Проектирование технических средств природообустройства и защиты в чрезвычайных ситуациях

№ 2912

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
  «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»



Кафедра горного оборудования, транспорта и машиностроения

А.А. Яхонтов






Проектирование технических средств природообустройства и защиты в чрезвычайных ситуациях




Методические указания к выполнению курсового проекта



Рекомендовано редакционно-издательским советом университета



МИСиС

Москва 2016

УДК 622.68/69;622:504
      Я90



Рецензент канд. техн. наук, доц. П.Я. Бибиков




     Яхонтов А.А.
Я90 Проектирование технических средств природообустрой-ства и защиты в чрезвычайных ситуациях : метод. указ. к выполнению курсового проекта / А.А. Яхонтов. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2016.-43 с.





          В работе приведена методика расчета параметров привода конвейера и его элементов, необходимых для выполнения конструкторской документации транспортной машины.
          Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности «Наземные транспортно-технологические средства».




УДК 622.68/69;622:504
















© А.А. Яхонтов, 2016
© НИТУ «МИСиС», 2016

            СОДЕРЖАНИЕ



1. Содержание курсового проекта ......................... 4
Расчетно-пояснительная записка......................... 4
Графическая часть проекта ............................. 5
2. Указания по выполнению курсового проекта ............. 5
Библиографический список ............................... 25
Приложение ............................................. 26

3

1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА


            Расчетно-пояснительная записка


   Расчетно-пояснительная записка в общем случае состоит из следующих частей:
   1.   Введение (краткое указание цели и оценка значимости выполняемого проекта).
   2.   Назначение и область применения природоохранного комплекса и проектируемой машины (оборудования); техническая характеристика.
   3.   Обоснование и описание выбранной конструкции машины; обоснование применяемого типа привода и системы управления, описание кинематической или гидравлической схем; требования по безопасной эксплуатации.
   4.   Расчет основных параметров машины (расчет производительности, силовые и тяговые расчеты, мощность привода).
   5.   Обоснование и описание конструкции сборочной единицы, расчет на прочность и долговечность деталей.
   Расчеты в расчетно-пояснительной записке должны содержать:
   заголовок с указанием содержания выполняемого расчета; расчетные данные, а в некоторых случаях конструктивные схемы деталей и расчетные схемы; расчетные формулы со ссылкой на источник; вычисление определяемых параметров.
   Объем расчетно-пояснительной записки должен составлять 25-30 листов стандартного формата. Объем и степень проработки каждой из частей записки зависят от темы и особенностей специальной части проекта: самостоятельная работа излагается более подробно, а заимствованные по необходимости описания и расчеты - в сжатой и краткой форме, как выводы из известных источников. Не допускается использование материалов из технической литературы и проектной документации конструкторских организаций без соответствующих ссылок. В конце записки приводится список использованных источников.
   Для обоснования принятых технических решений и выполнения расчетов должны применяться средства вычислительной техники. Если используются стандартные или известные алгоритмы, то необходимо стремиться к выполнению вариантного анализа и выявлению оптимальных решений. Распечатки результатов расчета необходимо сопровождать выводами и рекомендациями. Особое значение имеет самостоятельное составление программы расчета.

4

            Графическая часть проекта


   Графическая часть проекта должна состоять из чертежей, включающих в общем случае общий вид проектируемой машины, чертеж сборочной единицы и рабочие чертежи деталей.
   Все чертежи должны быть выполнены на ПК с применением систем автоматизированного черчения и проектирования AutoCAD с последующей распечаткой в формате А1 (А2 - по указанию руководителя).
   В зависимости от темы и содержания специальной части из графической части проекта могут быть исключены (по указанию руководителя) рабочие чертежи деталей за счет проработки вариантов компоновки природоохранного комплекса, машины или сборочной единицы, изображение кинематической или гидравлической схемы. В других случаях могут быть исключены чертежи общего вида машины, так как основу графической части должны составлять самостоятельные конструкторские разработки студентов.
   Графическая часть проекта может включать распечатки расчетных моделей и результатов анализа напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов (МКЭ).
   На чертеже общего вида проставляются габаритные и справочные размеры, а на чертежах сборочных единиц - основные размеры, размеры посадочных и центрирующих соединений, тип посадок и классы точности. На полях чертежей приводятся основные характеристики и технические требования.
   Аккуратно выполненные вариантные эскизы компоновок могут быть зачтены в графической части проекта.
   При выполнении проекта должна использоваться не только учебная, но и специальная техническая литература по теме проекта (монографии, технические журналы, отчеты по НИР, справочная литература, ГОСТы, типажи, нормативные материалы проектных организаций и заводов).
   Контроль над ходом выполнения проекта осуществляется руководителем проекта в сроки, указанные в задании.
   Выполненный проект защищается перед комиссией из двух преподавателей кафедры.

5

            2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА



   Ниже приводятся возможные варианты курсовых проектов с указанием темы, содержательной части расчетно-пояснительной записки и графических материалов.

   Тема курсового проекта:
   «Расчет параметров и конструирование однобарабанного привода

ленточного конвейера».
   При выполнении курсового проекта необходимо сделать:
   -    обзор конструктивных решений по увеличению тягового фактора привода (eца);

   -   тяговый расчет ленточного конвейера;
   -   расчет барабана на прочность;
   -   расчет вала приводного барабана;
   -   выбрать подшипники приводного барабана.
   Графическая часть курсового проекта включает чертеж приводной станции (рис. П1) (А1) и чертеж приводного барабана (рис. П2) (А2). Ниже приведены расчетная схема конвейера (рис. 1) и варианты зада

ний на курсовой проект.

   В табл. 1 приведены исходные данные для выполнения курсового проекта по вариантам.
Кроме указанных данных, использовать

        Рис. 1. Расчетная схема конвейера   в расчетах для всех
                                            вариантов:
   -   угол естественного откоса груза в движении фр = 15°;
   -   максимальный размер куска аmax = 150 мм.
   Исходными для расчета параметров привода конвейера являются производительность конвейера, характеристика груза, профиль и длина трассы и условия работы.
   Расчетная часовая производительность конвейера (по пропускной способности), м³/ч, определяется по формуле [10]:

Q = Q3 kи,

(1)

где Q з - заданная производительность конвейера, м³/ч; kи - коэффициент использования конвейера.

6

Таблица 1

Исходные параметры конвейеров

        Длина   Производи- Плотность    Угол      Скорость    Тяговый 
Вари- конвейера тельность    груза    наклона     движения     фактор 
 ант    L, м     Q, м3/ч    Y, т/м3  конвейера  ленты vл, м/с привода,
                                     +в, градус                e -1Ш  
1     200          450       0,95        3°          2,5        2,18  
2     240          480       0,95        5°          2,5        2,18  
3     320          500       0,95        7°          2,5        2,18  
4     360          700       0,95        9°          2,5        2,18  
5     400          720       0,95        3°          2,5        2,18  
6     440          750       0,95        5°          2,5        2,18  
7     480          770       0,95        7°          2,5        2,18  
8     220          790       0,95        9°          2,5        2,18  
9     260          810       0,95        3°          2,5        2,18  
10    300          980       0,95        5°          2,5        2,18  
11    340          1000      0,95        7°          2,5        2,18  
12    380          1050      0,95        6°          2,5        2,18  
13    420          1100      0,95        5°          2,5        2,18  
14    460          1150      0,95        4°          2,5        2,18  
15    500          1200      0,95        3°          2,5        2,18  

   В ориентировочных расчетах принимается kи = 1,0...1,5. При более точных расчетах
к
kи = кн ,                        (2)
k в


где kн - коэффициент неравномерности загрузки конвейера
    (kн = 1,0...1,25); kв - коэффициент использования конвейера во времени (kв = 0,8...1,0). Принимаем для последующих расчетов kи = 1,25.
   Скорость движения ленты выбирают, используя величину производительности конвейера [10]. Однако для всех вариантов курсового проекта она задается равной vл = 2,5 м/с. Также для всех вариантов данного курсового проекта следует принять для грузовой ветви ленты желобчатую трехроликовую опору с углом наклона боковых роликов 30°.
   Ширина ленты конвейера определяется по формуле, м:


B=1,1

+ 0,05
)

(3)


7

где Q - расчетная (по пропускной способности) производительность конвейера, м³/ч; С - коэффициент пропорциональности, учитывающий геометрические параметры роликоопор грузовой ветви и физико-механические свойства груза (табл. 2);
    vл - скорость движения ленты, м/с; kв - коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера (табл. 3).


Таблица 2

Значения коэффициента С

                                              Угол естественного откоса груза   
Тип роликоопор и угол наклона боковых роликов       в движении фр, град         
                                              15        20             25      
                Трехроликовые                                                  
                     30°                      550      625            700      
                     36°                      590      660            725      
                     40°                      620      675            738      

   В расчете ширины ленты для всех вариантов рекомендуется использовать значение С = 550.
   Скорость движения ленты vл и объемная насыпная масса груза у заданы в табл. 1.

Таблица 3

Значение коэффициента kв

Характеристика груза по подвижности его частиц Угол наклона конвейера, градус     
                                                5   10         15     18     20  
                Легкоподвижный                 0,95   0,9    0,85   0,85   0,82  
               Среднеподвижный                 1,0    0,98   0,95   0,93    0,9  
                Малоподвижный                  1,0  1,0      0,98   0,95   0,95  

   Значение коэффициента kв для всех вариантов можно принять kв=¹.
   Полученную величину ширины ленты, м, проверяют по крупности транспортируемых кусков груза:
Bₘᵢₙ = 2aₘₐₓ +0, 2.                  ₍₄₎

   Большее значение, полученное в формулах (3) и (4), округляется до ближайшего большего значения ширины ленты из ряда: 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000 мм.


8

   Погонная нагрузка транспортируемого груза, кг/м:


q=


Q Y 36 vл .

(5)

   Погонная нагрузка ленты, кг/м, пока не выбран ее тип, может быть определена по формуле
q л = (15...35) B.                   (6)
   Погонная масса вращающихся частей роликоопор, кг/м:
G‘        G‘‘
р . p_____p
q‘=    ' q = l, >                       (7)
lₚlₚ


где Gр и GP - массы вращающихся частей роликоопор грузовой и порожней ветвей (табл. 4); lP и lP - расстояние между роликоопорами грузовой и порожней ветвей [10].

Таблица 4

Массы вращающихся частей роликоопор

             Грузовая ветвь,         Порожняя ветвь,      
 Ширина   желобчатая роликоопора    прямая роликоопора    
ленты, мм   Диаметр      Масса      Диаметр      Масса   
          роликов, мм роликов, кг роликов, мм роликов, кг
   800    127/159       22/31,8       127         19     
  1000    127/159       25/39,3       127        21,5    
  1200    127/159        29/57        127         26     
  1400    159/194        50/81        159         40     
  1600    159/194        60/90        159        53,6    

   Расстояние между роликоопорами грузовой (lP) ветви приведено в табл. 5. Расстояние между роликоопорами порожней ветви lP принимается lP' = ( 2 - 3) lP, м.
Таблица 5

Расстояние между роликоопорами грузовой ветви l'ₚ , м

Насыпная плотность груза у, т/м3          Ширина ленты В, мм              
                                 800  1000...1200 1400...1600 1800...2000
              1,0                1400    1300        1200        1100    
           1,0...2,0             1300    1200        1100        1000    
             > 2,0               1200    1100        1000         900    

9

   Для определения мощности привода и других его параметров необходимо провести тяговый расчет. Контур ленточного конвейера разбивается на характерные точки (в данном случае точки 1, 2, 3, 4).
   Распределенные по длине сопротивления, Н:
   -  для грузовой ветви
         wₜ = {[(q г + q л )cos в+q Р ] w ‘± (q г + q л )sin ₽}lg; (8)

   -  для порожней ветви
W =[⁽qл cose+qP‘)w‘‘+qл sin e]lg,            (9)

где qг, q q', q'' -погонные массы соответственно груза, ленты, вращающихся частей роликоопор грузовой и порожней ветвей, кг/м;
    l - длина участка конвейера, на котором определяется сила сопротивления движению, м; w', w" - коэффициенты сопротивления движению ленты соответственно на грузовой и порожней ветвях; в — угол наклона участка трассы, градус;
    g - ускорение свободного падения, м/с².
   Знак плюс принимается при движении ленты вверх под уклон, знак минус - при движении вниз под уклон.
   Коэффициенты сопротивления движению ленты принимаются: для грузовой ветви - w‘ = 0,025...0,045, для порожней ветви -w' = 0,03...0,05.
   При выполнении расчетов в курсовом проекте принять w ‘ = 0,03; w' = 0,035.
   Обход контура начинается с точки сбегания ленты с приводного барабана - в нашем случае точка 1.
   Обозначим натяжение ленты в этой точке S₁, которое неизвестно.
S1=Sсб.
   Натяжение ленты в точке 2: S₂ = S₁ + W₁₋₂,
где W!_₂ - сопротивление движению ленты на порожней ветви (Wп), (формула (9)).

   Затем находим S₃ как: S₃=kS₂=k(S₁+W₁₋₂),
где k - коэффициент сопротивления движению ленты при прохождении барабана (при угле обхвата а = 180°; k = 1,03...1,04).
   Сила сопротивления, Н, движению ленты в месте загрузки [8]:

10

Q Y (v 2 - v 2)    9
W . = QY (л- +1000f1h2YL6 g,                 (10)
³,⁶ vл

где vо - продольная скорость поступления груза на ленту
   (в ориентировочных расчетах можно принимать v = 1 м/с);
   f₁ - коэффициент трения груза о борт загрузочного
   устройства (f1 = 0,3...0,5); hб - высота бортов (hб = 0,4...0,5 м);
   Lб - длина бортов загрузочного устройства (Lб = 1,2...2 м).
   Натяжение ленты в точке 4: S4 = S3 + Wа + W
где W3 4 - сопротивление движению ленты на грузовой ветви Wг (формула (8)).
   Определим величину S₁, решив систему уравнений:
                 ' S4 = к ( S + W-2 ) + W„ + W₃-4
                 ■    S e "a                 •               (11)
                  S⁴ =


где e|a - тяговый фактор привода (табл. 6); kₜ - коэффициент запаса по условиям пробуксовки (kₜ = 1,2...1,5).


Таблица 6

Тяговый фактор привода

 Материал     Влажность   Коэффициент      Тяговый фактор e"a         
 барабана     атмосферы   сцепления | Угол обхвата лентой барабана    
                                      180°   240°     360°     480°  
            Очень влажная     0,1     1,37   1,52     1,67   2,32    
 Стальной      Влажная        0,2     1,87   2,31     3,51   5,34    
                Сухая         0,3     2,56   3,51     6,58   12,35   
С резиновой Очень влажная    0,15     1,6    1,87     2,57   3,51    
футеровкой     Влажная       0,25     2,18   2,83     4,81   8,17    
                Сухая         0,4     3,51   5,34    12,35   28,56   

   Далее, подставляя полученное значение S₁ в формулы тягового расчета, получим натяжение ленты в характерных точках контура S₂, S₃, S₄.
   Минимальное натяжение ленты, Н, на грузовой ветви проверяется по допустимому провесу Sₘᵢₙ для сохранения ее желобчатой формы:

S «п=(8.10)( q г+q л) lР g.          (12)


11