диплом снеготаялка / 2015-10-22-11478_3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева Институт промышленной инженерии им. А. Буркитбаева

Кафедра «Подъемно-транспортные машины и гидравлика»

Н. Т. Сурашов, М. И. Гудович, Л. Д. Мукиева

РАСЧЕТ ВИНТОВЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Подъемно–транспортные машины» для студентов специальности 5В071300 «Транспорт, транспортная техника и технологии»

Алматы 2014

УДК 693.95(0,75.8)

СОСТАВИТЕЛИ: Н. Т. Сурашов, М. И. Гудович, Л. Д. Мукиева. Расчет винтовых крнвейеров. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Подъемно-транспортные машины» для специальности 5В071300 «Транспорт, транспортная техника и технологии». – Алматы: КазНТУ им. К. И.

Сатпаева, 2014. – С. 1–32.

Методические указания составлены в соответствии требованиями квалификационной характеристики специалиста, Государственных стандартов, с целью оказания помощи студентам в выполнении трудоемких расчетов по курсу. Они направляют студентов на самостоятельную активизацию учебного процесса и включают в себя общие теоретические сведения по темам, учебноцелевые вопросы, их взаимосвязь и соответствие при выполнении курсового проекта.

Методические указания предназначены для студентов транспортнотехнических специальностей, а также могут быть использованы студентами машиностроительных и других специальностей.

Список лит. – 12 назв.

Рецензент К. А. Акмолаев, д-р техн. наук, проф.

Печатается по типовой учебной программе, утвержденной Министерством образования и науки Республики Казахстан на 2014 год.

©КазНТУ имени К.И. Сатпаева, 2014 г.

2

ВВЕДЕНИЕ

Ведущее место среди подъемно-транспортных средств различного назначения занимают транспортирующие машины. Характерной особенностью этих машин является то, что их загрузка и разгрузка происходит без остановки при непрерывном движении рабочего органа.

Машины непрерывного транспорта являются основой комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и производственных процессов, повышающих производительность труда и эффективность производства.

В поточном и гибком автоматизированном производствах (ГАП) транспортирующие машины являются составной частью основного технологического оборудования, от которого во многом зависит работа всего предприятия. Они позволяют целесообразно организовать поточные механизированные и автоматизированные производственные процессы.

Среди транспортирующих машин большую группу составляют конвейеры, среди которых следует выделить винтовые конвейеры (шнеки), относящиеся к машинам непрерывного действия без гибкого тягового органа (без лент и цепей). Винтовые конвейеры характеризуются простотой, компактностью и надежностью конструкций. Ими транспортируются на сравнительно небольшие расстояния в основном пылевидные и зернистые насыпные грузы (цемент, известь, гипс, глина и т. п.), а также вязкие и тестообразные (бетон, мокрая глина и др.) с помощью винта, вращающегося в желобе. Загружаемый материал перемещается вдоль желоба аналогично гайке при вращении винта без осевого перемещения его в опорах.

К преимуществам винтовых конвейеров относят надежность в эксплуатации, простое обслуживание, компактность, удобство загрузки и разгрузки. Недостатками их являются повышенной расход энергии, крошение транспортируемых грузов, ограниченная длина (до 60 м), необходимость равномерного питания во избежание завала винта грузом.

При расчете и проектировании винтовых конвейеров важное место занимает методика определения оптимальных параметров привода, винта и других элементов данной транспортирующей машины с целью получения наиболее экономичной и производительной конструкции.

Данные методические указания предназначены для использования студентами бакалавриата специальности 5В071300 «Транспорт, транспортная техника и технологии» при курсовом и дипломном проектировании по подъемно-транспортным машинам и могут быть полезны магистрантам и инженерно-техническим работникам строительных и промышленных предприятий.

3

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВИНТОВЫХ КОНВЕЙЕРОВ

1.1 Общие положения

Винтовые конвейеры относятся к группе транспортирующих машин непрерывного действия без гибкого тягового органа. Перемещение материала осуществляется по неподвижному желобу при помощи вращающегося винта.

Конвейеры применяют для транспортирования сыпучих, пылевидных, зернистых и мелкокусковых грузов (цемента, извести, молотой глины, мела, гравия, песка, шлака, угольной пыли и т. д.), а также вязких и тестообразных (мокрой глины, бетонной и растворной смеси и др.), в горизонтальном, наклонном и (реже) вертикальном направлениях.

Горизонтальный винтовой конвейер (рисунок 1) состоит из неподвижного желоба 6 с полуцилиндрическим днищем, закрытым сверху съемной крышкой 7, приводного вала 8 с закрепленными на нем витками транспортирующего винта 9, концевых 5, 13 и промежуточных 10 опор, загрузочного 11 и выгрузных 14 отверстий (последние могут располагаться в различных точках по длине конвейера и снабжаются шиберными затворами 15), редукторного привода с электродвигателем 1, редуктором 3исоединительнымимуфтами 2и4.

Перемещение материала осуществляется основным рабочим органомвинтом. Под воздействием сил со стороны вращающегося винта материал частично смещается на величину Х относительно центра винта (рисунок 1, б) и продвигается вдоль винта по желобу, как гайка по винту, удерживаемая от совместного с ним вращения. Материал удерживается от совместного с ним вращения с винтом собственной силой тяжести G и трением о стенки и дно желоба. Для перемещения материала в винтовом транспортере необходимо, чтобы сила сцепления перемещаемого материала с поверхностью винта была меньше силы трения материала о стенки и дно желоба. В вертикальном винтовом конвейере (рисунок 2) винт располагается в вертикальном неподвижном цилиндрическом желобе 1 и вращается с большой скоростью, увлекая груз во вращательное движение вверх.

За счет центробежной силы частица груза отбрасывается от винта, прижимается к стенкам кожуха и располагается концентрическими слоями (рисунок 2, б). Силами трения о стенки кожуха груз притормаживается и отстает в своем движении от винтовой поверхности, т. е. вращается с меньшей угловой скоростью, чем угловая скорость винта. За счет разности угловых скоростей груза и винта груз получает осевое перемещение вдоль винта, т. е. начинает восходящее движение, продвигаясь скольжением вдоль вертикального желоба, как неподвижная гайка, но со значительно меньшей осевой скоростью.

Движение материала сопровождается активным перемешиванием его частиц. Для создания достаточной центробежной силы винт должен иметь частоту вращения в несколько раз превышающую частоту вращения горизонтального винта такого же диаметра.

4

перемалывание материала, вследствие чего шнеки не применимы для перемещения хрупких материалов или материалов, измельчение которых снижает их качество (например, кокса); ограниченная длина (как правило до 40 м); недопустимость перегрузки, особенно при наличии промежуточных подшипников, а также возможность образования заторов (закупорки) шнека.

Винтовые конвейеры применяют, в основном, для перемещения материалов на небольшие расстояния, при которых вредное влияние шнека на материал и расход энергии малозаметны и незначительны.

Горизонтальные конвейеры применяют для транспортирования грузов на расстояние чаще всего до 40–45 м, иногда до 60 м, однако, при большой длине транспортирования резко возрастает удельный расход энергии и общие эксплуатационные расходы. Производительность их составляет не более 50 т/ч [1, 2, 3].

Вертикальные конвейеры применяют для подъема груза на высоту до 30 м [2], но чаще всего на 5–10 м. По сравнению с ковшовыми элеваторами они имеют меньшие размеры и удобную разгрузку в любую сторону.

Наибольшее применение винтовые конвейеры имеют на бетонных заводах и механизированных складах цемента.

1.2 Конструктивные элементы конвейеров

Винты. Являются рабочими органами винтовых конвейеров. По конструкции винты подразделяют (рисунок 4) на сплошные, ленточные, фасонные и лопастные. При проектировании конвейеров выбор типа винта ведется в зависимости от вида транспортируемого материала и условий работы винтового конвейера [1, 3].

Сплошной винт используется в обычных условиях для транспортирования хорошо сыпучих неслипающихся материалов: цемент, гипс, мел, сухой песок, зола, гранулированный шлак, древесные опилки и др. Его нельзя применять для транспортирования очень липких грузов, которые налипают на винт и вращаются вместе с ним, не перемещаясь вдоль желоба [1, 2, 3].

Ленточный спиральный и лопастной винты используется при транспортировании кусковых и слегка слипающихся материалов: крупный гравий, песчаник, известняк, шлак негранулированный, влажный песок, и т. п. Эти винты активно перемешивает материал.

Лопастные и фасонные винты и используются при транспортирования тестообразных, слежавшихся и мокрых материалов: мокрая глина, бетонная смесь, цементный раствор и др. Эти винты наиболее интенсивно перемешивают транспортируемый материал и их применяют для совмещения транспортных и технологических операций (смешивания, дробления, смачивания и т. п.).

По направлению винтовой линии винты разделяют на левые и правые: а по количеству винтовых линий – на одно и трехзаходные. Направление винтовой линии обуславливается технологическими условиями и кинематической машины, т. е., в частности, требуемым направлением

6

перемещения материала и наиболее удобным направлением вращения винта в машине, а количество заходов – скоростью транспортирования и видом груза. Многозаходные винты обеспечивают высокую скорость перемещения материала, большую производительность конвейера и их применяют при транспортирования трудноперемещаемых материалов.

Рисунок 4. Типы лопастных винтов: а – сплошные; б – ленточные; в – фасонные; г – лопастные; д – степень заполнения желоба для различных грузов

Винт изготавливают отдельными секциями длиной 1,5–3 м и более, соединенных между собой коротким валом 1 сплошного сечения с квадратными концами, которые входят в квадратные отверстия втулок 2, вваренных в концы трубчатого вала (рисунок 5, а).

Применяют фланцевое соединение отдельных секций винта (рисунок 5, б). Этими участками вал опирается на промежуточные подшипники, если они по условиям работы необходимы и допустимы.

Диаметры винтов стандартизированы и следует ряду 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600 мм (ГОСТ 2037-82). При больших диаметрах винтов шнеки получаются громоздкими и тяжелыми.

7

Витки и спирали изготавливают из ленты или листовой стали марки Ст. 3 толщиной 3–6 мм. Для перемещения сильно истирающихся материалов (песок, цемент, руда, уголь и т. п.) применяют чугунные винты.

Спирали ленточных шнеков привариваются к стойкам прямоугольного сечения, которые закрепляются на валу. Лопасти лопастных винтов привариваются к валу, если они поворотные, то каждая лопасть должна иметь цилиндрический стержень с резьбой. Стрежни вставляются в отверстия вала и закрепляются на нем гайками.

Рисунок 6. Типы промежуточных и концевых опор: а – крепление на поперечной планке к верхней планке желоба; б – крепление к боковой планке желоба; в – концевая опора при выгрузке материала через торцевую стенку

желоба

8

Валы винтов чаще всего делаются трубчатыми из стали марки Ст.5. Диаметр вала винта предварительно может быть выбран из соотношения d3= (0,35–0,10) · D, где D – диаметр винта, мм.

Шаг винта S обычно принимается равным диаметру винта для горизонтальных конвейеров и 0,8 диаметра винта для наклонных конвейеров, работающих на подъем. Более подробно выбор шага винта будет рассмотрен в разделе «Расчет винтовых конвейеров».

При транспортировании грузов со значительными скоростями возникают большие начальные сопротивления в загрузочной части винта, в загрузочной части винта, чтобы избежать их в некоторых конструкциях транспортеров винт делают с переменным, постепенно нарастающим шагом. Этим достигается хороший разгон материала при меньших сопротивлениях.

Концевые опоры поддерживает вал шнека, и воспринимают действующую вдоль вала осевую нагрузку, получаемую шнеком от перемещаемого материала.

Концевые опоры. Выполняются в виде подшипников качения (иногда, скольжения). При конструировании винтовых конвейеров опору со стороны разгрузочного конца винта (реверсивных конвейерах обе концевые опоры) снабжают радиально – упорным подшипником, который воспринимает действующую вдоль вала осевую нагрузку. При этом вал винта работает на растяжение, что позволяет уменьшить его диаметр.

Концевые опары устанавливают на торцевых стенках жалоба. При выгрузке материала через торцевую стенку жалоба в нижней ее части выполняется отверстие, достаточное для свободного прохода материала, а концевая опора размещается на верхней (глухой) части выполняется отверстие, достаточное для свободного прохода материала, а концевая рпора размещается на верхней (глухой) части торцевой стенки (рисунок 6, в).

Расстояние между концевыми опорами в односекционных шнеках определяется допустимым прогибом вала и составляет 1,5–3 м и более, в зависимости от дайны секции винта.

Промежуточные опоры. Они поддерживают вал шнека и предохраняют его прогиба. Промежуточные опоры применяют при больших длинах винта и ставят через каждые 2–3 м (в зависимости от длины секции винта) в местах стыковых соединений секций винта. Они выполняются в виде подшипников качения или скольжения.

Промежуточные опоры оказывают существенное влияние на работу винтового конвейера, поэтому к их конструкции и способу крепления предъявляются особые требования. В частности, промежуточные опоры могут оказывать дополнительное сопротивление движению материала, особенно, если материал при своем движении задевает корпус опоры.

В местах установки промежуточных опор приходится прерывать спираль винта на длину опоры, что создает дополнительные сопротивления движению, приводит к местному уплотнению материала и даже закупорка транспортера.

Чтобы снизить эти вредные влияния промежуточные опоры устанавливают так, чтобы под ними оставалось как можно больше пространства для

9

прохода материала, диаметр и длину подшипников делают как можно меньше [1, 2].

Все промежуточные опоры делают подвесными и крепят к верхней кромке желоба (на поперечной планке) (рисунок 6, а) или к боковой стенке желоба (рисунок 6, а, б). Тип (а) обеспечивает больше свободного пространства по обе стороны подшипника, тип (б) позволяет грузить материал в любой точке транспортера.

Выбор типа подшипников для промежуточных опор

Впромежуточных опорах применяют подшипники качения или скольжения. Подшипники промежуточных опор могут работать в условиях непосредственного контакта с транспортируемым материалом, поэтому во избежание загрязнения частицами груза, подшипниковый узел должен иметь надежное уплотнение (особенно, для подшипников качения) либо обладать нечувствительностью к загрязнению (этому требованию лучше всего отвечают подшипники скольжения).

Выбор типа подшипников промежуточных опор шнека зависит от условий работы.

Втихоходных шнеках и при транспортировании сильно пылящих, вязких

итестообразных материалов, а также к шнекам небольшого диаметра чаще всего применяют подшипники скольжения. Подшипниковый узел при этом получается более компактным.

Подшипники качения применяют в быстроходных шнеках и при более благоприятных условиях работы. Конструкция подшипникового узла получается более сложной и должна иметь надежную герметизацию.

Смазка подшипников осуществляется по трубкам (или каналам), расположенным на корпусах опор, снабженных колпачковыми масленками.

Желоб винтового конвейера обычно изготавливают из листовой стали марки Ст. З толщиной 2–8 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до +200 °С) грузов применяют желоба из чугуна, для легких неабразивных грузов – из дерева с внутренней обшивкой листовой сталью.

Вгоризонтальных и пологонаклонных транспортерах желоб выполняют открытым или закрывают сверху съемными крышками, позволяющими в случае закупорки открыть шнек и протолкнуть скопившийся материал. Нижняя часть желоба имеет полуцилиндрическое днище с вертикальными боковыми стенками.

Размеры желоба выбирают такими, чтобы зазор между, жёлобом и винтом (рисунок 1, б) получился как можно меньше или этот зазор делают намного больше наибольших кусков перемещаемого материала, чтобы избежать заклинивания их между винтом и желобом. При конструировании следует иметь в виде, что спиральные шнеки менее склонны к заклиниванию.

Основанные геометрические размеры желоба могут быть определены из выражений:

высота боковых стенок:

h D 20мм, 2

10