Порядок выполнения работы

1. Вычислить максимальное и минимальное усилия в стреловом полиспасте.

2. Вычислить максимальное и минимальное усилия в канате стрелового полиспаста.

3. Подобрать канат по максимальному усилию.

4. Определить основные размеры барабана механизма изменения вылета.

5. Определить потребную мощность и подобрать электродвигатель.

6. Выполнить кинематический расчет механизма и подобрать редуктор.

7. Подобрать соединительную муфту.

8. Проверить электродвигатель по времени пуска.

Контрольные вопросы

1. Как устроен механизма подъема стрелы и перечислите его основные технические характеристики?

2. Какой вид имеет расчетная схема механизма подъема стрелы и где на ней указываются действующие заданные и определяемые в ходе расчетов нагрузки?

3. Как определяются усилия в растяжках стрелового полиспаста и для каких положений стрелы?

4. Как рассчитывается грузовой момент?

5. Как рассчитывается горизонтальная и вертикальная проекции стрелы, углы наклона грузового каната и стрелового полиспаста, для каких положений стрелы производятся данные расчеты и с какой целью (как эти параметры взаимосвязаны друг с другом?

6. Как рассчитывается длина каната наматываемого на барабан стреловой лебедки?

7. Как рассчитывается мощность двигателя стреловой лебедки?

8. По какому усилию рассчитывается мощность двигателя стреловой лебедки и как оно определяется?

9. Как определяется передаточное число механизма стрелоподъемной лебедки и частота вращения барабана?

10. Как определить расчетный момент для выбора муфт?

11. Как рассчитать статический момент сопротивлений?

12. Как рассчитывается время пуска механизма?

14. Как рассчитывается момент инерции стрелы и груза, приведенный к валу двигателя?

15. Как рассчитывается средняя скорость перемещения груза при изменении вылета?

16. Как рассчитывается угловая скорость стрелы при подъеме?

17. Как рассчитываются скорости груза по горизонтали и вертикали?

Практическая работа № 6

Расчет Пластинчатых конвейеров

Цель работы: изучить последовательность и особенности расчета пластинчатых конвейеров

Схема конвейера представлена на рисунке 6.1, исходные данные для расчета в таблице 6.1.

1 – тяговая звездочка; 2 – тяговая цепь; 3 – пластины

Рисунок 6.1 – Схема пластинчатого конвейера

Основные теоретические сведения

Эти конвейеры широко распространены в пищевой промышленности и применяются для транспортирования как штучных, так и насыпных грузов, например, соли, известняка и других крупнокусковых грузов. Пластинчатые конвейеры часто являются элементами технологических линий розлива, расфасовки и упаковки пищевых продуктов.

Полотно этих конвейеров изгибается в вертикальной плоскости, а в ряде конструкций (при применении двухшарнирной или круглозвенной цепи) – в горизонтальной. Пластинчатый конвейер (рисунок 6.2) состоит из приводного устройства 1, натяжного 5 и пластинчатой катковой цепи 3 с пластинами 2, образующими настил, движущийся по направляющим 4, поддерживающим рабочую и холостую ветви конвейера.Разгрузка происходит с полотна конвейера при проходе лотков через приводные звездочки, а загрузка может производиться через загрузочную воронку в любом месте рабочей ветви конвейера. В передней части пластины 2 для транспортирования сыпучих грузов имеют закругленную форму, перекрывающую часть следующего лотка, что создает непрерывность полотна конвейера. Плоский безбортовой настил применяется главным образом для транспортирования штучных грузов. Пластины полотна крепятся к звеньям тяговой цепи сваркой, с помощью болтов или заклепок.

Таблица 6.1 – Варианты заданий и исходных данных

Параметры	Номер варианта (соответствует номеру студента в списке группы)
	1		2		3			4		5		6				7	8				9			10
Производительность Q, т/ч	50		60		50			100		40		90				140	80				80			120
Транспортируемый материал	ящи-ки		меш-ки		ящи-ки			ко-роб-ки		меш-ки		ящи-ки				меш-ки	ко-роб-ки				ящи-ки			ко-роб-ки
Размеры груза в плане b×l, м	0,5 × 0,8		0,46 × 0,9		0,63 × 1,2			0,45 × 0,5		0,35 × 0,7		0,55 × 0,8				0,35 × 0,7	0,4 × 0,6				0,63 × 1,2			0,4 × 0,6
Масса 1 ед. груза m, кг	36		70		60			25		50		40				50	30				80			35
Размеры участков трассы, м L1 L2	18 44		50 50		80 30			65 55		85 45		100 40				115 75	90 90				55 60			55 20
Угол наклона β, º	20		20		15			12		16		14				10	12				17			18
Режим работы	с		т		вт			л		с		вл				т	с				л			с
Параметры	Номер варианта (соответствует номеру студента в списке группы)
	11			12		13			14		15			16		17			18			19		20
Производи-тельность Q, т/ч	45			65		60			110		30			100		150			100			95		115
Транспортируемый материал	ящи-ки			меш-ки		ящи-ки			ко-роб-ки		меш-ки			ящи-ки		меш-ки			ко-роб-ки			ящи-ки		ко-роб-ки
Размеры груза в плане b×l, м	0,5 × 0,8			0,46 × 0,9		0,63 × 1,2			0,45 × 0,5		0,35× 0,7			0,55 × 0,8		0,35 × 0,7			0,4 × 0,6			0,63 × 1,2		0,4 × 0,6
Масса 1 ед. груза m, кг	36			70		60			25		50			40		50			30			80		35
Размеры участков трассы, м L1 L2	50 15			25 65		40 70			45 55		50 100			50 120		90 100			40 120			45 70		55 20
Угол наклона β, º	20			20		15			12		16			14		10			12			17		18
Режим работы	с			т		вт			л		с			вл		т			с			л		с
Параметры		Номер варианта (соответствует номеру студента в списке группы)
		21		22			23		24		25		26		27			28		29			30
Производительность Q, т/ч		45		65			60		110		30		100		150			100		95			115
Транспортируемый материал		ящи-ки		меш-ки			ко-роб-ки		ящи-ки		ко-роб-ки		ящи-ки		меш-ки			ящи-ки		ко-роб-ки			меш-ки
Размеры груза в плане b×l, м		0,55 × 0,8		0,35 × 0,7			0,4 × 0,6		0,63 × 1,2		0,4 × 0,6		0,5 × 0,8		0,46 × 0,9			0,63 × 1,2		0,45 × 0,5			0,35 × 0,7

Продолжение таблицы 6.1

Масса 1 ед. груза m, кг	40	50	30	80	35	36	70	60	25	50
Размеры участков трассы, м L1 L2	12 50	45 45	70 40	55 45	100 50	120 50	100 90	120 40	45 70	60 15
Угол наклона β, º	15	18	18	15	15	12	11	15	20	20
Режим работы	с	т	вт	л	с	вл	т	с	л	с

Рисунок 6.2 – Пластинчатый конвейер

1 – приводное устройство; 2 – пластины; 3 – катковая цепь; 4 – направляющие;

5 – натяжное устройство

Выбор типа настила. Тип настила выбирают в зависимости от вида груза, его свойств и заданного максимального угла наклона конвейера, его выполняют из стальных пластин, пластмассовых или деревянных планок, резинотканевых материалов.

Для штучных грузов используют главным образом плоский безбортовой настил. При больших углах наклона применяют плоский настил с поперечными ребрами жесткости, удерживающими груз от сползания. В целях предохранения от падения груза с безбортового настила вдоль него иногда устанавливают неподвижные борта, например из стальных полос. Пластины настила крепят на болтах, заклепках или приваривают к специальным уголкам, прикрепленным к пластинам тяговых цепей. Расстояние между пла­стинами (шаг) выбирают конструктивно, исходя из размеров штучного груза.

Волнистый и коробчатый профили обеспечивают возможность транспортирования грузов под углом наклона к горизонту до 30°, при применении гладкого настила угол подъема не может превышать 15...18°.

Выбор скорости полотна конвейера. Правильный выбор скорости позволяет значительно снизить нагрузку на цепь и мощность привода. Поэтому задача выбора рациональных значений скорости и ширины настила может быть решена путем анализа вариантов с учетом массы подвижных частей конвейера, приходящихся на 1 м его длины, максимальной силы натяжения цепи и мощности привода. Так, с повышением скорости увеличивается производительность, уменьшаются размеры полотна, масса и стоимость конвейера, но возрастают неравномерность движения, динамические нагрузки и износ тяговых цепей.

Скорость движения настила принимают обычно в пределах 0,05...0,6 м/с, для конвейеров с короткозвенными цепями и катками на подшипниках качения ее можно повысить до 1...1,25 м/с, для планочных и прутковых конвейерных устройств, работающих редко и кратковременно, – до 4...5 м/с.

Скорость конвейеров, встроенных в определенный транспортно-технологический поток, выбирают с учетом времени выполнения операции или ритма потока.

Скорость ходовой части желательно выбирать из рекомендованного ряда (м/с): 0,01; 0,016; 0,025; 0,04; 0,05; 0,063; 0,08; 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0.

Определение ширины настила. Ширину настила для единичных штучных грузов выбирают с учетом их габаритных размеров, способа укладывания и числа грузов, размещаемых по ширине (при этом учитывается с каждой стороны от груза зазор величиной 0,05 м между ним и краем настила). Затем по заданной производительности определяют расстояние между транспортируемыми единичными грузами.

Ширина настила для штучных грузов, располагаемых в один ряд на ленте, составит

^{, м.}

Сравнивая величины В_Н и (таблица 6.2), по большей из них выбирают стандартную ближайшую бóльшую ширину настила.

Таблица 6.2 – Ширина настила

Ширина настила , мм

400

500

650

800

1000

1200

1400

После окончательного выбора размеров корректируется скорость конвейера в соответствии с расчетной производительностью.

Определение распределенных нагрузок при работе конвейера. Масса груза, приходящаяся на 1 м длины конвейера, определяется исходя из производительности, кг/м:

,

где q – производительность конвейера, т/ч; ν – скорость цепи, м/с .

Для предварительных расчетов распределенную массу настила можно определить из выражения, кг/м:

^,

где К_Н = 130 кг/м² для легкого настила; К_Н = 160 кг/м² для среднего и К_Н = 210 кг/м² для тяжелого.

Для проектного расчета и предварительного выбора типоразмера цепи максимально возможную силу натяжения тягового органа состоящего из двух цепей можно рассчитать по приближенной формуле, Н:

^,

где L_Г – горизонтальная проекция длины конвейера, м; Н – высота подъема, м; F₀ – начальная сила натяжения цепи, принимаемая не менее 5 % допустимой силы натяжения цепи выбранного типа; предварительно можно принять F₀ =1000…2000 Н; – коэффициент сопротивления движению ходовой части на прямолинейных участках трассы конвейера; =0,08...0,11 для катков на втулках скольжения; = 0,025...0,04 для катков на подшипниках качения.

Расчетная сила в двухцепном конвейере, действующая на одну цепь, с учетом неравномерности распределения нагрузок (большинство пластинчатых конвейеров имеют две цепи)

F_расч1=(0,55…0,65)F'_max.

Выбор цепи. По величине разрушающей нагрузки F_разр ≥ F_расч1∙ k_З (коэффициента запаса k_З ≈ 8) из таблицы стандартных значений (в приложении А.1) выбирается тяговая цепь и ее тип, устанавливается число зубьев звездочек Z. При этом следует учесть, что для длиннозвенных цепей (шаг t = 200...400 мм) при малых скоростях движения (v = 0,3...0,4 м/с) число зубьев принимается Z = 6...7. С увеличением скорости (для конвейеров, работающих в пищевой промышленности и сельскохозяйственном производстве v = 1...1,5 м/с) возрастают динамические нагрузки в цепи, которые обратно пропорциональны Z, поэтому для быстроходных конвейеров желательно применять цепи с шагом t = 80...200 мм и звездочки с числом зубьев Z = 8...13.

В пищевом и сельскохозяйственном производстве применяют роликовые длиннозвенные цепи (ГОСТ 4267-78) для конвейеров и элеваторов (таблица А.1.3). Цепи состоят из специальных звеньев с лапками, предназначенных для крепления рабочих органов (планок, скребков и т. п.).

Тяговые пластинчатые цепи (ГОСТ 588-81, таблица А.1.1) применяют в более нагруженных конвейерах. По конструкции их делят на втулочные, роликовые, катковые с гладкими катками и с ребордами на катках. Для крепления рабочих органов цепи имеют специальные пластины как с полкой, так и без нее, с одним, двумя и тремя отверстиями.

Удельная масса q_ц выбранного типа цепи уточняется по таблице А. 1.2.

Тяговый расчет. На основании полученных данных (ширина , тип цепи) проектируется настил и уточняется масса несущего полотна с тяговым элементом (цепью) q₀, приходящаяся на один метр его длины.

Вычерчивается схема конвейера и на ней выделяются точки с характерным видом сопротивления (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Схема пластинчатого конвейера

Тяговый расчет конвейера проводят методом обхода его контура по характерным точкам, подобно рассмотренному выше. Следует отметить, что для расчета цепных конвейеров необходимо знать положение точки с минимальной силой натяжения F_min.

Для горизонтальных пластинчатых конвейеров F_min = F_c6 (в точке сбегания цепи с приводной звездочки). Если конвейер имеет наклонный участок, то наименьшее натяжение цепи возможно в точке 7 или 4. Для выяснения положения точки с наименьшим натяжением выполняется приближенный расчет:

F_min = F₁ при

F_min = F₄ при

Определив положение точки с наименьшей силой натяжения, для пластинчатых конвейеров принимают F_min = 2000...4000 Н одновременно на две цепи и методом обхода по контуру вычисляют последовательно силы сопротивления на всех участках трассы конвейера.

Если наименьшее натяжение F_min (Н) будет определено в точке 4, то сила натяжения в точке 5.

F₅ = F₄ + W_4-5 = F_min + F₄(k_зв – 1),

где k_зв – коэффициент сопротивления на звездочках; для звездочек на подшипниках качения k_зв = 1,03...1,04; на подшипниках скольжения k_зв = 1,05... 1,07 (большие значения берутся для тяжелых условий работы).

Сила натяжения в точке 6

F₆ = F₅ + W_5-6 = F₅ + (q_г + q₀)g(L₁ + H).

Коэффициент сопротивления движению настила для уточненного расчета

,

где с =1,1...1,2 – коэффициент, учитывающий трение реборд катков о направляющие (используется только для цепей с ребордными катками); d_вт – наружный диаметр втулки или валика, на котором вращается каток или ролик, мм; d_K – диаметр катка или ролика, мм; f – коэффициент трения в ступице катка (таблица 6.3); k – коэффициент трения качения для катковых цепей (таблица 1.3) или скольжения для втулочных (k = 0,15).

Таблица 6.3 – Значение коэффициентов f и k

Условия работы конвейера	f		k
	Катки
	на втулке (трение скольжения)	на подшипниках качения	кокильного литья (для втулочных цепей)	с обрезным ободом
Легкие Средние Тяжелые	0,15 0,20 0,25	0,025 0,040 0,06	0,07 0,09 0,12	0,05 0,06 0,08

Сила натяжения в точке 7 при огибании тяговой цепью криволинейной направляющей шины

F₇ = F₆ + W_6-7 = F₆ +F₆(e ^α–1),

где e ^α – коэффициент сопротивления на криволинейных шинах при угле перегиба α, рад (при нашей конфигурации трассы конвейера α = β).

Сопротивление для загруженной ветви на прямолинейном участке

W_7-8 = (q_г+q₀)gL₂ .

Сила натяжения набегающей на приводную звездочку ветви тягового элемента

F_нб = F₈ = F₇ + W_7-8.

Силу натяжения в точках 1 – 4 определяют в обратном порядке:

F₃ = F₄ + W_4-3 = F_min – gq₀L₁ + g q₀ H.

.

Сила натяжения сбегающей с приводной звездочки ветви тяговой цепи

F_сб = F₁ = F₂ – gq₀L₁ .

Если наименьшее натяжение F_min = F_сб будет определено в точке 1, то сила натяжения в точке 2.

F₂ = F₁ + W_1-2 = F_min + gq₀L₂ .

Сила натяжения в точке 3

F₃ = F₂ + W_2-3 = F₂ +F₂(e ^α – 1).

Сила натяжения в точке 4

F₄ = F₃+W_3-4=F₃+q₀g(L₁ –H).

Сила натяжения в точке 5

F₅ = F₄ + W_4-5 = F₄ + F₄(k_зв – 1).

Сила натяжения в точке 6

F₆ = F₅ + W_5-6 = F₅ + (q_г + q₀)g(L₁ + H).

Сила натяжения в точке 7

F₇ = F₆ + W_6-7 = F₆ + F₆(e ^α – 1).

Сила натяжения в точке 8

F ₈ = F₇ + (q_г + q₀)gL₂ = F_нб.

Рассчитав натяжения в характерных точках конвейера, строят (в масштабе) диаграмму натяжения цепей конвейера.

Определение окружной силы на приводных звездочках и мощности привода. Окружная сила на ведущих звездочках является основным параметром для определения мощности привода. В общем случае окружная сила на приводных звездочках, Н

W₀ = F_нб – F_сб + W_зв,

где W_зв – сопротивление на ведущих звездочках;

W_зв = (F_нб – F_сб)(k_зв – 1).

Мощность двигателя привода при коэффициенте запаса k₃, (ориентировочно k₃ = 1,15...1,2), кВт.

Р_дв = k_дв W₀ v/(1000η),

где η – КПД передачи от двигателя к приводному валу конвейера (η = 0,9…0,95).

По значению P_дв производят выбор электродвигателя. Модели электродвигателей представлены в приложении А.2.

Проверка выбранной цепи на прочность с учетом динамических нагрузок. В тяговых цепях вследствие неравномерного их движения, вызванного кинематикой зацепления цепи со звездочкой, возникают динамические нагрузки. Динамические нагрузки незначительно влияют на мощность привода пластинчатых конвейеров, но должны быть учтены при расчете цепи на прочность. С достаточной степенью точности динамическая сила, Н:

F_дин = 3j_max(q_г + q₀K_П)L,

где j_max – ускорение движущихся масс и груза, возникающее вследствие неравномерности движение цепи, м/с²:

;

К_п – коэффициент, учитывающий уменьшение приведенной ходовой части; К_п =1,5 при L<60 м; К_п=1,0 при L>60 м; Z – число зубьев звездочки, определенное при ориентировочном расчете; t_ц - шаг тяговой цепи, м.

При заданной схеме трассы конвейера по результатам тягового расчета выбирается наибольшая сила натяжения тягового элемента F_max (F_max = F₈) и определяется расчетное значение силы натяжения двух тяговых цепей

F'_расч = F_max + F_дин.

Расчетная сила одной цепи двухцепного конвейера F'_{расч 1} = (0,55…065) ∙ F'_расч.

По значению расчетной силы натяжения, полученной с учетом динамических нагрузок, проверяют принятые цепи по условию

F'_разр ≥ F'_{расч 1} ∙ k_з,

где F'_разр – разрушающая нагрузка одной цепи (таблица А.1.1); k_з – коэффициент запаса прочности цепи; для горизонтальных конвейеров k_з = 6...8; для наклонных k_з = 8…10.

Выбор тормоза. Для наклонных конвейеров установка тормоза предусматривается только при условии

g(q_г + q₀)H > W₀.

Статический тормозной момент при самопроизвольном обратном ходе ходовой части при выключенном электродвигателе, Н∙м

M_т.с. = 0,5 [q_гH – C_т(W₀ – q_гH )]D_зв η,

где С_т – коэффициент возможного уменьшения сопротивления движению, С_т = 0,6...0,75; D_зв – диаметр начальной окружности звездочки, м (D_зв = mZ); m – модуль зацепления (m= t/π); η – КПД привода.

Расчетный тормозной момент определяется по формуле

M_т.р. = К_т M_т.с.,

где К_т – коэффициент запаса торможения; К_т = 1,5... 1,75.

Исходя из расчетного тормозного момента по каталогам выбирается тормоз (приложение А.3).