Проектирование винтового конвейера

За несколько тысячелетий до нашей эры в Древнем Китае, Индии для непрерывной подачи воды из водоёмов в оросительные системы использовали цепные насосы, которые можно считать прототипами скребковых конвейеров; в Месопотамии и Древнем Египте применяли многоковшовые и винтовые водоподъёмники — предшественники современных ковшовых элеваторов и винтовых конвейеров. Первые попытки применения скребковых и винтовых конвейеров для перемещения насыпных материалов (например, в мукомольном производстве) относятся к XVI-XVII вв. В конце XVIIIв. конвейеры стали систематически использовать для транспортирования лёгких сыпучих материалов на небольшие расстояния. В 30-е гг. XIXв. с той же целью впервые были применены конвейеры с лентами из прочной ткани. Во 2-й половине XIX в. началось промышленное использование конвейеров для доставки тяжёлых массовых и штучных грузов.

С 80-х гг. XIXв. изготовление конвейеров в промышленно развитых странах постепенно выделялось в отдельную область машиностроения. В современных типах конвейеров сохранились основные конструктивные элементы, которые совершенствовались в соответствии с достижениями науки и техники (замена ремённого привода электрическим, использование вибрационной техники, применение энергии сжатого воздуха).

Шнеком или винтовым конвейером называют устройство, осуществляющее перемещение груза по желобу при помощи вращающегося вала, снабженного лопастями, расположенными по винтовой линии. Простота конструкции, высокая производительность, надежность и неприхотливость винтовых конвейеров обуславливает их широчайшее использование в различных областях производственной деятельности, связанной с перемещением больших объемов сыпучих грузов.

При вращении винта лопасти проталкивают груз вдоль желоба. Винтовые конвейеры состоят из секций длиной 2-4 м, общая длина которых не превышает обычно 60 м, диаметр жёлоба 100-600 мм. Винтовые конвейеры просты по конструкции, удобны в эксплуатации, особенно при транспортировке пылящих грузов. Однако лопасти и жёлоб сравнительно быстро изнашиваются, груз измельчается и истирается, кроме того, требуется повышенный расход энергии..

В настоящее время шнеки очень часто используют одновременно как для перемещения груза, так и для совершения технологических операции, например перемешивания, сушки, охлаждения. Поэтому проектирование шнеков, их расчёт и изучение очень важны, особенно применительно к пищевой инженерии.

9 стр., 4380 слов

Автоматизированный электропривод конвейеров

... конвейера целесообразно использование платформ тележек для монтажа на них сборочно-сварочной оснастки [3, 4]. Ленточные конвейеры применяют для перемещения сыпучих грузов ... Конструкция различных видов конвейеров Винтовой (шнековый) конвейер состоит из жё ... конвейера и управление, как отдельными конвейерами, так и всей линией. Под автоматизированной конвейерной линией понимается такая линия, конвейеры ...

1. Конструкция винтовых конвейеров

Винтовой конвейер представляет собой транспортирующее устройство непрерывного действия, рабочим органом которого служит винт, вращающийся в закрытом неподвижном кожухе (желобе) с полукруглым днищем. Винтовой конвейер состоит из винта, желоба с крышкой, загрузочного и разгрузочного патрубков и привода.

Транспортируемый материал, поступающий в машину через загрузочный патрубок, перемещается вращающимся винтом по дну желоба к выгрузочному патрубку.

Винты изготовляют одно- и двухходовыми с правым или левым направлением витков, имеющих, как правило, постоянный шаг. Различаются винты: сплошные — для сухих порошкообразных и зернистых материалов (цемента, мела, гипса, гранулированного шлака и т. д.); ленточные — для мелкокусковых материалов (гравия, щебня, не гранулированного шлака и т. д.); фасонные — для мокрых, слежавшихся и тестообразных материалов (мокрая глина, растворы и бетонные смеси); лопастные — для бетонных смесей.

Таким образом, для транспортирования хорошо сыпучих материалов, к которым относится зола, выбираем сплошной подающий винт.

Витки шнека, образующие винтовую поверхность, обычно изготовляют из отдельных разрезных железных шайб, которым штамповкой придаётся винтовая поверхность. Отдельные витки сваривают или склепывают между собой и затем прикрепляют к валу. В отдельных случаях для транспортирования абразивных материалов применяются шнеки, у которых витки отливаются из чугуна. Отдельные трубки, отлитые вместе с витками, надеваются на вал. Они соединяются между собой посредством выступов на трубках и соответствующих им впадин на соседних трубках. Однако на практике чаще применяют стальные шнеки, так как чугунные шнеки получаются значительно тяжелее и обходятся дороже стальных шнеков. Стандартные диаметры винтов 0,1—0,8 м. Витки (лопасти) винта закрепляются на стальном трубчатом валу, составленном из отдельных секций длиной 2—4 м, и соединены между собой через промежуточные подвесные подшипники, прикрепленные к крышке желоба. Концевыми опорами вала служат подшипники, расположенные за торцовыми стенками желоба.

Желоб конвейера, изготовленный из листовой стали, так же, как и винт, собирается на болтах из отдельных секций полукруглой или круглой формы. Между стенкой желоба и винтом должен быть зазор 6—10 мм. В местах загрузки в крышке и в местах разгрузки в дне делаются окна и патрубки. Разгрузочные патрубки снабжаются обыкновенными задвижками различных конструкций или задвижками с зубчатой рейкой.

Винт конвейера приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Привод размещают на разгрузочном конце конвейера.

1.1 Назначение и область применения

Винтовые конвейеры используют для транспортирования на небольшие расстояния (30-40 м) сыпучих и мелкокусковых (цемента, гравия, песка, шлака и т. п.), а также вязких и тестообразных (мокрой глины, бетона, теста, фарша и т.п.) материалов. Винтовыми конвейерами нецелесообразно транспортировать липкие и сильно уплотняющиеся, а также высокоабразивные грузы.

Винтовые конвейеры получили довольно широкое распространение благодаря тому, что имеют закрытый транспортный тракт и пригодны для перемещения пылящих, токсичных и горячих материалов. Шнеки применяют главным образом в пищевой промышленности, промышленности стройматериалов (для транспортирования цемента), в химической промышленности (для транспортирования пылящих и токсичных продуктов), на электростанциях (для транспортирования угольной пыли).

7 стр., 3288 слов

Технология монтажа ленточного конвейера

... конвейеры используют для транспортирования материала на десятки километров. Передвижные и переносные конвейеры. К числу распространенных ленточных конвейеров относится конвейер Т-54 (рис.2), перемещающийся с одного места работ ... конвейера. 1.2. Установка и монтаж ленточных конвейеров. Передвижные конвейеры перед транспортированием с одного объекта эксплуатации на другой частично демонтируют. Для ...

Винтовые конвейеры применяют на элеваторах и в зернохранилищах, на комбикормовых заводах, фермах как дозирующее устройство и во многих отраслях пищевой промышленности.

Наибольшее распространение получили винтовые конвейеры, транспортирующие материалы по горизонтали или под небольшим углом к горизонту. Иногда применяют специальные вертикальные винтовые конвейеры, осуществляющие вертикальное транспортирование материалов. Эти конвейеры имеют незначительное распространение и серийно не изготовляются.

Особым случаем использования вертикальных винтовых конвейеров (при весьма малом диаметре винта и малой производительности) является применение их в качестве установок для бурения вертикальных скважин и шпуров.

2. Расчет основных параметров винтового конвейера

Производительность винтового конвейера рассчитывается

по формуле: ,[1,стр.55]

(1)

где D — диаметр винта, м;

t — шаг винта, м;

п — частота вращения винта, об/мин;

с — плотность транспортируемого материала, т/м3 ;

С — поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера в,

при в = 0є принимаем С = 1 [1, стр. 57];

E — отношение шага винта S к диаметру винта D;

ш — коэффициент наполнения поперечного сечения винта, для

мелкокускового материала ш = 0,3 [1, стр. 57].

В нормальных условиях работы рекомендуется шаг винта t принимать равным диаметру винта D [1, стр. 55]. Плотность сахара выбираем из таблицы 24 [3, стр. 300] с = 800 кг/м3 . Рекомендуемое число оборотов винта выбираем по ГОСТ 2037-65 п = 60 об/мин.

Из формулы (1) получим формулу для расчета диаметра

винта:[1, стр.55]

(2)

мм

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного D = 800 мм.

Рис. 2. Эскиз сплошного винта

3. Определение мощности на валу винта

Мощность на валу винта определяют по формуле [1, стр. 59]:

, (3)

где L Г — горизонтальная проекция длины конвейера, м;

W — опытный коэффициент сопротивления при движении груза по желобу [1, стр. 59, табл. 7], W = 4;

k — коэффициент, учитывающий характер перемещения винта[1, стр. 59, табл. 6], k = 0,2;

q К — погонная масса вращающихся частей конвейера, кг/м; [1, стр. 58]

  • осевая скорость движения груза, м/с; [1, стр. 58]

В коэффициент сопротивления движению вращающихся частей конвейера, при подшипниках качения [1, стр. 60, табл. 9],В = 0,08.

, (4)

м/с

4 стр., 1667 слов

Коэффициент избытка воздуха

... является азотной формулой для определения коэффициента избытка воздуха. В. Углекислотная формула расчета . Для приближенных расчетов коэффициента избытка воздуха иногда применяют углекислотную формулу. Если считать ... занятий Номер и название раздела (темы) Наименования тем практических занятий Кол-во часов ... α. Б. Азотная формула расчета . В формуле (19) объем подошедшего на горение воздуха V в можно ...

, (5)

кг/м

кВт

4. Определение максимальной частоты вращения вала

Максимальную частоту вращения винта можно определить

по формуле; [3, стр.360]

, (6)

где К- расчетный коэффициент, для мелкокускового материала; [3, стр.364]

К = 60

об/мин

Номинальную частоту вращения винта при заданной производительности и выбранном диаметре винта определяем по формуле; [3, стр.360]

, (7)

об/мин

Должно соблюдаться условие; [3, стр.360]

n max >nном (8)

67,11>46,04 об/мин

5. Определение мощности и выбор электродвигателя

Мощность двигателя определяется с учетом КПД механизма; [3, стр.352]

, [3, стр.351] (9)

где — механический КПД привода, можно определить

по формуле; [3, стр.352]

, (10)

где м кпд муфт, [3, стр.352] , м. =0,98

ред — кпд двухступенчатого редуктора, [3, стр.352] , ред .= 0,96

кВт

Действительную частоту вращения вала двигателя, с учетом коэффициента скольжение 2,3 %, опеределяют по формуле; [3, стр.353]

n дв = n c nc ЧS % , (11)

n дв = 1000 — 1000 Ч 2,3 =977 об/мин.

Принимаем n дв =977 об/мин

По ГОСТ 19523-81 выбираем асинхронный электродвигатель типа: АИР 225М6 с номинальной мощностью 37 кВт и асинхронной частотой вращения nдв.ном. = 1000мин-1 .

Рис.3 Кинематическая схема привода винтового конвейера

6. Кинематический расчет привода

Определим общее передаточное число привода по формуле; [2, стр.153.]

, (12)

Принимаем U общ. = 24,9. По табл.7 [2, стр. 155] выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа ГОСТ 20373-94: РМ-750-25-12-Щ У2 и передаточным отношением U=24,9; Номинальный крутящий момент на тихоходном валу 11500 Нм; КПД — 0,97 .

Определим фактическую частоту вращения винта, привода

по формуле; [2, стр.153.]

, (13)

об/мин

Определим фактическую производительность винтового конвейера по формуле (1).

т/ч

7. Определение силовых параметров на валу винта

Момент на валу винта определяем по формуле; [3, стр. 296]

, (14)

где — механический КПД привода.

Нм

Определим наибольшую действующую продольную силу

по формуле; [3, стр. 297]

, (15)

где — угол трения материала о поверхность винта;

  • угол подъема винтовой линии по формуле;[3, стр. 299]

k — коэффициент, учитывающий радиус действия силы [3, стр. 298] (k=0,7…0,8).

Угол подъема винтовой линии определим по формуле;[3, стр. 299]

, (16)

є

22 стр., 10891 слов

Технологический процесс обработки вала шлицевого

... количество деталей в партии определим по формуле: n = (N . ... направления грузопотоков. Коэффициент закрепления операций ... Определение типа производства, его характеристика 2.1 Определение ... валы-шестерни. В общем случае они представляют собой сочетание гладких посадочных и непосадочных, шлицевых, шпоночных, резьбовых и переходных поверхностей. От качества их изготовления зависит долговечность работы ...

Угол трения материала о поверхность винта по формуле; [3, стр. 300]

, (17)

где f 1 — коэффициент трения частиц груза о поверхность винта, для сахара выбираем по таблице 24 [3, стр. 300] f 1 = 0,84.

°

Н

Определим массу груза, передвигающегося по конвейеру: [3, стр. 299]

, (18)

где — скорость груза, м/с по формуле; [3, стр. 299]

, (19)

м/с

кг/м

Определим силу, действующую на один виток по формуле; [3, стр. 302]

, (20)

где q’ — вес, передвигающийся по конвейеру, Н/м по формуле; [3, стр. 302]

, (21)

Н/м

Н

Поперечная нагрузка на участок винта между опорами

по формуле; [3, стр. 303]

, [3, стр. 303] (22)

где l — расстояние между опорами винт l = 3 м.

Н

Поперечная сила приложена к винту на расстоянии среднего радиуса винта; [3, стр. 303]

, (23)

м

8. Расчет вала винта на прочность

8.1 Предварительный расчет вала

Вал изготавливают полым. Его внешний диаметр равен; [4, стр. 251]

, (24)

м

Внутренний диаметр вала найдем из соотношения; [4, стр. 252]

, (25)

где с — коэффициент отношения внутреннего диаметра вала к внешнему

диаметру, [4, стр. 252] с = 0,75.

Преобразуя формулу (24) [4, стр. 251], получим: [4, стр. 252]

, (26)

мм

Определим число промежуточных опор; [4, стр. 253]

, (27)

где L — длина конвейера, L=18 м;

l — длина секций между опорами, принимаем конструктивно

опор

Рассмотрим одну секцию вала.

Вал винта рассчитывается на сложное сопротивление от эксцентрично приложенной на радиусе r осевой силы Р ос и Рпопер .

Рис.4. Расчетная схема вала винта.

Эпюры изгибающего и крутящего моментов

Определим реакции R A и RB : [4, стр. 254]

, (28)

Н

, (29)

Н

Построение эпюры изгибающих моментов; [4, стр. 255]

, (30)

, (31)

Н·м

Н·м

8.2 Проверочный расчет вала винта

Из эпюр изгибающего и крутящего моментов видно, что опасное сечение вала расположено посередине пролета между опорами (рис. 4).

Вал винта будет изготовлен из стали марки Ст 45 с пределом прочности в = 700 Н/мм2 .

Определим для опасного сечения запас прочности и сравним его с допускаемым [4] [S]=1,25…2,5.

8.3 Определение напряжения в опасном сечении вала

Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений а равна расчетным напряжениям изгиба и ; [4, стр. 255]

, (32)

где М изг — изгибающий момент в рассматриваемом сечении, Нм;

W нетто — осевой момент сопротивления сечения вала, мм3 .

5 стр., 2061 слов

Расчёт конструкции с передачей винт — гайка

... Определение размеров винта и гайки Расчет передачи винт гайка начинают с определения среднего диаметра резьбы (d 2 ) по критерию износоустойчивости. (1) где F - расчетное усилие, Н; Y H = Hг / d - коэффициент высоты гайки, ... Передачи винт-гайка бывают с трением скольжения, с трением качения и весьма разнообразны по конструктивным решениям. В домкратах и прессах гайка обычно неподвижна, а винт ...

Для круглого полого сечения вала: [4, стр. 255]

, (33)

мм 3

Н/мм 2

Касательные напряжения изменяются по нулевому циклу, при котором амплитуда цикла а равна половине расчетных напряжений кручения к ; [4, стр. 255]

, (34)

где М к р — крутящий момент, Нм;

W нетто — полярный момент инерции сопротивления сечения вала, мм3 .

Полярный момент инерции для круглого полого сечения вала определим по формуле; [4, стр. 256]

, (35)

винтовой конвейер вал электродвигатель

мм 3

Н/мм 2

8.4 Определение коэффициента концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала

Нормальные и касательные напряжения для расчетного

сечения вала; [4, стр. 256]

, (36)

, (37)

где К — эффективный коэффициент концентрации нормального напряжения, таблица 11.2 [4, стр. 257], для опасного сечения вала К=2,2;

  • К — эффективный коэффициент концентрации касательного напряжения, таблица 11.2 [4, стр. 257], для опасного сечения вала К=1,6;

К d — коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения, таблица 11.3 [4, стр. 258], Кd =0,81;

К F — коэффициент влияния шероховатости, таблица 11.4 [4, стр.258], КF = 1,0;

К у — коэффициент влияния поверхностного упрочнения, таблица 11.5 [4, стр. 258], Ку = 1,5.

, (38)

, (39)

8.5 Определение пределов выносливости в расчетном сечении вала

ределы выносливости в расчетном сечении вала; [4, стр. 260]

, (40)

, (41)

-1 — предел выносливости при симметричном цикле изгиба,

Н/мм 2 ; [4, стр. 262]

-1 — пределы выносливости при симметричном цикле кручения,

Н/мм 2 ; [4, стр. 262]

, (42)

Н/мм 2

, (43)

Н/мм 2

Н/мм 2

Н/мм 2

8.6 Определение коэффициента запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

Коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям; [4, стр. 264]

, (44)

, (45)

8.7 Определение общих коэффициентов запаса прочности

Общий коэффициент запаса прочности; [4, стр. 264]

, (46)

Условие (46) выполняется. Запас прочности вала винта обеспечен.

9. Подбор подшипников для опор вала винта

Вал винта поддерживается двумя концевыми подшипниками и промежуточными подвесными подшипниками.

Промежуточные подшипники установлены на оси, имеющей на одном конце фланец, на другом — квадратную форму, посредством которых малые секции вала соединены между собой.

В качестве опор вала применяются подшипники качения.

Каждая секция вала установлена в роликовые конические однорядные подшипники враспор.

Пригодность подшипников определяется сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности С , Н, с базовой Сr , или базовой долговечности L10h , ч, с требуемой Lh , ч, по условиям:

8 стр., 3945 слов

Подшипники качения

... нагрузками, скоростями вращения, температурами. При применении подшипников качения облегчается снабжение узлов машин смазкой, обслуживание и уход, обеспечивается сохранность посадочных поверхностей шеек валов и цилиндров, т.е. для абсолютного ...

Сrр ? Сr или L10h Lh

Расчет динамической грузоподъемности; [4, стр. 125]

(47)

Базовой долговечность; [4, стр. 125]

(48)

где R Е — эквивалентная динамическая нагрузка, Н

  • угловая скорость соответствующего вала,

m = 3,33 — для роликовых.

По диаметру вала из каталога выбираем роликовый упорный подшипник:

Условное обозначение: 2007 126А

d= 130 мм,

D= 200 мм,

Т= 45 мм,

b= 45 мм,

c= 34 мм,

r= 2,0 мм,

r 1 = 2,0 мм,

= 16

С r = 297000 кН

С 0r = 290000 кН

е = 0,29

Y = 2,09

Y о = 1,15.

9.1 Схема нагрузки подшипников

Определим нагрузки в подшипниках.

Для роликоподшипников характерны следующие соотношения: [4, стр. 126]

(49)

е — поправочный коэффициент, находим по таблице 9.3 [4, стр. 132] е=0,29

R r 1 = RА = 4501,61; Rr 2 = RВ = 174,61 Н; Fa = Рос =20938,3 Н

Н

Н

R a1 = RS1 Н

R a2 = RS1 + Fa Н

R a 1 =1083,53 Н

R a 2 =20938,3+1083,53=22021,53 Н

Рис.5. Схема нагружения подшипников вала

Определение эквивалентной динамической нагрузки подшипников

Эквивалентная динамическая нагрузка, Н; [4, стр. 127]

при , (50)

при , (51)

где К б — коэффициент безопасности, находим по таблице 9.4 [4, стр. 133] Кб =1,1;

К Т — температурный коэффициент, при рабочей температуре до 100 С находим по таблице 9.5 [4, стр. 135] КТ = 1,0;

  • Х — коэффициент радиальной нагрузки, находим по таблице 9.1 [4, стр.129], Х = 0,4.

Определим для каждого подшипника соотношение и сравним полученное значение с е; [4, стр. 140]

V — коэффициент вращения, для подшипников с вращающемся внутренним кольцом V = 1.

Найдем эквивалентную динамическую нагрузку; [4, стр. 127]

, Н

Определение расчетной динамической грузоподъемности;

кН

237297,06 ? 297000

Определение базовой долговечности;

часов

153755 43800

Определение пригодности подшипников; [4, стр. 125]

Условие С r р ? Сr и L10 h Lh выполняется, следовательно, выбранные подшипники пригодны для конструирования подшипниковых узлов.

10. Подбор муфт для привода конвейера

10.1 Подбор муфты для соединения вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора

Определим крутящий момент в этом соединении; [5, стр. 233]

, (52)

где К р — коэффициент режима нагрузки, таблице 10.26 [5, стр. 237] Кр = 1,5;

М кр — вращающий момент на соответствующем валу редуктора, Нм.

Нм

По ГОСТ 21424-93 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с внутренними диаметрами полумуфт 56 и 50 мм и максимальном крутящим моментом 710 Нм. Диаметр пальца d п = 20 мм, диаметр упругой втулки dв =35мм.

11 стр., 5309 слов

Разработка технологического процесса изготовления промежуточного ...

... работе: выполнение анализа сборочного узла и проектируемой детали; проектирование технологического процесса изготовления первичного вала раздаточной коробки автомобиля ГАЗ-66; ... вал раздаточной коробки представляет собой брус, состоящий из ряда цилиндрических участков различных диаметров. Соединение этого вала ... стойкости, коэффициенту линейного расширения. В данном случае к валу предъявляются ...

10.2 Подбор муфты для соединения выходного вала редуктора и вала винта

Типоразмер муфты выбираем по диаметру валов и по величине расчетного крутящего момента; [5, стр. 140]

, (53)

Нм

По ГОСТ 21424-75 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с внутренними диаметрами полумуфт 150 и 130 мм и максимальном крутящим моментом 16000 Нм. Диаметр пальца d п = 56 мм, диаметр упругой втулки dв =110 мм.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был спроектирован винтовой конвейер со следующими параметрами:

  • диаметр винта 800 мм;
  • мощность на валу винта 31,7кВт;
  • номинальная частота вращения винта 46,04 об/мин;
  • диаметр вала винта внешний 130 мм;
  • диаметр вала винта внутренний 100 мм;
  • число промежуточных опор вала 5;
  • привод конвейера:
  • Двигатель АИР225М6: Р = 37 кВт, n = 1000 об/мин;
  • Редуктор типоразмера РМ-750-25-12-Щ-У2: U =24,9;
  • n = 1000 об/мин;
  • Быстроходный вал — муфта 710-56-I.1-50-II.2-У3 ГОСТ 21424-93;

— Тихоходный вал — муфта 16000-140-I.1-125-II.2-У3 ГОСТ 21424-93.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/vintovoy-konveyer/

Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 2008.

Марон Ф.Л., Кузьмин А.В. Справочник по расчетам подъемно-транспортных машин. Минск: Высшая школа, 2007.

Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. М.: Машиностроение, 2013.

Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование по деталям машин. М.: Высшая школа, 2011.

ГОСТ 20373-94. Редукторы и мотор-редукторы зубчатые. Варианты сборки. — Введ. 01.07.2006. — М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2006.

ГОСТ 21424-93. Муфты упругие втулочно-пальцевые. Параметры и размеры. — Введ. 01.07.2006. — М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2006.