Разработка автоматической линии конвейера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции, либо в сокращении затрат труда при производстве основной продукции. В общих случаях эти потребности могут быть удовлетворены только с помощью новых технологических процессов и новых машин, необходимых для их выполнения. Следовательно, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс, возможность которого зависит от уровня научного и технического развития человеческого общества.

В данной курсовой работе разрабатывается автоматическая линия конвейера для заливки литейных форм расплавленным металлом с целью получения отливок. Рассматриваемый конвейер горизонтальный пластинчатый с цепным тяговым элементом.

Основная цель курсовой работы разработать и рассчитать тихоходный вал конвейера. По ходу расчета подобрать асинхронный двигатель, рассчитать соответствующие элементы кинематической схемы, провести динамический расчет системы.

конвейер привод автоматический кинематический

1. Массовые силовые и геометрические характеристики устройств межоперационного транспорта

1.1 Массы изделий, технологического оборудования, подвижных элементов устройства

Массы изделий постоянны на дооперационном (М1, кг) и после операционном (М2, кг) отрезках L1, м и L2, м, то масса изделий на обоих отрезках:

, (1.1)

где I - шаг установки изделий, м.

, (кг)

1.2 Расчет исполнительный механизм пластинчатого цепного конвейера

Исполнительный механизм пластинчатого цепного конвейера является вал тяговых звездочек, который приводит в движение двухрядную втулочную-катковую цепь с грузонесущими устройствами, суммарная масса которых:

, (1.2)

, (кг)

Минимальное натяжение цепей в точке сбегания с тяговых звездочек принимается для выбирания люфтов в звеньях тяговой цепи:

, (Н) (1.3)

Максимальное натяжение цепей в точки набегания на тяговые звездочки:

, (1.4)

где g = 9,81 , w = 0,1 - коэффициент сопротивления перемещению тяговой цепи на катках по направляющим.

, (Н)

Разрушающая нагрузка одного ряда цепи:

, (1.5)

=20613*6/2=61838, (Н)

Шаг втулочно-катковой цепи типа ВКГ, ГОСТ 588-64, принимаем в зависимости от из ряда:

Таблица - 1 Зависимость от

, кН	13	60	125
, мм	100	125	150

Согласно таблице 1 принимаем значения =125 мм.

Число зубьев звездочки z принимаем 10.

Диаметр начальной окружности тяговой звездочки:

, (1.6)

, (мм)

Расстояние между плоскостями тяговых звездочек выбираем по ориентировочному соотношению В=1,5*, ближайшее из ряда: 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1500, (мм)

Расчетное значение В=566, поэтому принимаем В= 600.

Тяговое сопротивление цепей на звездочках:

, (1.7)

, (Н)

Крутящий момент на валу звездочек с учетом КПД подшипников качения 0,99:

, (1.8)

, (Н*м)

Мощность необходимая на валу тяговых звездочек (на выходе):

, (1.9)

, (кВт)

Частота вращения вала тяговых звездочек (на выходе):

, (1.10)

, (об/мин)

Ориентировочный диаметр вала звездочек цепного конвейера:

, (1.11)

где - допускаемое напряжение, =25 МПа.

, (мм)

2. Расчет электродвигателя

2.1 Подбор электродвигателя

Основной задачей на этапе конструирования привода является минимизация его стоимости и габаритных размеров при обеспечении надежности и технологичности. Это достигается оптимальным соотношением параметров привода и электродвигателя по рекомендуемым значениям передаточных чисел всех его элементов, которые основаны на опыте инженерной практике.

Рисунок 1. Схема алгоритма подбора электродвигателя и разбивки передаточных чисел привода

Проектирования привода осуществляем по алгоритму, приведенному на рисунке 1.

2.2 Кинематическая схема привода

Составим кинематическую схему привода согласно заданию (рисунок 2). Вводим обозначения: n - частота вращения вала, N - передаваемая мощность на соответствующем валу, U - передаточное число элементов привода, - к.п.д. элементов привода.

Рисунок 2. Кинематическая схема привода

Общий коэффициент полезного действия привода находим как произведение к.п.д. входящих узлов трения:

=, (2.1)

где - к.п.д ременной передачи, - зубчатой передачи, - подшипников качения, - муфты.

= 0,95*0,96*0,96*0,98=0,85,

Рассчитываем мощность необходимую на валу двигателя:

, (2.2)

, (кВт)

Выбираем из каталога 4 электродвигателя, по ближайшей мощности, больше расчетной, и вносим их в таблицу.

Таблица 2 - Асинхронные двигатели

№	Тип электродвигателя	N, кВт	nэд, об\мин	nвых, об\мин	Uобщ	Ui	Uред
1	4A160S2	15	2940	23,6	124,58	4,98	25
2	4A160S4	15	1465	23,6	62,08	2,48	25
3	4A160M6	15	975	23,6	41,32	1,65	25
4	4A180M8	15	730	23,6	30,94	1,24	25

Выбираем асинхронный двигатель марки 4A160S4 с характеристиками:

- мощность двигателя N = 15 кВт.

- обороты двигателя n = 1465 об/мин.

- момент инерции на валу J = 0.0434 .

Возможное передаточное число двигателя:

, (2.3)

,

Принимаем передаточное число расчетного редуктора в пределах 7,1…50 (= 25), ременной передачи в пределах от 2…7 (=2,48),

, (2.4)

,

3. Расчет редуктора

3.1 Основные характеристики механизмов привода

3.1.1 Расчет частоты вращения валов частота вращения ротора

двигателя:

, (об/мин) (3.1)

- частота вращения входного вала редуктора:

, (3.2)

, (об/мин)

- частота вращения быстроходного вала:

, (3.3)

, (об/мин)

- частота вращения тихоходного вала:

, (3.4)

, (об/мин)

3.1.2 Мощность на каждом валу мощность на валу двигателя

, (3.5)

, (кВт)

, (3.6)

, (кВт)

- мощность на быстроходном валу редуктора:

, (3.7)

, (кВт)

- мощность на тихоходном валу редуктора:

, (3.8)

, (кВт)

3.1.3 Крутящий момент на валах системы момент на валу двигателя

, (3.9)

, (Н*м)

- момент на входном валу редуктора:

, (3.10)

, (Н*м)

- момент на быстроходном валу редуктора:

, (3.11)

, (Н*м)

- момент на тихоходном валу редуктора:

, (3.12)

, (Н*м)

3.2 Подбор редуктора

По рассчитанным данным подбираем редуктор марки 1Ц2У-250-22-11У1.

Редуктор зубчатый цилиндрический двухступенчатый узкий горизонтальный общемашиностроительного назначения предназначен для увеличения крутящих моментов и уменьшения частоты вращения. Условия применения редукторов - нагрузка постоянная и переменная, одного направления и реверсивная, работа постоянная или с периодическими остановками, вращение валов в любую сторону, частота вращения входного вала не более 1800 об/мин; внешняя среда - атмосфера типов I, II, при запыленности воздуха не более 10 мг/куб. м. Для двухконцевого исполнения валов номинальная радиальная нагрузка на каждый из валов должна быть уменьшена на 50%. Конусность быстроходного и тихоходного валов 1:10. При комплектации конусными валами в состав поставки входят шайбы и гайки для крепления полумуфт.

Редуктор имеет следующие характеристики:

- Межосевое расстояние - 410 мм.

- Непрерывный режим работы (Н) ПВ=100% - Номинальный крутящий момент на выходном валу при работе в повторно-кратковрем. режимах - 5000 Н*м.

- КПД 97%.

- Масса - 310 кг.

- Параметры быстроходного конического вала (1:10) (DxL) 40х82.

- Параметры тихоходного конического вала (1:10) (DxL) 90х130.

- Параметры зубчатой полумуфты m=4/z=56.

4. Расчет ременной передачи

В настоящее время в машиностроение получили наибольшее распространение передачи клиновыми (нормального и узкого сечения) и поликлиновыми ремнями. Скорость клиновых ремней не должна превышать 25-30 м/с, а поликлиновых ремней 40 м/с. При одинаковых габаритных размерах передачи узкими клиновыми ремнями в 1,5-2 раза выше по тяговой способности, чем передача клиновыми ремнями нормального сечения.

Согласно ГОСТ 1284.3-80 расчет клиновых ремней сводится к подбору типа и числа ремней. Основным расчетам ремней считается расчет по тяговой способности.

Расчет ременной передачи ведем по алгоритму, приведенному на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема алгоритма расчета клиноременных передач

Расчеты производим на ЭВМ.

Полученные данные:

- Выбираем нормальный тип ремня. (Б)

- Мощность на ведущем валу N = 11,67 кВт.

- Частота вращения ведущего вала n = 1465 об/мин.

- Передаточное число ременной передачи U = 2,48.

- Диаметр малого шкива d1 = 125 мм.

- Высота сечения ремня h = 10.5 мм.

- Диаметр большого шкива d2 = 310 мм.

- Длина ремня L = 1900 мм.

- Межосевое расстояние А = 725 мм.

- Скорость ремня V= 9.58 м/с.

- Угол обхвата малого шкива а = 15 град.

- Число ремней клиновых Z = 5.

- Усилие, действующее на валы Q = 2592Н.

5. Конструирования вала тяговых звездочек

5.1 Расчет тихоходного вала

Разработка конструкций валов приводов содержит в себе все основные стадии проектирования, техническое предложение, эскизный проект. Алгоритм расчета валов приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема алгоритма расчета вала

Исходные данные для расчета: Т - сила действующая на вал; Fr, Ft, Fx - крутящие моменты. Так как на расчетном валу нет элементов вызывающих осевую силу Fx= 0, Ft = 10257, Fr = -10257, Т = 4318.

5.2 Определения опорных реакций

5.2.1 Расчет реакции опор

Реакция левой опоры.

от оси :

, (5.1)

где l1, l2, l3, l4 - расстояние между элементами конструкции вала, l1 = 100, l2 = 630, l3=100, l4=110, = = 20806 H.

, (Н)

от оси :

, (5.2)

где = -20806 Н.

, (Н)

Реакция правой опоры.

от оси :

, (5.3)

, (Н)

от оси :

, (5.4)

, (Н)

5.2.2 Изгибающие моменты для рассчитываемого вала

Горизонтальной плоскости Ми, от оси : для муфты Ми(м) = 0, левая опора Ми(л)= 0, для левой звездочки Ми(лз) = - 2039 Н*м, для правой звездочки Ми(пз) = -2081 Н*м, для правой опоры Ми(п) = -42 Н*м. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5.

Вертикальной плоскости Ми, от оси : для муфты Ми(м) = 0, левая опора Ми(л)= 0, для левой звездочки Ми(лз) = 0, для правой звездочки Ми(пз) = 0, для правой опоры Ми(п) = 0. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5.

Ми приведенная: для муфты Ми(м) = 4318 Н*м, левая опора Ми(л)= 4383 Н*м, для левой звездочки Ми(лз) = 4383 Н*м, для правой звездочки Ми(пз) = 3022 Н*м, для правой опоры Ми(п) = 42 Н*м. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5.

Полный изгибающий момент равен: для муфты Т(м) = 4318 Н*м, левая опора Т(л)= 4383 Н*м, для левой звездочки Т(лз) = 4383 Н*м, для правой звездочки Т(пз) = 2159 Н*м, для правой опоры Т(п) = 0 Н*м. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5.

Выбираем материал для вала по приведенным нагрузкам: Сталь 45 ГОСТ 1050-88.

5.3 Определяем диаметр вала

По приведенной нагрузке определяем наиболее нагруженный участок вала, Мприв = 4429 Н*м.

Диаметр вала равен:

, (5.5)

где - допускаемое напряжение на изгиб.

, (5.6)

где - предельная выносливость материала при изгибе,

=250; = 2 - ориентировочное значения коэффициента концентрации; = 2 - ориентировочное значения коэффициента запаса прочности.

,

, (мм).

Минимальное значения диаметра вала в месте крепления звездочек должно быть не менее 90 мм. Принимаем 112 мм.

Минимальная величина диаметра вала в месте крепления муфты должно быть не мене 78 мм, принимаем 100 мм.

Минимальная величина диаметра вала в месте крепления подшипников должно быть не мене 78 мм и должна быть кратное 5, принимаем 110 мм.

Общий диаметр вала принимаем 120 мм.

5.4 Расчет коэффициент запаса прочности

Коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям определяется для опасного сечения.

, (5.7)

где- эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгиб, =1,27; - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости Rz <20 мкм, = 0,9; - масштабный фактор для нормальных напряжений, = 0,7; - амплитуда нормального напряжения, = 0,02; - момент сопротивления изгибу, W = 100000; - коэффициент чувствительности к асимметрии, = 0; - среднее напряжение, 0.

Коэффициент запаса усталостной прочности определяется по касательным напряжениям:

, (5.8)

где - предел выносливости материала при кручении, =150; - эффективный коэффициент концентрации напряжений, = 1,05; - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости Rz <20 мкм, = 0,9; - масштабный фактор для нормальных напряжений, = 0,59; - коэффициент чувствительности к асимметрии, = 0; - амплитуда циклов и среднее касательное напряжений, =0,01; Т - крутящий момент, Т = 4383 Н*м; - полярный момент сопротивления, Wp=200000.

Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений:

(5.9)

Проводим сравнения , где [S] = 2,5 для валов редуктора [S] = 1,7 для прочих валов.

6. Расчет муфты

Муфта кулачково-дисковая состоит из двух полумуфт с торцовыми пазами и промежуточного диска с двумя взаимно перпендикулярными выступами на торцах.

Эти муфты выбирают по ГОСТ 5006 для валов с небольшой частотой вращения (). Эта муфта компенсирует радиальное биение (в пределах) и небольшое угловое (не более 30°) смещения валов. Для компенсации смещений валов в муфтах предусмотрены торцевые зазоры S, вершины зубьев втулок обрабатываются по сферической поверхности, зубчатое зацепление выполняют с увеличенными боковыми поверхностями, а боковым поверхностям зубьев придают бочкообразную форму.

Детали муфты изготовляют из сталей 45 (поковка) или 25Л (литье), или высокопрочного чугуна ВЧ 60-2. Для тяжело нагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х. 20X с цементацией рабочих поверхностей.

По номинальному крутящему моменту , определяем вращающий момент , где выбираем в зависимости от условий работы.

По ГОСТ 5006 - 83 выбираем муфту с размерами:

; ;;

Материал муфты: Сталь 35.

Размеры выбранной муфты проверяем по допускаемому давлению на поверхности выступов

, (6.1)

при для стальной термически обработанной муфты, работающей со смазочным материалом.

Условие прочности выполняется, выбранная муфта работоспособна.

7. Шпоночные соединения

Шпоночные соединения предназначаются для передачи крутящего момента от вала к ступице и наоборот. В зависимости от конструкции шпонки делятся на призматические, сегментные, клиновые, тангенциальные, специальные. Наибольшее применение находят призматические шпонки (ГОСТ 23360-78)

Призматические шпонки подбирают в зависимости от диаметра вала и проверяют на прочность по напряжению смятия

(7.1)

где , - наибольший крутящий момент с учетом динамических нагрузок при пуске;

- диаметр вала;

- высота шпонки;

- заглубление шпонки в вал;

- длина шпонки;

- допустимое напряжение смятия.

Длина шпонки выбирается на короче ступицы, из предлагаемого ряда на длину шпонки, если по результату расчета длина ступицы получается , то шпоночное соединение рекомендуется заменить шлицевым.

Вал цепной передачи фиксация муфты: ; ; ; ; ; ;

, (7.2)



Выбираем следующую шпонку (по ГОСТ 23360-78).

Таблица 2. Параметры шпоночных соединений муфты

№ вала
1	100	130	28	16	8	135

Тихоходный вал фиксация звездочек: ; ; ; ; ; ;

Выбираем следующую шпонку (по ГОСТ 23360-78).

Таблица 3. Параметры шпоночных соединений звездочек

№ вала
1	100	85	28	16	6,4	144

8. Расчет подшипников качения

Подшипники качения выбираются исходя из диаметра вала и направления действующих нагрузок, а проверяются по статической и динамической грузоподъемности.

Исходные данные:

Радиальная нагрузка на подшипники Н;

Осевая нагрузка на подшипники Н;

Диаметр шейки вала d=90 мм.

При выборе типоразмера подшипника для заданных условий работы необходимо учитывать:

- величину и направления нагрузки;

- частоту вращения вала;

- потребный ресурс в часах;

- желательный размер подшипников (посадочный диаметр вала или диаметр отверстия в корпусе);

- особые требования к подшипнику, вытекают из условия его эксплуатации (самоустанавливаемость, способность обеспечивать осевое перемещение вала, условие монтажа);

- стоимость подшипника.

Выбрать типоразмер подшипника качения в зависимости от характера нагрузок и диаметр вала. В нашем случае , выбираем радиально-сферический двухрядный шариковый подшипник типа (ГОСТ 5720-51) 1000 (), с характеристиками: d=105 мм, D=190 мм, В= 36 мм, динамическая грузоподъемность =880 кН, предельная частота вращения 7500 об/мин (в масленой ванне).

Определяем приведенную нагрузку Q, для чего необходимо:

- определить отношение , ;

- определяем отношение , где - статическая грузоподъемность подшипника, =4100;

- определяем коэффициент осевого нагружения , в зависимости от отношения ; =0,19;

- определяем приведенную нагрузку:

, (8.1)

где - коэффициент вращения кольца (=1), - коэффициент безопасности (=1,2 умеренные толчки), - температурный коэффициент (=1,15)

(8.2)

Приведенная (эквивалентная) нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников - это условная постоянная радиальная нагрузка, при приложении которой к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и не подвижным наружным подшипник будет иметь такую же долговечность, что и при действительных условиях нагружения.

Осевая сила не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки Q, пока отношения не превысит значения.

Определяем потребную динамическую грузоподъемность подшипника.

, (8.3)

где L - требуемая долговечность подшипника в миллионах оборотов,

Выбранный подшипник подходит по эксплуатационным характеристикам.

Заключение

В ходе проведенной работы был рассчитан и спроектирован автоматический литейный конвейер для заливки литейных форм расплавленным металлом с целью получения отливки. По рассчитанным массовым и геометрическим характеристикам был рассчитан вал тяговых звездочек, подобран асинхронный двигатель, рассчитана клиноременная передача. Было рассчитано передаточное число редуктора теоретического и крутящие моменты, и подобран реальный редуктор с близким теоретическими показателями. Также были рассчитаны динамические характеристики привода, построен график крутящего момента рабочего цикла на приводном валу конвейера.

Данная автоматическая линия может применяться на металлолитейном производстве, будучи предварительно оснащенной автоматическим регулятором включения и выключения электродвигателя.

Список литературы

1. А.А. Андросов, и др. «Расчет и проектирование деталей машин», Учебное пособие. Ростов-на-Дону, 2002.

2. Маньшин Ю.П. Методические указания к курсовой работе по основам конструирования механизмов. «Массовые силовые и геометрические характеристики устройств межоперационного транспорта». ч. 1 Ростов-на-Дону, 1997.

3. Маньшин Ю.П. Методические указания к курсовой работе по основам конструирования механизмов. «Энергетические, кинематические и динамические характеристики привода». ч. 2 Ростов-на-Дону, 1998.

4. Маньшин Ю.П., Дьяченко А.Г. Методические указания к курсовой работе кинематическая, энергетическая и габаритная разработка оптимального варианта заданной механической системы. «Основы конструирования и САПР». Ростов-на-Дону, 1996.

5. Кушнарев В.И, Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Проектирование зубчатых и червячных передач с применением ЭВМ», Ростов-на-Дону, 1991.

6. Кушнарев В.И, Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Проектирование валов с применением ЭВМ». Ростов-на-Дону, 1995.

7. Кушнарев В.И., Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Компоновка редуктора с применением ЭВМ». Ростов-на-Дону, 1995.

Размещено на Allbest.ru

...