Sorochenko_rkvit_lab
.pdfМинистерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
Факультет энергомашиностроения и автомобильного транспорта Кафедра «Наземные транспортно-технологические системы»
С.Ф. Сороченко
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИНТОВЫХ И ИНЕРЦИОННЫХ ТРАНСПОРТЁРОВ
Методические указания по выполнению лабораторных работ и СРС по дисциплине «Конструирование транспортирующих устройств» для студентов специальности «Наземные транспортно-технологические средства», специализации «Технические средства агропромышленного комплекса»
Барнаул 2015
УДК 631.374 (075.5)
Сороченко, С.Ф. Расчёт и конструирование винтовых и инерцион-
ных транспортёров [Текст]: методические указания по выполнению лабораторных работ и СРС по дисциплине «Конструирование транспортирующих устройств» для студентов специальности «Наземные транс- портно-технологические средства», специализации «Технические средства агропромышленного комплекса» / С.Ф. Сороченко / ФГБОУ ВПО «Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова». - Барнаул: Изд-во АлтГТУ,
2015. - 32 с.
В работе изложены общие требования к выполнению лабораторных работ, приведено содержание, порядок выполнения.
Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры НТТС АлтГТУ. Протокол №1 от 31.08.2015 г.
Рецензент – к.т.н., доцент В.А. Дрюк
Издательство ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 2015 Сороченко С.Ф., 2015
|
Содержание |
|
1 Лабораторная работа «Расчет и конструирование винтовых |
|
|
транспортеров» …………………………………………………..…. |
4 |
|
1.1 |
Назначение, конструкция винтовых транспортеров .……… |
4 |
1.2 |
Расчёт винтового транспортёра……………………………… |
5 |
1.3 |
Пример расчёта винтового транспортёра с применением |
|
пакета Mathcad. ……………………..…………………………..….. |
10 |
|
Порядок выполнения работы ……………………………………. |
12 |
|
Контрольные вопросы …………….….………………………….. |
13 |
|
Список рекомендуемой литературы …………………….……… |
14 |
|
2 Лабораторная работа «Расчет и конструирование инерцион- |
|
|
ных транспортеров» …..……………………………………………. |
15 |
|
2.1 |
Назначение, конструктивные особенности инерционных |
|
транспортеров …………………………………………………….… |
15 |
|
2.2 |
Расчёт инерционных транспортеров .……………………… |
16 |
Порядок выполнения работы ……………………………………. |
28 |
|
Контрольные вопросы ……………. …………………………….. |
30 |
|
Список рекомендуемой литературы …………………..……… |
30 |
|
Приложение А - Физико-механические свойства сельскохозяй- |
|
|
ственных материалов ……………………………………………… |
31 |
|
Приложение Б - Форма титульного листа отчета по лаборатор- |
|
|
ной работе …………………………………………………………... |
32 |
|
3
1 Лабораторная работа «Расчет и конструирование винтовых транспортеров»
Цель работы – приобретение студентами навыков расчёта и конструирования винтовых транспортеров с использованием прикладных программ.
1.1 Назначение, конструкция винтовых транспортеров
Винтовые транспортеры применяются в сельском хозяйстве для горизонтального, наклонного и вертикального перемещения материалов. Они используются для выполнения различных технологических операций: протравливания и сушки зерна, смешивания и раздачи кормов, в комбинации с цилиндрическим решетом - для сепарации зерна
[1-4].
Винтовой транспортер состоит из загрузочного устройства 1, винта 2, вал 3 которого поддерживается двумя концевыми 4 и, при необходимости, промежуточными подвесными подшипниками 5, желоба 6, разгрузочного устройства 7 (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Схема горизонтального винтового транспортера
В зависимости от вида перемещаемого груза и назначения транспортера винт может быть сплошным, ленточным, лопастным и спиральным. Винты различают по направлению навивки – левые и правые, по числу заходов – одно и многозаходные. Длина транспортирования груза шнеками достигает 60 м (чаще 2-4 м), а высота – 20 м.
Преимущества винтовых транспортеров: надежность в эксплуатации; возможность транспортирования ядовитых и пылевидных материалов; компактность; удобство загрузки и выгрузки материала. Недостатками являются повышенный расход энергии, крошение транспортируемого материала, изнашивание поверхностей винта и кожуха, ограниченная длина, недопустимость перегрузки при наличии подвесных подшипников, возможность образования заторов.
4
1.2Расчёт винтового транспортера
1.2.1Исходные данные
К исходным данным при расчете винтового транспортера относятся: вид транспортируемого материала; производительность Q; схема трассы; условия работы.
1.2.2 Проработка задания
При проработке задания:
1) |
приводят физико-механические свойства |
транспортируе- |
мого материала (объемную массу , типичный размер |
частиц a ’ для |
|
крупнокусковых материалов, коэффициент трения материала по стали - см. Приложение А);
2)в зависимости от транспортируемого материала и схемы
трассы
циент
по таблице 1.1 выбирают частоту вращения винта n , коэффи- kS соотношения шага S и диаметра винта D , коэффициент
производительности |
kП |
и коэффициент заполнения |
Таблица 1.1 - Рекомендуемые параметры транспортера
транспортера.
Материал |
|
D ,м |
kS |
|
n , |
|
kП |
|
|
|
мин-1 |
|
|||||
|
|
|
|
|||||
Горизонтальные и пологонаклонные шнеки |
|
|
||||||
Зерновой материал, от- |
|
0,05-0,30 |
0,7- |
|
60-700 |
|
0,3- |
0,4- |
руби, комбикорм |
|
1,3 |
|
|
0,6 |
0,7 |
||
|
|
|
|
|
||||
Кормовые смеси, навоз |
|
0,15-0,25 |
0,8- |
|
100-300 |
|
0,4- |
0,8- |
|
1,0 |
|
|
0,7 |
0,9 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
Силос, резка соломы |
|
0,20-0,40 |
0,8- |
|
80-300 |
|
0,4 |
0,4 |
|
1,0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Корнеплоды |
|
0,20-0,40 |
0,6- |
|
30-100 |
|
0,4 |
0,4 |
|
0,8 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удобрения, земля |
|
0,25-0,30 |
0,6- |
|
200-300 |
|
0,4- |
0,5 |
|
0,8 |
|
|
0,8 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Вертикальные шнеки |
|
|
|
|
|||
Зерно, комбикорм, отру- |
|
0,06-0,25 |
0,7- |
|
200- |
|
0,1- |
0,3- |
би, удобрения |
|
1,3 |
|
1000 |
|
0,3 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|||||
Кормовые смеси, силос |
|
0,15-0,40 |
0,6- |
|
150-600 |
|
0,2- |
0,3- |
|
1,0 |
|
|
0,4 |
0,5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
Жидкий навоз |
|
0,20-0,30 |
1,0- |
|
800- |
|
0,2- |
0,7 |
|
1,2 |
|
1300 |
|
0,5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
5
1.2.3Определение конструктивных параметров шнека
n
Диаметр шнека определяют по формуле (частоту вращения винта нужно подставлять в об/с, производительность Q – кг/с):
D 3 |
4 Q |
|
|
||
n k |
|
k |
|
|
|
|
S |
П |
|||
|
|
|
|
||
.
(1.1)
Полученный размер округляют до ближайшего значения – 0,100; 0,125; 0,150; 0,200; 0,250; 0,320; 0,400; 0,500; 0,600 м. Затем для крупнокусковых материалов проверяют выполнение условия:
D (4... |
10) a ' . |
(1.2)
Диаметр вала определяют по формуле:
d |
В |
0,035 0,1 D. |
|
|
(1.3)
Винты обычно изготавливают из стали Ст3 ГОСТ 380-94, валы – из стали Ст5 ГОСТ 380-94.
Шаг винтовой поверхности при известном диаметре винта D и
принятом коэффициенте |
kS |
рассчитывают по формуле: |
S D k |
S |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а угол подъема винтовой поверхности – |
|||||
|
|
|
S |
|
|
В arctg |
|
|
. |
||
|
|
||||
|
|
|
D |
||
(1.4)
(1.5)
1.2.4Определение критической частоты вращения шнека
Быстроходность винтового транспортера определяют по критической частоте nK вращения шнека. Если n nK , то считают,
что шнек быстроходный, если n nK - тихоходный. В зависимости от
быстроходности транспортера назначается форма загрузочной и разгрузочной камер, коэффициент заполнения межвиткового пространства.
Критическую частоту винт (в об/с) определяют по формулам:
6
-для горизонтального транспортера
nK |
|
1 |
|
|
g |
|
, |
(1.6) |
|
|
2 D f K |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
-для наклонного и вертикального транспортеров
где
|
|
n |
|
|
1 |
|
g tg ( |
В |
|
В |
) |
, |
(1.7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
K |
|
2 D f |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
K |
- коэффициент трения материала по поверхности кожуха; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
- угол трения материала по винтовой поверхности. |
|
|
Винтовой транспортер, наклоненный на угол более 200 должен быть только быстроходным.
1.2.5Выбор способа загрузки и разгрузки транспортера
Форма загрузочной камеры оказывает существенное влияние на производительность всего транспортера. Характеристики различных форм загрузочной камеры (см. рисунок 1.2) представлены в таблице
1.2.
I II III IV
Рисунок 1.2 – Формы загрузочной камеры транспортера Таблица 1.2
Обозначение |
Коэффициент |
Частота |
||
производитель- |
||||
формы |
||||
вращения винта |
||||
ности камеры |
||||
загрузочной |
||||
n , мин-1 |
||||
k |
|
|||
камеры |
ЗАГ |
|
||
|
|
|||
|
|
|
||
I |
0,73 |
до 300 |
||
II |
0,78 |
до 550 |
||
III |
0,94 |
до 750 |
||
IV |
1,00 |
до 1000 |
||
7
l |
З |
|
Длину загрузочной части рекомендуется принимать равной
(1,5...2,5) S .
Разгрузочное устройство также оказывает влияние на производительность винтового транспортера. Наибольшая производительность достигается при осевой и круговой схемах. При угловых конструкциях разгрузочных устройств, производительность снижается на 7-12 %.
1.2.6Уточнение частоты вращения шнека
После выбора всех конструктивных элементов транспортера рассчитывают уточненный коэффициент производительности:
где
C
k |
П |
|
|
|
– коэффициент,
C k |
V |
k |
ЗАГ |
|
|
|
|
зависящий от
k |
Р |
, |
|
|
угла наклона
(1.8)
(угол
наклона - в градусах) транспортера,
C 1 0,0078
;
kV
-
коэффициент, зависящий тихоходного транспортера
от быстроходности транспортера (для kV =1,0; для быстроходного - kV =0,6-0,8);
kP - коэффициент, зависящий осевой и круговой разгрузок kP
от вида разгрузочной камеры (для
=1,0; для угловой - |
kP |
=0,9). |
Затем уточняют частоту вращения шнека:
n |
|
|
|
4 Q |
|
. |
|||
(D |
2 |
d |
2 |
) S k |
|||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
В |
|
|
П |
|
Если полученное значение |
частоты |
вращения |
|||||||
n
(1.9)
не является
рекомендуемым, то изменяют диаметр шнека D , а затем |
расчет |
повторяют. |
|
После окончательного расчета частоты вращения и |
диаметра |
винта определяют недостающие конструктивные параметры транспортера. Внутренний диаметр желоба принимают на 6-20 мм больше диаметра винта. Желоб изготавливают из листовой стали толщиной 3-6 мм. Для транспортирования абразивных грузов применяют желоба из чугуна.
При длине транспортера более 4 м винт выполняют из секций длиной 2-4 м. На концах секций устанавливают промежуточные подшипники. Одну из концевых опор винта снабжают упорным
8
подшипником, воспринимающим продольное усилие. Упорный подшипник устанавливают на разгрузочном конце транспортера.
1.2.7Расчет мощности
В винтовом транспортере мощность затрачивается на перемещение материала вдоль оси транспортера для подъема, на преодоление сил трения материала о кожух и о винт, сил трения в подшипниках, сил внутреннего трения материала.
Для пологонаклонного транспортера мощность равна
N |
Q (w |
П |
L |
Г |
H ) g k |
ЗАП |
, |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.10)
где
w |
П |
|
- коэффициент сопротивления перемещению материала
(для зерна, комбикорма, муки wП =1,2; для силоса, торфа, резки
соломы |
wП |
=1,6; для |
песка, сырой глины
перемещения груза;
глины, почвы, угля, навоза |
wП =2,5; для золы, |
||
wП |
=4,0); |
LГ - горизонтальная проекция пути |
|
|
kЗАП |
- коэффициент |
запаса мощности, |
k |
ЗАП |
|
знак
=1,1-1,2; знак «плюс» ставится при перемещении груза вверх,
«минус» – вниз.
Для вертикального транспортера
|
|
N |
Q H g k |
З |
(w |
|
1) , |
(1.11) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
В |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где kЗАП |
=1,1-1,2 – для легких |
неабразивных, |
мелкозернистых |
||||||||
грузов; |
kЗАП |
=1,2-1,4 – для средних |
грузов; kЗАП |
=1,4-2,0 – для |
|||||||
тяжелых |
абразивных грузов; |
wВ |
- |
|
коэффициент |
сопротивления |
|||||
перемещению материала, для зерна, комбикорма wВ =5,5-7,5 (меньшие значения принимаются при Q < 5 кг/с).
9
1.3 Пример расчета винтового транспортера с использованием пакета MathCad
1.3.1Исходные данные
Объемная масса |
750 |
kg |
|
|
3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
m |
f 0.33 |
|
Коэффициент трения пшеницы по стали |
||||
Производительность |
|
Q 15 |
kg |
|
|
s |
|||
|
|
|
L 2.5m |
|
Длина транспортера |
|
|
|
|
Высота подъема |
|
|
H 0.3m |
|
1.3.2 Проработка задания
Принимаем - частоту вращения винта |
n |
|
1 |
n |
6.667s |
-1 |
400min |
|
|||||
коэффициент шага и диаметра винта |
|
ks 1 |
|
|
||
коэффициент производителности |
|
|
kp 0.5 |
|
||
Определяем: угол наклона транспортера, рад |
asin |
H |
0.12 |
|||
|
|
L |
||||
угол трения пшеницы по стали (в радианиах) |
|
|
|
|||
в |
atan (f) |
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
в 0.319 |
|
||
1.3.3 Определение параметров транспортера
Диаметр винта:
Принимаем
Диаметр вала
S D ks
|
3 |
|
|
|
D |
|
|
4Q |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
n ks kp |
||
|
|
|
||
D 0.2m |
|
|||
dв 0.035 m 0.1 D S 0.2m
в atan |
|
S |
|
|
в 0.308 |
|
|
|
D |
||||
|
|
|||||
10
D 0.197m
dв 0.055m