Файл: Расчет приводного вала ленточного конвейера.pdf

Введение

Созданию новых машин принадлежит ведущая роль среди других отраслей экономики, потому что сегодня основные производственные процессы большинства отраслей выполняют машины.

Новые машины должны отвечать требованиям высокой производительности, надежности, технологичности и ремонтопригодности. Кроме того, машина должна иметь минимальные габариты и массу, быть удобной в эксплуатации, иметь эстетичный вид.

Тема исследования данной курсовой работы: «Расчет приводного вала ленточного конвейера».

Валы применяются в разных машинах больших количествах. Валы работают в сложных условиях переменных нагрузок на изгиб и кручение одновременно. Это чрезвычайно ответственные детали машин. Поломка вала является причиной аварий и остановки технологического процесса.

Приводной вал конвейера предназначен для передачи крутящего момента от электродвигателя через механические передачи приводной станции к тяговому органу – ленте, а также для поддержания, вращающегося вместе с ним приводного барабана.

Актуальность темы исследования заключается в том, что даже небольшое усовершенствование вала, позволяющее уменьшить затраты материала на его изготовление, оптимизировать его конструкцию, повысить долговечность вала и его надежность в эксплуатации, приносит большой экономический эффект.

Объектом исследования курсовой работы является приводной вал ленточного конвейера, общие сведения о ленточных конвейерах и приводах к ним, особенности расчета и классификация ленточных конвейеров.

Предметом исследования является расчет приводного вала ленточного конвейера.

Цель исследования:

- изучить структуру и работу ленточного конвейера;

- изучить и проанализировать детали ленточного конвейера;

-выполнить расчет приводного вала конвейера по данным, выбранным согласно варианту.

Задачами работы являются:

- выбрать и проанализировать литературу по избранной теме;

- изучить ленточный конвейер и его классификацию;

- предварительный расчет размеров и выбор оптимальной конфигурации вала;

- выполнить расчет приводного вала конвейера по данным выбранным согласно варианту;

- выполнить проверку расчетов приводного вала и элементов ленточного конвейера, входящих в конструкцию, а также проверить соблюдение условий прочности и долговечности.

- определение усилий, действующих на приводной вал ленточного конвейера со стороны приводной станции и со стороны тягового органа; расчет реакций опор и изгибающих моментов;

- выбор и проверка долговечности подшипников;

- выбор шпоночного соединения вала с приводным барабаном и проверка его на прочность;

- уточненный расчет приводного вала.

Методика расчета валов рассматривается подробно в учебных пособиях авторов Барабанцев В.А. [8], Вереина Л.И. [10], Добровольский В.П. [13], Дунаев П.Ф. [14], Ерохин Н.М. [15], Иванов М.Н. [17], Курмаз Л.В. [18], Мовнин М.С. [19], Нестеренко В.П. [21], Опарин И.С. [22], Перель Л. Я. [23], Санюкевич Ф.М. [26], Чернавский С.А. [28], и других, а также в справочниках конструктора, СНиП и ГОСТ.

Глава 1. Приводной вал ленточного конвейера

1.1 Общие сведения о ленточных конвейерах и приводах к ним

Ленточный конвейер – это транспортирующая машина для перемещения в горизонтальном и наклонном направлении сыпучих и штучных грузов непрерывным потоком без остановок на загрузку и выгрузку. Грузонесущий и тяговый орган представлен замкнутой (бесконечной) гибкой лентой, которая, опираясь на роликовые опоры, огибает приводной и натяжной барабаны, расположенные по концам конвейера. Лента приводится в движение фрикционным способом от приводного барабана. Необходимое натяжение сбегающая ветвь ленты получает от натяжного барабана с помощью натяжного устройства. [29] Простейшая схема ленточного конвейера представлена на рисунке 1.

Рисунок 1-Схема ленточного конвейера [29]

Ленточный конвейер может иметь высокую и любую требуемую производительность, различную скорость ленты. Расстояние транспортировки может быть от нескольких метров до нескольких километров, трасса может иметь различную схему с наклонами и изгибами, климатические условия эксплуатации от –50 до +45 °С. Это позволяет приспосабливать конвейеры к любым условиям местности, к специфике производства, требованиям экологии. Поэтому ленточные конвейеры нашли широкое распространение. Их применяют во всех областях производства: промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, добыче полезных ископаемых и т.д. Применение конвейерного транспорта является низкозатратным и приводит к заметному росту производительности труда при транспортировании, так как легко автоматизируется [29].

Привод конвейера - приводная станция, изображенная на рисунок 2, состоит из электродвигателя (1), передачи гибкой связью или муфты (2), редуктора (3), компенсирующей тихоходной муфты (4), приводного барабана (5).

Рисунок 2- Схема привода ленточного конвейера [29]

Приводной барабан через передаточный механизм связан с двигателем, вращаясь, он при помощи трения приводит в движение ленту конвейера. Для того, чтобы увеличивать окружное тяговое усилие на приводном барабане, требуется повысить коэффициент трения между барабаном и лентой, или увеличить угол обхвата барабана лентой.

Приводной барабан имеет обычно цилиндрический обод, поскольку так происходит лучшее сцепление барабана с лентой. Часто обод барабана выполняется с футеровкой. Чтобы лента не соскочила с барабана, он должен быть шире ленты на 100-200 мм.

Изготавливают приводные барабаны сварными, реже литыми. В нашем случае выбираем сварную конструкцию барабана (рисунок 3), т.к. расход металла в такой конструкции меньше за счет уменьшения толщины элементов.

Обод барабана изготовлен из стандартной трубы с толщиной стенок 10…15 мм. Наружная поверхность трубы обработана, на внутренней поверхности выполнены только проточки в местах приварки дисков. Расстояние от края барабана до диска (0,2…0,25) L_б.

Диски приварены к ступицам барабана и для жесткости укреплены ребрами. Диски и ребра изготовлены из листа толщиной 6…8 мм.

Рисунок 3 – Приводной барабан [7]

Барабан устанавливают на приводном валу. Диаметр и длина ступиц барабана определяются в зависимости от диаметра вала в местах посадки ступиц:

L_ст =(1,2…1,5) d d_ст = 1,6 d

Вращающий момент с вала на барабан передается с помощью одной шпонки, расположенной со стороны крутящего момента - от муфты. Размеры шпонки зависят от диаметра вала и определяются по ГОСТ 23360-78 [7].

Опоры вала находятся в отдельных корпусах, которые устанавливают на раме конвейера (рисунок 4). Расстояние от края барабана до оси корпуса подшипника 100…200 мм.

При монтаже неизбежны перекос и смещение осей посадочных отверстий подшипников, поэтому в таких узлах применяют сферические (самоустанавливающиеся) подшипники.

Рисунок 4 – Опора приводного вала [30]

В первой от муфты опоре подшипник фиксируют от осевых перемещений, а наружное кольцо второго подшипника может смещаться вдоль оси вала, для чего оставляют зазоры по 3-4 мм по обоим торцам подшипника (плавающая опора) как показано на рисунке 3 [30].

1.2 Особенности расчета приводного вала

Приводной вал ленточного конвейера предназначен для крепления на нем приводного барабана и передачи крутящего момента от приводной станции на барабан.

Рисунок 5-Схема нагрузок на вал

Вал, как схематично показано на рисунке 5, устанавливается в опорах А и В с подшипниками качения, которые воспринимают на себя усилие от натяжения тягового органа S, усилия от механических передач от приводной станции F и силы собственного веса вала и закрепленных на нем деталей. Последние малы по сравнению с S и F, в расчетах их не учитывают [17].

При установке между редуктором и приводным валом компенсирующей муфты создаваемая ею сила F_м неопределенного направления. Поэтому при расчете реакций опор и изгибающих моментов принято рассматривать наихудший случай, когда реакции и изгибающие моменты от муфты прибавляются к результирующим реакциям опор и изгибающим моментам в опасных сечениях [17].

Приводные валы работают одновременно на изгиб и кручение. Нормальные напряжения, возникающие при изгибе вращающегося вала, изменяются по симметричному циклу (рисунок 6, а), т.е. за один оборот становятся растягивающими и сжимающими. Одновременно возникают касательные напряжения от передаваемого крутящего момента, они изменяются пропорционально нагрузке, условно принимают для напряжений кручения отнулевой цикл, а неточность такого приблизительного расчета компенсируют запасом прочности [17].

Рисунок 6 - Циклы напряжений: а) симметричный; б) отнулевой [17]

Такие условия работы валов являются наиболее неблагоприятными, поэтому валы должны быть достаточно прочными и жесткими, что достигается применением для их изготовления соответствующих материалов и определением геометрических размеров валов по пониженным допускаемым напряжениям.

Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали ввиду их прочности, большого модуля упругости, способности к упрочнению и легкости получения требуемых цилиндрических заготовок. Для изготовления валов преимущественно применяют стали 35, 45 и 40Х.

Предварительный расчет диаметра конца вала, соединенного муфтой с приводной станцией, производится из условия его прочности только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях по формуле:

(5)

где Т- крутящий момент, передаваемый муфтой, Н мм

[????_k] = 15…25 МПа - допускаемое напряжение на кручение.

По этому ориентировочному диаметру предварительно выбирают размер подшипников и выполняется эскизная компоновка вала.

На основании эскизной компоновки строится расчетная схема вала, на которой прикладываются все внешние силы, указываются реакции опор; вычисляются реакции опор из условия статического равновесия; строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов, по которым определяют опасные сечения вала и вычисляют значение эквивалентного момента

М_экв= (6)

По эквивалентным моментам уточняются диаметры валов в опасных сечениях, а затем выполняется проверка вала в опасных сечениях на прочность - достаточный запас сопротивления усталостному разрушению.

При совместном действии изгиба и кручения коэффициент запаса прочности определяется по формуле:

s = s_σ s_τ /[s]≈1,5…2,5 (7)

где s_σ - запас прочности только по изгибу;

s_{τ -} запас прочности только по кручению.

(8) (9)

где σ_-1 и τ_-1 - пределы выносливости стали при изгибе и кручении

σ_-1= 0,43σ_в τ_-1 =0,58 σ_-1

σ_a и τ_a - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений

σ_a = М/W_нетто (10) τ_a = 0,5Т/ Wρ_нетто (11)

W _нетто – осевой момент инерци сечения вала

W_ρнетто – полярный момент инерции сечения вала

σ_m и τ_m - средние составляющие циклов нагружения. При симметричном цикле изгиба и отнулевом цикле кручения (рисунок 6) имеем:

σ_m =0 τ_m = τ_a

ψ_τ -корректирующие коэффициенты, зависят от механических свойств материала;

К_σ К_τ - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении, зависят от размеров сечения и механических характеристик материала;

К_d- коэффициент влияния абсолютных размеров сечения;

К_F- коэффициент влияния шероховатости поверхности, для шлифованной поверхности К_F= 1.

Если условие прочности (7) выполняется в опасных сечениях, то для остальных сечений оно выполняется тем более. Это значит, что вал не подвергнется усталостному разрушению.