Расчет и проектирование привода ленточного конвейера Определение мощности

Федеральное агентство образования РФ

Санкт-Петербургская Государственная

Лесотехническая академия

Кафедра теории механизмов, деталей машин

и подъемно-транспортных устройств.

Дисциплина:

“Детали машин и основы конструирования”

курсовой проект

На тему:

расчет и проектирование

привода ленточного конвейера

расчетно-пояснительная записка

Факультет МТД

Курс III группа 3

Студент Афанасьев А.В.

Санкт-Петербург

Содержание

Введение

1. Расчетная схема привода. Исходные данные

2. Определение требуемой мощности электродвигателя приводной станции конвейера

3. Определение кинематических, силовых и энергетических параметров механизмов привода

4. Расчет клиноременной передачи

5. Выбор Редуктора

6. Выбор зубчатой муфты

Список используемой литературы

Приложение А

Введение

Курсовой проект выполняется по дисциплине “Детали машин и основы конструирования” и включает кинематический расчет, проектирование и выбор основных узлов привода ленточного конвейера.

В пояснительной записке приводится последовательность кинематического расчета привода с выбором типоразмеров стандартных узлов: электродвигателя, редуктора, а также расчет дополнительной клиноременной передачи с клиновым ремнем нормального сечения.

Выходной вал редуктора соединяется с валом приводного барабана при помощи компенсирующей зубчатой муфты. Выбор зубчатой муфты осуществляется по каталогу.

Регулирование скорости конвейера в процессе работы не предусмотрено.

Курсовой проект состоит:

1. пояснительная записка

2. чертеж привода конвейера в двух проекциях.

1. Расчетная схема привода. Исходные данные

Схема привода ленточного конвейера представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема привода ленточного конвейера.

1. Асинхронный электродвигатель серии АИР 132 М4

2. Клиноременная передача

3. Одноступенчатый редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами типа ЦУ

4. Зубчатая муфта типа МЗ

5. Вал приводного барабанного конвейера

Данные по заданию на курсовой проект:

2. Определение требуемой мощности электродвигателя приводной станции конвейера

Выбор электродвигателя.

Мощность на валу приводного барабана определяется по формуле (1).

Р_Б = F_t ∙ V (1)

где:

Подставляя значения в формулу (1) имеем:

Р_Б = 3,8 ∙ 2,1 = 7,98 кВт

Значение общего КПД приводной станции конвейера определяется по формуле (2).

h_общ = h_кл.рем. ∙ h_ред. ∙ h_муф. ∙ h_Б (2)

где:

Подставляя значения в формулу (2) имеем:

h_общ = 0,95 ∙ 0,98 ∙ 0,99 ∙ 0,98 = 0,90

Требуемая мощность электродвигателя (кВт) определяется по формуле (3).

Р_{треб.эл.} = Р_Б / h_общ (3)

Подставляя значения в формулу (3) имеем:

Р_{треб.эл.} = 7,98 / 0,90 = 8,87 кВт

Синхронная частота вращения вала электродвигателя (мин ^-1) определяется по формуле (4).

n_c = (60 ∙ f) / р (4)

где:

Подставляя значения в формулу (2) имеем:

n_c = (60 ∙ 50) / 2 = 1500 мин ^-1

Исходя из вышеприведенных расчетов принимаем типоразмер двигателя – АИР 132 М4 (n = 1500 мин ^-1 ; Р_дв = 11 кВт). При выборе электродвигателя учитывалось, что асинхронные двигатели самые распространенные в промышленности и могут допускать длительную перегрузку не более 5 –10 %. А также номинальная мощность электродвигателя должна быть – Р_дв ³ Р_{треб.эл.}

С учетом коэффициента скольжения двигателя S (%), определяем частоту вращения вала электродвигателя по формуле (5).

n_эл = n_c – (n_c ∙ S) / 100 (5)

Подставляя значения в формулу (5) имеем:

n_эл = 1500 – (1500 ∙ 3,5) / 100 = 1447,5 мин ^-1

3. Определение кинематических, силовых и энергетических параметров механизмов привода

Частота вращения вала приводного барабана (мин ^-1) определяется по формуле (6).

n_Б = (60 ∙ V) / (p ∙ Д_Б) (6)

где:

Подставляя значения в формулу (6) имеем:

n_Б = (60 ∙ 2,1) / (3,14 ∙ 0,3) = 134 мин ^-1

Общее передаточное отношение привода определяется по формуле (7).

Uпр = nэл / n_Б (7)

Подставляя значения в формулу (7) имеем:

U_пр = 1447,5 / 134 = 10,8

Предварительно примирим передаточное отношение клиноременной передачи равным 2, тогда используя формулу (8) найдем передаточное отношение редуктора.

U_пр = U_кл.рем. ∙ U_ред. (8)

Имеем:

U_ред. = U_пр / U_кл.рем. = 10,8 / 2 = 5,4

Стандартное значение передаточного отношения зубчатого редуктора U_ред.ст = 5,6. Уточним полученное значение передаточного отношения клиноременной передачи:

U_{кл.рем.ст.} = U_пр / U_ред.ст. = 10,8 / 5,6 = 1,93

Определим значения мощности на каждом из валов привода конвейера.

Мощность на выходном валу электродвигателя (кВт) определяется по формуле (9).

Р_{треб.эл.} = Р_рем1 = 8,87 кВт (9)

Мощность на входном валу редуктора (кВт) определяется по формуле (10).

Р_1ред. = Р_2рем. = Р_треб. ∙ h_кл.рем. (10)

Подставляя значения в формулу (10) имеем:

Р_1ред. = Р_2рем. = 8,87 ∙ 0,95 = 8,43 кВт

Мощность на выходном валу редуктора (кВт) определяется по формуле (11).

Р_2ред. = Р_1ред. ∙ h_ред. (11)

Подставляя значения в формулу (11) имеем:

Р_2ред. = 8,43 ∙ 0,98 = 8,26 кВт

Мощность на валу барабана определена ранее по формуле (1) и равна:

Р_Б = 7,98 кВт

Определяем частоту вращения на каждом из валов редуктора.

n_эл = n_1рем. = 1447,5 мин ^-1

Частота вращения на входном валу редуктора (мин ^-1) определяется по формуле (12).

n_1ред = n_2рем. = n_эл. / U_{кл.рем.ст}. (12)

Подставляя значения в формулу (12) имеем:

n_1ред = 1447,5 / 1,93 = 750 мин ^-1

Частота вращения на выходном валу редуктора (мин ^-1) определяется по формуле (13).

n_2ред. = n_1ред. / U_ред.ст. (13)

Подставляя значения в формулу (13) имеем:

n_2ред. = 750 / 5,6 = 134мин ^-1

Частота вращения вала барабана равна:

n_Б = n_2рем. = 134мин ^-1

Определяем крутящие моменты на каждом из валов редуктора.

Крутящий момент (Нм) электродвигателя находится по формуле (13).

Т_эл. = Т_1рем = 9550 ∙ (Р_{треб.эл} / n_эл.) (13)

Подставляя значения в формулу (13) имеем:

Т_эл. = Т_1рем. = 9550 ∙ (8,87 / 1447,5) = 58,52 Нм

Крутящий момент (Нм) на входном валу редуктора определяется по формуле (14).

Т_1ред. = Т_2рем. = Т_эл. ∙ U_{кл.рем.ст.} ∙ h_кл.рем. (14)

Подставляя значения в формулу (14) имеем:

Т_1ред. = 58,52∙ 1,93 ∙ 0,95 = 107,3 Нм

Крутящий момент (Нм) на входном валу редуктора определяется по формуле (15).

Т_2ред. = Т_1ред. ∙ U_ред.ст. ∙ h_ред (15)

Подставляя значения в формулу (15) имеем:

Т_2ред. = 107,3∙ 5,6 ∙ 0,98 = 588,86Нм

Крутящий момент (Нм) на приводном барабане определяется по формуле (16).

Т_Б. = Т_2ред. ∙ h_муф. ∙ h_Б (16)

Подставляя значения в формулу (16) имеем:

Т_Б. = 588,82 ∙ 0,99 ∙ 0,98 = 571,31 Нм

4. Расчет клиноременной передачи.

Расчетная схема клиноременной передачи представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Расчетная схема клиноременной передачи.

Исходные данные для расчета:

Расчет проводим для клиноременной передачи нормального сечения.

Осуществим выбор сечения ремня по величине крутящего момента. Так как (50 <Т_рем.1 = 58,52 <150) Нм, то выбираем тип сечения ремня “В”.

Диаметр d₁ (мм) меньшего (ведущего) шкива определяем по формуле (17).

d₁ = kd³√ Т_рем.1 = (30…40) ³√ Т_рем.1 (17)

Подставляя значения в формулу (17) имеем:

d₁ = 40 ∙ 3,89 = 155,6 мм

Принимаем стандартный диаметр шкива по ГОСТ 17383-73

d_1ст. = 160 мм.

Скорость ремня (м/с) определяется по формуле (18).

U₁ = p ∙ d_1ст. ∙ (n_1рем. / 60) (18)

Подставляя значения в формулу (18) имеем:

U₁ = 3,14 ∙ 0,16 ∙ (1447,5 / 60) = 12,12 м/с

Диаметр d₂ (мм) большего (ведомого) шкива ременной передачи определяется по формуле (19).

d₂ = d₁ ∙ U_кл.рем ∙ (1 – ε) (19)

где:

ε – коэффициент упругого проскальзывания, ε = 0,01…0,02. Для расчетов принимаем значение ε равное 0,015

Подставляя значения в формулу (19) имеем:

d₂ = 160 ∙ 1,93 ∙ (1 – 0,015) = 304,17 мм.

Принимаем стандартный диаметр шкива по ГОСТ 17383-73 d_2ст. = 315 мм.

Уточенное значение передаточного отношения клиноременной передачи определяется по формуле (20).

U_{кл.рем.ут.} = d_2ст. / [d_1ст. х (1 – ε)] (20)

Подставляя значения в формулу (20) имеем:

U_{кл.рем.ут.} = 315 / [160 х (1 – 0.015)] = 2,0

Уточненное значение частоты вращения (мин ^-1) на входном

валу редуктора рассчитываем по формуле (21).

n_{2рем.ут.} = n_1рем. / U_{кл.рем.ут.} (21)

Подставляя значения в формулу (21) имеем:

n_{2рем.ут.} = 1447,5 / 2,0 = 723,75 (мин ^-1)

Рекомендации по выбору межосевого расстояния ременной передачи имеют вид отображенный в формуле (22).

0,6 х (d_1ст. + d_2ст.) £ а¢_рем. £ 1.5 х (d_1ст. + d_2ст.) (22)

Предварительно принимаем а¢_рем. = 0,8 х (d_1ст. + d_2ст.).

а¢_рем. = 0,8 х (160 + 315) = 380 мм.

Длина клинового ремня (мм) определяется по формуле (23).

L¢_рем. = 2а¢_рем + [p(d_1ст. + d_2ст.)]/ 2 + [(d_2ст. – d_1ст.) ²] / 4а¢_рем (23)

Подставляя значения в формулу (23) имеем:

L¢_рем. = 2 х 380 + 745,75 + 15,80 = 1541,55 мм

Полученное значение согласовываем со стандартным.

L_рем.ст. = 1600 мм

Находим уточненное значение межосевого расстояния по формуле (24).

а_рем. =0,25 ∙ [(L_рем.ст. – w) + √( L_рем.ст. – w)² –8 y] (24)

Где:

w,y – вспомогательные параметры и находятся по формулам (25) и (26) соответственно.

w = 0,5p ∙ (d_1ст. + d_2ст.) (25)

y = 0,25 ∙ ((d_2ст. – d_1ст.) ²) (26)

Подставляя соответствующие значения в формулы (25) и (26) имеем:

w = 0,5 ∙ 3,14 ∙ (160 + 315) = 745,75

y = 0,25 ∙ ((315 – 160)²) = 6006,25

Сводим получившиеся значения в формулу (24).

а _рем. = 0,25∙(854,25 + 825,65) = 420 мм

Число пробегов ремня в секунду определяется по формуле (27).

n = U₁ / L_р.ст. (27)

Подставляя значения в формулу (27) имеем:

n = 12,12/ 1,60 = 7,58

Угол охвата ремнем меньшего шкива (град) определяется по формуле (28).

a₁ = 180° - 57° ∙ [(d_2ст. – d_1ст.) / а_рем] (28)

Подставляя значения в формулу (28) имеем:

a₁ = 180° - 57° ∙ [(315 – 140) / 510] = 159°

Значение расчетной мощности, передаваемой одним ремнем сечением “В” с учетом действительных условий эксплуатации передачи (кВт) определяется по формуле (29).

Р_расч. = Р₀ ∙ C_a ∙ C_L ∙ C_p (29)

где:

Р₀ – номинальная мощность (кВт) передаваемая одним ремнем. Находится по таблице П19 приложения и равна 2,89 кВт.

C_p – коэффициент учитывающий режим работы ременной передачи в приводе конвейера. В соответствии с условием задания режим работы легкий, число смен принимаем равной двум, тогда C_p = 1,1.

C_a - коэффициент, учитывающий действительный угол охвата ремнем меньшего шкива. C_a = 0,95.

C_L – коэффициент длины ремня. Зависит от отношения L_рем.ст. / L_0. Где L₀ – базовая длина ремня в зависимости от типа ремня. Для типа ремня “В” L₀ = 2,24. L_рем.ст. / L₀ = 1,60 / 2,24 = 0,71 Тогда C_L = 0,84

Подставляя значения в формулу (29) имеем:

Р_расч. = 2,89 ∙ 1,1 ∙ 0,95 ∙ 0,84 = 2,54 кВт

Предварительное количество ремней в комплекте определяется по формуле (30).

Z¢_рем. = Р_1рем. / Р_расч. (30)

Подставляя значения в формулу (29) имеем:

Z¢_рем. = 8,87 / 2,54 = 3,49

В зависимости от полученного значения Z¢_рем. принимаем значение коэффициента C_z, учитывающего неравномерность распределения нагрузки по ремням. C_z = 0,90.

Расчетное число ремней с учетом неравномерности распределения нагрузки между ремнями определяется по формуле (31).

Z_рем. = Р_1рем. / (Р_расч. ∙ C_z) (31)

Подставляя значения в формулу (31) имеем:

Z_рем. = 8,87 / (2,54 ∙ 0,95) = 3,88

Принимаем число ремней равной 4.

Сила предварительного натяжения одного ремня (Н) сечением “В” определяется по формуле (32).

F₀₁ = [(850 ∙ Р_1рем.∙ C_L) / (U₁ ∙ C_a ∙ C_p ∙ Z_рем.)] + q ∙ U₁² (32)

где:

q – масса одного метра длины клинового ремня, q = 0,3 кг / м

Подставляя значения в формулу (32) имеем:

F₀₁ = [(850 ∙ 8,87 ∙ 0,86) / (12,12 ∙ 0,95 ∙ 1,1 ∙ 4)] + 0,3 ∙ 12,12 ²

F₀₁ = (6333,18 / 50,66) + 44,07 = 169,0 Н

Сила, действующая на валы со стороны ременной передачи (Н) определяется по формуле (33).

F_в = 2 F₀₁ ∙ Z_рем. ∙ sin (a₁ / 2) (33)

Подставляя значения в формулу (32) имеем:

F_в = 2 х 169 ∙ 4 ∙ sin 79,5° = 1326,96 Н

Ширина шкива (мм) определяется по формуле (34).

М = (Z_рем. – 1)∙e + 2f (34)

где:

e и f – параметры ремня по справочным таблицам e = 19, f = 12,5

Подставляя значения в формулу (34) имеем:

М = (4 – 1) ∙ 19 + 2 ∙ 12,5 = 82 мм.

Так как М=82 мм >l₁ = 80 мм, то выбираем для шкивов тип 2.

Осевая фиксация шкивов осуществляется:

· малого шкива с помощью концевой гайки;

· большого шкива с помощью гайки и стопорной шайбы с лапкой и носиком

5. Выбор редуктора

Выбор стандартного редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами осуществляется на основании передаточного отношения U_ред. и при выполнении условия:

Т_2ред. £ Т_{ред.ном.}

где Т_{ред.ном.} =1000Н∙м - значение номинального вращающего момента на выходном валу для редукторов ЦУ–160.

Т_2ред.= 588,86 Н∙м < Т_{ред.ном.}= 1000Н∙м

Вращающий фактический момент на выходном валу редуктора не превышает значение номинального (допустимого) вращающего момента на выходном валу для редуктора, следовательно, возможен выбор одноступенчатого редуктора ЦУ–160-5.6.

6. Выбор зубчатой муфты

Жесткая компенсирующая муфта (зубчатая муфта типа М3) позволяет компенсировать несоостность и угловые перемещения вала барабана по отношению к валу редуктора.

Диаметр расточки втулки муфты предварительно примем равным диаметру выходного вала редуктора d_вых. = 55 мм.

Из справочной таблицы по выбору зубчатой муфты выпишем значение вращающего момента передаваемого этой муфтой:

М_к = 1,6 кНм

Расчетный момент на выходном валу редуктора (Нм) определяется по формуле (36):

Т_расч. = Т_2ред. ∙ К_р (36)

Где К_р – коэффициент, учитывающий режим работы привода конвейера К_р = 1,1.

Подставляя значения в формулу (36) имеем:

Т_расч. = 588,86 ∙ 1.1 = 647,75 Нм

Условие М_к ³ Т_расч. выполняется.

Справочное значение, передаваемое муфтой МЗ55Ц–1600 момента значительно больше расчетного момента, следовательно, данная муфта может быть принята к установке в приводе.

Число зубьев зубчатой муфты Z =40

Модуль зацепления m=3

Диаметр делительной окружности зубчатой муфты (мм) определяется по формуле (37):

d_w = m ∙ z (37)

Подставляя значения в формулу (37) имеем:

d_w = 3 ∙ 40 = 120 мм

Окружное усилие на делительной окружности муфты (Н) определяется по формуле (38):

F_t = 2 ∙ Т_2ред. / d_w (38)

Подставляя значения в формулу (38) имеем:

F_t = 2 ∙ 588,86/ 0,12 = 9814,3 Н

Список используемой литературы

1. В.Е. Воскресенский. “Расчет приводов конвейеров. Детали машин и основы конструирования.”

2. П.Г. Гузенков “Курсовое проектирование по деталям машин и подъемно – транспортным машинам”. Москва Высшая Школа 1990

3. Н.А. Грубе, Г.И. Яковлев, Т.Г. Бочарова. “Проектирование и расчет приводов технологического и транспортного оборудования. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию.”