3.2. Совершенствование конструкции и расчет шнекового конвейера

Перейдем от системы управления шнековым транспортером к его проектированию.

Для реализации задачи разработки и усовершенствования конструкции представляем шнековый конвейер с частотно-токовым регулированием скорости привода (рис.19).

Рис. 19. Шнековый транспортер.

Как и в приводе постоянного тока, в асинхронном регулируемом электроприводе образована двухконтурная система управления с внутренним контуром тока и внешним контуром скорости. Каждый контур имеет свой регулятор. Сигнал задания в контуре скорости U_ЗС сравнивается с сигналом обратной связи по скорости U_, пропорциональным реальной скорости  асинхронного электродвигателя. На основании разницы U_ЗС - U_ регулятор скорости 12 формирует сигнал U_f управления автономным инвертором тока 8, задающий частоту тока статора f1 и, следовательно, скорость магнитного поля ₀. Таким образом, происходит регулирование по первому каналу электропривода – частотному.

В контуре тока выходной сигнал регулятора скорости 12 U_f, пропорциональной частоте тока статора складывается с сигналом отрицательной обратной связи по скорости U_, формируя сигналы пропорциональный абсолютному скольжению s электродвигателя:

,

где - коэффициенты преобразования.

Функциональный преобразователь 11 на основе сигнала о скольжении электродвигателя формирует сигнал задания тока статора U_ЗТ, который поступает на регулятор тока 10 и сравнивается с сигналом обратной связи по току U_ОТ, пропорциональным реальному току статора. Выходной сигнал 10 поступает на управляемый выпрямитель 9 и формирует закон изменения тока статора. Таким образом, происходит регулирование по второму каналу электропривода – токовому.

Далее проведем расчет уже спроектированного шнекового конвейера, для определения основных производственных характеристик.

Выберем исходные параметры:

• диаметр винта: D=0,2м;

• длина конвейера: L=3,7м;

Рассчитаем минимальный и максимальный объем металлической стружки по формуле:

;

где s – подача при точении;

t – глубина резания;

v – скорость резания.

Параметры s, t, v приняли из главы 2.

• Расчет основных параметров винтового конвейера.

Определим максимальную и минимальную производительность винтового конвейера, которая рассчитывается по формуле:

(1)

где D – диаметр винта, м;

t – шаг винта, м; п – частота вращения винта, об/мин; ρ – плотность транспортируемого материала, т/м³; С – поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера β, при β= 0º принимаем С = 1 [1, стр. 354] ψ – коэффициент наполнения поперечного сечения винта, для абразивных материалов ψ = 0,125 [1, стр. 354].

В нормальных условиях работы рекомендуется шаг винта t принимать равным диаметру винта D [1, стр. 354]. Плотность стружки выбираем таблицы 5 [3, стр. 21] ρ = 1,5 т/м³. Рекомендуемое число оборотов винта выбираем по ГОСТ 2037-65 п = 25 об/мин.

Определим максимальную и минимальную мощность на валу винта.

Мощность на валу винта определяют по формуле [1, стр. 355]:

(2)

где L – горизонтальная проекция длины конвейера, м; W – опытный коэффициент сопротивления при движении груза по желобу [1, стр. 354, табл. 12.1], W = 4; k – коэффициент, учитывающий характер перемещения винта, k = 0,2; q_К – погонная масса вращающихся частей конвейера, кг/м; v – осевая скорость движения груза, м/с; _В – коэффициент сопротивления движению вращающихся частей конвейера, при подшипниках качения _В = 0,08.

Максимальную частоту вращения винта можно определить по формуле: 

(3)

где А– расчетный коэффициент, для абразивного материала, А = 30 [1,стр.354]

Далее определим осевую скорость движения груза:

(4)

Затем найдем погонную массу вращающихся частей конвейера:

(5)

Зная все необходимые значения, находим мощность на валу винта:

 

Определение мощности и выбор электродвигателя.

Минимальную и максимальную мощность двигателя определяется с учетом КПД механизма:

(6)

- механический КПД привода, [4, стр. 19];

где (7)

где – кпд муфт, =0,98;

– кпд двухступенчатого редуктора, = 0,96. 

Теперь найдем мощности электродвигателя:

 

По ГОСТ 19523-81 выбираем асинхронный электродвигатель типа: 4А160М8У3 с номинальной мощностью 11 кВт и асинхронной частотой вращения n_дв.ном.= 750 мин^-1.

Рис.20. Кинематическая схема привода винтового конвейера.

• Кинематический расчет привода. Определим общее передаточное число привода по формуле:

 (8)

Принимаем U_общ. =30. По ГОСТ 20373-94 выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа Ц2-250 и с передаточным отношением U=30; Номинальный крутящий момент на тихоходном валу 825 Нм; КПД=0,96.

Определим фактическую частоту вращения винта.

,  (9) 

Определение силовых параметров на валу винта

Момент на валу винта определяем по формуле:

, (10)

где  – механический КПД привода.

Определим наибольшую действующую продольную силу:

(11)

где  – угол трения материала о поверхность винта;  – угол подъема винтовой линии; k – коэффициент, учитывающий радиус действия силы (k=0,7…0,8).

Угол подъема винтовой линии определим по формуле:

(12)

Угол трения материала о поверхность винта:

(13)

где f₁ – коэффициент трения частиц груза о поверхность винта, для элементной стружки выбираем по таблице 24 [3, стр. 300] f₁ = 0,84.

Определим максимальную и минимальную массу груза, передвигающегося по конвейеру:

(14)

где – скорость груза, м/с.

Определим силу, действующую на один виток:

(15)

где q' – вес, передвигающийся по конвейеру, Н/м.

(16)

 

Подбор муфт для привода конвейера. Подберем муфты для соединения вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора.

Определим крутящий момент в этом соединении:

По ГОСТ 21424-93 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с максимальным крутящим моментом 250 Нм.

Подбор муфты для соединения выходного вала редуктора и вала винта Типоразмер муфты выбираем по диаметру валов и по величине расчетного крутящего момента:

По ГОСТ 21424-75 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с максимальным крутящим моментом 8000 Нм.

После проведенных расчетов можно сказать об энергопотреблении и энергозатратах при эксплуатации шнекового конвейера. Из таблицы 2 [40] следует, что применение плавного регулирования скорости транспортера, с помощью частотно-регулируемого электропривода, позволяет снизить электропотребление на 26…38% по сравнению с нерегулируемым электроприводом. Экономия энергии при применении регулируемого привода тем выше, чем ниже загрузка конвейера.

Таблица 2

Потребление энергии конвейерами в зависимости от типа электропривода и нагрузки

Тип электропривода конвейера	Потребление энергии при загрузке конвейера, отн. ед.
	низкой	высокой
Нерегулируемый асинхронный Частотно-регулируемый асинхронный	1,0 0,62	1,0 0,74

Таким образом, применение частотно-регулируемого электропривода конвейера, обеспечивающего плавное регулирование скорости, позволяет получить максимальную экономию электроэнергии транспортирования стружки при переменном грузопотоке. Немаловажное значение имеет и плавный пуск транспортера.

После проектирования конвейера и необходимого расчета с выбором основных параметров и основного оборудования, требуется произвести привязку транспортера к производственным условиям, то есть, непосредственно к станку.