Проект горизонтального винтового конвейера

При транспортировании  легкосыпучих грузов производительность конвейера с ленточной спиралью примерно на 20—30%, а мощность привода примерно на 10% меньше, чем у конвейера со сплошной спиралью.

Головной подшипник  винта, расположенный со стороны, к  которой перемещается груз, обычно делается упорным, так как он воспринимает осевую нагрузку. При этом вал винта работает на растяжение, что позволяет уменьшить его диаметр.

Рис. 4. Транспортирующая труба

При сравнении характеристик  винтового и ленточного конвейеров производительностью 30 т/ч установлено, что при длине" 10 м эксплуатационные расходы у них приблизительно одинаковы, а при длине 100 м расходы на винтовой конвейер вдвое больше расходов на ленточный конвейер.

Транспортирующие трубы (рис. 4), являющиеся разновидностью винтовых конвейеров, предназначены для транспортирования горячих грузов, а также грузов, выделяющих вредные газообразные вещества. Транспортирующие трубы отличаются сравнительной простотой и надежностью конструкции и возможностью создания герметичности процесса транспортирования. В транспортирующей трубе по ее внутренним стенкам укрепляется спираль. Высота гребня спирали принимается обычно равной (0,2—0,3)1). При вращении трубы, устанавливаемой в зависимости от размеров трубы на двухролвковых (рис. 4) или на четырех-роликовых (рис. 5) опорах, груз за один оборот трубы перемещается на размер шага спирали. Так как при вращении трубы груз все время перемешивается и крошится, то транспортирующие трубы не применяют для перемещения грузов, которые не должны измельчаться. Транспортирующие трубы с винтовой спиралью могут быть установлены горизонтально или с небольшим наклоном вверх или вниз. Разновидностью конструкций этого типа являются трубы без спирали, устанавливаемые всегда с наклоном вниз по направлению движения груза и используемые в качестве технологических агрегатов для обжига, сушки, смешивания различных материалов. К недостаткам транспортирующих труб относят большие габариты и массу, высокий расход энергии.

 

 

Рис. 5. Установка трубы  на четырехроликовых опорах

 

2. Технологические и кинематические расчеты конвейера.

 

    Рассчитываем  винтовой конвейер по следующим   исходным данным к проекту

 

           Транспортируемый материал –ячмень;

Расчетная производительность, Q = 100 т/ч;

Длина конвейера, l = 30 м;

Насыпная плотность, r = 0,65 т/м³

Коэффициент сопротивления, w_о =1,4;

Ориентировочная частота вращения винта, n_В =50…120

 

1. Примем предварительно частоту вращения винта n_B из рекомендуемого интервала 50…120 об/мин по ГОСТ 2037-82. Подходят следующие значения из стандартного ряда: 60;75;95;118 об/мин. Выбираем n_B=95 об/мин.  
2. Необходимый диаметр винта для заданной частоты вращения винта определяется по следующей формуле:

, м;

где Q- расчетная производительность конвейера, т/ч;

k_D- отношение шага винта к его диаметру;

n_B- частота вращения винта, мин^-1;

Ψ- коэффициент заполнения желоба;

ρ- насыпная плотность груза, т/м³;

k_β- коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера.

Принимаем отношение  шага винта к его диаметру k_D=1 (для неабразивных материалов). Принимаем частоту вращения винта n_B=60мин^-1.

Для тяжелых и малоабразивных материалов (ячмень) коэффициент заполнения желоба ψ=0,4.Так как конвейер горизонтальный то коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера k_β=1.

Тогда

По ГОСТ 2037-82 назначаем  диаметр винта D= 450  мм, шаг винта t=D=450  мм (винт однозаходный).

Уточняем частоту вращения винта конвейера из выражения:

 мин^-1

Принимаем частоту вращения винта  конвейера n=87,8мин^-1

3. Вычисляем максимально допустимую частоту вращения винта

, мин^-1;

где A- коэффициент;

D- диаметр винта, м.

Для легких и неабразивных материалов (ячмень) A= 65 

Тогда

(мин^-1),                                                                                      

 т. е. n_B=87,8 мин^-1 меньше мин^-1.

4. Выбор конструкции желоба.

 

- радиус желоба;

 принимаем h=340 мм- высота желоба.

5. Определим расчетную мощность на валу винта потребляемую при работе конвейера

, кВт;

где L_г - длина горизонтальной проекции конвейера, м;

ω- коэффициент сопротивления  перемещению груза; 

H- высота подъёма (плюс) или опускания (минус) груза, м.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Так как конвейер горизонтальный, то L_г=l=30 (м), а H=0 (м). Коэффициент сопротивления перемещению груза ω=1,4.

Тогда

(кВт).

6. Необходимая мощность двигателя для привода винтового конвейера вычисляется по формуле:

  , кВт; 

где k-коэффициент запаса;

P₀-расчетная мощность на приводном валу конвейера;

η-КПД передач от двигателя к приводному валу;

Коэффициент запаса принимаем k=1,25, η=0,9, предполагая, что в приводе будет использован двухступенчатый редуктор.

Тогда

(кВт).

По справочнику выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии  4А. Предварительно возьмем двигатель с n₀=1500об/мин. Его типоразмер 4А160S4У3, n=1500 об/мин номинальной мощностью 15 кВт. 

7. Определим необходимое передаточное число привода

,

где n-частота вращения вала двигателя, мин^-1;

n_B- частота вращения винта.

Тогда

По справочнику выбираем редуктор с ближайшим передаточным отношением. Типоразмер редуктора Ц2У, фактическое передаточное число

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора определяем по формуле.

  (18)

 н*м

Выбираем редуктор Ц2У  – 200 –16- 12-У3  с передаточным числом  i_ред=16 по ГОСТ 20758-75 .

 

8. Определим фактическую частоту вращения винта

, мин^-1;  

где n-частота вращения вала двигателя, мин^-1;

-фактическое передаточное число  редуктора.                                                            

( мин^-1)

Фактическая частота  вращения винта не должна отличаться от ближайшей номинальной частоты  вращения (n_B) по ГОСТ 2037-82 более чем на10%. Она отличается от неё на: , что допустимо.

9. Определим фактическую производительность конвейера

, кВт;

где D- диаметр винта, м;

S-ход винта, м: при однозаходном винте S= t (t-шаг винта);

Ψ- коэффициент заполнения желоба;

-фактическая частота вращения  винта, мин^-1;

ρ- насыпная плотность груза, т/м³;

k_β- коэффициент уменьшения производительности в зависимости от угла наклона конвейера.

Тогда

(т/ч)

Определим насколько  фактическая производительность отличается от расчетной

Что допустимо, так как  фактическая производительность отличается от расчетной менее чем на 10% .

10. Кинематическая схема.

Механические  расчеты узлов и деталей конвейера.

Рассчитаем нагрузки на валу:

1. Крутящий момент на валу винта вычисляется по формуле:

, Нм;

где P₀-расчетная мощность на приводном валу конвейера, Р_О=Р*η=15*0,9=13,5Вт;

-фактическая частота вращения винта, мин^-1.

Тогда

(Нм)

2. Осевое усилие на винте вычисляется по формуле:

, Н;

где T₀-крутящий момент на валу винта, Нм;

k- коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем диаметре винта k=0.7…0.8;

D- диаметр винта, м;

α-угол подъёма винтовой линии;

ρ-угол трения груза о винт.

Определим тангенс угла подъёма винтовой линии (по наружному  диаметру)

;

где S-ход винта, м;

D- диаметр винта, м.

Тогда

Из этого следует, что 

Примем коэффициент  трения ячмень по стали (в состоянии покоя) f₀=0,37. Тогда коэффициент трения в состоянии относительного движения груза будет равен

 

Определим угол трения

Тогда

(Н)

3. Поперечная нагрузка на участок вала винта между двумя опорами вычисляется по формуле:

, Н;

где T₀-крутящий момент на валу винта, Нм;

k- коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем диаметре винта k=0.7…0.8;

D- диаметр винта, м;

l-расстояние между опорами вала, м;

L-длина конвейера, м.

Опоры обычно устанавливаются  с шагом 1,5…3,5 м. Длина конвейера  составляет 30 м, расстояние между опорами примем l=3 м.

Тогда

(Н)

4. Вал винта рассматриваем, как разрезной и рассчитываем на изгиб от распределённой по длине поперечной нагрузки и изгиб под действием собственного веса на длине l.

Примерный вес вала можно  рассчитать по следующей формуле:

, Н;

где - масса вала и винтовой поверхности, кг.

, кг;

где -объём вала, м³;

- объём винта, м³;

=7850 (кг/м³)-плотность стали.

, м³;

где - площадь поперечного сечения вала, м²;

l-расстояние между опорами вала, м;

, м³;

где - площадь винтовой поверхности одного витка винта( рассчитывается как площадь кольца).

Рис.2 Геометрические параметры  винта.

 

δ- толщина листа стали, из которого выполнена винтовая поверхность, м;

δ´- толщина стенок вала, м;

n – число витков винта на длине l;

d – диаметр вала, м;

d´ - внутренний диаметр вала, м;

D – диаметр винта, м.

Площадь поперечного  сечения вала определяется по формуле:

, м²;

Диаметр вала определим  по формуле:

(мм)

d=0.075(м)

 Внутренний диаметр  равен         

, м.

Толщину стенок вала и  толщину листа стали винтовой поверхности ориентировочно примем  δ´= δ=5мм=0,005м.

Тогда

(м)

(м²)

Площадь поперечного  сечения винта определяется по формуле:

(м²)

Определим число витков винта на длине l

Определим объём вала и объём винта

(м³)

(м³)

Определим массу вала и винтовой поверхности

(кг)

Тогда

(Н)

Тогда суммарная поперечная нагрузка на винт конвейера (на вал  винта) будет равна

(Н)

Расчетная схема вала винта конвейера.

(Н/м)

 

 

5. Определим реакции опор.

Плоскость yz