Проектирование винового конвейера

Задание

Спроектировать винтовой горизонтальный конвейер со следующими параметрами:

• Производительность Q = 4 т/ч;
• Длина конвейера L = 15 м;
• Транспортируемый материал – зола сухая.

 

Рис.1  Схема винтового  конвейера

1 – двигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – подшипник упорный головной; 5 – вал с винтом; 6 – опора промежуточная; 7 – загрузочный патрубок; 8 – задний подшипник; 9 – разгрузочное устройство

 

 

Введение

 

Винтовые конвейеры (шнеки, транспортеры) получили большое распространение в различных отраслях промышленности. Винтовые конвейеры предназначены для горизонтального, наклонного и вертикального перемещения непрерывным потоком сыпучих (цемента, гипса, извести, шлака, песка и т. д.), а также влажных и тестообразных (мокрая глина, строительные растворы и бетонные смеси) материалов на расстояние 5—40 м.

Винтовые конвейеры однотипны по конструкции, собираются из взаимозаменяемых унифицированных секций, количество которых определяется необходимой дальностью транспортирования материала, и отличаются один от другого размерами поперечного сечения желоба, длиной и мощностью привода.

Выбор типа винтового  конвейера сводится в основном к  установлению формы и конструкции винта, соответствующей гранулометрическому составу и физическим свойствам транспортируемого материала.

Основным достоинством этих конвейеров является закрытый транспортный тракт, компактность, безопасность в работе и обслуживании, пригодность для транспортирования горячих, пылящих и токсичных материалов.

Существенный недостаток винтовых конвейеров заключается в том, что вследствие трения о дно желоба и винтовую поверхность материал сильно истирается и перемалывается, расход электроэнергии у винтовых конвейеров выше, чем у любого другого транспортирующего устройства. Поэтому они применяются при сравнительно небольших производительностях и коротких расстояниях транспортирования.

Целями курсовой работы являются:

- изучение конструкции винтовых конвейеров;

- расчет основных параметров вертикального  винтового конвейера;

- в графической части – разработка чертежей общего вида винтового конвейера, деталировки отдельных узлов.

 

1. Конструкция винтовых конвейеров

 

Винтовой конвейер представляет собой транспортирующее устройство непрерывного действия, рабочим органом которого служит винт, вращающийся в закрытом неподвижном кожухе (желобе) с полукруглым днищем. Винтовой конвейер  состоит из винта, желоба с крышкой, загрузочного и разгрузочного патрубков и привода.

Транспортируемый материал, поступающий  в машину через загрузочный патрубок, перемещается вращающимся винтом по дну желоба к выгрузочному патрубку.

Винты изготовляют одно- и двухходовыми с правым или левым  направлением витков, имеющих, как правило, постоянный шаг. Различаются винты: сплошные — для сухих порошкообразных и зернистых материалов (цемента, мела, гипса, гранулированного шлака и т. д.); ленточные  — для мелкокусковых материалов (гравия, щебня, негранулированного шлака и т. д.); фасонные  — для мокрых, слежавшихся и тестообразных материалов (мокрая глина, растворы и бетонные смеси); лопастные — для бетонных смесей.

Таким образом, для транспортирования хорошо сыпучих материалов, к которым относится зола, выбираем сплошной подающий винт.

Витки шнека, образующие винтовую поверхность, обычно изготовляют  из отдельных разрезных железных шайб, которым штамповкой придаётся винтовая поверхность. Отдельные витки сваривают или склепывают между собой и затем прикрепляют к валу. В отдельных случаях для транспортирования абразивных материалов применяются шнеки, у которых витки отливаются из чугуна. Отдельные трубки, отлитые вместе с витками, надеваются на вал. Они соединяются между собой посредством выступов на трубках и соответствующих им впадин на соседних трубках. Однако на практике чаще применяют стальные шнеки, так как чугунные шнеки получаются значительно тяжелее и обходятся дороже стальных шнеков. Стандартные диаметры винтов 0,1—0,8 м. Витки (лопасти) винта закрепляются на стальном трубчатом валу, составленном из отдельных секций длиной 2—4 м, и соединены между собой через промежуточные подвесные подшипники, прикрепленные к крышке желоба. Концевыми опорами вала служат подшипники, расположенные за торцовыми стенками желоба.

Желоб конвейера, изготовленный из листовой стали, так же, как и винт, собирается на болтах из отдельных секций полукруглой или круглой формы. Между стенкой желоба и винтом должен быть зазор 6—10 мм. В местах загрузки в крышке и в местах разгрузки в дне делаются окна и патрубки. Разгрузочные патрубки снабжаются обыкновенными задвижками различных конструкций или задвижками с зубчатой рейкой.

Винт конвейера приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Привод размещают на разгрузочном конце конвейера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет основных параметров винтового конвейера

 

Производительность винтового  конвейера рассчитывается по формуле:

,                                                                     (1)

где D – диаметр винта, м;

     t – шаг винта, м;

      п – частота вращения винта, об/мин;

     ρ – плотность транспортируемого материала, т/м³;

     С – поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера β,

           при β = 0º принимаем С = 1;

      ψ – коэффициент наполнения поперечного сечения винта, для

           абразивных материалов ψ = 0,125 [1, стр. 57].

В нормальных условиях работы рекомендуется  шаг винта t принимать равным диаметру винта D [1, стр. 55]. Плотность золы выбираем таблицы 24 [3, стр. 300] ρ = 600 кг/м³. Рекомендуемое число оборотов винта выбираем по ГОСТ 2037-65  п = 50 об/мин.

Из формулы (1) получим формулу для расчета диаметра винта:

                                                                            (2)

 мм

Полученное значение округляем  до ближайшего стандартного              D = 300 мм.

                               

 

Рис. 2. Эскиз сплошного винта

3. Определение мощности на валу винта

 

Мощность на валу винта  определяют по формуле [1, стр. 59]:

,      (3)

где  L_Г – горизонтальная проекция длины конвейера, м;

W – опытный коэффициент сопротивления при движении груза по желобу [1, стр. 59, табл. 7], W = 4;

 k – коэффициент, учитывающий характер перемещения винта, k = 0,2;

q_К – погонная масса вращающихся частей конвейера, кг/м;

u – осевая скорость движения груза, м/с;

w_В – коэффициент сопротивления движению вращающихся частей конвейера, при подшипниках качения w_В = 0,08.

                                                        (4)

 м/с

                                                        (5)

кг/м

 кВт

 

4.  Определение максимальной частоты вращения вала

 

Максимальную частоту  вращения винта можно определить по формуле:

,                                                                                   (6)

где К– расчетный коэффициент, для абразивного материала

            К = 30 [3, стр.364]

 об/мин

Номинальную частоту вращения винта  при заданной производительности и выбранном диаметре винта определяем по формуле:

                                                                     (7)

  об/мин

Должно соблюдаться условие:

 n_max>n_ном                                                                                                  (8)

54,77>41,94 об/мин

 

 

5.  Определение мощности и выбор электродвигателя 

 

Мощность двигателя определяется с учетом КПД механизма:

,                                                                                    (9)

где h – механический КПД привода, [8, табл. 5.1.];

,                                   (10)

где h_м – кпд муфт, h_м.=0,98;

       h_ред – кпд двухступенчатого редуктора, h_ред.= 0,96.

 

 кВт

По ГОСТ 19523-81 выбираем асинхронный  электродвигатель типа: 4АМ80А6У3 с номинальной мощностью 0,75 кВт и асинхронной частотой вращения n_дв.ном.= 1000мин^-1.

 

 

Рис.3 Кинематическая схема привода  винтового конвейера

 

 

 

 

6. Кинематический расчет привода

 

Определим общее передаточное число привода по формуле:

                                                                                  (11)

     

Принимаем U_общ.= 24,9. По табл.7 [2, стр. 155] выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа ГОСТ 20373-94: Ц2У-160 и передаточным отношением U=24,9; Номинальный крутящий момент на тихоходном валу 1250 Н×м; КПД – 0,97 .

Определим фактическую частоту  вращения винта.

                                                                             (12)

        об/мин

Определим фактическую производительность винтового конвейера по формуле (1).

 т/ч

 

 

 

7. Определение силовых параметров на валу винта

 

Момент на валу винта определяем по формуле:

,                                                                      (13)

где h – механический КПД привода.

Н×м

Определим наибольшую действующую  продольную силу:

        ,                                      (14)

где j – угол трения материала о поверхность винта;

a – угол подъема винтовой линии;

k – коэффициент, учитывающий радиус действия силы (k=0,7…0,8).

Угол подъема винтовой линии определим по формуле:

                                                                            (15)

º

Угол трения материала о поверхность винта:

,                                                                                 (16)

где f₁ – коэффициент трения частиц груза о поверхность винта, для золы

            выбираем по таблице 24 [3, стр. 300] f₁ = 0,84.

°

Н

 

 

 

Определим массу груза, передвигающегося по конвейеру:

,                                                                                  (17)

где u – скорость груза, м/с.

                                                                                           (18)

 м/с

 кг/м

 

Определим силу, действующую на один виток:

,                                                                                                 (19)

где q' – вес, передвигающийся по конвейеру, Н/м.

                                                                                                 (20)

 Н/м

 Н

Поперечная нагрузка на участок  винта между опорами:

        ,                                      (21)

где l – расстояние между опорами винт.

Н

Поперечная сила приложена к  винту на расстоянии среднего радиуса  винта.       

                                        (22)

мм

 

8. Расчет вала винта на прочность

8.1. Предварительный расчет вала

 

Вал изготавливают полым. Его внешний диаметр равен:

 

                                                                            (23)

 м

 

Внутренний диаметр вала найдем из соотношения:

,                                                                                                (24)

где с – коэффициент отношения внутреннего диаметра вала к внешнему

      диаметру, с = 0,75.

Преобразуя формулу, получим:

                                                                                       (25)

        мм

Определим число промежуточных опор:

,                                                                                               (26)

где L – длина конвейера, м;

     l – длина секций между опорами, принимаем конструктивно l = 3 м.

    опоры