. Potřebný zdvih je 00 až 500 mm. U elevátorů s přenosem sil třením určují minimální předpětí šroubů podmínky přenosu sil mezi bubnem a tažným orgánem. Pro klidnější chod se používá tlumení v patě elevátoru.. Konstrukční provedení korečkového elevátoru. Požadavky zadavatele - hlava samonosná na šachtách elevátoru - šachty elevátoru nesvařované - dopravní pás PVC - korečky šroubované - pata a hlava šroubovaná - materiál ocel 75 (pozink) - kotvení šachet - snímání otáček na patě elevátoru - zpětná brzda. Návrh elevátoru Hlava je navržena jako šroubovaná z pozinkovaného plechu. Protože se pozinkovaný plech vyrábí v tloušťkách do mm, stojan převodovky navrhuji svařovaný. Tento se následně - 5 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ pozinkuje a k hlavě přišroubuje. Za účelem zabránění proboření jsou bočnice hlavy v místě stojanu vyztuženy. Šroubované víko hlavy je navrženo tak, aby kopírovalo trajektorii zrna. Obr.05 Blokaci zpětného chodu zajišťuje volnoběžka typu GV 55 od fy Teatechnik. Obr.06-6 -
Šachty jsou šroubované, o délce m, z pozinkovaného plechu. AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obr.07 Pata je sešroubována z pozinkovaného plechu. Napínání je řešeno pomocí dvou napínacích šroubů. Konstrukčně vychází ze stávající paty elevátoru ME-56.0 avšak je uzpůsobena pro buben o průměru 400mm (na rozdíl od 560mm u ME-56.0). Díky tomu dojde ke zmenšení rozměrů hlavy a paty a úspoře materiálu. Snímání otáček zajišťuje bezkontaktní hlídač otáček Ecomat 00 od fy IM Electronic [5]. Obr.08-7 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 4. unkční výpočet 4. Předběžný výpočet Výpočet proveden dle skript [4]. 4.. Základní parametry Dopravní výkon Dopravní výška Q 70000 kg h H m 40 m Dopravovaný materiál pšenice Měrná hmotnost Sypný úhel ρ 0 γ 750 kg m Gravitační zrychlení g 9,807 m s 4.. Schéma elevátoru H H H Obrázek 09 D + D H m + () 0,4 + 0,4 40 + 40,4 m H... maximální dopravní výška - 8 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ H m dopravní výška D průměr hnacího bubnu D průměr napínacího bubnu 4.. Výkon motoru Q H g P µ () 600,5 70000 40,4 9,807 P 0400,4 600 P 0,4 kw μ celkový součinitel odporu za nejnepříznivějších podmínek [5](Tab.7-) Q dopravní výkon H maximální dopravní výška 4..4 Obvodová síla na hnacím bubnu Pz () v 5000 6000,5 6000 N v rychlost korečků dle ČSN 6 008 zvolena v,5 m.s - 4..5 Volba korečku Z rovnice pro hodinový dopravní výkon: Q 600 V k v ψ γ t Je vypočten objem korečku: V k Q tk 600 v γ ψ k (4) - 9 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ V V k k 70000 0,095 0,000 600,5 750 0,8, dm t k rozteč korečků zvolena t k 0,095 m γ sypná hmotnost materiálu (zadáno γ 750 kg.m ) ψ součinitel plnění ψ 0,8 [5](Tab.7-5) Podle spočítaného objemu volím koreček Opti 8 (viz. Obr.0) Obr. 0 Koreček Opti 8 V k, dm A k 86 mm m k 0,57 kg G k 00 mm - 0 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ B k 9 mm C k 87 mm D k 50 mm E k mm k 8,5 mm H k 95 mm J k 00 mm S k,5 mm X k 0,5 mm 4..6 Vyprazdňování korečků Podle druhu vyprazdňování můžeme elevátory rozdělit na gravitační a odstředivé. Kritériem pro toto rozdělení je poloha pólu P (viz. obr.), který je průsečíkem nositelky výslednice vnějších sil působících na obsah korečku (tíhové síly G m.g a síly odstředivé o m.r.ω ) s vertikální osou. Pokud pól leží uvnitř kružnice o poloměru R, pak je materiál vysypáván vlivem odstředivé síly z korečku již ve II. kvadrantu přes jeho vnější hranu a v tomto případě se tedy jedná o elevátor s odstředivým vyprazdňováním (obr. ). Jestliže vzdálenost a pólu P od středu O je větší než poloměr R, pak mluvíme o gravitačním vyprazdňování, protože materiál vypadává přes vnitřní hranu až v I. kvadrantu. II. kvadrant I. kvadrant Obr. Křivka vzniklá řezem hladinovou plochou materiálu v korečku je logaritmická spirála. Plocha pólu se stanoví na základě podobnosti vyšrafovaných trojúhelníků. Na materiál působí jeho vlastní tíha G a v radiálním směru odstředivá síla o. - -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Z podobnosti trojúhelníků vyplývá: a R G m g m R ω g a ω o g v r 9,807 a 0,06,5 0, a 0,06m (6) a R < R Jedná se o odstředivé vyprazdňování korečků. < Obr. Odstředivé vyprazdňování 4..7 Zatížení a volba dopravního pásu Dopravní pás elevátoru je zatížen hmotností korečků, materiálem v nich obsažených, vlastní hmotností pásu a napínací silou vyvolanou napínacím zařízením. Podle šířky korečku předběžně volím PVC pás 800/4EP XE od firmy atra Napajedla []. Šíře pásu B p 00 mm Dovolené zatížení D z 80 N.mm - Délkové zatížení od hmotnosti pásu q 4,5 N.m - - -
Délkové zatížení pásu od hmotnosti korečků: q q q m g k (7) tk 0,57 9,807 58,84 0,095 58,84N m AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ m k hmotnost jednoho korečku []. t k rozteč korečků Stanovení tahů v nabíhající a sbíhající větvi bubnu: ( ) Z T q + q H + (8) T T (4,5+ 58,84) 40,4 + 96,4N 000 96,4 T + (9) T T T 6000 + 96,4 996,4 996,4N Maximální síla T musí být menší nebo rovna dovolenému zatížení pásu. z z z D B (0) z p 80 00 6000 6000N T < z Zvolený pás vyhovuje. T maximální síla v nabíhající větvi bubnu T síla ve sbíhající větvi bubnu D z dovolené zatížení pásu na mm jeho šířky z dovolené zatížení pásu šířky 00 mm. B p zvolená šířka pásu Z celková napínací síla - -
Kontrola třecího pohonu podle Eulerova vztahu: αrad f T T e () α f,4 0, T e 96,4 e 07,698N α f T < T e Vyhovuje AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ α rad úhel opásání f součinitel tření mezi pásem a bubnem [5](Tab.7-7) 4. Zpřesněný výpočet Výpočet proveden dle skript [4]. 4.. Určení jednotlivých odporů proti pohybu Odpor při plnění korečků Q g q () 600 v q q 70000 g 76,77 600,5 76,77N m q délkové zatížení tažného prostředku od hmotnosti dopravovaného materiálu Q dopravní výkon v rychlost korečků c q () 4 76,77 05,07 05,07N c součinitel odporu při nabírání [5](Tab. 7-8) Odpor zvedáním materiálu q H (4) 76,77 40,4 08,577 08,577N - 4 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Odpor napínacího zařízení Z c dp + µ (5) D 0,04 000 0,008 + 0,05,6 0,4,6 N Z napínací síla c součinitel odporu ohýbání pásu c 0,008 [5](Tab. 7-9) μ součinitel čepového tření v ložiskách při valivém uložení napínacího bubnu μ 0,05 d p předběžné zvolený průměr hřídele napínacího bubnu v ložiskách D průměr napínacího bubnu Odpor 4 hnacího bubnu 4 4 4 p ( T + ) + T c D ( 996,4+ 96,4) 0,044N d µ (6) d 0,008 + 0,05 D 0,044 T síla v nabíhající větvi T síla ve sbíhající větvi c součinitel odporu ohýbání pásu c 0,008 [5](Tab. 7-9) μ součinitel čepového tření v ložiskách při valivém uložení napínacího bubnu μ 0,05 d p předběžné zvolený průměr hřídele hnacího bubnu v ložiskách D průměr hnacího bubnu 4.. Stanovení obvodové síly a výkonu hnacího elektromotoru Celková obvodová síla c c + (7) c c + 05,07 + 08,577 +,6 48,84 48,84N - 5 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Výkon hnacího elektromotoru P e P P P e e e ( + ) c η 4 v i ( 48,84 + 0,044),8kW η,5, 8 (8) v rychlost korečků i bezpečnost proti přetížení motoru η účinnost převodů od motoru k poháněcímu ústrojí Podle spočítaného výkonu volím motor SIEMENS LA7 66-4AA [7] s parametry: Jmenovitý výkon: P j 5 kw Kroutící moment: M k 98, N.m - Výstupní otáčky: n m 460 min - Hmotnost: 9,5 kg Volím převodovku TRAMEC TC 40B,5/ [8] s parametry: Převodový poměr:,5 (skutečný,05) Výstupní otáčky: n p min - Kroutící moment na výstupu: M k 80 N.m Hmotnost: 75 kg Obr. - 6 -
Motor s převodovkou dodává jako komplet fy Motor-gear [4]. AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 4.. Stanovení tahů na nabíhající a sbíhající straně hnacího bubnu Z T s + ( q + q ) H + + + (9) T T s s 000 + 78,705N ( 4,5+ 58,84) 40,4 + 05,07 + 08,577 +,6 78,705 T s < z 6000N Zvolený pás vyhovuje. T s T T s s Z + ( q + q ) H 000 + 96,4N ( 4,5+ 58,84) 40,4 96,4 (0) 4..4 Stanovení napínací síly kontrola trakční únosnosti T s, T T s, T s s e f α 78,705,69 <, 96,4 e f α rad zvolená napínací síla Z 000 N je dostačující. e 0,,4 (),567 Podmínka je splněna, α rad úhel opásání f součinitel tření mezi pásem a bubnem [5](Tab. 7-7),. síla T s je z bezpečnostních důvodů zvýšena o 0%. T s - 7 -
4..5 Výpočet hřídele hnacího bubnu AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Ts/ Ts/ Mk 60 05 RA ch 6 dh 46 596 RB ah 8 45 00 Obr. 4 Stanovení reakcí v ložiskách: Σ x Σ y ΣM 0 0 oa 0 0 0 T s T s RB + RA + 0 T T ah + ch RB d H 0 () Z této soustavy dvou rovnic o dvou neznámých získám velikosti reakcí v ložiskách. Velikost reakce v ložisku B R R R B B B T s T s ah + d H c H 78,705 78,705 8 + 6 690,85 46 690,85N - 8 -
Velikost reakce v ložisku A R R R A A A T s T s RB + + 78,705 497,6 + + 690,85N AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 78,705 690,85 Kroutící moment M k přenášený hnací hřídelí M k Pj Pj ω π n p () M M k k 5000 78,94 π 60 78,94N m P j výkon hnacího elektromotoru ω úhlová rychlost hnacího hřídele n p otáčky výstupní hřídele převodovky - 9 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Výsledné vnitřní účinky Ts/ Ts/ Mk RA RB RA + 0 Ts/ RB - Ts/ Mk/ Mk/ Mk 0 Momax + 0 Obrázek 5-0 -
Kontrola hnacího hřídele v kritických místech AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Ts/ Ts/ Mk RA RB II I Obrázek 6 - Kritická místa Průřez I V místě I je drážka pro pero a hřídel zde má malý průměr. d 55 mm d j 48,8 mm b 6 mm t 6, mm t,8 mm r 0,6 mm r t dj d Obrázek 7 b, t, t, r rozměry drážky pro pero dle ČSN 0 507 V místě I je nulové napětí od ohybu σ oi 0, protože M oi 0. - -
k j AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ M k 6 M τ ki (4) W π d ki τ τ ki ki 6 7894 56,047 π 48,8 56,047MPa Mez kluzu R ei, kterou musí zvolený materiál splnit R ei α k τ ki (5) 0,577 R R ei ei,7 56,047 6,67 0,577 6,67MPa τ ki nominální napětí v krutu v průřezu I. α k tvarový součinitel pro hřídel s drážkou pro pero, namáhání krutem, odečten z grafu [](Obr. -5) b d t d r d 6 55 6, 55 0,6 55 0,9 0, 0,0 α k,7 Volím ocel 050. s mezí kluzu R e 40 MPa. Bezpečnost v kritickém průřezu I R e k I (6) ReI k k I I 40,96 6,67,96 vyhovuje - -
Průřez II AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ V místě průřezu II je nejvyšší ohybový moment při současně nejvyšším kroutícím momentu. Ohybový moment v místě II M M M oii oii oii T s RA ah + ( ch ah ) RB ( d H ah ) (7) 78,705 690,85 8 + (6 8) 690,85 (46 8) 48547 48547N mm Ohybové napětí v místě II M oii M σ oii (8) W π d σ σ oii oii o oii II 48547,888 π 60,888MPa Moment v krutu v průřezu II M kii M 7894N mm k Napětí v krutu v přůřezu II M k 6 M τ kii (9) W π d τ τ kii kii k k II 6 7894 0,6 π 60 0,6MPa Redukované napětí σ redii σ + τ (0) oii kii σ σ redii redii,89 57,05MPa + 0,6 57,05 - -
Bezpečnost v kritickém místě II k R AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ e II () σ redii k II 40 5, 96 57,05 vyhovuje Zvolený materiál 050. vyhovuje. Mez kluzu této oceli je R e 40 MPa 4..6 Kontrola per na otlačení Pero vstupního konce hnacího hřídele: Pero 6 e7 x 0 x 90 ČSN 0 56 Rozměry pera: b 6 mm h 0 mm l 90 mm d 55 mm b h d Obr. 8 l * l b l * l * 90 6 74 74mm - 4 -
Kontrola kontaktního tlaku v náboji pera: p p p M d k p () S * h p n l x 7894 55 5,69 0 74 5,69MPa < p dov AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 0MPa vyhovuje M k d kroutící moment, který spoj přenáší 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 Pero mezi hnacím bubnem a hřídelem: Pero 8 e7 x x 0 ČSN 0 56 Rozměry pera: b 8 mm h mm l 0 mm d 60 mm b h l * l b l l * * 0 8 9 9mm d Obr. 9-5 -
Kontrola kontaktního tlaku v náboji pera p p p M d k AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ p () S * h p n l x 7894 60 84,5 9 84,5MPa < p dov 0MPa vyhovuje M k d kroutící moment, který spoj přenáší 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 p dov 0MPa Pero na opačném konci hnacího hřídele: Pero 6 e7 x 0 x 56 ČSN 0 56 Pero slouží k blokaci zpětného směru otáčení vyvolaného hmotností materiálu v nabíhající větvi dopravního pásu. Rozměry pera: b 6 mm h 0 mm l 56 mm d 55 mm l * l b l * l * 50 6 4 4mm - 6 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ b h d Obr. 0 Kontrola kontaktního tlaku v náboji pera D p d p (4) S h p * n l x p p 400 08,577 55,8 0 4,8 MPa < p 5MPa dov vyhovuje d síla vyvolaná hmotností materiálu v nabíhající větvi pásu 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 p dov 5MPa - 7 -
4..7 Kontrola napínání AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Napínání tažného orgánu je umístěno v patě elevátoru. Napínací síla potřebná pro napnutí pásu je vyvozená hmotností součástí vratné stanice, která je zavěšena na dopravním pásu a přídavnou silou vyvozenou pomocí napínacích šroubů, které jsou umístěny v patě elevátoru. nap 000N A s π d s + d 4 s (5) A A s s,05+ 0,9 π 4 5,49mm 5,49 nap σ nap (6) n A σ σ nap nap s s 000,87 5,49,87MPa Kontrola matice na otlačení S S S nap nap nap π i 4 ( d D ) nap π 7,7 4 88,55mm nap ( 4 0,75 ) 88,55 (7) mnap i (8) s nap,5 i 7,7 p nap z (9) nnap Snap - 8 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ p p p z z z 000, 88,55,MPa < p zd vyhovuje S nap i n činná plocha závitu počet činných závitů d nap vnější průměr závitu napínacího šroubu [] str.56 ČSN 0 40 D nap vnitřní průměr závitu napínací matice [] str.56 ČSN 0 40 m nap výška napínací matice [] str.4 ISO 40 s nap p z p zd stoupání závitu napínací matice kontaktní tlak v závitech napínací matice dovolený kontaktní tlak v závitech napínací matice (p zd 90 MPa) 4..8 Kontrola ložisek Hnací hřídel Pro uložení hřídele hnacího bubnu volím ložiskovou jednotku SK SY 60 T [], která se skládá z ložiskového tělesa Y 5 U a ložiska YAR -04-. Zajištění těchto ložisek proti posunu v axiálním směru je řešeno pomocí stavěcích šroubů, které jsou ve vnitřním kroužku ložisek. V rámci zohlednění tepelné dilatace hřídele a zachování staticky určitého uložení, je axiálně zajištěno jen ložisko blíže pohonu. Obr. Ložisková jednotka SK SY 60 T - 9 -
Parametry ložiskové jednotky SK SY 60 T: C 5,7 kn C 0 6 kn RA 69 N AA 0 N AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ C AA 0 AA RA X Y 0 0 6000 0 69 0 0 < e e 0, ea ea ea X RA 69N + Y RA 69+ 0 69 69 L 0hA 6 C 0 (40) ea 60 nmin L L 0hA 0hA 5700 69 44h 6 0 60 44 RA radiální síla v ložisku A ( RA R A ) AA axiální síla v ložisku A C dynamická únosnost ložiska [] C 0 statická únosnost ložiska [] ea ekvivalentní zatížení ložiska A L 0hA trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 90% DA + d A 0 + 60 85 ν 64,8mm s ν 85,mm s (4) - 40 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ κ ν ν 64,8 κ 0,76 85, L L L ha ha ha a a L 7970h 0 ha 0,44 0,69 44 7970 (4) D A vnější průměr ložiska A [] d A vnitřní průměr ložiska A [] ν kinematická viskozita použitého maziva za provozní teploty [] ν kinematická viskozita zabezpečující optimální mazání a součinitel pravděpodobnosti, že ložisko dosáhne požadované životnosti (a 0,44 při pravděpodobnosti 97%) a součinitel provozních podmínek (mazání a materiál) L ha trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 97% Napínací hřídel Pro uložení hřídele napínacího bubnu volím ložiskovou jednotku SK Y 40 TR [], která se skládá z ložiskového tělesa Y 508 M a ložiska YAR 08-R/HV. Zajištění těchto ložisek proti posunu v axiálním směru je řešeno pomocí stavěcích šroubů, které jsou ve vnitřním kroužku ložisek. Parametry ložiskové jednotky SK Y 40 TR: C 4,7 kn C 0 9 kn RC 000 N AC 0 N - 4 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obr. Ložisková jednotka SK Y 40 TR C AC 0 AC RC X Y 0 0 9000 0 000 0 0 < e e 0, ec ec ec X RC + Y RC 000 + 0 000 000 000N L 0hC C ec 6 0 60 n min L L 0hC 0hC 6 4700 0 4444 000 60 4444h - 4 -
RC AC radiální síla v ložisku C ( RC Z/) axiální síla v ložisku C C dynamická únosnost ložiska [] C 0 statická únosnost ložiska [] ec ekvivalentní zatížení ložiska C L 0hC trvanlivost ložiska C při pravděpodobnosti 90% AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ DC + d C 80 + 40 60 ν 64,8mm s κ ν ν 64,8 κ 0,65 0 L L L hc hc hc a a L 4407h 0hC ν 0mm 0,44 0,449 4444 4407 s D C vnější průměr ložiska C [] d C vnitřní průměr ložiska C [] ν kinematická viskozita použitého maziva za provozní teploty [] ν kinematická viskozita zabezpečující optimální mazání κ a součinitel pravděpodobnosti, že ložisko dosáhne požadované životnosti (a 0,44 při pravděpodobnosti 97%) a součinitel provozních podmínek (mazání a materiál) L hc trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 97% - 4 -
5. Pokyny pro údržbu a provoz AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Obsluhou elevátoru smí být pověřeny jen osoby pro tuto činnost zaškolené (zaškolení provede výrobce (dodavatel) nebo osoba odpovědná za provoz a technický stav zařízení). Elevátor je možné používat jen pro účel, ke kterému byl zkonstruován. Uživatel je odpovědný za technický stav a bezpečný provoz zařízení. Kontroly Průběžně - zda nedošlo ke zjevnému poškození elevátoru - hlučnost Týdně - napnutí pásu - teplotu převodovky Měsíčně - stav pásu a jeho spoje - hladinu oleje v převodovce - stav korečků a jejich upevnění Ročně - stav pohonu (zvýšená hlučnost, teplota ) - stav ložisek, domazání - zkontrolovat utažení šroubových spojů Mazání V převodovce plněné minerálním olejem je třeba vyměnit mazivo po prvních 500 až 000 provozních hodinách a pokud je to možné, vypláchnout vnitřek převodovky. Množství oleje v převodovce je nutné pravidelně kontrolovat a další výměnu minerálního oleje provést po 4000 provozních hodinách. Není-li převodovka dlouhodobě v provozu a je umístěna ve vlhkém prostředí, je třeba ji celou naplnit olejem. Olej musí být vypuštěn na provozní hladinu před uvedením převodovky do provozu. Ložiskové jednotky domazávat podle mazacího plánu. Před mazáním je třeba očistit maznici. - 44 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Samostředící volnoběžka Teatechnik GV 55 je dodávána naplněná mazivem pro celou dobu životnosti a je utěsněna. 6. Závěr Podle zadání diplomové práce jsem navrhl pásový korečkový elevátor určený k přepravě pšenice. V počáteční fázi jsem v souladu s požadavky zadavatele navrhl základní rozměry elevátoru, určil potřebný výkon motoru, zvolil odpovídající převodovku, vhodný dopravní pás a korečky potřebného objemu. Hlavu a patu jsem doplnil zpětnou brzdou a snímáním otáček. Dále jsem provedl pevnostní kontrolu hřídele hnacího bubnu. Hřídel jsem zkontroloval staticky ve dvou nejvíce namáhaných místech. Nejnižší bezpečnost,96 je na vstupním konci, kde má hřídel nejmenší průměr a drážku pro pero. Zkontroloval jsem také na otlačení všechna pera hnací hřídele. Následně jsem staticky zkontroloval napínací šrouby, závit matice na otlačení a vypočítal trvanlivost ložisek na hnací a napínací hřídeli. Nejnižší bezpečnost vyšla při kontrole pera zpětné brzdy na otlačení. Podle vyjádření výrobce zpětné brzdy je však s tímto počítáno, proto považuji spoj za vyhovující. V závěru práce jsem uvedl základní pokyny pro bezpečný provoz stroje a základní požadavky na jeho kontrolu a údržbu. Dodržováním těchto zásad se zlepší jak životnost a bezporuchovost stroje, tak i bezpečnost při jeho provozu. - 45 -
7. Seznam použitých zdrojů AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ [] LEINVEBER J. a kol., Strojnické tabulky, Vydalo: Scientia, spol. s.r.o., 000. [] SVOBODA P. a kol., Základy konstruování Výběr z norem pro konstrukční cvičení, Akademické nakl. CERM, 00. [] BOHÁČEK. a kol., Části a mechanismy strojů II Hřídele, tribologie, ložiska, PCDIR s.r.o., 996. [4] GAJDŮŠEK J., ŠKOPÁN M., Teorie dopravních a manipulačních zařízení, VUT Brno, 988. [5] DRAŽAN a kol., Teorie a stavba dopravníků, ČVUT Praha, 98. [6] ČSN 6 008, Korečkové elevátory Základní rozměry [7] Katalog fy Siemens Asynchronní motory nakrátko - http://w.siemens.com [8] Katalog fy TRAMEC kuželočelní převodovky - http://www.tramec.it/ [9] Katalog fy KOVO - Axiální čepové spojky - http://kovovd.cz/ [0] Katalog fy T.E.A. Technik Volnoběžné spojky - http://www.teatechnik.cz/ [] Katalog fy atra dopravní pás - http://www.fatra.cz [] MBM Maschinenbau GmbH korečky - http://www.maschinenbau-muehldorf.de/ [] Katalog fy SK Ložiskové jednotky - www.skf.com [4] Motor-Gear motor s převodovkou - http://www.motorgear.cz/ [5] Katalog fy IM Elevtronic snímač otáček - www.ifm-electronic.cz - 46 -
8. Seznam použitých zkratek a symbolů AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ a [m] vzdálenost pólu P od středu O a [-] součinitel pravděpodobnosti, že ložisko dosáhne požadované životnosti a [-] součinitel provozních podmínek (mazání a materiál) a H [m] vzdálenost síly Ts/ od osy ložiska A A k [m] rozměr korečku A s [m ] plocha jádra napínacího šroubu b [m] šířka pera b [m] šířka pera b [m] šířka pera B k [m] rozměr korečku B p [m] zvolená šířka pásu c [-] součinitel odporu při nabírání c [-] součinitel odporu ohýbání pásu c H [m] vzdálenost síly Ts/ od osy ložiska B C [N] dynamická únosnost ložiska C 0 [N] statická únosnost ložiska C k [m] rozměr korečku d [m] průměr hřídele d p [m] předběžně zvolený průměr hřídele d [m] průměr hřídele d p [m] předběžné zvolený průměr hřídele hnacího bubnu v ložiskách d [m] průměr hřídele d A [m] vnitřní průměr ložiska A d C [m] vnitřní průměr ložiska C d H [m] vzdálenost ložiska B od ložiska A d I [m] průměr hnacího hřídele v místě I d II [m] průměr hřídele v místě II d j [m] průměr jádra hřídele d nap [m] vnější průměr závitu napínacího šroubu d s [m] střední průměr závitu šroubu d s [m] malý průměr závitu šroubu D [m] průměr napínacího bubnu - 47 -
D nap [m] vnitřní průměr závitu napínací matice D [m] průměr hnacího bubnu D A [m] vnější průměr ložiska A D C [m] vnější průměr ložiska C D k [m] rozměr korečku D z AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ [N.m - ] dovolené zatížení pásu na mm jeho šírky E k [m] rozměr korečku f [-] součinitel tření mezi pásem a bubnem [N] obvodová síla na hnacím bubnu [N] odpor při plnění korečků [N] odpor zvedáním materiálu [N] odpor napínacího zařízení 4 [N] odpor hnacího bubnu AA [N] axiální síla v ložisku A AC [N] axiální síla v ložisku C c [N] celková obvodová síla ea [N] ekvivalentní zatížení ložiska A ec [N] ekvivalentní zatížení ložiska C k [m] rozměr korečku nap [N] napínací síla RA [N] radiální síla v ložisku A RC [N] radiální síla v ložisku C z [N] dovolené zatížení pásu šířky 00 mm g [m.s - ] gravitační zrychlení G k [m] rozměr korečku h [m] výška pera h [m] výška pera h [m] výška pera H [m] maximální dopravní výška H k [m] rozměr korečku H m [m] dopravní výška i [-] bezpečnost proti přetížení motoru i n [-] počet činných závitů J k [m] rozměr korečku - 48 -
k [-] bezpečnost v kritickém průřezu I k II [-] bezpečnost v kritickém průřezu II l [m] délka pera l [m] délka pera l [m] délka pera l * [m] aktivní délka pera v náboji l * [m] aktivní délka pera v náboji l * [m] aktivní délka pera v náboji AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ L 0hA [h] trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 90% L 0hC [h] trvanlivost ložiska C při pravděpodobnosti 90% L ha [h] trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 97% L hc [-] trvanlivost ložiska A při pravděpodobnosti 97% m k [kg.m - ] hmotnost korečku m nap [m] výška napínací matice M k [N.m] kroutící moment motoru M k [N.m] kroutící moment na výstupu převodovky M kii [N.m] moment v krutu v průřezu II M oi [N.m] ohybový moment v místě I M oii [N.m] ohybový moment v místě II n [-] počet per n m [s - ] výstupní otáčky motoru n [-] počet per n p [s - ] výstupní otáčky převodovky n [-] počet per n s [-] počet napínacích šroubů p [Pa] kontaktní tlak v náboji pera p [Pa] kontaktní tlak v náboji pera p [Pa] kontaktní tlak v náboji pera p dov [Pa] dovolený kontaktní tlak p z [Pa] kontaktní tlak v závitech napínací matice p zd [Pa] dovolený kontaktní tlak v závitech napínací matice P [W] výkon motoru P e [W] výkon hnacího elektromotoru P j [W] jmenovitý výkon motoru - 49 -
P z [W] výkon zvoleného motoru AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Q [kg.h - ] dopravní výkon q [N.m - ] délkové zatížení tažného prostředku od hmotnosti dopravovaného materiálu q q [N.m - ] délkové zatížení od hmotnosti pásu [N.m - ] Délkové zatížení pásu od hmotnosti korečků r [m] poloměr zaoblení drážky pro pero R [m] vzdálenost od středu O k vnější hraně korečku R [m] vzdálenost od středu O k vnitřní hraně korečku R A [N] reakce v ložisku A R B [N] reakce v ložisku B R e [Pa] mez kluzu materiálu 050.6 R ei [Pa] požadovaná mez kluzu s nap [m] stoupání závitu napínací matice S k [m] rozměr korečku S nap [m ] činná plocha závitu t [m] hloubka drážky pro pero t [m] hloubka zasazení pera v náboji t k [m] rozteč korečků T [N] maximální 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 v [m.s - ] rychlost korečků V k [m ] objem korečku x [-] součinitel efektivního počtu nesoucích per x [-] součinitel efektivního počtu nesoucích per x [-] součinitel efektivního počtu nesoucích per X k [m] rozměr korečku Z N] celková napínací síla α k [-] tvarový součinitel pro hřídel s drážkou pro pero, namáhání krutem α rad [rad] úhel opásání γ [kg.m - ] měrná hmotnost η [-] účinnost převodů od motoru k poháněcímu ústrojí - 50 -
AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ μ [-] celkový součinitel odporu za nejnepříznivějších podmínek součinitel čepového tření v ložiskách při valivém uložení napínacího μ [-] bubnu ν ν [mm.s - ] kinematická viskozita použitého maziva za provozní teploty [mm.s - ] kinematická viskozita zabezpečující optimální mazání ρ [ ] sypný úhel σ nap [Pa] normálové napětí v napínacím šroubu σ oi [Pa] napětí od ohybu v místě I σ oii [Pa] napětí od ohybu v místě II σ redii [Pa] redukované napětí τ ki [Pa] napětí v krutu v průřezu I. τ kii [Pa] napětí v krutu v průřezu II. ψ [-] součinitel plnění - 5 -
9. Seznam příloh Výkresy a kusovníky: KOREČKOVÝ ELEVÁTOR HLAVA PATA ŠACHTA 0-EK-00-00-00 -EK-0-00-00 -EK-0-00-00 AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ K--EK-0-00-00 Listů: 4 -EK-0-00-00 ŠACHTA MONTÁŽNÍ -EK-04-00-00 DISK HNACÍHO BUBNU -EK-0-0-04 HLAVA KONSTRUKCE HNACÍ BUBEN HNACÍ HŘÍDEL POHON ŽEBRO Další přílohy: -EK-0-0-0 K--EK-0-0-0 Listů: -EK-0-0-0 -EK-0-0-0 -EK-0-0-00 K--EK-0-0-00 Listů: 4-EK-0-0-05 NÁBOJ HNACÍHO BUBNU CD 4-EK-0-0-0 - zpráva (PD, Word) - výkresy (inventor) - D model (inventor) - 5 -