Пример расчета подвесного грузонесущего конвейера

Рассчитать подвесной грузонесущий конвейер, предназначенный для транспортирования в отапливаемом помещении деталей со склада в механосборочный цех (см. рис. 10.1, г). Масса одной детали т = 40 кг, наибольшие размеры 550´300´200 мм.

Производительность конвейера Z = 1500 деталей в час. Длина и высота участков (м): L₁ = 60; L₂ = 15; L₃ = 25; L₅ = 3; L₇ = 80; L₉ = 37; L₁₀ = 15; L₁₁ = 45; L₁₃ = 81; h₁ = 7; h₂ = 7.

Загрузка и разгрузка конвейера автоматическая. Из конструктивных соображении привод конвейера установлен на участке 1 (повороте трассы), а натяжное устройство — на участке 4.

В качестве тягового органа конвейера предварительно принимаем из табл. III.1.13 тяговую разборную цепь Р2—100—220 ГОСТ 589—74 с шагом t = 100 мм, массой 1 м q_ц = 5,2 кг/м и разрушающей нагрузкой 220 кН (см. рекомендации параграфа 10.2).

Принимаем для выбранной цепи звездочку с числом зубьев z = 16 и диаметром делительной окружности D_o = 1025,7 мм (см. табл. 10.1). Угол наклона конвейера на вертикальном перегибе трассы (участки 10 и 2)

bmax = arctg = arctg = arctg » 25°.

Наибольшая длина грузов в плоскости движения конвейера, исходя из их заданных габаритных размеров, l_max = 550 мм. Примем минимальный зазор между грузами (см. рис. 10.3, а) D = 150 мм. Из условия свободного прохода грузов на наклонных участках минимальный допустимый шаг подвесок [см. (10.7)]

Тmin = (550 + 150) = 773 мм;

на вертикальных участках при заданной высоте груза h_max = 200 мм [см. (10.8)] Т_min = 200 +150 = 350 мм.

Учитывая условие (10.9), примем расчетный шаг подвесок с грузами Т = 2×4×100 = 800 > 773 мм.

Возможность свободного прохода грузов на горизонтальных поворотах тягового органа проверяем графическим построением (см. рис. 10.3, в) при диаметре делительной окружности звездочки D_o = 2R_min = 1025,7 мм и убеждаемся, что зазор между грузами достаточен.

Из формулы (5.15) определим скорость цепи при условии, что на каждой подвеске будет располагаться по одной детали: u = Zt_г / 3600 = 1500×0,8/3600 = = 0,33 м/с. Здесь принято t_г = T = 0,8 м.

Из табл. 10.2 выбираем для шага цепи t = 100 мм типовую каретку конвейера ЦПК-100Р массой m = 5,5 кг с предельной нагрузкой 5 кН. Это обеспечивает возможность транспортирования грузов большей массы, чем задано в нашем случае, однако работоспособность выбранной каретки может оказаться недостаточной по условиям (10.1) и (10.2).

Полученная скорость u = 0,33 м/с соответствует требованиям ГОСТ 5946—79 и данным табл. 10.7. После предварительной конструктивной проработки примем массу одной подвески m_п = 9,5 кг. Шаг кареток принимаем равным шагу подвесок t_к = T = 800 мм. Погонная масса холостой ветви (10.12) q_x = 9,5/0,8 + 5,5/0,8 + + 5,2 = 23,95 кг/м. Погонная масса загруженной ветви [см. (10.13)] q_г = 23,95 + + 40/0,8 = 73,95 кг/м. Для определения предварительного значения максимального натяжения цепи конвейера F_max по формуле (10.14) найдем следующие величины.

Минимальное натяжение цепи примем F_min = 500 H (см. параграф 10.4); из табл. 10.9 выберем для хороших условий работы коэффициенты, учитывающие сопротивление движению, w_в = 1,015, т_{п 90} = 1,02, т_{п 180} = 1,03 при угле вертикального перегиба до 35° (см. табл. 10.10); согласно заданной схеме трассы конвейера, число вертикальных перегибов х = 4, количество горизонтальных поворотов с углом 90° у₉₀ = 4, количество горизонтальных поворотов с углом 180° у₁₈₀ = 1.

Коэффициент сопротивления движению тягового органа выбирается из табл. 10.8 в зависимости от нагрузок на каретки и от условий работы конвейера.

Нагрузка на каретки: а) загруженной ветви F_к.г = q_гTg = 73,95×0,8×9,81 = = 580 Н; б) холостой ветви F_к.х = q_хTg = 23,95×0,8×9,81 = 188 Н.

Для хороших условий работы конвейера (табл. 10.10) коэффициенты сопротивления движению (см. табл. 10.8) загруженной ветви w_г = w = 0,02 [см. пояснения к формуле (10.14)]. Общая длина горизонтальных проекций загруженных участков конвейера L = L₇ + L₉ + L₁₀ + L₁₁ + L₁₃ + L₁ = 80 + 37 + 15 + 45 + 81 + 60 = = 318 м; общая длина горизонтальных проекций порожних участков конвейера L = L₂ + L₃ + L₅ = 15 + 25 + 3 = 43 м. Поскольку х + у₉₀ + у₁₈₀ + z = 4 + 4 + 1 + 0 = = 9 > 5, коэффициент концентрации местных сопротивлений принимаем k_м = 0,35 [см. пояснения к формуле (10.14)]. Наибольшая высота подъема груза на трассе конвейера Н = 7 м; коэффициент w_с, входящий в формулу (10.14), в данном случае

w_с= w w w w = 1,015⁴ × 1,02⁴ × 1,03¹ × 1 = 1,18.

Здесь z = 0 (роликовой батареи нет); w = 1.

F_max= 500×1,18 + (0,02×73,95×318 + 0,02×23,95×43) × (1 + 0,35×1,18) 9,81 + 73,95×7´ ´ 9,81 = 12 468 Н

По условию (10.5) проверяем правильность выбора типоразмера цепи: F_доп = = 220×0,85/(3,82×3) = 16,318 кН = 16 318 H > F_max = 12 468 Н, т.е. цепь выбрана правильно. Здесь F_разр = 220 кН; k_тк = 0,85; k_и = 3; расчетный коэффициент запаса прочности по дифференциальному методу k_н = k₁k₂k₃k₄k₅ = 1,2×1,4×1,4×1,3×1,25 = 3,82 [см. пояснения к формуле (10.15)]. Проверяем выбранный типоразмер цепи на основе данных табл. 10.11, откуда для простой трассы (общее число поворотов до 20) и хороших условий работы F_доп = 12,5 кН. F_доп = 12,5 кН > 12,468 кН. Условие (10.15) удовлетворяется.

Поскольку будет выполняться подробный тяговый расчет методом обхода по контуру конвейера, предварительно мощность двигатели не определяем.

Начинаем тяговый расчет с точки 3, расположенной после спуска с наклонного участка. В этой точке ожидается минимальное натяжение цепи, которое принято F_min = F₃ = 500 Н. Коэффициенты сопротивления движению принимаем такими же, как и при приближенном расчете.

Натяжение в точке 4, согласно (10.20), F₄ = F₃ + wq_xL₃g = 500 + 0,02×23,95´ ´ 2,5×9,81 = 617 Н.

Натяжение в точке 5, согласно (10.21), F₅ = w_{п 180}F₄ = 1,03×617 = 636 Н.

Натяжение в точке 6, согласно (10.20), F₆ = F₅ + wq_xL₅g = 636 + 0,02×23,95 ´ ´ 3×9,81 = 650 Н.

Натяжение в точке 7, согласно (10.21), F₇ = w_{п 90}F₆ = 1,02×650 = 663 Н.

Натяжение в точке 8, согласно (10.19), F₈ = F₇ + wq_гL₇g = 663 + 0,02×73,95 ´ ´ 80×9,81 = 1824 Н.

Натяжение в точке 9, согласно (10.21), F₉ = w_{п 90}F₈ = 1,02×1824 = 1860 H.

Натяжение в точке 10, согласно (10.19), F₁₀ = F₉ + wq_гL₉g = 1860 + 0,02 ´ ´ 73,95×37×9,81 = 2397 H.

Натяжение в точке 11, согласно (10.23), F₁₁ = w_в (w_вF₁₀ + wq_гL₁₀g + q_гh₂g) = = 1,015 (1,015×2397 + 0,02×73,95×15×9,81 + 73,95×7×9,81) = 7845 Н.

Натяжение в точке 12, согласно (10.19), F₁₂ = F₁₁ + wq_гL₁₁g = 7845 + 0,02 ´ ´ 73,95 × 9,81 × 45 = 8498 Н.

Натяжение в точке 13, согласно (10.21), F₁₃ = w_{п 90}F₁₂ = 1,02×8498 = 8668 Н.

Натяжение в точке 14, согласно (10.19), F₁₄ = F₁₃ + wq_гL₁₃g = 8668 + 0,02 ´ ´ 73,95×81×9,81 = 9843 Н.

Для определения натяжения в точках 1 и 2 расчет необходимо вести против хода конвейера начиная с точки 3, где F₃ = 500 Н. Из формулы (10.24) для холостой ветви конвейера получим:

Fi = ,

в данном случае

500 - 0,02 ´ ´ 23,95 × 15 × 9,81 + 23,95 × 7 × 9,8l) = 2037 Н.

Натяжение в точке 1 согласно формуле (10.30) F₁ = F₂ + wq_гL₁g = 2037 - - 0,02×73,95×60×9,81 = 1170 Н.

	Строим диаграмму натяжений цепи конвейера (рис. 16.4). Максимальное натяжение цепи — в точке 14: F14 = 9843 H. Условие (10.15) удовлетворяется, так как Fдоп = 11 518 Н больше Fmax = F14 = 9843 H, т.е. проверка показывает, что цепь выбрана правильно. Нагрузка на натяжное устройство по формуле (10.11) при установке тележки на колесах Fнат = F4 + F5 + Fтел = 617 + 636 + + 343 = 1596 Н.
Рис. 16.4. К расчету натяжений подвесного грузонесущего конвейера

Здесь принято сопротивление передвижению тележки F_тел = 0,1 т_телg = 0,1 ´ ´ 350 × 9,81 = 343 Н, где т_тел = 350 кг.

Требуемая масса натяжного груза т_г = 1,1F_нат / g = 1,1×1596/9,81 » 180 кг.

Проверяем работоспособность каретки по условиям (10.1) и (10.2). Максимальная нагрузка на каретку по формуле (10.3)

Fкmax = 580 cos 7845 = 2149 Н,

где F — нагрузка на загруженную каретку, F = F_к.г = 580 H (см. выше); b — угол, соответствующий дуге перегиба (см. выше): b = 25°; F_наиб — натяжение цепи на загруженном участке трассы с вертикальным перегибом выпуклостью вверх: F_наиб = = F₁₁ = 7845 Н. Из табл. 10.4 для шага кареток t_к = 8t = 800 мм при натяжении цепи на перегибе F_наиб = 7845 Н, составляющем около 75% допускаемого натяжения цепи F_доп = 11 518 Н, рекомендуемый радиус вертикального перегиба пути R = 4 м.

Условие (10.1) по прочности каретки удовлетворяется, так как F_p = 5000 H > > F_{к max} = 2149 H.

Для определения эквивалентной нагрузки на подшипники каретки необходимо определить: общую длину трассы конвейера:

длину перегиба (в верхней и нижней частях перегиба эти длины одинаковы):

суммарную нагрузку на рабочую каретку на кривой вертикального перегиба выпуклостью вниз:

FAi » Fг cos = 580 cos = 87 Н,

где натяжение цепи в нижней части перегиба = F₁₀ = 2397 Н принято из диаграммы натяжений (см. рис. 16.4); R_А = R = 4 м; суммарную нагрузку на каретку на кривой вертикального перегиба выпуклостью вверх:

FВ = Fг cos = 580 cos = 2135 Н,

где = F₁₁ = 7845 Н принято из диаграммы натяжений; R_В = R_А = R = 4 м;

нагрузку на рабочую каретку на наклонном участке вертикального перегиба:

длину наклонного участка:

Эквивалентная нагрузка на подшипники каретки по формуле (10.5) при одном загруженном вертикальном перегибе (п = 1)

Fэкв=

при F_г = F_к.г = 580 Н; F_х = 188 Н; L = 318 м; L = 43 м.

Допускаемая полезная нагрузка на подшипники каретки по формуле (10.4) F_д.п = 5000×0,45×1 / 1,2 = 1875 Н. Здесь коэффициент, учитывающий скорость конвейера, при u = 0,33 м/с k₁ = 0,45; коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, k₂ = l (при температуре до 125°С); коэффициент неравномерности нагрузки на катки каретки k_н = 1,2.

Таким образом, условие (10.2) удовлетворяется, так как F_д = 1875 Н больше F_экв = 624 H.

Окружное усилие на приводной звездочке по формуле (10.25) F_t = (F₁₄ – F₁) w_{п 90} = (9843 – 1170) × 1,02 = 8846 Н.

Необходимая мощность приводного электродвигателя по формуле (10.16) Р = 1,2×8846×0,33/(10³×0,9) = 3,89 кВт.

Из табл. III.3.1 выбираем электродвигатель 4А100L4УЗ мощностью 4 кВт с частотой вращения п = 1430 мин^-1.

Частота вращения приводной звездочки диаметром D_o = 1025,7 мм по (8.15) п_зв = 60×0,33/(3,14×1,026) = 6,143 мин^-1.

Требуемое передаточное число редуктора по (6.23) и = 1430/6,143 = 232,78.

Из табл. 10.6 выбираем редуктор типа КДВ-350М1 исполнения X с передаточным числом и_p = 263, мощностью 6,4 кВт при частоте вращения быстроходного вала 1500 мин^-1.

Фактическая скорость цепи из (8.15) u_ф = (pD_oп_зв.ф)/60 = 3,14×1,026×5,44/60 = = 0,29 м/с, где фактическая частота вращения звездочки из (6.23) п_зв.ф = п/и_p = = 1430/263 = 5,44 мин^-1. Фактическая производительность конвейера, согласно (5.15), Z = (3600u_ф)t_г = 3600×0,29/0,8 = 1305 шт./ч. Отклонение от заданной производительности составляет (1500 - 1305) / 1500×100 = 13%. При необходимости строгого обеспечения заданной производительности следует предусмотреть в приводе дополнительную передачу.