Шнековые транспортеры

Содержание

 

1.   Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.   Кинематический расчет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.   Расчёт тихоходной прямозубой ступени редуктора. . . . . . . . . . . . .

4.   Расчет открытой конической прямозубой передачи . . . . . . . . . . . .

5.   Расчет тихоходного вала редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.   Выбор и проверочный расчет подшипников . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.   Выбор и проверочный расчет муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.   Выбор и проверочный расчет шпонок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.   Смазка редуктора и элементов привода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Конструирование рамы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Библиография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Винтовые конвейеры (шнековые транспортеры) предназначены  для транспортировки в горизонтальном или наклонном направлениях сыпучих, пылевидных материалов.

По конструкционным  особенностям, винтовые конвейеры можно  разделить на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальный шнек состоит из винта, который представляет собой вал с закрепленными  витками, желоба с полукруглым днищем, и привода, включающего в себя редуктор и электродвигатель. Груз подается в желоб через специальные  отверстия в крышке, после чего продвигается по желобу благодаря вращению винта. Разгрузка происходит через отверстия в днище желоба, которые обычно оснащаются затворами.

Вертикальный винтовой конвейер оснащается коротким специальным  винтом-питателем, который вращается  в кожухе цилиндрической формы (трубе). Через него происходит загрузка основной части шнека. Вертикальный винт выполняется обычно с уменьшенным шагом, либо с конусообразной формой (диаметр кверху уменьшается).

Достоинствами винтового конвейера можно назвать  простоту устройства и технического обслуживания, герметичность и удобство разгрузки, небольшие размеры. Недостатками шнеков являются: относительно быстрый износ элементов (винта и желоба), высокий расход энергии, перемешивание и измельчение груза.

Винтовые конвейеры широко используются в различных отраслях промышленности, в пищевом производстве, производстве комбикормов, строительных материалов, в химической отрасли и других производствах. Шнеки – это удобный механизм непрерывного действия, который помогает автоматизировать различные трудоемкие производственные процессы.

Приводы в химическом машиностроении многообразны по конструкции  и различаются в зависимости  от вида машины.

Привод –  устройство для приведения в действие машин от двигателя через передаточные механизмы. Соединение вала машины с валом электродвигателя возможно лишь в редких случаях. В основном для привода машины необходима установка понижающей или повышающей передачи.  Оптимальный тип передачи определяют с учетом ряда факторов: эксплуатационных условий, характеристик нагрузки, срока службы, техники безопасности, удобства расположения, обслуживания, стоимости привода.

Принцип работы винтового конвейера состоит  в том, что при вращении вала лопасти  продвигают груз по желобу. В зависимости  от типа груза, лопасти могут иметь различное строение. Для перемещения легкосыпучих грузов используются сплошные лопасти, для кусковых и влажных грузов – ленточные, а для слеживающихся и липких грузов применяются лопатки, закрепленные на валу.

Винтовой конвейер (шнековый конвейер) состоит из:

- рабочий орган –  винт (шнек); 
- узла привода; 
- узла натяжения; 
- трубы несущей;  
- мотор-редуктора.

Данный привод состоит из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического редуктора и открытой конической передачи. Наибольшее распространение в промышленности получили трехфазные асинхронные двигатели серии 4А ГОСТ 19523 – 81.

 

 

 

 

 

 

2. Кинематический  расчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Определяем общий коэффициент полезного действия.

η= η_м η_зп²η_пк³η_окпη_пс,

где:

η_м = 0,98 – КПД муфты,

η_зп = 0,97 – КПД зубчатой цилиндрической передачи,

η_пс = 0,98 – КПД пары подшипников скольжения,

η_пк = 0,99 – КПД пары подшипников качения,

η_окп= 0,92 – КПД открытой конической передачи,

η  = 0,98·0,97²·0,99³·0,92·0,98 = 0,81

 

2. Определяем требуемую мощность электродвигателя

N_р =N_рв/η = 3,0/0,81 = 3,7 кВт

Выберем электродвигатель по мощности и синхронной частоте  из справочника:

N_эл^н = 4 кВт

Из справочной литературы выбрали электродвигатель по мощности 4 кВт с синхронной частотой вращения n_c = 1500 об/мин:

Марка двигателя:. 4А100L4У3

Коэффициент проскальзывания: S = 4,6 %                                                  [1,27]                                

Недогрузка  электродвигателя (4-3,7)·100%/4 = 7,5% < 15% (Что укладывается в требования допустимых отклонений: недогрузка – до 15%, перегрузка – не более 5%)

 

2.3. Определим асинхронную частоту вращения вала электродвигателя:

n_ас = n_ас(1 - S/100) = 1500 (1 - 4,6/100) = 1431 об/мин.

 

2.4. Определим общее передаточное отношение привода:

U = n_ас/n_рв = 1431/47 = 30,45

М_рв = (9,55·N_рв)/n_рв = 9,55·3·10³/47 = 609,6 Н·м

Для данного  привода момент на тихоходном валу:

М_{т ред} = М_рв·(U_окп· η_окп)

 

Uред	Uокп	, Н·м	, Н·м	Редуктор	Вывод
8	3,8	174,4	315	1Ц2У - 100	Недогрузка 44%
10	3,045	217,6	315	1Ц2У - 100	Недогрузка 30,9%
12,5	2,44	271,6	315	1Ц2У - 100	Недогрузка 14%
16	1,9	348	315	1Ц2У - 100	Перегрузка 10,7%
20	1,52	436	630	1Ц2У - 125	Недогрузка 30,8%

 

Общее передаточное отношение разбиваем на передаточное число редуктора  U_ред и передаточное число открытой конической передачи U_окп

U = U_окп · U_ред

Принимаем U_ред = 12,5, U_окп = 2,44

U_ред = U₁ · U₂

Таким образом, 

U_окп = 2,44

U_ред = 12,5

U₁ = 3,15 (передаточное число быстроходной ступени)

U₂ = 4 (передаточное число тихоходной ступени)

 

5. . Определяем мощность на каждом валу привода:

N_эл = N_I = 3,7 кВт

N_б  = N_II = N_I·η_м·h_пк=  3,7∙0,98×0,99 = 3,59 кВт

N_ср = N_III = N_II·η_зп·h_пк= 3,59∙0,99∙0,97 =  3,45 кВт

N_т = N_IV = N_III·η_зп·h_пк = 3,45∙0,99∙0,97 =  3,31 кВт

N_р  = N_V =  N_IV·η_окп·h_пс = 3,31∙0,92·0,98 =  2,98  кВт

Рассчитанное  значение не совпадает с заданным (3-2,98)·100%/3 = 0,67 %

Отклонение  от заданной мощности 0,67%, что < 3%.

 

6. Определяем частоту вращения каждого вала

n_б = n_ас = 1431 об/мин

n_ср = n_рв/U₁ = 1431/3,15 = 454,3 об/мин

n_т = n_ср/ U₂ = 454,3/4 = 113,6 об/мин

n_р = n_т/U_окп = 113,6/2,44 = 46,6 об/мин

Отклонение  от заданной частоты: (47-46,6)·100%/47 = 0,85% < 3%

 

7. Определяем крутящие моменты на каждом валу:

М_эл = (9,55· N_эл·10³)/n_б = (9,55·3,7·10³)/1431 = 24,7 Н·м

М_б = (9,55· N_б·10³)/n_б = (9,55·3,59·10³)/1431 = 23,9 Н·м

М_ср = (9,55· N_ср·10³)/n_ср = (9,55·3,45·10³)/454,3 = 72,5 Н·м

М_т = (9,55· N_т·10³)/n_т = (9,55·3,31·10³)/113,6 = 278,3 Н·м

М_р = (9,55· N_р·10³)/n_р = (9,55·2,98·10³)/46,6 = 610,7 Н·м

8.    Определяем угловые скорости вращения валов:

ω = π · n_б/30 = 3,14·1431/30 = 149,8 рад/с

ω = π · n_ср/30 = 3,14·454,3/30 = 47,5 рад/с

ω = π · n_т/30 = 3,14·113,6/30 = 11,9 рад/с

ω = π · n_р/30 = 3,14·46,6/30 = 4,9 рад/с

 

9. Сводим результаты кинематического расчёта в таблицу:

 

Вал	N, кВт	n, об/мин	ω, рад/сек	М, Н·м
Быстроходный	3,59	1431	149,8	23,9
Средний	3,45	454,3	47,5	72,5
Тихоходный	3,31	113,6	11,9	278,3
Рабочий	2,98	46,6	4,9	610,7

 

10. Выбираем   стандартный   редуктор   по значениям U_ред=12,5,       М_т^р = 271,6 Н·м   и М_т^н = 315 Н·м:

Недогрузка: (315-278,3)·100%/315 = 11,6 % < 15 %

Марка редуктора: 1Ц2У – 100 – 12,5 – 32У1                                          [1,113]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт тихоходной прямозубой ступени редуктора [2, 87 - 100]

 

3.1. Межосевое  расстояние:

a = 100мм (так как выбран стандартный редуктор с межосевым расстоянием 100 мм)

 

3.2. Выбираем  модуль зацепления

m = (0,01..0,02)·а = (0,01..0,02)·100 = 1..2мм

Принимаем m = 1 мм

 

3.3. Определяем число зубьев:

- суммарное:

Z_∑ = 2·a/m = 2·100/1 = 200

- шестерни:

Z₁ = Z_∑/(U₂+1) = 200/(4+1) = 40,

где U₂ = 4 (передаточное число тихоходной ступени)

- колеса:

Z₂ = Z_∑ - Z₁ = 200 – 40 = 60

 

3.4. Уточняем передаточное  число тихоходной прямозубой ступени редуктора:

U₂ = Z₂/ Z₁ = 160/40 = 40

∆% = 0%

 

3.5. Уточняем межосевое  расстояние:

а = 0,5·m(Z₁+ Z₂) = 0,5·1(40+160) = 100 мм

 

6. Определяем геометрические параметры передачи:

- делительные  диаметры:

шестерни: d₁ = m· Z₁ = 1·40 = 40 мм

колеса: d₂ = m· Z₂ = 1·160 = 160 мм

- диаметры вершин  зубьев:

шестерни: d_а1 = m· Z₁+2·m = 1·40+2·1 = 42 мм

колеса: d_а2 = m· Z₂+2·m = 1·160+2·1 = 162 мм

- диаметры впадин  зубьев:

шестерни: d_f1 = m· Z₁ – 2,4·m = 1·40 - 2,4·1 = 37,6 мм

колеса: d_f2 = m· Z₂ – 2,4·m = 1·160 - 2,4·1 = 157,6 мм

- ширина колеса: b₂ = b = y_ba·a = 0,315·100 = 31,5 мм, где y_ba = 0,315

Примем b₂ = 32 мм

- ширина шестерни: b₁ = b₂ + 3 = 32+3 = 35 мм

 

7. Определяем окружную скорость:

V = π·d₂·n_т·10^-3/60 = 3,14·160·113,6·10^-3/60 = 0,95 м/с,

где n_т = 113,6 об/мин

 

8.  Расчетное контактное напряжение:

σ_н = (6160· Z_н· Z_ε·((М_т·(U₂+1)³·K_Hα· K_Hβ· K_HV)/(b·U₂²))^1/2)/a,