Министерство образования и науки Российской Федерации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

^{Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования}

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Механическое оборудование, детали машин и технология металлов»

Расчетная работа № 2

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, РАСЧЕТ И КОМПОНОВКА ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА»

Москва

2012г.

1. Задание

1) определить основные параметры винтового конвейера; 2) рассчитать винтовой конвейер; 3) подобрать необходимое оборудование (двигатель, муфты, редуктор); 4) выполнить компоновочный эскиз конвейера.

2. Исходные данные для расчета

1. Номер варианта исходных данных назначается преподавателем.

2. Параметры исходных данных в соответствии с вариантом указаны в табл. 1.

Таблица 1

№ варианта	Транспортируе­мый материал и его характе­ристика	Производитель- ность П, т/ч	Дальность транс- портирования L, м	Тип винта	Сечение желоба (корпуса)
по гори­зонтали	под углом к горизон- ту
	Портландцемент*			—	Сплошной	Трубчатое
	То же			—	То же	То же
	»			—	»	»
	»			—	»	»
	»			—	»	»
	»		—		»	Желобчатое
	»		—		»	»
	Портландцемент		—		»	Желобчатый
	То же		—		Сплошной	Желобчатый
	»		—		То же	»
	Песок кварцева-тый**			—	»	Трубчатое
	То же			—	»	То же
	»	И		—	»	»
	»			—	»	»
	»			—	»	»
	»		—		»	Желобчатое
	»		—		»	То же
	»		—		»	»
	»		—		»	»
	»		—		»	»
	Керамический порошок***			—	»	Трубчатое
	То же			—	»	То же
	»			—	»	»
	»			—	»	»
	»			—	»	»
	»		—		»	Желобчатое
	»		—		»	То же
	»		—		»	»
	»		—		»	»
	»		—		»	»

* ρн= 1,1... 1,2 т/м³; ρ = 3,1... 3,5 т/м³; α_п = 40... 42°; f = 0,4... 0,5; Fуд = 2000... 4000 см²/г.

** W <4%; ρн= 1,4... 1,8 т/м³; М_кр= 1,5... 2,5; ρ = 2,55... 2,65 т/м³; αп= 30... 35°; f= 0,4... 0,5.

*** W<4%; Мк_Р=1,0...1,5; ρн =1,1...1,4 т/м³; Г = 0,4...0,5; ρ= 2,3... 2,6 т/м³; αп=32... 37˚.

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА

Винтовым конвейеромназывается машина для транспортирования груза, перемещающегося по желобу с помощью вращающегося вала с лопастями, расположенными по винтовой линии.

Винтовые конвейеры предназначены для транспортирования на сравнительно небольшие расстояния (обычно до 40 м по горизонтали и до 30 м по вертикали) пылевидных и зернистых насыпных грузов (цемент, известь, молотая глина, гипс и т.п.), а также вязких и тестообразных (бетон, мокрая глина и др.).

Винтовой конвейер состоит из привода, желоба, винта и его вала, опор винта, загрузочных и разгрузочных патрубков.

Желоб состоит из отдельных секций длиной 2 и 4 м, изготовленных из листовой стали толщиной 3…6 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до 200⁰) грузов применяют чугунные желоба.

Степень заполнения желобаψ выбирается в зависимости от консистенции и абразивности груза и для различных грузов составляет:

Ψ=0,125÷0,15 – тяжелые и абразивные (цемент, зола, песок, глина сырая, дробленая руда, шлак);

ψ =0,25 – тяжелые и малоабразивные (соль, кусковой уголь, глина сухая);

ψ=0,32 – легкие и малоабразивные (мел, угольная пыль, асбест, торф, сода);

ψ=0,4÷0,45 – легкие и неабразивные (зерновые продукты, мука, древесные опилки); для транспортирующей трубы ψ=0,2÷0,3.

Винт конвейера выполняют с правым или левым направлением спирали. По числу спиралей винты бывают одно-, двух- и трехзаходные. Производительность многозаходных винтов больше, чем однозаходных.

Винты подразделяют на сплошные полностенные (а), ленточные (б), фасонные (в) и лопастные (г). Применяются они в зависимости от вида транспортируемого насыпного груза.

Вал винта, для удобства сборки, состоит из отдельных секций длиной 1,5…3,0 м, может быть сплошным или трубчатым.

Разновидностью винтовых конвейеров являются транспортирующие трубы, применяемые для перемещения насыпных грузов с одновременным выполнением какой-то технологической операции, например, охлаждением, сушкой, перемешиванием, обжигом или для транспортирования сильно пылящих материалов и др.

Они имеют внутри стальную винтовую спираль, благодаря которой при вращении трубы насыпной груз под действием силы тяжести падает, перемешивается и перемещается вдоль нее.

Шаг винта транспортирующей трубы t≈0,5D, высота винтовой лопасти b=(0,2…0,3)t, коэффициент заполнения ψ=0,2…0,3. Частота вращения трубы n=10…60 мин^-1, т.е. она меньше, чем у винтового конвейера, чтобы в верхнем положении груз не прижимался к трубе центробежными силами.

4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАСЧЕТ КОНВЕЙЕРА

4.1 Определение длины конвейера

Длина конвейера определяется в зависимости от угла наклона винтового конвейера, который выбирают из ряда β=5⁰, 10⁰, 15⁰, 20⁰ (для горизонтального конвейера L_ш=L)

L_ш=L/cos(β).

4.2 Высота транспортирования груза

H_ш=L∙tg(β).

4.3 Предварительное определение диаметра винта

где n – частота вращения винта;

ρ – плотность транспортируемого материала (по исходным данным);

С – коэффициент уменьшения производительности наклонного конвейера;

ε – коэффициент соотношения между шагом и диаметром винта;

ψ – коэффициент заполнения трубы или желоба.

Частоту n выбирают из интервала n=90…120 мин^-1 (чем больше плотность материала, тем меньше частота n) для желобчатого профиля сечения трубы и n=10…60 мин^-1 – для трубчатого.

Коэффициент С принимают по таб.2

Таблица 2

Β, град.
С		0,9	0,8	0,7	0,65

Соотношения между шагом и диаметром винта принимают равными для горизонтального конвейера ε=1, для наклонного ε=0,8 и для транспортирующей трубы ε=0,5.

Степень заполнения желоба материалом принимают по транспортируемому материалу (стр. 3).

4.3 Окончательное назначение диаметра и шага винта

Предварительное значение диаметра винта округляют до ближайшего стандартного и выбирают шаг винта t_в по табл.3.

Таблица. 3

Dш, мм
tв	ε=1
ε=0,8
ε=0,5

4.4

4.5 Уточнение частоты вращения винта

4.5.1 Для желобчатого сечения трубы

Определяем частоту вращения винта по принятому его диаметру и заданной производительности

где [n]=мин^-1; [ρ]=т/м³; [П]=т/ч; [D_ш]=м³.

Полученное значение частоты вращения должно быть не больше, чем

где А – коэффициент, принимающий значения: А=50 – для легких и малоабразивных грузов; А=45 – для тяжелых малоабразивных грузов; А=30 – для тяжелых абразивных насыпных грузов.

Если условие n≤n_max не выполняется, то можно принять следующий больший диаметр трубы и вновь выполнить проверку.

4.5.2 Для трубчатого сечения трубы

Определяем частоту вращения винта по принятому его диаметру и заданной производительности

где [n]=мин^-1; [ρ]=т/м³; [П]=т/ч; [D_ш]=м³.

Полученное значение частоты вращения проверяют по условию n=(0,5…0,65)n_max, где критическая скорость вращения трубы n_max определяется из выражения

Если условие n≤n_max не выполняется, то можно принять следующий больший диаметр трубы и вновь выполнить проверку.

4.5 Площадь сечения потока материала

F= 0,25∙π∙D_ш²∙ε.

4.6 Скорость движения материала

V= t_в∙n/60, м/с.

4.7 Число подшипников винта

Принято, что расстояние между подшипниками винта не должно превышать t_в=2,5…3 м. Поэтому число подшипников

z_в = L/t_в

и округляется до целого числа в большую сторону.

5 Выбор оборудования привода винтового конвейера

5.1 Определение мощности привода конвейера

5.1.1 Определение мощности привода конвейера ПРИ ЖЕЛОБЧАТОМ СЕЧЕНИИ ТРУБЫ

N_рас=П∙Н_ш/367 +П∙L∙ω₀/367 +К₁∙К₂∙q₁∙L∙V∙ω₁, кВт.

В этой формуле:

ω₀– общий коэффициент сопротивления движению;

ω₀=4 – для тяжелых абразивных грузов,

ω₀=2,5 – для угля, сухой глины, соли;

ω₀=1,2…1,6 – для легких насыпных грузов;

К₁ – коэффициент сопротивления, учитывающий вращательное движение винта (К₁ =0,15…0,2);

К₂ – коэффициент сопротивления, учитывающий вибрацию винта при отсутствии его статической балансировки (К₂∙=1,2);

q₁ – погонная масса вращающихся частей (q₁∙=80∙D_ш, кг/м);

ω₁ – коэффициент сопротивления, учитывающий потери в опорах винта (для подшипников скольжения ω₁=0,16 и для подшипников качения ω₁=0,08).

5.1.2 Определение мощности привода конвейера ПРИ ТРУБЧАТОМ СЕЧЕНИИ

Мощность привода вращения трубы можно определить по формуле

где T – крутящий момент, приложенный к транспортирующей трубе:

В эту формулу входят: сила тяжести груза в трубе G; расстояние «a» от центра масс слоя груза до вертикали, проходящей через ось трубы (в поперечном сечении трубы); сила давления на ролики Р; коэффициенты трения в цапфах и качения по опорным роликам f и k; диаметр колец, которыми труба катится по опорным роликам D_к; диаметры роликов и цапф роликов D_p и d.

При проектном расчете эти параметры можно определить по следующим зависимостям:

G=60∙L∙П/(0,36∙t∙n), Н;

a=0,25D, м;

2Р≈1,73G;

k=0,05;

f=0,02;

D_k≈1,1D, м;

D_p≈D/6, м;

d≈D/12, м.

5.2 Выбор электродвигателя и редуктора

Необходимая мощность двигателя равна

N_дврас= N_рас /η,

где η=0,9 – КПД предполагаемого привода.

Выбирается электродвигатель мощностью N_дв ≥ N_дврас.

Двигатель выбрать асинхронный трехфазный единой серии 4А (или аналогичный в современном обозначении) при ПВ=100%.

Двигатель и редуктор необходимо выбрать из нескольких вариантов: синхронная частота вращения 3000, 1500, 1000 и 750 мин^-1; передаточные числа одноступенчатых редукторов типа ЦУ равны 2, 2.24, 2.5, 2.8, 3.55, 4, 4.5, 5, 5.6, 6.3 и двухступенчатых типа Ц2У равны 8, 10, 12.5, 16, 18, 20, 22.4, 25, 28, 31.5, 35.5, 40.

Требуемое передаточное число

u_рас=n_дв/n_б,

где n_дв - частота вращения вала двигателя (с учетом скольжения, а не синхронная),

n_б - частота вращения винта конвейера или транспортирующей трубы.

Остановиться можно на том варианте пары двигатель – редуктор, при котором их суммарная масса, а следовательно и стоимость, меньше. (Эти данные можно найти в справочнике «Приводы машин», авторы В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш. Марки и данные редукторов можно брать, также, из проспектов фирм).

Из данных двигателя кроме марки, частоты вращения, мощности или крутящего момента выписать габаритные размеры, диаметр и длина свободного конца вала, высота центра вала, размер опорной поверхности и по болтам крепления, массу.

Из данных редуктора кроме марки, передаточного числа и крутящего момента на тихоходном валу выписать габаритные размеры, диаметр и длину входного и выходного концов валов, размер опорной поверхности и по болтам крепления, массу.

5.3 Выбор МУФТ СОЕДИНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬ – РЕДУКТОР

И РЕДУКТОР – ВЕДУЩИЙ БАРАБАН

Рекомендуется выбирать для ведущего вала редуктора муфту МУВП, а для ведомого – зубчатую. Муфту выбирают по диаметрам соединяемых валов и проверяют по передаваемому моменту и частоте вращения.

Из паспортных данных муфт кроме марки, диаметра отверстий ступиц и их длины, крутящего момента и массы нужно выписать габаритные размеры, диаметр и длину полумуфт и ступиц, размеры по болтам крепления, массу.

5.4 Крутящий момент на валу винта

Т_ш=9550∙ N_рас/n, Нм.

5.5 ОСЕВАЯ СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ВИНТ

Реактивная осевая сила, действующая со стороны перемещаемого груза и воспринимаемая упорным подшипником, находится по формуле

где r₀ – приведенный радиус приложения осевой силы. r₀=(0,7…0,8)D_ш;

α – угол подъема винтовой линии. α=arctg(t_в/(2π r₀);

φ – приведенный угол трения перемещаемого груза о поверхность винта. φ =arctg(f).

6 КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА

Компоновочная схема или чертеж выполняются в стандартном масштабе на листах формата А4 или А3 с указанием необходимых размеров.

Примечание. Всю работу можно выполнить в электронном виде и представить на проверку по адресу [e-mail]. Текст должен быть набран в редакторе MS Word версии не выше Word-2007, файлы должны быть формата.doc, или.docx, или.rtf. В качестве основного шрифта рекомендуется использовать TimesNewRoman, размером 12 (в таблицах допускается использование 10 шрифта), одинарный междустрочный интервал. Номера страниц располагаются сверху справа.

Вопросы для самопроверки и контроля

1. Для чего применяют винтовые конвейеры в промышленности строительных материалов?

2. Как устроен и работает винтовой конвейер?

3. Что является рабочим органом винтового конвейера?

4. Назовите основные типы винтового конвейера.

5. Назовите основные технические характеристики винтового конвейера.

6. Что представляет из себя кинематика привода винтового конвейера?

7. Какие параметры определяют производительность винтового конвейера?

8. Какие параметры определяют мощность привода винтового конвейера?

9. В чем особенность эксплуатации винтовых конвейеров?

10. Назовите основные неисправности винтовых конвейеров и способы их устранения.

11. В чем состоит техническое обслуживание винтового конвейера?

12. Назовите основные меры безопасности при эксплуатации винтовых конвейеров.

13. Назовите основные технико-экономические показатели винтовых конвейеров.

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

«Машины для транспортирования …»

Основная:

Уваров В.А., Карпачев Д.В. Машины для технологического транспортирования строительных материалов и изделий. Учеб. пособ-е. Белгород. Изд. БГТУ. 2008г.

Дополнительная:

1. Базанов А.Ф. Подъемно-транспортные машины.

2. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины строительной промышленности. Атлас конструкций. М., Альянс, 2009г.

3. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины М., Машиностроение, 1983г.

4. Чернавский и др. Проектирование механических передач. 1994 (или 1968г.)

5. Справочник «Конвейеры», под ред. Пертена, 1984

6. Справочник по кранам. В 2-х т. под общ. ред. Гохберга М.М.

Т.1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. М., Машиностроение, 1988. 536 с. Авторы: Брауда В.И., Гохберг М.М., Звягин И.Е., Ковин А.А., Орлов А.Н. и др.

Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов. Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1988. 559 с. Авторы: Александров М.П., Гохберг3. Чернавский и др. Проектирование механических передач. 1994 (или 1968г.)

7. Справочник «Конвейеры», под ред. Пертена, 1984

Дата добавления: 2015-09-30