Розрахунки вантажопідіймального та транспортуючого обладнання
ПІДПРИЄМСТВ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
Навчально-методичний посібник
Харків 2014
З М І С Т
ВСТУП ……………………………………………………………………… 5
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ …………………………………………........ 7
РОЗДІЛ 1 РОЗРАХУНОК ОДНОБАРАБАННОЇ
ЕЛЕКТРО-РЕВЕРСИВНОЇ ЛЕБІДКИ - (МЕХАНІЗМУ
ПІДіймання)……. …………………………………………. 9
1.1 Вибір поліспаста ……………………………………………………… 9
1.2 Розрахунок та вибір каната …………………………………………... 10
1.3 Вибір гака ……………………………………………………………… 13
1.4 Вибір блоків, розрахунок барабана ………………………………… 15
1.4.1 Призначення та особливості конструкції………………………. 15
1.4.2 Розрахунок потрібного діаметра блоків та барабана ………… 15
1.4.3 Вибір блоків …………………………………………………….. 16
1.4.4 Діаметр барабана ……………………………………………….. 17
1.4.5 Довжина барабана ………………………………………………. 18
1.4.6 Товщина стінки барабана ………………………………………. 20
1.5 Вибір та розрахунок вузла закріплення каната на барабані ……….. 20
1.6 Вибір кінематичної схеми механізму підіймання……………………. 21
1.7 Вибір електродвигуна і редуктора. Визначення фактичної
швидкості підіймання вантажу ………………………………………. 25
1.7.1 Вибір двигуна ……………………………………………………. 25
1.7.2 Вибір редуктора …………………………………………………. 26
1.7.3 Визначення фактичної швидкості підіймання вантажу ………. 29
1.8 Вибір гальма ………………………………………………………….. 29
1.9 Визначення тривалості пуску та прискорення під час розгону
вантажу ……………………………………………………………….. 30
1.10 Визначення сповільнення і гальмівного шляху під час зупинки
вантажу ………………………………………………………………… 33
1.11 Контрольні питання (к.п.) …………………………………………... 34
РОЗДІЛ 2 РОЗРАХУНОК МЕХАНІЗМУ ПЕРЕСУВАННЯ ВІЗКА ….. 38
2.1 Вибір кінематичної схеми …………………………………………….. 38
2.2 Вибір коліс і рейки ……………………………………………………. 40
2.3 Визначення сил опору пересуванню візка …………………………… 44
2.4 Вибір двигуна ………………………………………………………….. 46
2.5 Вибір редуктора і передач. Визначення фактичної швидкості
пересування візка ……………………………………………………… 47
2.6 Вибір гальма …………………………………………………………… 49
2.7 Визначення фактичного прискорення під час розгону порожнього
візка і порівняння його з припустимим ……………………………… 51
2.8 Визначення гальмівного шляху ………………………………………. 53
2.9 Контрольні питання (к.п.)……………………………………………… 54
РОЗДІЛ 3 РОЗРАХУНОК СТРІЧКОВОГО КОНВЕЄРА ……………. 57
3.1 Вибір ширини стрічки ………………………………………………… 59
3.2 Тяговий розрахунок конвеєра методом обходу по контуру ……….. 63
3.3 Вибір типу стрічки і кількості прокладок в ній ……………………… 72
3.4 Вибір барабанів ………………………………………………………… 74
3.5 Вибір приводу …………………………………………………………. 77
3.5.1 Кінематична схема ………………………………………………... 77
3.5.2 Вибір двигуна ……………………………………………………... 78
3.5.3 Вибір редуктора та передач. Визначення фактичної
продуктивності …………………………………………………… 79
3.5.4 Перевірка двигуна за тривалістю пуску …………………………. 82
3.6 Перевірка необхідності установки гальма і його вибір. Розрахунок шляху зупинки конвеєра ………………………………………… 84
3.7 Вибір і розрахунок натяжного пристрою…………………………….. 86
2.9 Контрольні питання (к.п.)……………………………………………… 87
ДОДАТКИ …………………………………………………………………… 92
СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ……………………………………… 131
Вступ
Навчально-методичний посібник призначений для використання під час вивчення дисципліни “Підйомно-транспортні машини” (далі ПТМ) студентами напряму 6.050503 «Машинобудування» за освітньо-кваліфікаційним рівнем “бакалавр”.
Дисципліна ПТМ відіграє значну роль щодо формування у фахівця-механіка передбачених кваліфікаційною характеристикою спеціальності знань, умінь і навичок, необхідних для розробки, монтажу, організації ефективної експлуатації й удосконалення підйомно-транспортного устаткування на підприємствах будівельних матеріалів (ПБМ). Відповідно до навчальної програми ПТМ, об’єктами вивчення дисципліни є підйомно-транспортне устаткування. Цей специфічний вид обладнання (домкрати, лебідки, підйомники, крани, конвеєри, трубопровідний транспорт тощо) відноситься до найбільш розповсюдженого на виробничих ділянках та в цехах ПБМ – за номенклатурою на більшості ПБМ він значно перевищує основне технологічне обладнання.
Основна увага під час вивчення дисципліни приділяється таким типовим складовим частинам ПТМ, які широко використовуються в основному технологічному обладнанні галузі – гнучким органам, поліспастам, гальмам, барабанам, колесам, механізмам підйому, пересування, повороту тощо. Відносно великий обсяг навчального процесу приділений розгляданню широкого кола професійних задач, які повинен вирішувати фахівець-механік широкого профілю (теорія фрикційного приводу, особливості руху тягового органу, процеси розгону та зупинки, закономірності взаємодії асинхронного електроприводу з механізмом). Ці задачі є загальними й необхідними для підготовки фахівців широкого профілю за напрямком “Інженерна механіка” без надмірної спеціалізації, як цього потребує світова тенденція розвитку вищих навчальних закладів і рух до європейської інтеграції вищої освіти (Болонський процес).
Відповідно до навчального плану спеціальності 6.090220, дисципліна ПТМ є сполучною ланкою між загально-інженерними та професійно-орієнтованими дисциплінами. ЇЇ структурно-логічне місце в освітньо-професійній підготовці фахівця-механіка знаходиться поряд з дисциплінами: “Прикладна механіка”, “Основи конструювання” (у тому числі – “Деталі машин”), “Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство”, “Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка”, “Гідравліка, гідро- та пневмоприводи”. В процесі вивчення дисципліни ПТМ широко використовуються знання, отримані під час вивчення фізики, теоретичної механіки та інших фундаментальних дисциплін (наприклад, під час аналізу взаємодії приводу з машиною в нестаціонарних режимах). Дисципліна ПТМ також базується на дисциплінах фахової підготовки: “Вступ до фаху”, “Процеси і апарати хімічних виробництв”, “Основи технології виробництва будматеріалів та виробів”, які забезпечують обізнаність студентів у загальному
компонуванні технологічних ліній ПБМ, в які вбудовані об’єкти вивчення дисципліни ПТМ. Найбільш важливими під час вивчення ПТМ є знання методик розрахунку міцності елементів машин (“Опір матеріалів”), а також основних конструктивних елементів машин і методик їх вибору підшипників, валів, передач, пружин, редукторів, муфт тощо (“Деталі машин”).
Дисципліна ПТМ закладає підґрунтя для вивчення дисципліни “Технологічне обладнання ПБМ” – базової для формування фахівця-механіка ПБМ. Набуті в процесі вивчення ПТМ знання, вміння та навички використовуються також у дисциплінах “Технологічні комплекси”, “Теплові установки в ПБМ”, “Технологічні основи виробництва машин та апаратів ПБМ”, “Експлуатація та обслуговування машин”.
Одним із найважливіших завдань щодо вивчення дисципліни ПТМ є формування вмінь і навичок проектування підйомно-транспортного устаткування – вперше за період навчання з окремих складових частин студент-механік синтезує завершений агрегат у цілому. Набуті навички дозволяють з успіхом розрахувати не тільки підйомно-транспортні машини, а й широку гаму технологічного обладнання. Указані навички є обов’язковими для фахівця-механіка, тому перевіряються під час проведення комплексного держіспиту, що проводиться після завершення підготовки бакалавра в 8-му семестрі.
Базовими об’єктами для поглибленого вивчення обрані механізми підйому та пересування, а також конвеєри з тяговим органом. Особливості конструкції і загальні методики розрахунку перелічених об’єктів викладаються на лекціях. Більш докладно з конструкціями обладнання, теорією і методиками розрахунку можна ознайомитись, користуючись спеціальною навчальною та технічною, у тому числі й сучасною нормативною літературою [1-19], перелік якої наведений у посібнику.
Останнім часом, у зв’язку із скороченням аудиторного навчального навантаження, при вивченні ПТМ навички розрахунку механізму або машини студенти набувають під час індивідуальної роботи, як самостійної, так і під керівництвом викладача. Посібник, що пропонується, призначений для надання допомоги студентам із метою підвищення ефективності індивідуальної навчальної роботи студентів без підвищення витрат викладацького часу.
Наряду із стислими теоретичними положеннями щодо розрахунку, змістом завдань і числовими прикладами, наведеними для полегшення використання запропонованими методиками, посібник містить вихідні дані для їх виконання та перелік контрольних питань, на які потрібно відповісти під час захисту кожного завдання. Для полегшення підготовки до захисту найбільш важлива інформація виділена жирним шрифтом, а переважна більшість формул не є емпіричними, що дозволяє вимагати відтворювання таких формул під час контролю якості засвоєння навчального матеріалу.
Результати перевірки правильності виконання індивідуальних завдань та якості засвоєння навчального матеріалу (рівня знань) під час захисту оцінюються за спеціальною шкалою й ураховуються в модульних контролях.
Крім виконання індивідуальних завдань, посібник призначений для застосування в курсовому проектуванні з ПТМ, а також у комплексному курсовому та дипломному проектуванні. Особливо важливою є довідкова інформація щодо характеристик сучасних електродвигунів і редукторів.
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
Навчальною програмою дисципліни “Підйомно-транспортні машини” передбачено виконання трьох індивідуальних завдань для поглиблення та закріплення знань, одержаних на лекціях і лабораторних заняттях, а також формування навичок розрахунку та компонування механізмів машин на прикладах конструкцій лебідки, механізму пересування візка з рейкоколісним приводом та стрічкового конвеєра. В структурі підготовки фахівця-механіка виконання цих індивідуальних завдань є першою спробою синтезу завершених агрегатів із уніфікованих складових частин.
Об’єктом розробки першого завдання є широко вживана однобарабанна електрореверсивна лебідка, що використовується в кранових механізмах або в технологічному устаткуванні підприємств будівельних матеріалів та виробів, наприклад, у механізмах підіймання бункера бетоноукладача, автомата-укладача цегли, кантувальника, підйомника, а також у процесі обслуговування та ремонту технологічного устаткування.
Об’єктом розробки другого завдання є механізм пересування візка, що використовується як складова частина мостових та козлових кранів, а також окремо – для перевезення різноманітних вантажів (порожніх або завантажених вагонеток та пакетів) під час виробництва дрібноштучних будівельних стінових виробів, форм та готових бетонних виробів і т. ін.
Об’єктом розробки третього завдання є найбільш широко використовуваний серед конвеєрів для транспортування сипучого матеріалу стрічковий конвеєр, що має одну похилу ділянку.
Вихідні дані для кожного з трьох індивідуальних завдань наведено в додатках 1 і 2, а необхідні для вибору технічні характеристики електродвигунів, редукторів, гальм – у додатках В, Д та Ж.
Теоретичні основи методик розрахунку механізмів і агрегатів, що проектуються, детально викладено в джерелах, наведених у списку літератури.
Завдання повинні виконуватися з додержанням звичайних вимог до оформлення. Розрахунки оформляються таким чином: формула – підстановка числових значень – результат – розмірність – розшифро-вування буквених позначень, що входять до формули, з вибором числового значення, наприклад:
Nб – зусилля, що розтягує кожний болт:
де k1 = 1,2 – коефіцієнт надійності закріплення; k2 = 0,65 – коефіцієнт, що враховує розвантажувальну дію тертя кріпильних витків об барабан; f1= 0,35 – коефіцієнт зчеплення каната з барабаном під притискною планкою; z п– кількість одноболтових притискних планок, у відповідності з пунктом 4.7.7 [1] попередньо приймемо мінімальну кількість планок z п = 2.
Розрахунки обов’язково повинні супроводжуватись необхідними схема- ми та ескізами.
Контроль виконання завдань включає перевірку правильності розрахунків і захист – опитування кожного студента з методики розрахунку та вибору основних елементів машини, що проектується. Для успішного захисту необхідно, як мінімум, вивчити формули й визначення, які виділені жирним шрифтом.
Під час оцінювання індивідуальних завдань (максимальна оцінка – 10 балів) враховуються, насамперед, результати захисту: підтверджені під час опитування знання, вміння й навички, а також відсутність суттєвих помилок у розрахунках, якість оформлення та своєчасність виконання.
РОЗДІЛ 1 РОЗРАХУНОК ОДНОБАРАБАННОЇ ЕЛЕКТРОРЕВЕРСИВНОЇ ЛЕБІДКИ (МЕХАНІЗМУ ПІДіймання)
Вихідні дані: вантажопідіймальність Q, т; швидкість підіймання вантажу V, м/с; висота підіймання H,м; група класифікації (режиму роботи) механізму підіймання вантажу за ИSО 4301/1; відносна тривалість вмикання механізму (ТВ),%; кількість поліспастів m; вид устаткування, для якого проектується механізм підіймання.
Вихідні дані наведені в додатку Д1. Як приклад, нижче буде виконаний варіант з наступними вихідними даними: Q = 10т; V = 0,1м/с; H = 10м; група класифікації (режиму роботи) – М4; ТВ = 15%; m = 1; вид устаткування – лебідка для монтажу обладнання.