Основной задачей развития промышленности является обеспечение снижения затрат на производство. С этой целью на заводах стали большими объёмами проводить реконструкции и в ремонтных организациях начали применять эффективные средства механизации ремонтных работ, которые решают две основные задачи - освобождение рабочих от тяжелого физического труда и сокращение продолжительности ремонтных простоев агрегатов. Так, для механизации ремонтных работ конвейеров используют комплексы специализированных ремонтных машин, облегчающих выполнение ранее трудоемких ручных операций. При капитальных ремонтах не только заменяют изношенные элементы, но и проводят реконструкцию агрегата с целью увеличения производительности и улучшения других технико-экономических показателей.

Машины, механизмы и приспособления необходимо правильно эксплуатировать, постоянно поддерживать в рабочем состоянии, своевременно ремонтировать. Эти требования особенно актуальны в настоящее время, потому что непрерывно повышается технический уровень машин и внедряются новые прогрессивные технологические режимы. Основной обязанностью ремонтного персонала предприятий является борьба с износом, как главной причиной потерь производительности и мощности оборудования. Нарастающий износ деталей и сборочных единиц неизбежно вызывает постепенное снижение точности работы и, как следствие, ухудшение качества выпускаемой продукции. Повышение качества и снижение стоимости ремонта оборудования путем более широкого внедрения новых, надёжных, дешевых, конструкций и технологий.

1. Описание устройства конвейера

Основной частью роликовой опоры является ролик, изготовленный из стальной трубы вращающейся на шарикоподшипниках. Оси роликов устанавливаются в роликоопоры (кронштейны). Очень важное значение в роликах имеет уплотнение, предохраняющее шарикоподшипники от загрязнения пылью. Практика показала, что основной причиной повышенного расходования энергии и преждевременного износа ленты является неудовлетворительное состояние опорных роликов вследствие забивания шарикоподшипников пылью, а также на данном участке цеха происходит значительный расход поддерживающих роликов из-за раннего износа поверхности.

Предлагаемая роликовая опора должна заменить старую на холостой ветви конвейера, поддерживая ленту не давая ей провиснуть под своим весом до пола.

Предлагаемая для замены роликовая опора состоит из катков, оси, натяжной гайки, кронштейна для крепления роликовой опоры к раме конвейера.

Лента, двигаясь под конвейером в сторону натяжного барабана поддерживается катками из полиамида, данные катки обладают минимальным коэффициентом трения, как по поверхности наружной, так и внутренней поверхности соприкасающаяся с металлом оси. Ось, расположенная в роликовой опоре натянута, натяжка оси способствует распределить нагрузки от движения, веса, транспортёрной ленты по каткам роликовой опоры, натяжка оси не даёт прогиб осевой, что способствует лёгкому вращению катков.

Смысл замены существующего ролика является агрессивная среда, в которой работает ролик на КПМ-2, при подаче кокса конвейерами на ленте в большей своей части на рабочей поверхности остаются частицы коксовой пыли. На конвейерах предусмотрено устройство по снятию кокса и пыли с рабочей поверхности резиновыми скребками. Скребок состоит из трёх слоёв клееной резиновой ленты, при увеличении слоёв скребка создаётся неблагоприятная работа рабочего слоя транспортёрной ленты, происходит быстрое изнашивание ленты и частой ёё замены, что ведет к значительному удорожанию готовой продукции. По мере износа резинового скребка, который крепится на раме, подтягивается к ленте с помощью винт, гайка. При такой очистке фактически невозможно снять все частицы коксовой пыли, при этом происходит налипание пыли на поверхности поддерживающих роликов. В таких условиях работы ролик не выдерживает заданных характеристик и долговременной работы, что приводит к частой замене поддерживающего ролика, по причине раннего износа поверхности ролика (бочки).

Предлагаю данный ролик заменить на поддерживающий ролик катки которого изготовлены из полиамида, при работе данного ролика достигается более продолжительная работа, простота сборки, постепенная замена изношенных катков, отсутствие подшипникового узла, что является слабым местом существующего ролика, по причине не возможного достижения чистоты в подшипниковом узле.

Катки из полиамида. Общим для углепластиков является высокое содержание порошковых углеродных наполнителей и смол горячего отверждения, высокую износостойкость углепластикам придает порошок нефтяного кокса, являющийся основным наполнителем. Результаты исследования и эксплуатации показали, что наиболее перспективны подшипники из углепластиков для работы без смазки, в воздухе, запыленном цементом, угольной и другой пылью, в сточных водах промышленных предприятий, в морской воде.

2. Расчет ленточного конвейера

Конвейер предназначен для транспортирования угля в приемный бункер. Конвейер установлен в не отапливаемом помещении с температурой окружающей среды от -2 до +25 °С.

Плановая средняя массовая производительность конвейера Q_m = 400 т/ч

Коэффициенты использования конвейера по времени:

в сутки.

в год

По табл. 2.1 определяем, что эти значения коэффициентов соответствуют классу В4, использования конвейера по времени.

Определяем коэффициент средней нагрузки на ленту (производительности) по формуле.

Конвейер будет работать в тяжелом режиме (Т) и в средних производственных условиях (С). Устанавливаем, что транспортируемый груз -- среднекусковой камень -- соответствует группам среднекускового груза, средней плотности и средней подвижности, группа абразивности D.

Принято в соответствии с заданием расчетный коэффициент рабочего использования конвейера по времени kt = 0,9; общий коэффициент готовности k_r = 0,96; коэффициент неравномерности загрузки k_н = 1,2.

На основании данных табл. 4.41 и расчетной объемной производительности предполагаем, что лента должна иметь ширину в пределах 800--1000 мм. Тогда по табл. 4.39 принимаем скорость движения ленты v = 1,0 м/с. Принимаем желобчатый профиль сечения рабочей ветви ленты, опирающейся на трехроликовую желобчатую роликоопору с углом желобчатости а_ж = 20°. По кусковатости груза, в соответствии с табл. 4.44, ширина ленты должна быть не менее 650 мм.

По формуле (4.2) ширина ленты.

Принято из табл. 4.42 для а_ж = 20° и груза средней подвижности с 1= 15° и k_n = 470,

По табл. 4.43 для груза средней подвижности и,

Принимаем ширину ленты В = 800 мм.

По табл. 4.41 при скорости v= 1 м/с и имеем производительность Q_v = 400 м³/ч.

Для наших условий следовательно выбранные параметры обеспечивают заданную производительность.

Устанавливаем на конвейере резинотканевую ленту общего назначения, типа 2Р по ГОСТ 20--76. По табл. 4.50 и 4.51 выбираем роликоопоры с роликами диаметром 127 мм общего исполнения. Диаметр оси и подшипник выбираем из табл. 4.52. По табл. 4.53 выбираем расстояния между роликоопорами L-- 1,3 м, L= 2,6 м.

В зоне загрузки устанавливаем четыре амортизирующие роликоопоры на расстоянии 350 мм друг от друга.

Погонная нагрузка вращающихся частей роликоопор определяется по чертежам или по приближенным формулам.

для q=q=

для q= q=

масса груза на 1м длины ленты.

q=

Необходимое расчетное тяговое усилие Р на обводе приводного барабана

где - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления движению ленты по роликам, барабану, в местах загрузки, выбирается в зависимости от длины конвейера - (2,5);

- коэффициент, сопротивлению движению ленты по роликоопорам и барабанам - (0,04); (табл. 4,70)

- масса груза, приходящаяся на 1 м длины ленты - (28), кг/м;

g_л.ср - средняя линейная нагрузка от массы ленты, численно равная среднему значению массы ленты, определяю в зависимости от ширины и типа ленты, для резинотканевой при ширине ленты 800мм - (14),кг/м;

Н = 1-горизонтальный конвейер,

L-длина конвейера - (60 м).

и - линейные нагрузки определяются по формулам

где и - масса вращающихся частей одной роликоопоры соответственно верхней и нижней, определяется в зависимости от насыпной плотности груза (17,9; 19) кг.

и - расстояния между роликоопрами соответственно верхней и нижней ветви ленты (шаг роликоопор).

В зависимости от ширины ленты выбираю расстояние между роликами на верхней ветви =1,3 м; на нижней принимаю = 2,6, м.

, даН/м =137Н/м ;

, даН/м = 73,Н/м;

, даН = 4900, Н;

По табл. 4.70 принят коэффициент сопротивления для средних производственных условий w = 0,03; по рис. 4.27 коэффициент К_д = 2,5.

По формуле (4.39) определяем мощность приводного электродвигателя

N=

Принято: к₃ = 1,15 и з = 0,87

Принимаем: короткозамкнутый электродвигатель типа 4 А 132 S 4 УЗ, мощность 7,5 кВт; 1455 об/мин. На конвейере устанавливаем однобарабанный привод с углом обхвата барабана лентой а = 240°, с отклоняющим роликом, барабан футерован прорезиненной лентой без обкладки; коэффициент трения ленты по барабану при средних производственных и влажных атмосферных условиях м = 0,30.

В соответствии с этим по табл. 4.73 имеет место фактор сцепления е= 3,52 и член е^ма/(е^м'^а-- l) = 1,4.

Отсюда расчетное натяжение ленты

S_h = Н

Выбираем по ГОСТ 20--76 резинотканевую ленту с прокладками из ткани ТА-100 с пределом прочности на разрыв одной прокладки Sр = 100 Н/мм. Количество прокладок равно

I =

Расчетный коэффициент запаса прочности ленты

Принято = 7; k_пр = 0.9; k_Ст = 0,9 (для вулканизированного стыка); k_T = 0,85 и kр = 0,9. Принимаем ленту с тремя прокладками. Проверка по формулам гл. 2 при S_d = 11 по ГОСТ 20--76:

, т.е.

Условие выполнено.

Время прохождения ленты через пункт загрузки по формуле (4.6)

с.

где L -- 65 м -- общая длина ленты между, осями концевых барабанов по контуру трассы.

Для грузов группы абразивности D, при тяжелом режиме работы и частоте прохождения ленты через пункт загрузки к_ч -- 130 с учетом кусковатости груза принимаем толщины обкладок -- верхней -- 4.5 мм, нижней -- 2 мм из резины класса А по ГОСТ 20--76.

Окончательно принята лента 2Р-800-5-ТА100-4.5-2А, ГОСТ 20--76.

Принятая лента имеет массу 11,1 кг/м ( ГОСТ 20--76) и q_л = 104 Н/м.

Диаметр приводного барабана

Dб = k'k"i = 150·1·3 = 450 мм;

по (табл 4,59)

принимаем диаметр приводного барабана -500 мм.

Диаметр натяжного барабана

Dн=150·0,8·3=360 мм.

принимаем диаметр натяжного барабана-500 мм.

конвейер редуктор электродвигатель барабан

3. Кинематический расчет

Рис. 2 - Кинематическая схема привода

1. Электродвигатель (мотор)

2. Муфта упругая

3. Вал быстроходный

4. Вал-шестерня быстроходной ступени

5. Корпус редуктора

6. Подшипниковый узел с глухой крышкой

7. Зубчатое колесо быстроходной ступени

8. Вал-шестерня тихоходной ступени

9. Вал-шестерня промежуточный

10. Зубчатое колесо тихоходной ступени

11. Барабан приводной ленточного конвейера

12. Вал приводного барабана

13. Опора подшипниковая приводного барабана

14. Лента конвейера

15. Муфта упругая

16. Подшипниковый узел со сквозной крышкой с уплотнением

17. Вал тихоходный

Проектируемый редуктор служит для передачи вращения и изменяющегося крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму - приводному барабану ленточного конвейера. Передача крутящего момента, от электродвигателя 1 посредством муфты 2 передается на быстроходный вал 3, установленный в корпусе 5 на подшипниках 6. Быстроходный вал имеет зубчатый венец 4 (шестерня), которая зацепляется с зубчатым колесом 7, установленным посредством шпоночного соединения с промежуточным валом 9, установленным также на подшипниках качения. На промежуточном валу имеется также зубчатый венец 8 (промежуточный вал может быть выполнен в виде вал-шестерни), которое зацепляется с зубчатым колесом 10, установленным посредством шпоночного соединения на тихоходном валу 17, установленном также в корпусе редуктора на подшипниках качения. Выходной конец тихоходного вала 17 посредством шпоночного соединения и муфты 15 соединен с приводным валом 12 барабана 11 ленточного конвейера с лентой 14.

Условно называют зубчатую передачу 4-7 быстроходной ступенью и зубчатую передачу 8-10 тихоходной ступенью редуктора. Крутящий момент передается: с вала электродвигателя на быстроходную ступень 4-7, далее на промежуточном валу на участке 7-8 на тихоходную ступень 8-10, далее на муфту 15 и на вал приводного барабана 16. Число оборотов электродвигателя в данной системе максимально. Число оборотов промежуточного вала в раз меньше; число оборотов тихоходного вала в раз меньше. Момент на валу электродвигателя в данной системе минимальный, а на выходном валу - максимальный, с учетом небольших потерь в подшипниках, зубчатых передачах и муфтах, момент возрастает в раз.

Частота вращения вала барабана находим

об/мин

Для выбора электродвигателя определяют требуемую его мощность и частоту вращения.

Потребляемую мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определяют по формуле:

где - общее КПД звеньев кинематической цепи:

по таблице 1.1 находим значения КПД отдельных звеньев кинематической цепи: ; ;

таким образом,

4. Выбор электродвигателя

Тогда требуемая мощность электродвигателя:

кВт

С учётом условий работы конвейера и ранее посчитанными значениями, выбираем электродвигатель по таблице 1,4. принимаем: короткозамкнутый электродвигатель типа 4 А 132 S 4 УЗ, мощность кВт с асинхронной частотой вращения об/мин.

Уточнение передаточных чисел привода

Общее передаточное число привода находим по формуле:

;

Полученное передаточное число распределяем между первой и второй ступенями редуктора по формулам:

;

;

Определение вращающих моментов на валах привода

Частота вращения быстроходного вала: ; об/мин.

Частота вращения промежуточного вала:

; об/мин.

Частота вращения тихоходного вала:

; об/мин.

Вращающий момент электродвигателя определяется по формуле:

; Н м.

Вращающие моменты соответственно на быстроходном, промежуточном и тихоходном валах определяются по формулам:

; ; .

Подставляя имеющиеся значения в указанные формулы получим:

Н м; Н м; Н м.

5. Выбор редуктора

Принимаем редуктор типа Ц2У-200.

межосевое расстояние 325 мм,

передаточное отношение 35,5;

По ГОСТ 2144-76 передаточное число должно отличаться от расчетного не больше чем на 4%:

Условие выполнено.

Крутящий момент на тихоходном валу, кНм - 2,0;

К.п.д.-97%

6. Расчет на прочность вала приводного барабана

G = 10q + q_рLm₁m₂ m₃m₄m₅ ,

Где щ = 0,03 - коэффициент, учитывающий условия работы конвейера;

Q = 28 кг/м - погонная масса транспортируемого материала;

q_р = 17.2 кг/м - погонная масса движущихся частей конвейера;

L -60 длина конвейера, м;

m₁, m₂, m₃, m₄, m₅ - коэффициенты, учитывающие конструктивные признаки конвейера:

m₁ - длины, при L 15 м, m₁=1,2…1,5;

m₂=1 - прямолинейность;

m₃ - в зависимости от привода: головной однобарабанный привод - m₃=1;

m₄=1 при хвостовой натяжной станции;

m₅=1 - без сбрасывающей тележки.

G = 100,0328 + 17.2601,51 111 = 1.2 кН

7. Расчет вала приводного барабана на усталость

Учитывая возможность неравномерного распределения шихты на транспортерной ленте, для расчета на крепость примем натяжное усилие, которое в два раза превышает расчетное:

Т = 2G = 2 1.2= 2.4 кН

Момент на валу барабана равняется крутящему моменту и рассчитывается по формуле:

М_б = М_кр = М_дв u_р

М_б = М_кр = 20 35.5 = 710 кНмм

Реакции опор находят по формулам:

R_А = R_Б = T/2

R_А = R_Б = 2.4/2 = 1.2 кН

Изгибающий момент на валу барабана равняется:

М_з = R_А

М_з = 1.2 = 655.5 кНмм

Рис. 2.3.1 К расчету вала приводного барабана на прочность

Построив эпюры изгибающих и крутящих моментов, определим, что наибольше нагруженными являются разрезы 1-1 и 2-2. Разрез 1-1 прослаблен посадкой с натягом и шпоночным пазом. Этот разрез проверяем на усталостную прочность по максимальным напряжениям изгиба и кручения. Разрез 2-2 круглой формы - по таким же напряжениям.

Проверку на сопротивление усталости выполняем по коэффициенту запаса сопротивления усталости:

S = s

Момент сопротивления изгиба для разреза 1-1, которое ослаблено шпоночным пазом:

W_зг = 0,1d³ -

Приd=80 мм, b=22 мм, t₁=9,0 мм.

W_зг = 0,180³ - = 38723 мм³

Момент сопротивления кручению

W_к = 0,2d³ -

W_к = 0,260³ - = 89924 мм³

При расчете принимаем, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу , а напряжение кручения - по нулевому циклу. Выбор нулевого цикла связан с тем, что большинство валов передает измененные значения, но постоянные по направлению крутящие моменты.

Амплитуда циклов напряжений при изгибе равняется:

_зг =

_зг = МПа

Амплитуда циклов при кручении равно:

_к =

_к = МПа

Материал вала Сталь 45, для которой _в =890 МПа, _т =650МПа, _-1= =380МПа, _-1 = 0,58 _-1 = (0,58380 )МПа = 220,4МПа. Для этой стали выбираем соотношения эффективных коэффициентов концентрации напряжений:

K/K_d = 4,25; K/K_d = 2,95 3 табл.17.6.

По (3) табл. 17.4; 17.5:

- коэффициент влияния шероховатости K_F = 1 - для шлифованной посадочной поверхности;

- коэффициент влияния поверхностной закалки K = 1 - поверхность вала не закаливается.

Коэффициенты концентрации напряжений вала в разрезе 1-1:

(K)_D = /К

(K)_D = /1 = 4,25

(K)_D = /К

(K)_D = /1 = 2,95

Границы выносливости вала в разрезе 1-1:

(_-1)_D = _-1/(K)_D = МПа

(_-1)_D = _-1/(K)_D = МПа

Коэффициенты запаса сопротивления усталости вала в разрезе 1-1 по нормальным и касательным напряжениям - по (3) ф.ф. 17.3; 17.4:

s =

s =

Расчетный коэффициент запаса сопротивления усталости вала в разрезе 1-1:

S = s = 2,1

Сопротивление усталости вала в разрезе 1-1 обеспечивается.

Определение напряжений в разрезе 2-2.

Напряжение изгиба

_зг =

Момент сопротивления изгибу для разреза 2-2:

W_зг = 0,1d³

При d = 75 мм

W_зг = 0,175³ = 42187,5 мм³

Напряжение изгиба

_зг = МПа

Напряжение кручения

_к =

Момент сопротивления кручению

W_к = 0,2d³

W_к = 0,275³ = 84375 мм³

Напряжение кручения равняется:

_к = МПа

В разрезе 2-2 согласно с (3) табл. 17.2 к расчету принимаем концентрацию напряжения от галтели, для которой: K= 1,8; K = 1,6

По (3) табл. 17.3 К_d = 0,7

По (3) табл. 17.4; 17.5:K_F = 1,1 - для обработанной поверхности;

K = 1 - поверхность вала на упрочняется.

Коэффициенты концентрации напряжений вала в разрезе 2-2:

(K)_D = /К

(K)_D = /1 = 2,67

(K)_D = /К

(K)_D = /1 = 2,38

Границы выносливости вала в разрезе 2-2:

(_-1)_D = _-1/(K)_D = МПа

(_-1)_D = _-1/(K)_D = МПа

Коэффициенты запаса сопротивления усталости вала в разрезе 2-2 по нормальным и касательным напряжениям - по (3) ф.ф. 17.3 и 17.4:

s =

s =

Расчетный коэффициент запаса сопротивления усталости вала в разрезе 2-2:

S = 5,026 s = 2,1

Сопротивление усталости вала в разрезе 2-2 обеспечивается.

Согласно с расчетами разрезов 1-1 и 2-2 вал удовлетворяет условиям прочности.

Список литературы