Katedra konstruování strojů Fakulta strojní K 9 MANIPULAČNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HUTNÍ PRŮMYSL 2.2 VÁLEČKOVÝ DOPRAVNÍK VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na Katedře konstruování strojů Katedra konstruování strojů je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západočeské univerzitě v Plzni a patří na fakultě k největším. Fakulta strojní je moderní otevřenou vzdělávací institucí uznávanou i v oblasti vědy a výzkumu uplatňovaného v praxi. Katedra konstruování strojů disponuje moderně vybavenými laboratořemi s počítačovou technikou, na které jsou např. studentům pro studijní účely neomezeně k dispozici nové verze předních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémů. Laboratoře katedry jsou ve všední dny studentům plně k dispozici např. pro práci na semestrálních, bakalářských či diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na katedře je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se průběžně, zejména po absolvování jednotlivých semestrů, podílejí všichni studenti. V současné době probíhá na katedře konstruování strojů významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní učební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledků této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedře také do spolupráce s předními strojírenskými podniky v plzeňském regionu i mimo něj. Řada studentů rovněž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahraničí. Nabídka studia na katedře konstruování strojů: Bakalářské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program Zaměření B2301: strojní inženýrství ( zaměřený univerzitně ) Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika B2341: strojírenství (zaměřený profesně ) Design průmyslové techniky Diagnostika a servis silničních vozidel Servis zdravotnické techniky Studijní program Zaměření Magisterské studium (2roky, titul Ing.) N2301: Strojní inženýrství Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz Západočeská univerzita v Plzni, 2014 ISBN doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Petr Votápek, Ph.D. Ing. Zdeněk Raab, Ph.D. Bc. Michal Švamberk
Obsah 1. Technická specifikace 4 2. Hnací rolna 5 2.1 Technická specifikace 5 2.2 Návrh pohonu rolen 6 2.3 Kontrola pera 8 2.4 Kontrola ložisek pro uložení rolny 10 2.5 Kontrola pružné spojky Periflex typ 125 12 3. Podávací kola 13 3.1 Technická specifikace 13 3.2 Návrh pohonu podávacích kol 14 3.3 Kontrola řetězového převodu 17 3.3.1 Kontrola měrného tlaku v kloubu řetězu 18 3.4 Kontrola pera spojení hřídele podávacího kola a řetězového kola 19 3.5 Kontrola pera spojení podávacího kola a hřídele 20 3.6 Kontrola korýtkové spojky GB70 21 3.6.1 Výpočet utahovacího momentu na osovou sílu 23 3.6.2 Kontrola svěrného spoje na otlačení 24 3.7 Kontrola ložisek uložení podávacích kol 25 4. Páky vykládání 28 4.1 Technická specifikace 28 4.2 Kontrola hydraulického válce vykládání 29 4.3 Kontrola korýtkové spojky GB70 31 4.3.1 Výpočet utahovacího momentu na osovou sílu 32 4.3.2 Kontrola svěrného spoje na otlačení 33 4.4 Kontrola ložisek uložení hřídele pák vykládání 34 2
Layout výstupního úseku rovnací tratě 3
1. Technická specifikace Válečkový dopravnik slouží pro přepravu trubek ve výstupním úseku rovnací trati. Z hlediska funkce je tvořen třemi částmi: - podávacími koly, která dopraví trubku z předřazeného řetězového dopravníku do prostoru válečkového dopravníku, kde je položena na rolny - sestavami rolen (9 hnacích + 1 opěrná), které tvoří vlastní válečkovou trať, po které je trubka dopravována ve směru její osy do/z technologické jednotky úpravy trubek - pákami vykládání, pomocí kterých je hotová trubka zvednuta z rolen válečkového dopravníku a odložena na svody, po kterých se svalí do zásobníku (muldy). Popis technického řešení Technické řešení válečkového dopravníku bude vysvětleno pomocí obrázku níže. Na základním rámu (1) je umístěno devět hnacích rolen (2) a jedna opěrná rolna (7). Konstrukčně se opěrná rolna (7) liší od hnací rolny (2) jen tím, že není poháněna. Na základním rámu (1) na straně zakládání je v ložiscích otočně uložena sestava hřídelů podávacích kol (3) poháněných přes řetěz převodovým motorem (8). Mezi podávacími koly (3) a rolnami (2,7) jsou přišroubovány k rámu (1) svody (5). Na straně vykládání je v ložiscích otočně uložena sestava hřídelů pák (4) ovládaných dvěma hydraulickými válci (9). Nad hřídeli pák (4) jsou k základnímu rámu (1) přišroubovány svody (6). Obr. 1 Válečkový dopravník: 1-Základní rám, 2-Hnací rolna, 3-Podávací kola, 4-Páky, 5-Svody, 6-Svody, 7-Opěrná rolna, 8-Převodový motor, 9-Hydraulický válec 4
2. Hnací rolna 2.1 Technická specifikace Válečkový dopravník je tvořen devíti hnacími rolnami, pomocí nichž je trubka unášena do/z pracovního prostoru technologické jednotky úpravy trubek. Každá hnací rolna je poháněna vlastní elektropřevodovkou. Popis technického řešení Technické řešení hnací rolny bude vysvětleno pomocí obrázků níže. K základnímu rámu jsou přišroubovány dva ložiskové domky (10) v nichž je uložen hřídel s nalisovanou rolnou (11). K pohonu rolny slouží převodový motor SEW R17 DRS 71M4 (12), který je spojen s hřídelí přes pružnou spojku Periflex typu 125 (13). Obr. 2 Hnací rolna: 10-Ložiskový domek, 11-Hřídel s nalisovanou rolnou, 12-Převodový motor, 13-Pružná spojka Periflex 5
2.2 Návrh pohonu rolen Obr. 3 Detail rolny s trubkou Při návrhu pohonu rolny bude uvážován stav, kdy trubka leží v klidovém stavu jen na třech rolnách (předpokládaný mezní stav). Poté dojde roztočením těchto tří rolen k rozpohybování trubky na maximální přepravní rychlost v čase 0,5 s. Vstupní hodnoty: D 89 mm maximální vnější průměr trubky t s 14 mm maximální tloušťka stěny trubky L 10 m délka trubky ρ 7850 kg m 3 hustota oceli trubky v přep 65 m min rychlost přepravy trubek t roz 0.5 s čas rozběhu na max. rychlost D přep 153 mm průměr rolny, na kterém je unášena trubka J rol 96915 kg mm 2 moment setrvačnosti rolny (odměřeno z modelu) k dyn 2 koeficient bezpečnosti (zahrnuje zanedbané dynamické účinky při přepravě trubek, pasivní odpory atd.) 6
Výstupní hodnoty d D 2 t s = 61 mm vnitřní průměr největší dopravované trubky π S T d 2 = 0.003 m 2 průřez největší dopravované trubky 4 D 2 V S T L= 0.033 m 3 objem největší dopravované trubky m T V ρ = 258.946 kg hmotnost největší dopravované trubky v přep a roz = 2.167 m zrychlení trubky t roz s 2 m T F roz a roz = 187.016 N potřebná pohybová síla pro rozběh 3 D přep M roz k dyn F roz = 28.614 N m 2 v přep n přep = 2.254 1 π D přep s 2 π n α přep = 28.322 1 t roz s 2 M roz_rol J rol α = 2.745 N m potřebný moment pro rozběh výstupní otáčky pohonu úhlové zrychlení potřebný moment pro rozběh rolny P M roz + M roz_rol 2 π n přep = 0.444 kw potřebný výkon pohonu Na základě vypočtených hodnot byl zvolen motor SEW R17 DRS 71M4 [3]. Parametry motoru: Výkon motoru Výstupní otáčky Maximální točivý moment Převodový poměr P mr 0.55 kw n mr M m i r 10.15 136 1 min 39 N m 7
2.3 Kontrola pera Obr. 4 Převodový motor SEW R17 DRS 71M4 [3] Obr. 5 Kontrolovaný spoj příruby pružné spojky s hřídelem rolny 8
Obr. 6 Spojení příruby spojky s hřídelem rolny perem těsným (ČSN 02 2562) Vstupní hodnoty: b 8 mm šířka pera h 7 mm výška pera l 30.5 mm funkční délka pera d 25 mm průměr hřidele Materiál pera - ocel 11 600 R e 320 MPa mez kluzu materiálu ČSN 11 600 k e 2 keoficient bezpečnosti (zvolená hodnota) p d R e = 160 MPa dovolený měrný tlak k e Výstupní hodnoty: S p = 2 h 92.75 mm 2 2 styková plocha pera 2 M m F = 3.12 kn d přenášená síla p F = 33.639 MPa měrný tlak ve styku pera s nábojem S p 9
Porovnání dovoleného měrného tlaku s vypočtenou hodnotou: if p d p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 2.4 Kontrola ložisek pro uložení rolny Obr. 7 Parametry ložiska uložení rolny [7] Obr. 8 Hřídel s nalisovanou rolnou na ložiscích 10
Při kontrole ložisek rolny bude uvážován stav, kdy trubka leží jen na třech rolnách (viz. kap. 2.2) Vstupní hodnoty: m T F 1 g = 846.464 N tíhová síla od hmotnosti trubky 3 jednu rolnu m r 16.81 kg hmotnost rolny s hřídelem C 0 6kN statická únosnost ložiska C 19 kn dynamická únosnost ložiska X 1 Radiální součinitel V 1 Rotační součinitel l 125 mm vzdálenost mezi ložiskem a zatěžující sílou S 1 1 směrný součinitel statické bezpečnosti m 3 exponent rovnice trvanlivosti pro kuličkové ložisko = n mr 136 1 min otáčky Výstupní hodnoty: F rol m r g= 164.85 N tíhová síla od hmotnosti rolny F G F 1 + F rol = 1.011 103 N celková tíhová síla F R F G + F R =0 podmínka rovnováhy sil ve svislém směru F G l F R 2 l=0 momentová podmínka F R G l = 505.657 N 2 l reakce v ložiscích F e V X F R = 505.657 N ekvivalentní dynamické zatížení S 0 C 0 = 11.866 součinitel bezpečnosti ložiska při F e statickém namáhání 11
if S 0 S 1 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje m L 10 = C F 5.305 10 4 trvanlivost ložiska při 90% e spolehlivosti v milionech otáček L 10h 106 L = 10 6.501 106 hr trvanlivost ložiska při 90% n mr spolehlivosti v hodinách Provozní trvanlivost ložiskového uložení závisí na mnoha dalších faktorech, jako je mazání, stupeň znečištění, nesouosost, správná montáž, okolní podmínky atd. Proto se předpokládaná trvanlivost ložisek může výrazně lišit od skutečné provozní trvanlivosti v dané oblasti použití. V tomto případě spočítaná trvanlivost spolehlivě dosáhne na teoretickou základní hodnotu 1 000 000 otáček i se zohledněním výše zmíněných faktorů a proto lze konstatovat, že navržené uložení. 2.5 Kontrola pružné spojky Periflex typ 125 - technické parametry zvolené spojky viz. katalogový list v příloze 1 M t1 63 N m jmenovitý točivý moment spojky (viz. příloha 1) M m = 39 N m maximální točivý moment motoru if M t1 M m = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 12
3. Podávací kola 3.1 Technická specifikace Podávací kola slouží pro dopravu trubek z předřazeného řetězového dopravníku na rolny válečkového dopravníku. Podávací kola na hřídeli jsou otočně uložena v ložiskových domcích na základnímu rámu. Přepravovaná trubka je podebrána zubem podávacího kola a rotačním pohybem tohoto podávacího kola je přemístěna na svody (nakloněnou rovinu), po kterých se odvalí na rolny. Pohon podávacích kol je řešen přes řetězový převod jedním převodovým motorem. Popis technického zařízeni Technické řešení sestavy podávacích kol bude vysvětleno pomocí obrázku níže. Na základním rámu (1) jsou namontovány ložiskové domky (21). V ložiskových domcích (21) jsou otočně uloženy tři hřídele (22) propojené korýtkovými spojkami (23). Na každé hřídeli (22) jsou přes pera uložena podávací kola (3). Prostřední z hřídelí (22) je poháněna přes řetěz (24) převodovým motorem (8). Obr. 9 Sestava zakladače: 1-Základní rám, 3- Podávací kolo, 8-Převodový motor, 21-Ložiskový domek, 22-Hřídel, 23-Korýtková spojka, 24-Řetěz 13
3.2 Návrh pohonu podávacích kol Při výpočtu pohonu je uvažován mezní stav, kdy trubka není podebrána "ideálně", ale koncovou částí zubu podávacího kola. Tento stav je schématicky zobrazen na obrázku níže. Vstupní hodnoty: Obr. 10 Návrh pohonu podávacích kol m T = 258.946 kg hmotnost trubky r 238 mm vzdálenost středu trubky od středu otáčení α 1 12.5 úhel mezi nositelkou tíhové síly (Fg) a nositelkou normálové síly (Fn) J 10577658 kg mm 2 moment setrvačnosti zakladače s trubkou (odměřeno z modelu) t zr 0.1 s čas zrychlení v 14 m min rychlost přepravy trubek 14
Výstupní hodnoty: F G m T g = 2.539 10 3 N síla od hmotnosti trubky F n F G cos α 1 = 2.479 10 3 N normálná síla působící na podávací kolo M n F n r = 590.049 N m moment od hmotnosti trubky l p 2 π r= 1.495 m dráha jedné otáčky trubky n v = 9.362 1 l p min n 12 1 min otáčky podávacího kola otáčky podávacího kola (zaokrouhlené na celé číslo) t 1 = 5s čas jedné otáčky ramene n ω 2 π n = 1.257 rad s α ω = 12.566 rad t zr s 2 M roz J α = 132.923 N m úhlová rychlost podávacího kola úhlové zrychlení podávacího kola po nabrání trubky rozběhový moment M M n + M roz = 722.972 N m výsledný moment P M ω= 0.909 kw potřebný výkon pohonu Na základě vypočtených hodnot byl zvolen motor SEW R87 DRE 90L4 [3]. Parametry motoru: Výkon motoru Výstupní otáčky Maximální točivý moment Převodový poměr P mz 1.5 kw n mz M mz 12 1 min i z 118.43 1180 N m 15
Obr. 11 Motor SEW R87 DRE 90L4 [3] 16
3.3 Kontrola řetězového převodu Při výpočtu je uvažován stav popsaný v kap. 3.2. Ve výpočtu jsou dále zanedbány dynamické účinky při nabírání trubek, odstředivé síly řetězu (z důvodu nízkých otáček řetězového kola) a vlastní hmotnost řetězu. Vstupní hodnoty: Obr. 12 Výpočet řetezu M ř M = 722.972 N m výsledný moment na řetězovém kole (viz kapitola 3.2) r= 238 mm vzdálenost síly od středu řetězového kola D 2 172.8 mm roztečný průměr řetězového kola Výstupní hodnoty: F ř 2 M ř = 8.368 103 N síla v řetězu D 2 17
3.3.1 Kontrola měrného tlaku v kloubu řetězu Řetěz byl navržen válečkový dvouřadý ISO 20B-2 Vstupní hodnoty: Směrný tlak v kloubu řetězu Činitel tření řetězu Činitel rázů Plocha kloubu Součinitel rázů Dovolená síla v řetězu p s 31.78 MPa [2] λ i 0.83 [2] Y 2 [2] S ř 590 mm 2 [2] y 0.73 [2] F dov 178 kn [2] Výstupní hodnoty: p ř F ř = 14.183 MPa tlak v kloubu řetězu S ř p d p s λ i y = 19.256 MPa dovolený tlak v kloubu řetězu if p d > p ř = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje F dov k s = 21.3 bezpečnost proti přetržení při F ř statickém zatížení if k s 7 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje F dov k d = 10.6 bezpečnost proti přetržení při F ř Y dynamickém zatížení if k d 5 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 18
3.4 Kontrola pera spojení hřídele podávacího kola a řetězového kola Obr.13 Spojení řetězového kola s hřídelem podávacího kola perem těsným Vstupní hodnoty: b 20 mm šířka pera h 12 mm výška pera l 90.5 mm funkční délka pera d 70 mm průměr hřidele Materiál pera - ocel 11 600 R e 320 MPa mez kluzu materiálu ČSN 11 600 k e 2 bezpečnost (zvolená hodnota) p d R e = 160 MPa dovolený měrný tlak k e Výstupní hodnoty: S p = 2 h 483 mm 2 2 styková plocha pera 2 M mz F = 33.714 kn d přenášená síla p F = 69.802 MPa měrný tlak ve styku pera s nábojem S p 19
Porovnání dovoleného měrného tlaku s vypočtenou hodnotou: if p d p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 3.5 Kontrola pera spojení podávacího kola a hřídele Vstupní hodnoty: Obr. 14 Spojení nosiče s hřídelem zakladače perem těsným b 20 mm šířka pera h 12 mm výška pera l 80.5 mm funkční délka pera d 70 mm průměr hřidele Materiál pera - ocel 11 600 R e 320 MPa mez kluzu materiálu ČSN 11 600 k e 2 bezpečnost (zvolená hodnota) p d R e = 160 MPa dovolený měrný tlak k e 20
Výstupní hodnoty: S p = 2 h 423 mm 2 2 styková plocha pera 2 M F mz = 33.714 kn d přenášená síla p F = 79.703 MPa měrný tlak ve styku pera s nábojem S p Porovnání dovoleného měrného tlaku s vypočtenou hodnotou: if p d p = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 3.6 Kontrola korýtkové spojky GB70 Kroutící moment převodového motoru je přenášen pouze svěrným spojem, pera slouží pouze pro synchronizaci pohybu mezi jednotlivými hřídeli. Vstupní hodnoty: Obr. 15 Výpočtové schéma svěrného spoje M mz = 1.18 103 N m maximální točivý moment d 70 mm průměr spojovaných hřídelí L s 260 mm délka korýtkové spojky 21
L m 5mm mezera mezi spojovaními hřídeli i 6 počet šroubů ve spoji k s 1.5 bezpečnost proti skluzu f t 0.14 součinitel tření ocel - litina - materiál spojky: šedá litina EN-GJL-250 R m 250 MPa mez pevnosti materiálu spojky k 4 součinitel bezpečnosti (zvolená hodnota) F oš 71.5 kn dovolená osová síla pro šroub M14, ISO 10.9 R m p d = 62.5 MPa dovolený měrný tlak spojky k Výstupní hodnoty: M sv k s M mz = 1.77 103 N m svěrný moment 2 M sv F sv = 50.571 kn svěrná síla (přenášená obvodová síla) d F L min sv = 26.281 mm minimální délka spojky π d p d f t if L s L m L min = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje F o 2 M mz k s = 19.164 kn potřebná osová síla na jeden šroub π i d f t if F oš F o = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 22
3.6.1 Výpočet utahovacího momentu na osovou sílu Vstupní hodnoty: F o = 19.164 kn osová síla v jednom šroubu P 1.5 mm stoupání závitu d š2 13.026 mm střední průměr závitu šroubu s 21 mm průměr hlavy šroubu d d 14.5 mm průměr vrtané díry pro šroub β 60 deg vrcholový úhel závitu f 2 0.15 součinitel tření v závitu šroubu f 3 0.12 součinitel tření mezi hlavou šroubu a spojovanou částí M U_dop 135 N m doporučený utahovací moment Výstupní hodnoty: D r d = 17.75 mm 2 roztečný průměr třecí plochy hlavy šroubu α atan = π d 2.099 deg š2 úhel stoupání závitu f 2 f e = cos β 0.173 efektivní součinitel tření 2 M u1 F o f 3 D r = 20.409 N m 2 d š2 M u2 F o f e = 21.618 N m 2 d š2 M u3 F o tan (α) = 4.575 N m 2 třecí moment mezi hlavou šroubu a spojkou třecí moment v závitu moment převedený na osovou sílu M uc M u1 + M u2 + M u3 = 46.602 N m potřebný utahovací moment 23
if M U_dop M uc = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje Aby bylo zajištěno, že šrouby budou plnit svou funkci a nedojde k jejich uvolnění nebo selhání, je dobré se při montáži řídit doporučenými utahovacími momenty. 3.6.2 Kontrola svěrného spoje na otlačení p d = 62.5 MPa dovolený měrný tlak spojky i F p p o = 6.442 MPa tlak ve svěrném spoji d L m L s if p p p d = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 24
3.7 Kontrola ložisek pro uložení podávacích kol Obr. 16 Parametry zvoleného ložiska 22216 EK [7] Vstupní hodnoty: Obr. 17 Zatížení ložisek uložení podávacích kol m T = 258.946 kg hmotnost trubky m n1 152.04 kg hmotnost pod. kol s hřídelem C 0 270 kn statická únosnost ložiska C 236 kn dynamická únosnost ložiska 25
X 1 radiální součinitel V 1 rotační součinitel l 1 152 mm vzdálenost mezi ložiskem A a prvním pod. kolem l 2 1068.5 mm vzdálenost mezi ložiskem A a těžištěm sestavy l 3 1098 mm vzdálenost mezi ložiskem A a druhým pod. kolem l 4 1250 mm vzdálenost mezi ložiskem A a ložiskem B l 5 2348 mm vzdálenost mezi ložiskem A a třetím pod. kolem l 6 2500 mm vzdálenost mezi ložiskem A a ložiskem C S 1 1 směrný součinitel statické bezpečnosti m 10 = 3.333 exponent rovnice trvanlivosti 3 pro soudečkové ložisko = n mz 12 1 min otáčky Výstupní hodnoty: m T F 1 g = 846.464 N tíhová síla od hmotnosti trubky 3 jeden nosič F 2 m n1 g = 1.491 10 3 N tíhová síla od hmotnosti sestavy Síly působící na ložiska, byly vypočítány pomocí programu Mitcalc (viz. příloha 3) F RA 1221.76 N síla působící na ložisko A F RB 2340.03 N síla působící na ložisko B F RC 671.76 N síla působící na ložisko C F e V X F RB = 2.34 103 N ekvivalentní dynamické zatížení S 0 C 0 = 115.383 součinitel bezpečnosti ložiska při F e statickém namáhání 26
if S 0 S 1 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje m L 10 = C F 4.775 10 6 trvanlivost ložiska při 90% e spolehlivosti v milionech otáček L 10h 106 L = 10 6.632 109 hr trvanlivost ložiska při 90% n mz spolehlivosti v hodinách 27
4. Páky vykládání 4.1 Technická specifikace Hotová trubka položená na rolnách ve žlabu je zvednuta z rolen dopravníku pákami vykládání, které jsou ovládány hydraulickým válcem. Před úplným vysunutím hydraulického válce jsou páky nakloněny v takovém úhlu, že se trubka po nich svalí na svody (nakloněné roviny), po kterých pokračuje v pohybu až do zásobníku (muldy). Popis technického řešení Technické řešení pák vykládání bude vysvětleno pomocí obrázku níže. Sestava vykládání je tvořena ze tří částí. Na základním rámu (1) jsou namontovány stojaté ložiskové jednotky (31). V ložiskových jednotkách (31) jsou otočně uloženy tři hřídele (32) propojené korýtkovými spojkami (33). Na každé hřídeli (32) jsou přes pera uloženy páky (4). Na dvou hřídelích (32) jsou přes pera připojeny páky (34) řízené dvěma hydraulickými válci (9). Obr. 18 Sestava vykládání: 1-Základní rám, 4- Páka, 9-Hydromotor, 31-Stojatá ložisková jednotka, 32-Hřídel, 33-Korýtková spojka, 34-Páka 28
4.2 Kontrola hydraulického válce vykládání Vykládání trubek z válečkového dopravníku je realizováno pákami ovládanými dvěma hydraulickými válci firmy Rexroth typ CDH1MP5-40-28-200A3X-B22CLDMW. Při kontrolním výpočtu těchto hydraulických válců je uvažován stav, kdy začne zvedání trubky. Byly zanedbány pasivní odpory, setrvačné účinky pohybujících se hmot atd., což bylo zohledněno při návrhu hydromotoru zahrnutím koeficientu bezpečnosti k. Vstupní hodnoty: Obr. 19 Zatížení vykládacích ramen m T = 258.946 kg hmotnost trubky m rv 103 kg hmotnost ramen vykládání l 1 107 mm vzdálenost těžiště ramen vykládání od osy rotace l 2 404 mm vzdálenost těžiště trubky od osy rotace l 3 370 mm vzdálenost osy hydromotoru od osy rotace 29
i 2 počet hydromotorů S 3 1256 mm 2 plocha pístu p 100 bar provozní tlak válce k 1.5 koeficient bezpečnosti (zvolená hodnota) Výstupní hodnoty: F Gt m T g = 2.539 10 3 N tíhová síla od hmotnosti trubky F Gr m rv g = 1.01 10 3 N tíhová síla od ramen vykládání y F v1 = F Gt l 2 + F Gr l 1 k 4.597 10 3 N síla potřebná pro vyložení trubky F v1 l 3 F v = 2.299 10 3 N potřebná síla v hydraulickém válci i F vmax p S 3 = 1.256 104 N síla v hydraulickém válci při tlaku 100 bar if F vmax F v = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje M k F Gt l 2 + F Gr l 1 = 1.134 103 N m potřebný točivý moment 30
4.3 Kontrola korýtkové spojky GB70 Kroutící moment převodového motoru je přenášen pouze svěrným spojem, pera slouží pouze pro synchronizaci pohybu mezi jednotlivými hřídeli. Vstupní hodnoty: Obr. 20 Výpočtové schéma svěrného spoje M k = 1.134 103 N m maximální točivý moment d 70 mm průměr spojovaných hřídelí L s 260 mm délka korýtkové spojky L m 5mm mezera mezi spojovaními hřídeli i 6 počet šroubů ve spoji k s 1.5 bezpečnost proti skluzu f t 0.14 součinitel tření ocel - litina - materiál spojky: šedá litina EN-GJL-250 R m 250 MPa mez pevnosti materiálu spojky k 4 součinitel bezpečnosti (zvolená hodnota) F oš 71.5 kn dovolená osová síla pro šroub M14, ISO 10.9 R m p d = 62.5 MPa dovolený měrný tlak spojky k 31
Výstupní hodnoty: M sv k s M k = 1.701 103 N m svěrný moment 2 M F sv sv = 48.6 kn svěrná síla (přenášená obvodová síla) d F sv L min = 25.257 mm minimální délka spojky π d p d f t if L s L m L min = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 2 M k k s F o = 18.416 kn potřebná osová síla na jeden šroub π i d f t if F oš F o = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 4.3.1 Výpočet utahovacího momentu na osovou sílu Vstupní hodnoty: F o = 18.416 kn osová síla v jednom šroubu P 1.5 mm stoupání závitu d š2 13.026 mm střední průměr závitu šroubu s 21 mm průměr hlavy šroubu d d 14.5 mm průměr vrtané díry pro šroub β 60 deg vrcholový úhel závitu f 2 0.15 součinitel tření v závitu šroubu f 3 0.12 součinitel tření mezi hlavou šroubu a spojovanou částí 32
M U_dop 135 N m doporučený utahovací moment Výstupní hodnoty: D r d = 17.75 mm 2 roztečný průměr třecí plochy hlavy šroubu α atan = π d 2.099 deg š2 úhel stoupání závitu f 2 f e = cos β 0.173 efektivní součinitel tření 2 M u1 F o f 3 D r = 19.613 N m 2 d š2 M u2 F o f e = 20.775 N m 2 d š2 M u3 F o tan (α) = 4.397 N m 2 třecí moment mezi hlavou šroubu a spojkou třecí moment v závitu moment převedený na osovou sílu M uc M u1 + M u2 + M u3 = 44.785 N m potřebný utahovací moment if M U_dop M uc = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje Aby bylo zajištěno, že šrouby budou plnit svou funkci a nedojde k jejich uvolnění nebo selhání, je dobré se při montáži řídit doporučenými utahovacími momenty. 4.3.2 Kontrola svěrného spoje na otlačení p d = 62.5 MPa dovolený měrný tlak spojky i F o p p = 6.19 MPa tlak ve svěrném spoji d L m L s if p p p d = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 33
4.4 Kontrola ložisek pro uložení hřídelí pák vykládání Obr. 21 Parametry zvolené ložiskové jednotky [7] Vstupní hodnoty: Obr. 22 Zatížení ložisek uložení vykládacích ramen m T = 258.946 kg hmotnost trubky m r1 114 kg hmotnost ramen s hřídelem C 0 45 kn statická únosnost ložiska 34
C 62.4 kn dynamická únosnost ložiska X 1 radiální součinitel V 1 rotační součinitel l 1 94 mm vzdálenost mezi ložiskem A a prvním nosičem l 2 1103 mm vzdálenost mezi ložiskem A a těžištěm sestavy l 3 1156 mm vzdálenost mezi ložiskem A a druhým nosičem l 4 1250 mm vzdálenost mezi ložiskem A a ložiskem B l 5 2406 mm vzdálenost mezi ložiskem A a třetím nosičem l 6 2500 mm vzdálenost mezi ložiskem A a ložiskem C S 1 1 směrný součinitel statické bezpečnosti Výstupní hodnoty: m T F 1 g = 846.464 N tíhová síla od hmotnosti trubky 3 jedno rameno F 2 m r1 g = 1.118 10 3 N tíhová síla od hmotnosti sestavy Síly působící na ložiska, byly vypočítány pomocí programu Mitcalc (viz. příloha 4) F RA 1098.07 N síla působící na ložisko A F RB 2002.14 N síla působící na ložisko B F RC 760.3 N síla působící na ložisko C F e V X F RB = 2.002 103 N ekvivalentní dynamické zatížení S 0 C 0 = 22.476 součinitel bezpečnosti ložiska při F e statickém namáhání if S 0 S 1 = vyhovuje vyhovuje else nevyhovuje 35
Použitá literatura [1] LEINVEBER, J., RASA, J., VÁVRA, P. Strojnické tabulky. Praha: Scienta, spol. s.r.o. 1998 [2] KRÁTKÝ, J., HOSNEDL, S. Obecné strojní části 1, Brno: Computer Press, 1999 [3] Katalog převodových motorů od firmy SEW EURODRIVE webová stránka firmy: http://www.sew-eurodrive.cz vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy [4] Katalog obručových spojek Periflex od firmy RUBENA webová stránka firmy: http://www.rubena.cz vybrané stránky katalogu jsou v příloze této zprávy [5] Katalog korýtkových spojek od firmy HABERKORN ULMER webová stránka firmy: http://www.haberkorn.cz vybrané stránky katalogu jsou v příloze této zprávy [6] Katalog válečkových řetězů od firmy MAEDLER webová stránka firmy: https://www.maedler.de webová stránka katalogu: http://smarthost.maedler.de/datenblaetter/k40_43_en.pdf [7] Katalog ložisek od firmy SKF webová stránka firmy: http://www.skf.com vybrané stránky katalogu jsou součástí této zprávy [8] Katalog hydraulických válců od firmy REXROTH webová stránka firmy: http://www.boschrexroth.cz vybrané stránky katalogu jsou příloze této zprávy 36
Příloha č. 1 Katalogový list pružné spojky Periflex typ 125 od společnosti RUBENA 37
38
Příloha č. 2 Výpočet sil působících na ložiska zakládání v programu Mitcalc 39
40
Příloha č. 3 Výpočet sil působících na ložiska vykládání v programu Mitcalc 41
42
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D., Ing. Zdeněk Raab, Ph.D., Ing. Petr Votápek, Ph.D., Bc. Michal Švamberk Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0056 Ukázkové vývojové projekty z praxe pro posílení praktických znalostí budoucích strojních inženýrů.