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 ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK CEMENTU CEMENT WORM CONVEYOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE MARTIN FRÁNEK AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2010 doc. Ing. MIROSLAV ŠKOPÁN, CSc.
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav autoobilního a dopravního inženýrství Akadeický rok: 2009/10 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student(ka): Fránek Martin Který/která studuje v bakalářské studijní prograu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vá v souladu se zákone č.111/1998 o vysokých školách a se Studijní a zkušební řáde VUT v Brně určuje následující téa bakalářské práce: v anglické jazyce: Ceent wor conveyor Stručná charakteristika probleatiky úkolu: Navrhněte šiký šnekový dopravník pro dopravu ceentu. Proveďte funční výpočet, pevnostní kontrolu všech částí. Zpracujte základní konstrukční dokuentaci. Základní paraetry: dopravované nožství... 30 t/hod dopravní délka... 10 dopravní výška (ezi přírubai)... 2,5 Cíle bakalářské práce: Vypracujte technickou zprávu, která bude obsahovat zejéna: - koncepční návrh celého zařízení - výpočet hlavních rozěrů, návrh pohonu - pevnostní kontrola rozhodujících uzlů dle pokynů vedoucího práce Nakreslete: - sestavu navrhovaného zařízení - podrobnou podsestavu uložení šnekové hřídele - svařovací sestavu šnekovnice - další výkresy dle pokynů vedoucího BP
Sezna odborné literatury: 1. PAVLISKA, J., HRABOVSKÝ, L.: Dopravní a anipulační zařízení IV, 1. vyd., Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 2004, 128 s., ISBN: 80-248-0537-5 2. Gajdůšek, J., Škopán, M.: Teorie dopravních a anipulačních zařízení, skripta VUT Brno 1988 Vedoucí bakalářské práce:doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc. Terín odevzdání bakalářské práce je stanoven časový pláne akadeického roku 2009/10 V Brně, dne 20.11.2009 L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty
Abstrakt Tato bakalářská práce obsahuje návrh a konstrukční zpracování šikého šnekového dopravníku ceentu. Práce se skládá z technické zprávy a výkresové dokuentace. Technická zpráva se zabývá návrhe celého zařízení, výpočte hlavních rozěrů a pevnostní kontrolou vybraných částí dopravníku. Výkresová dokuentace vychází z technické zprávy a skládá se z celkové sestavy dopravníku, seznau položek a svařovací sestavy šneku. Klíčová slova: šnekový dopravník, šnek, žlab, pohon, elektrootor, ceent. Abstract This bachelor project contains of a detail and design of a sloping ceent wor conveyor. The project consists of technical specifications and drawing docuentation. The technical specifications deal with basic design, calculations and stress analysis. The drawing docuentation reflects the ain asseble conveyor, a bill of aterial and welding assebly of the spiral wor. Key words: wor conveyor, spiral wor, trough, drive, electrootor, ceent.
Bibliografická citace FRÁNEK, M.. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2010. 36 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc.
Prohlášení Prohlašuji, že jse tuto bakalářskou práci vypracoval saostatně pod vedení vedoucího doc. Ing. Miroslava Škopána, CSc. a použití uvedené literatury. V Brně dne 27. května 2010...
Poděkování Rád bych poděkoval vedoucíu bakalářské práce doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, CSc. za odbornou pooc, cenné rady a připoínky. Dále bych chtěl poděkovat zaěstnavateli AE&E CZ za uožnění dodělání vysokoškolského vzdělání a vše kolegů, kteří i poáhali s probleatikou této bakalářské práce.
Obsah 1. 2. Úvod Výpočet a návrh základních rozěrů šneku 2.1 Výpočet objeového dopravního výkonu 2.2 Výpočet průěru šnekovnice 2.3 Šnekový hřídel 2.4 Spojovací čepy 2.5 Hotnost částí šneku 2.5.1 Hotnost šnekového hřídele 2.5.2 Hotnost šnekovnice 2.5.3 Hotnost čepu 2.6 Celková hotnost šneku 3. Pohon šnekového dopravníku 3.1 Elektrootor 3.2 Převodovka 3.3 Spojka 4. Kontrola objeového dopravního výkonu 5. Uložení šneku 5.1 Výpočet radiální síly FR 5.2 Výpočet axiální síly FA 5.3 Ložisko pohonu 5.4 Závěsná ložiska 5.5 Koncové ložisko šnekového hřídele 6. Žlab 6.1 Zatížení žlabu dopravovaný ateriále 7. Pevnostní kontrola 7.1 Kontrola vstupního hřídele 7.2 Kontrola spojení šneku se spojovací čepe 8. Náklady na výrobu šnekového dopravníku 9. Závěr 10. Sezna použitých zdrojů 11. Sezna použitých zkratek a sybolů 12. Sezna příloh 11 11 12 12 13 13 13 13 14 16 16 16 16 18 18 19 19 20 20 21 23 24 25 26 26 26 28 29 30 31 32 36
1. Úvod Šnekový dopravník řadíe ezi historicky nejstarší dopravní zařízení. Používá se k dopravě sypkých, nelepivých ateriálů ve vodorovné, nebo írně nakloněné sěru. Dopravník je vhodný pro alé a střední dopravní výkony do 100 3.h-1 a dopravní délky do 50. Pracovní prvke šneku je šnekovnice rotující v pevné žlabu, přičež tření ezi ateriále a žlabe je větší než tření ezi rotující šnekovnicí a ateriále. Materiál se díky tou ve žlabu posouvá křivočarý pohybe. Mezi hlavní výhody patří jednoduchá konstrukce, nenáročnost na obsluhu, údržba stroje, alé rozěry, prachotěsnost. Mezi nevýhody řadíe velkou spotřebu elektrické energie, opotřebení šnekovnice, ale i ožné drcení vlastního ateriálu. Obr. 1 Schéa šnekového dopravníku- zdroj [1] 1. Šnek, 2. žlab, 3. pohon, 4. ložisko pohonu, 5. koncové ložisko šnekového hřídele, 6. závěsné ložisko šnekového hřídele 2. Výpočet a návrh základních rozěrů šneku Šnek je nejdůležitější částí dopravníku, který se skládá ze šnekovnice a šnekového hřídele. Šnekovnice tvoří pracovní část šneku a vyrábí se nejčastěji plného, obvodového, nebo lopatkového provedení. Pro práškovitý ateriál volí šnekovnici plného provedení, která bude svařena z dílů tvořící jeden závit. Jenovitý průěr je noralizován od 100 do 1250. Šnekový hřídel tvoří nejčastěji ocelová bezešvá trubka. Tyče plného průřezu nejsou kvůli své hotnosti příliš vhodné. Vzájené spojení šnekovnice a šnekového hřídele je dosaženo svaření a to koutový svare. Obr. 2 Šnek Na obr. 2 je zobrazena jedna z rozdělených částí šneku. Důvod rozdělení šneku a kótované rozěry jsou řešeny v této kapitole. - 11 -
2.1. Výpočet objeového dopravního výkonu Účele výpočtu je stanovit vnější průěr šnekovnice D. Při výpočtu vychází z objeového dopravního výkonu. QV Q 30000 25 3 h 1 γ 1200 (1) Vztah (1) dle [1], str. 208 dle [1], tab. 9.2, str. 210 γ 1200 kg 3 Q 30 t hod 1 30000 kg hod 1 ze zadání bakalářské práce Pro objeový dopravní výkon platí také vztah (2) π DV s Ψ n ch 4 2 Q V 3600 (2) Vztah (2) dle [1], str. 208 Kde po vyjádření hodnoty Dv - Výpočtový průěr šnekovnice dostává vztah (3) 2.2. Výpočet průěru šnekovnice DV 4 QV 3600 π s Ψ n c h (3) dle [1], str. 208 volí s D v dle [1], tab. 9.1, str. 209 Ψ 0,3 dle [1], tab. 9.1, str. 209, volí n 1,5 s 1 Pro určení hodnoty ch usí vypočítat úhel sklonu šneku α. Vychází z gonioetrických funkcí a zadaných hodnot dopravní délky l 10 a dopravní výšky h 2,5. h 2,5 0,25 l 10 sin 1 α 14 28 15 sin α Obr. 3 Úhel sklonu šneku dle [2], tab. 6.1, str. 7 vychází pro úhel α 15 c h 0,7-12 - (4) (5)
Po dosazení zjištěných hodnot se rovnice (3) upraví na tvar: DV 3 4 QV 4 25 3 0,304 3600 π Ψ n c 3600 π 0,3 1,5 0,7 (6) Dle ČSN ISO 1050 volí nejbližší jenovitý průěr D 0,315. Stoupání šnekovnice s D 0,315. Šnekovnice se bude vyrábět z plechu S235JRG1 o tloušťce 4. 2.3. Šnekový hřídel Polotovar pro šnekový hřídel volí ocelovou bezešvou trubku φ 63,5 x 8 z ateriálu S235G2T. Rozěr φ 63,5 dle ČSN ISO 1050. 2.4. Spojovací čepy Z důvodu průhybu šnekového hřídele pro dopravu ateriálu na vzdálenost 10 etrů dojde k rozdělení šneku na čtyři stejné části o délce lč 2520. Tyto části budou spojeny poocí spojovacích čepů, které zabrání průhybu šnekového hřídele svý uložení v závěsných ložiskách. Podrobný popis uložení je popsán v kapitole 5.4. Přenos kroutícího oentu z hřídele na náboj, respektive ze spojovacího čepu na šnekový hřídel, bude realizován čepe s hlavou dle ČSN EN 22341. Čep bude zajištěn závlačkou. Další ožný způsobe spojení šnekového hřídele a spojovacího čepu ůže být nalisování, spojení poocí přírub, případně drážkové spojení. Obr. 4 Spojení dvou rozdělených částí šneků poocí spojovacího čepu- zdroj [1] 2.5. Hotnost částí šneku Pro návrh ložisek v kapitole 5 je důležité znát hotnost šneku. Hotnost šneku se skládá z hotnosti šnekového hřídele h, hotnosti závitů šnekovnice š a hotnosti spojovacích čepů č. 2.5.1. Hotnost šnekového hřídele Pro trubku φ 63,5 x 8 dle [3], str. 300 získá hotnost jednoho etru trubky hl 11 kg. Pro určení hotnosti jedné části šnekového hřídele o délce l č 2,52 dostává rovnici (7) h h1 l č 11 2,52 27,72 kg (7) - 13 -
2.5.2. Hotnost šnekovnice Pro určení hotnosti šnekovnice budu vycházet z doposud vypočítaných hodnot a rozvinu jednoho závitu. Tento rozvin slouží zároveň jako polotovar pro výrobu jednoho závitu šnekovnice. Tab. 1 Rozěry šnekovnice D 0,315 s 0,315 d h 0,0635 Obr. 5 Šnekovnice, rozvinutý závit- zdroj [4] Délka vnější šroubovice U π 2 D 2 + s 2 π 2 0,315 2 + 0,315 2 1,038 (8) Vztah (8) dle [4], str. 97 Délka vnitřní šroubovice u π 2 d h + s 2 π 2 0,0635 2 + 0,315 2 0,373 2 Vztah (9) dle [4], str. 97-14 - (9)
Šířka šroubové plochy b D d h 0,315 0,0635 0,126 2 2 (10) Vztah (10) dle [4], str. 97 Vnitřní poloěr rozvinutého závitu r b u 0,126 0,373 0,071 U u 1,038 0,373 (11) Vztah (11) dle [4], str. 97 Vnější poloěr rozvinutého závitu R r + b 0,071 + 0,126 0,197 (12) Vztah (12) dle [4], str. 97 Středový úhel výseče ezikruží rozvinutého povrchu jednoho závitu ω 180 U 180 1,038 302 π R π 0,197 (13) Vztah (13) dle [4], str. 97 Plocha jednoho rozvinu závitu S z π (R 2 r 2 ) ω 302 π (0,197 2 0,0712 ) 0,089 2 360 360 (14) Vztah (14) dle [4], str. 97 Hotnost jednoho závitu z S z t ρ 0,089 0,004 7850 2,8 kg (15) dle [9] ρ 7850 kg 3 Šnekový hřídel o délce l č 2,52 se bude skládat z osi závitů. Celková hotnost závitů šnekovnice š 8 z 8 2,8 22,4 kg (16) - 15 -
2.5.3. Hotnost čepu Obr. 6 Rozěry čepu pro výpočet rovnice (17) π 0,05 2 π 0,06 2 0,1 + č Vč ρ 2 4 4 0,11 7850 5,52 kg (17) dle [9] ρ 7850 kg 3 2.6. Celková hotnost šneku Šnek bude tvořen čtyři stejnýi části, které budou spojeny třei spojovacíi čepy a dvěa koncovýi čepy. V hotnostní výpočtu částí šneku jse nezahrnul hotnost ložisek, čepů s hlavou a rozdílné hotnosti koncových čepů. Proto k celkovéu výpočtu přičítá hotnost 20 kg. v 4 ( h + š ) + 5 č + 20 4 (27,72 + 22,4 ) + 5 5,52 + 20 248 kg (18) 3. Pohon šnekového dopravníku Pohon dopravníku nejčastěji tvoří asynchronní elektrootor. Hřídel elektrootoru je spojen s převodovkou, která sníží otáčky na požadovanou úroveň. Hnací oent se z výstupního hřídele převodovky přenáší na hřídel šneku pružnou spojkou. 3.1 Elektrootor Pro určení výkonu na hřídeli dopravníku vychází ze vztahu (19) P Q g 30000 9,81 (l h w + h ) (9,68 3 + 2,5) 2579 W 3600 3600 (19) Vztah (19) dle [1], str. 209 při dopravě vzhůru. Vodorovná dopravní vzdálenost lh je zobrazeno na obr. 3 a lze spočítat poocí Pythagorovy věty- rovnice (20) l h l 2 h 2 10 2 2,5 2 9,68 (20) dle [1], tab. 9.2, str. 210 pro ceent w 3,0-16 -
Po určení výkonu na hřídeli dopravníku ůžu vypočítat příkon, který je navýšen u dopravníků s obvodovýi šnekovnicei o 15 20 %. Pp (1,15 1,20 ) P 2579 1,20 3641 W ηe 0,85 (21) Vztah (21) dle [2], str. 8 Dle [10], str. 16 ηe 85 % Podle vypočítaného příkonu Pp 3641 W volí nejbližší vyšší trojfázový asynchronní elektrootor značky SIEMENS. Elektrootor SIEMENS 1LA7 113-4AA61, tvar IM B 5- přírubový Výkon: 4 kw Otáčky: 1440 in-1 Osová výška: 112 Obr. 7 Rozěry elektrootoru- zdroj [10] Tab. 2 Rozěry elektrootoru- zdroj [10] Velikost Velikost AC HF příruby 112M FF215 219,5 91 HG L LA LB LC LD LF LG LK M N 148 393 11 333 461 102 385 120 42 215 180 Velikost P S T W D DA E EA F FA G GB GD GF Z 112M 250 14,5 4 32,3 28 24 60 50 8 8 24 20 4-17 - 7 7
3.2 Převodovka Ze vzájeného propojení výrobce elektrootorů společnosti Sieens a společnosti TOS Znojo, vybírá z katalogu k navrženéu elektrootoru o výkonu 4 kw čelní převodovku MTC 42A. Výstupní otáčky hřídele převodovky n 2 82,9 in 1 a kroutící oent na výstupní hřídeli převodovky M 2 461 N Čelní převodovka MTC 42AE1670 n 1 1440 in 1 n 2 82,9 in 1 i 17,4 [ ] M 2 461 N Obr. 8 Rozěry převodovky- zdroj [11] Tab. 3 Rozěry převodovky- zdroj [11] Velikost A AB B BB CA MTC 42A CB Dk6 E F G H 135 200 165 195 24 7,0 35 70 10 38 115 Hotnost HA K L M Nj7 S S2 T V1 V2 J 14 255 100 80 M6x12 M12 3,5 188 216 10 14,5 24 3.3 Spojka K přenosu točivého oentu z hřídele převodovky na hřídel šneku volí spojku s pryžovou obručí SPO1 typ 250 od společnosti Sigad s jenovitý točivý oente Mt1 630 N a točivý oent, při které dojde k prokluzu M t 2 1200 N. Spojky zajišťují klidný chod a tluí nerovnoěrný průběh otáček při přenosu kroutícího oentu v libovolných polohách. Tato konstrukce neuožní přenos axiální síly. - 18 -
Spojka s pryžovou obručí SPO1 typ 250 M t1 630 N M t 2 1200 N n ax 2000 in 1 Tab. 4 Rozěry spojky- zdroj [12] D1 D2 D3ax L 200 96 45 220 Obr. 9 Rozěry spojky- zdroj [12] 4. Kontrola objeového dopravního výkonu Při volbě nejbližšího jenovitého průěru šnekovnice dle ČSN ISO 1050 v rovnici (6) a volbou čelní převodovky s výstupníi otáčkai n 2 82,9 in 1 v kapitole 3.2 dojde ke zěně objeového dopravního výkonu. Objeový dopravní výkon po přepočtu je vyjádřen rovnicí (22) Q VV 3600 π D2 π 0,315 2 s Ψ n 2 c h 3600 0,315 0,3 1,38 0,7 25,6 3 h 1 (22) 4 4 Vztah (22) dle [1], str. 208 Objeový dopravní výkon Q V 25 3 h 1 z rovnice (1) je navýšen o 0,6 3 h 1. Podínka dopravního výkonu ze zadání bakalářské práce je splněna. 5. Uložení šneku Šnek bude uložen v ložiscích. Ložiska budou zachycovat radiální sílu FR. Ložisko pohonu uístěné v čele žlabu bude kroě radiální síly FR zachycovat axiální sílu FA. Pro výpočet radiální i axiální síly budu vycházet z tíhové síly šneku Fg a kapitoly 2.6, v které jse spočítal hotnost šneku. Výpočet tíhové síly podle rovnice (23) Obr. 10 Síly působící v těžišti šneku - 19 -
Fg v g 248 9,81 2433 N (23) 5.1 Výpočet radiální síly FR Radiální síla vzniká rozklade tíhové síly ve svislé sěru nakloněné o 15. Rozklad a výpočet je zřejý podle obr. 10 F cos15 R FR cos 15 Fg cos 15 2433 2350 N (24) Fg Radiální síla působící na jedno ložisko Obr. 11 Rozložení radiální síly do ložisek F1 + F2 + F3 + F4 FR F1 F2 F3 F4 FR1 FR1 FR 2350 587,5 N 4 4 (25) FR1 a závěsná ložiska ezi čely silou FR1. 2 Při výpočtu kontroly navržených ložisek uvažuji stejné radiální zatížení sílou FR1 pro všechny ložiska. Podle obr. 11 jsou krajní ložiska naáhána silou 5.2 Výpočet axiální síly FA Axiální síla se skládá ze dvou složek. První složka vzniká rozklade tíhové síly ve vodorovné sěru nakloněné o 15. Rozklad a výpočet je zřejý podle obr. 10. Druhou složku tvoří účinek pohybujícího se ateriálu na šnek. Obě síly leží na společné nositelce a tvoří součet výsledné axiální síly FA. Výpočet složky vzniklé rozklade tíhové síly sin 15 FA1 FA1 sin 15 Fg sin 15 2387 618 N Fg - 20 - (26)
Výpočet složky vzniklé účinke pohybujícího se ateriálu na šnek FA 2 M2 461 2155 N R s tg(β + ϕ) 0,126 tg(17 40 +41 59 ) (27) Vztah (27) dle [1], str. 210 dle [1], str. 210 R s (0,35 0,4) D 0,4 0,315 0,126 (28) Úhel stoupání šnekovnice β je spočítán podle gonioetrické funkce, kdy zná stoupání šnekovnice a obvod lze spočítat z jenovitého průěru šnekovnice. O π D π 0,315 0,989 (29) s 0,315 0,3185 O 0,989 tg 1β 17 40 tgβ (30) (31) Obr 12. Úhel stoupání šnekovnice Pro výpočet třecího úhlu ezi dopravovaný ateriále a šneke vychází ze součinitele tření pro ceent a ocel f 0,9 tgϕ f 0,9 tg 1ϕ 41 59 (32) Dle [13], tab. 8, str. 12, f 0,9 Celková axiální síla FA FA1 + FA 2 618 + 2155 2773 N (33) 5.3. Ložisko pohonu Spojení šneku s náboje spojky bude řešeno poocí vstupního hřídele. Uložení hřídele v čele dopravníku zajistí dvouřadé soudečkové ložisko, které zachytí radiální i axiální sílu. Ložisko se zabezpečí pojistnou aticí se čtyři drážkai a pojistnou podložkou s příý ozube. Těsnění prostoru ložiska zajistí hřídelové těsnící kroužky uístěné v ložiskové doečku a víčku čela. Těsnící kroužky budou zabezpečeny pojistný kroužke pro díry. Víčko čela se utěsní těsnící tele. Přívod plastického aziva do ložiska je řešen poocí tlakové aznice. - 21 -
Dvouřadé soudečkové ložisko ZKL 22210EW33J Zadané hodnoty: FA 2773 N FR1 587,5 N n 2 82,9 in 1 Hodnoty ložiska dle [14] e1 0,24 X1 0,67 Y1 4,2 CR1 105000 N p1 3,33 Obr. 13 Uložení ložiska pohonu Poěr axiální síly a radiální sily FA 2773 4,72 > e1 FR1 587,5 (34) Vztah (34) dle [14] Výpočet dynaického ekvivalentního zatížení P1 X 1 FR1 + Y1 FA 0,67 587,5 + 4,2 2773 12040 N (35) Vztah (35) dle [14] Výpočet základní trvanlivosti v hodinách p L h1 C R1 10 6 105000 P1 60 n 2 12040 3, 33 10 6 2,72 10 5 h 60 82,9 Vztah (36) dle [14] - 22 - (36)
5.4. Závěsná ložiska V kapitole 2.4 došlo z důvodu průhybu šnekového hřídele k rozděleni šneku na čtyři stejné části. Tyto části budou spojeny spojovacíi čepy, které budou uloženy v kluzných ložiskách. Kluzná ložiska zachytí radiální sílu a jejich uložení se provede nalisování do ložiskového doečku. Těsnění ložiska zajistí hřídelové těsnící kroužky uístěné ve víčku. Víčka se rozebíratelně spojí s ložiskový doečke a utěsní těsnící tele. Celé výškově stavitelné uloženi ložiska bude zavěšeno poocí závěsných tyčí k nosníku, který bude krajníi konci přivařen ke žlabu. Mazání je řešeno tlakovou aznicí s užití plastického aziva přío pod ložisko. Obr. 14 Uložení závěsného ložiska Kontrola ložiska na otlačení Kluzné ložisko SKF solid bronze PBM 60 75 60 Zadané hodnoty: FR1 587,5 N Hodnoty ložiska dle [15] dk 60 lk 60-23 -
FR FR 587,5 1,63 10 5 Pa 0,163 MPa (37) S kl l k d k 0,06 0,06 p k p dk ; výpočtový tlak v ložisku je enší než dovolený. Kontrola na otlačení vyhovuje. pk dle [16] p dk 12MPa 5.5. Koncové ložisko šnekového hřídele Uložení konce šneku poocí koncového hřídele je řešeno kuličkový ložiske, které zachycuje radiální sílu. Ložisko bude zabezpečeno pojistnou aticí se čtyři drážkai a pojistnou podložkou s příý ozube. Utěsnění a azání bude zajištěno stejně jako u ložiska pohonu. Z důvodu dilatace ateriálu způsobenou zěnou teploty okolí usí být ložisku uožněn posuvný pohyb v koncové doečku Jednořadé kuličkové ložisko ZKL 6010 Zadané hodnoty: FR1 587,5 N FA 0 N n 2 82,9 in 1 Hodnoty ložiska dle [17] X2 1 Y2 0 CR2 21720 N p2 3 Obr. 15 Uložení koncového ložiska Výpočet dynaického ekvivalentního zatížení P2 X 2 FR1 + Y2 FA 1 587,5 + 0 0 587,5 N (38) Vztah (38) dle [17] Výpočet trvanlivosti L h2 C R 2 P2 p 3 10 6 10 6 21720 10,1 10 6 h 60 n 2 587,5 60 82,9 Vztah (39) dle [17] - 24 - (39)
Posuvný pohyb ložiska Vychází z délkové roztažnosti šneku, kdy součinitel délkové roztažnosti pro uhlíkovou ocel α R 11 10 6 C 1 pro teplotu 20 C. Uvažuji zěnu okolní teploty T ±30 C a délku hřídele l dr 10,5. l l dr α R T 10,5 11 10 6 30 3,5 10 3 (40) Vztah (40) dle [5], str. 501 dle [5], tab. 19.2, str. 501 α R 11 10 6 C 1 Pro pokrytí dilatace usí být ložisku uožněn pohyb iniálně o 3,5 v obou sěrech rovnoběžných s osou šneku. 6. Žlab Tvoří nosnou část dopravníku a jeho rozěry jsou odvozeny od velikosti šneku. Častá konstrukce je tvaru písene U s vyhnutýi horníi okraji pro připevnění víka a zvýšení tuhosti žlabu. Žlab se vyrábí z ocelového plechu tloušťky 2-8 ilietrů a je spojen z dílů o délce 1,5 až 6 etrů. Materiál se do žlabu přivádí násypkou ve víku, poocí šneku se dopraví na potřebnou dopravní vzdálenost a výsypkou ve dně žlabu se odvádí na požadované ísto dopravy. Uložení šneku v žlabu se provádí excentricky z důvodu příčení ateriálu ezi šneke a žlabe. Vůli ezi šneke a žlabe ovlivňuje druh dopravního ateriálu a výrobní tolerance šneku. Její hodnota se pohybuje v rozezí 5 až 10. Obr. 16 Žlab- zdroj [1] Vůli ezi šneke a žlabe volí 5 ilietrů z důvodu přepravy práškovitého ateriálu. Uložení šneku ve žlabu bude excentricitně vychýleno o 1 ilietr. Z důvodu usnadnění dopravy na ísto ontáže bude žlab tvořen pěti části a čtyři víky, které se při ontáži rozebíratelně spojí. Polotovar pro výrobu žlabu i víka bude plech S235JRG1 o tloušťce 4 ilietry. - 25 -
6.1 Zatížení žlabu dopravovaný ateriále Při výpočtu zatížení budu vycházet z rovnice pro výpočet součinitele plnění, kde po vyjádření dostanu hodnotu Sc- obsah ceentu v příčné řezu žlabu. Sc Ψ π D 2 0,3 π 0,315 2 Ψ Sc 2,34 10 2 2 2 4 4 π D 4 (41) Vztah (41) dle [1], str. 209 dle [1], tab. 9.1, str. 209 ψ 0,3 Výpočet hotnosti ceentu ve žlabu c S c L u ρ c 2,34 10 2 10,5 1200 294,8 kg (42) dle [1], tab. 9.2, str. 210 ρ c 1200 kg 3 Síla působící na žlab Fc c g 294,8 9,81 2892 N (43) Ve skutečnosti se jedná o spojité zatížení žlabu, které nahradí silou působící v těžišti. Tato sílá společně s vlastní hotností šnekového dopravníku bude podklade pro navržení nosné konstrukce. 7. Pevnostní kontrola Tato kapitola je zaěřena na kontrolu navržených částí dopravníku v dovolený hodnotách napětí. Jednotlivé části jsou převážně zatěžovány kroutící oente při dopravě ateriálu. Pro výpočet uvažuji axiální kroutící oent vystupující z hřídele převodovky M 2 461 N. 7.1 Kontrola vstupního hřídele Vstupní hřídel šneku uložený v ložisku pohonu bude vyroben z ateriálu E335, který odpovídá ekvivalentu ateriálu 11 600. Kontrolní výpočet provedu na nejenší rozěru hřídele φ 35, který bude spojen těsný pere s náboje pružné spojky. Průěr hřídele snížený drážkou pro pero d n d n t p 35 4,7 30,3 (44) dle [3], str. 467 tp 4,7-26 -
Výpočet napětí ve syku ve vstupní hřídeli s drážkou pro pero τ1 ax π dn 16 3 M2 461 2 3 b p t p (d n t p ) 0,01 0,0047 (0,035 0,0047) 2 π 0,035 16 2 0,035 2 dn 59,1 10 6 Pa 59,1 MPa (45) τ1 ax < τ1d ; konec hřídele na krut vyhovuje Vztah (45) dle [3], str. 43 dle [3], str. 467 bp 10 dle [3], str. 467 tp 4,7 dle [3], str. 55, pro íjivý krut volí τ1d 85 MPa Výpočet délky těsného pera Délka pera pro spojení hřídele s náboje se spočítá podle vtahu (46) Obr. 17 Pero pro spojení hřídele s náboje l dp Fp t 1 p d1 26343 0,057 0,0031 150 10 6 (46) Vztah (46) dle [6], str. 24 dle [3], str. 467 t1 3,1 dle [3], str. 54, pro íjivý tlak volí p d1 150 MPa Síla Fp se spočítá: Fp 2 M 2 2 461 26343 N dn 0,035 (47) Z důvodu zaoblení obou konců pera přičítá k vypočítané délce ldp šířku pera bp 10. Dle [3], str. 467 volí pero ČSN 02 2562-10e7 x 8 x 70-27 -
7.2 Kontrola spojení šneku se spojovací čepe Spojení šneku se spojovací čepe je provedeno dvěa čepy s hlavou vzájeně pootočenýi o 90. Tyto čepy budou zajištěny závlačkai. Šnek (šnekový hřídel) φ 63,5 x 8 ateriál S235G2T (ekvivalent 11 353) vnitřní vybrání pro uložení čepu D u φ 50 Čep s hlavou 12 x 75 x 3,2 B ISO 2341 St ateriál St autoatová ocel Spojovací čep φ 5O ateriál E335 (ekvivalent 11 600) Obr. 18 Spojení šneku se spojovací čepe Syk čepu τč 4 M2 π dč Du n č 2 4 461 40,8 10 6 Pa 40,8 MPa 2 π 0,012 0,05 2 τ č < τ dč ; čep na syk vyhovuje Vztah (48) dle [6], str. 16 dle [3], str. 55, volí pro íjivý krut τ dč 80 MPa - 28 - (48)
Tlak v hřídeli (spojovací čep) ph 6 M2 du dč 2 6 461 92,2 10 6 Pa 92,2 MPa 2 0,05 0,012 (49) p h < p dh ; hřídel na otlačení vyhovuje Vztah (49) dle [6], str. 16 dle [3], str. 54, volí pro íjivý tlak p dh 130 MPa Tlak v náboji (šnekový hřídel) pn 4 M2 d č (d h D u ) 2 2 4 461 100,3 10 6 Pa 100,3 MPa 2 2 0,012 (0,0635 0,05 ) (50) p n < p dn ; náboj na otlačení vyhovuje Vztah (50) dle [6], str. 16 dle [3], str. 54, volí pro íjivý tlak p dn 105 MPa (fyzikálně podobný ateriál 11 368) Kontrola náboje (šnekový hřídel) τt M2 π dh Du 16 dh 4 4 461 14,9 10 6 Pa 14,9 MPa 4 4 π 0,0635 0,05 16 0,0635 (51) τ t < τ dt ; šnekový hřídel na syk vyhovuje Vztah (51) dle [6], str. 16 dle [3], str. 55, volí pro íjivý krut τ dt 60 MPa (fyzikálně podobný ateriál 11 368) 8. Náklady na výrobu šnekového dopravníku Pro určení ceny výroby šnekového dopravníku vychází z kilograové ceny železa, ceny pohonu a ceny strojních součástí. Kilograová cena výroby pro běžnou konstrukční ocel je stanovena na 190 Kč. Tato hodnota je konzultována obchodní oddělení společnosti AE&E a přizpůsobena nároků na výrobu dopravníku a povrchovou úpravu. Cena pohonu je určena poptávkou elektrootoru s čelní převodovkou společností TOS Znojo a ceníke spojek s pryžovou obručí společnosti Sigad. Položku strojní součásti tvoří objednávka ložisek, spojovacího ateriálu a ostatních noralizovaných položek. Cena je stanovena poocí volně dostupných katalogů na internetu. Hotnost šnekového dopravníku: 850 kg Náklady na výrobu: 190 Kč/ kg - 29 -
Cena výroby. 161500 Kč Cena elektrootoru a převodovky dodávané společností TOS Znojo. 11500 Kč Cena spojky s pryžovou obručí od společnosti Sigad. 11200 Kč Cena strojních součástí.... 4000 Kč Cena celke bez DPH. 188200 Kč Celková cena výroby je stanovena jako předběžná. Nezahrnuje náklady na přepravu a ontáž dopravníku ceentu. Konečná cena se upřesní uvedení zařízení do výroby konkrétní výrobce. 9. Závěr Cíle bakalářské práce bylo navržení šikého šnekového dopravníku ceentu. Technická zpráva je řazena podle jednotlivých častí dopravníku a obsahuje koncepční návrh a výpočet hlavních rozěrů. V první části došlo k návrhu základních rozěrů šneku, jeho rozdělení a výpočtu polotovaru k výrobě závitu šnekovnice. Uložení šneku je řešeno poocí krajních valivých ložisek a kluzných ložisek ezi čely šneku. Mazání ložisek je řešeno přívode plastického aziva poocí azací hlavice. Důraz je kladen na utěsnění prostoru ložisek proti vniknutí dopravovaného ateriálu. Pohon dopravníku tvoří ověřená kobinace elektrootoru Sieens a převodovky TOS Znojo. Tato kobinace bude záěrně dodána jako celek výrobce převodovek. Pro hlavní části šnekového dopravníku naáhaný kroutící oente byla provedena pevnostní kontrola. Vypočítané hodnoty napětí nepřekročily dovolené hodnoty. Kontrolované části šnekového dopravníku pevnostně vyhoví. Poslední část technické zprávy tvoří stanovení předběžné ceny výroby dopravníku. Cena je odvozena z kilograové ceny železa, ceny pohonu a strojních součástí. Výkresová dokuentace vychází z technické zprávy a je vytvořena kobinací prograu Autodesk Inventor a Autodesk AutoCAD Mechanical. Po celou dobu návrhu jse vycházel z platných nore a čase prověřených koncepcí. - 30 -
10. Sezna použitých zdrojů [1] GAJDŮŠEK, J., ŠKOPÁN, M.: Teorie dopravních a anipulačních zařízení, skripta VUT Brno 1988 [2] POLÁK, J., PAVLISKA, J., SLÍVA, A., HRABOVSKÝ, L.: Dopravní a anipulační zařízení 8: e-texty, elektronická skripta VŠB Technická univerzita [3] LEINVEBER, J., VÁVRA, P.: Strojnické tabulky, Úvaly: Albra, 2003, 866 s., ISBN: 80-86490-74-2 [4] LASKOWSKI, M., GEORG, J.: Rozvinuté součásti z plechu, Berlín: VTB, 1973, 148 s. [5] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.: Fyzika- část 2, Praha: VUTIUM, PROMETHEUS, 2006, 244 s., ISBN: 80-214-1868-0 [6] DVOŘÁČEK, J.: Stavba a provoz strojů I, elektronická skripta pro střední průyslové školy [7] SVOBODA, P., BRANDEJS, J., PROKEŠ, F.: Výběry z nore pro konstrukční cvičení, skripta VUT Brno: Cer, 2006, 224 s., ISBN: 80-7204-456-6 [8] SVOBODA, P., BRANDEJS, J., PROKEŠ, F.: Základy konstruování, skripta VUT Brno: Cer, 2006, 200 s., ISBN: 80-7204-458-3 [9] Hustota pevných látek http://www.converter.cz/tabulky/hustota-pevne.ht [10] Katalog elektrootoru Sieens http://www.elektrootory-sieens.cz/upload/file/katalog-elektrootoru-1la7-0605-k02cz.pdf [11] Katalog čelní převodovky http://www.tos-znojo.cz/produkce/tc/cz/index_h.ht [12] Spojky s pryžovou obručí SPO1 http://www.sigad.cz/spojky/spojky-s-pryzovou-obruci-spo1/ [13] Součinitel tření pro ceent http://www.retezy-va.co/pdf/volba_dopravniho.pdf [14] Hodnoty pro dvouřadé soudečkové ložisko http://www.zklbearings.eu/czech/vypocty.aspx [15] Katalog kluzných ložisek SKF http://www.exvalos.cz/soubory/file/skf_kluzna_loziska.pdf [16] Dovolená napětí na otlačení pro kluzná ložiska http://www.ozubeni.cz/ozubeni/vlastnosti.htl [17] Hodnoty pro jednořadé kuličkové ložisko http://www.zkl.cz/cs/cat/srbb/6010-31 -
11. Sezna použitých zkratek a sybolů Veličina Jednotka Popis b () Šířka šroubové plochy bp Šířka drážky pro pero ch - Součinitel snižující dopravní nožství při dopravě vzhůru CR1 N Základní dynaická únosnost soudečkového ložiska CR2 N Základní dynaická únosnost kuličkového ložiska D Jenovitý průěr šnekovnice dč () Průěr čepu dh () Průěr šnekového hřídele dk Vnitřní průěr kluzného ložiska dn () Průěr vstupního hřídele šneku d n () Průěr hřídele snížený o drážku pro pero Du () Vnitřní průěr šnekového hřídele pro spojení se spojovací čepe du () Průěr spojovacího čepu DV Výpočtový průěr šnekovnice e1 - Mezní hodnota vztahu FA/ FR1 určující koeficienty X1 a Y1 FA N Celková axiální síla FA1 N Axiální síla vzniklá rozklade tíhové síly FA2 N Axiální síla vzniklá účinke pohybujícího se ateriálu na šnek Fc N Síla působící na žlab Fg N Tíhová síla šneku f - Součinitel tření pro ocel a ceent Fp N Síla působící na pero FR N Radiální síla vzniklá rozklade tíhové síly FR1 N Radiální síla působící na jedno ložisko F1 4 N Radiální síly působící ezi ložisky g s 2 Gravitační zrychlení h Dopravní výška šnekového dopravníku hp Výška pera i - Převodový poěr převodovky l Dopravní délka šnekového dopravníku - 32 -
Veličina Jednotka Popis lč () Délka části šnekového hřídele ldp Délka pera ldr Délka šnekového hřídele pro výpočet posuvného pohybu ložiska lh Vodorovná dopravní vzdálenost šnekového dopravníku Lh1 h Základní trvanlivost soudečkového ložiska Lh2 h Základní trvanlivost kuličkového ložiska lk Šířka kluzného ložiska Lu Uvažovaná délka zaplnění ceentu c kg Hotnost ceentu ve žlabu č kg Hotnost spojovacích čepů h kg Hotnost šnekového hřídele h1 kg Hotnost 1 trubky š kg Hotnost závitů šnekovnice Mt1 N Jenovitý točivý oent spojky Mt2 N Točivý oent spojky, při které dojde k prokluzu v kg Celková hotnost šneku z kg Hotnost jednoho závitu M2 N Kroutící oent na výstupní hřídeli převodovky n s-1 Návrhové otáčky šneku nč - Počet čepů nax s-1 (in-1) Maxiální otáčky spojky n1 s-1 (in-1) Vstupní otáčky hřídele převodovky- otáčky otoru n2 s-1 (in-1) Výstupní otáčky hřídele převodovky- otáčky šneku O Obvod šnekovnice P W Výkon na hřídeli dopravníku pdh MPa Dovolený tlak v hřídeli pdk MPa Dovolený tlak kluzného ložiska pd1 Pa (MPa) Dovolený tlak pera pdn MPa Dovolený tlak v náboji Pe kw Výkon elektrootoru ph Pa (MPa) Tlak v hřídeli pk Pa (MPa) Výpočtový tlak kluzného ložiska - 33 -
Veličina Jednotka Popis pn Pa (MPa) Tlak v náboji Pp W Příkon otoru P1 N Ekvivalentní dynaické zatížení soudečkového ložiska p1 - Mocnitel pro soudečková ložiska P2 N Ekvivalentní dynaické zatížení kuličkového ložiska p2 - Mocnitel pro kuličková ložiska Q kg h 1 Dopravní výkon Qv 3 h 1 Objeový dopravní výkon Qvv 3 h 1 Přepočítaný objeový výkon R Vnější poloěr rozvinutého závitu r Vnitřní poloěr rozvinutého závitu Rs Účinný poloěr šnekovnice s Stupání šnekovnice 2 Obsah ceentu v příčné řezu žlabu Sc Skl 2 Plocha kluzného ložiska na otlačení Sz 2 Plocha jednoho rozvinu závitu t () Tloušťka šnekovnice tp () Hloubka drážky v hřídeli t1 () Hloubka drážky v náboji U Délka vnější šroubovice u Délka vnitřní šroubovice Vč 3 Obje spojovacího čepu w - Celkový (globální) součinitel odporu X1 - Koeficient radiálního zatížení soudečkového ložiska X2 - Koeficient radiálního zatížení kuličkového ložiska Y1 - Koeficient axiálního zatížení soudečkového ložiska Y2 - Koeficient axiálního zatížení kuličkového ložiska α Úhel sklonu šneku αr C 1 Součinitel délkové roztažnosti β Úhel stoupání šnekovnice γ kg 3 Sypná objeová hotnost dopravovaného ateriálu l Délková roztažnost šnekového hřídele - 34 -
Veličina Jednotka Popis T C Zěna okolní teploty φ Třecí úhel ezi ateriále a šneke ηe - Účinnost elektrootoru π - Ludolfovo číslo kg 3 ρc kg 3 τč Pa (MPa) Napětí ve syku čepu τdč MPa Dovolené napětí pro íjivý krut čepu τdt MPa Dovolené napětí šnekového hřídele τ1d MPa Dovolené napětí pro íjivý krut τ1ax Pa (MPa) Napětí ve syku ve vstupní hřídeli τt Pa (MPa) Napětí ve syku v náboji ω Středový úhel výseče ezikruží rozvinutého povrchu jednoho závitu Ψ - Součinitel plnění ρ Hustota oceli Hustota ceentu - 35 -
12. Sezna příloh Výkresová dokuentace Výkres sestavy: Šnekový dopravník 0-3K2-00 Ks 1 Výkres svařovací sestavy: Šnek 2-3K2-01 Ks 1 Sezna položek: Šnekový dopravník 0-3K2-00/SP Ks 1 Přílohy na CD Technická zpráva: (PDF) Výkresová dokuentace: Výkres sestavy, výkres svařovací sestavy, sezna položek (PDF) - 36 -