Кінематичний, енергетичний та силовий розрахунок трьохступінчастого електромеханічного приводу стрічкового конвеєру

3.3.1. Завдання та вихідні дані до розрахунку

Завдання: Виконати кінематичний, енергетичний та силовий розрахунок силового приводу стрічкового конвеєру, який складається з трьох ступенів, а саме:

– клинопасової передачі;

– одноступінчастого циліндричного косозубого редуктора;

– відкритої ланцюгової передачі з втулково-роликовим ланцюгом.

Для опор всіх валів передбачається використовувати підшипники кочення.

Будуємо кінематичну схему приводу (рис. 3.3).

 

Рисунок 3.3 – Кінематична схема трьохступінчастого приводу стрічкового конвеєра

1 – електродвигун; 2 - клинопасова передача; 3 – редуктор зубчастий одноступінчастий циліндричний; 5 – ланцюгова відкрита передача; 6 – підшипники;

РО – робочий орган; І – ІV – вали приводу

Вихідні дані:

– тягова сила стрічкового конвеєра F_tPO =12 кН;

– лінійна швидкість стрічки конвеєра V_PO=1,0 м/с;

– діаметр барабана D=320 мм.

Здійснюємо підготовчі розрахунки. Визначаємо:

– потужність на валу робочого органу по формулі (1.12):

кВт

– частоту обертання валу робочого органу за залежністю (1.11):

об/хв

3.3.2.Визначення загального ККД приводу і розрахункової потужності

Попередньо проводимо аналіз кінематичної схеми приводу, під час якого з’ясовуємо, що в даному приводі джерелами втрат енергії за рахунок тертя є наступні елементи приводу:

– клинопасова передача 2;

– закрита зубчаста передача редуктора 3;

– відкрита ланцюгова передача з втулково-роликовим ланцюгом 5;

– підшипники кочення 6 (дві пари, не рахуючи підшипники валу робочого органу).

На підставі аналізу конкретизуємо залежність (1.2) для нашої кінематичної схеми (див. рис. 3.3):

η_ЗАГ=η_КПП η_ЦЗП η_ЛП η²_ПК, (3.7)

де η_КПП – ККД клинопасової передачі;

η_ЦЗП – ККД циліндричної закритої зубчастої передачі редуктора;

η_ЛП – ККД ланцюгової відкритої передачі;

η_ПК – ККД кожної з двох пар підшипників кочення, в яких встановлено вали приводу.

З таблиці А1 додатку А знаходимо значення всіх вказаних ККД, приймаючи середні значення діапазонів значень, що рекомендуються:

η_КПП =0,95; η_ЦЗП=0,97; η_ЛП=0,92; η_ПК=0,995,

після чого визначаємо загальний ККД приводу по формулі (3.7):

η_ЗАГ=0,95· 0,97· 0,92· 0,995²=0,839

За залежністю (1.1) визначаємо розрахункову потужність електродвигуна:

14,286 кВт

3.3.3. Розрахунок орієнтовного передаточного числа приводу

Для визначення попереднього (орієнтовного) загального передаточного числа записуємо конкретизовану для даної схеми приводу залежність (1.3):

u*_ЗАГ =u_КППСu_ЦЗПСu_ЛПС (3.8)

і призначаємо з таблиці А2 додатку А значення середніх передаточних чисел механічних передач, які входять до складу приводу: u_КППС=3; u_ЦЗПС=4; u_ЛПС=3, після чого за формулою (3.8) знаходимо орієнтовне передаточне число:

u*_ЗАГ =3·4·3=36

3.3.4. Вибір електродвигуна з таблиць

Використовуючи умову (1.4) Р_ДТАБ ≥ Р_ДР =14,457 кВт з таблиці А3 обираємо три електродвигуна з різною синхронною частотою обертання ротора і заносимо основні їх параметри в таблицю 3.5.

 

Таблиця 3.5 – Основні параметри двигунів, що можуть бути застосовані у приводі

№№ зп	Каталожна потужність РД, кВт	Тип двигуна	Частота обертання nДі, об/хв	ТПУСК/ТНОМ	ТМАКС/ТНОМ	Загальне передаточне число
uЗАГі	Різниця, Δі
	15,0	4А160М6У3		1,2	2,0	16,25	19,5
	15,0	4А160S4У3		1,4	2,2	24,42	11,58
	15,0	4А160S2У3		1,4	2,2

 

За залежністю (3.5) визначаємо загальні передаточні числа приводу для варіантів з різними двигунами і заносимо їх в таблицю (3.5):

=16,25

=24,42

=49

3.3.5. Оцінка передаточних чисел і остаточний вибір двигуна для приводу

За залежністю (3.6) визначаємо різниці між фактичними і оціночним передаточним числом для всіх двигунів і заносимо їх значення в таблицю 3.5:

Δ₁=|u_ЗАГ1 - u*_ЗАГ |=|16,25 - 36 |=19,5

Δ₂=|u_ЗАГ2 - u*_ЗАГ |=|24,5 - 36|=11,5

Δ₃=|u_ЗАГ3 - u*_ЗАГ |=|49 - 36 |=13

На основі аналізу таблиці 5.5 остаточно обираємо для приводу двигун з синхронною частотою обертання ротора 1500 об/хв. (варіант 2), якому відповідає мінімальна різниця Δ_і=11,58 між орієнтовним і фактичним передаточними числами.

3.3.6. Розподіл загального передаточного числа по ступеням приводу

Розбиваємо отримане загальне передаточне число по ступеням приводу, використовуючи залежність (1.8), конкретизовану для даної схемі приводу:

u_ЗАГ=u_КППu_ЦЗПu_ЛП, (3.9)

де u_КПП – передаточне число клинопасової передачі;

u_ЦЗП – передаточне число циліндричної косозубої передачі редуктора;

u_ЛП – передаточне число ланцюгової передачі.

Користуючись рекомендаціями табл. А2 додатку А, призначаємо: u_ЦЗП =3,1; u_ЛП=3, тоді передаточне число визначаємо з рівняння (3.9), вирішуючи його відносно u_КПП:

Як бачимо з розрахунку, отримане передаточне число клинопасової передачі знаходиться в рекомендованому діапазоні значень (див. табл. А2 додатку А), тобто:

2 ≤ u_КПП=2.626 ≤ 4,

тому вважаємо що передаточні числа розподілені по ступеням приводу раціонально.

3.3.7. Визначення частот обертання валів приводу

Відповідно до залежностей (1.10), частота обертання валу І приводу дорівнює частоті обертання двигуна, тобто:

n_І=n_Д=1470 об/хв.

Частота обертання інших валів за залежністю (1.9):

557,88 об/хв

179,96 об/хв

59.99 об/хв

Виконуємо проміжну перевірку правильності розрахунку по частоті обертання відповідно до нерівності (1.17):

Таким чином, на даному етапі розрахунок виконується правильно.

3.3.8. Розрахунок кутових швидкостей обертання валів приводу

Значення кутових швидкостей валів визначаємо за залежністю (1.13):

153,34 с^-1

58,39 с^-1

18,84 с^-1

6,28 с^-1

3.3.9. Визначення потужностей на валах приводу

Потужність на першому валу приводу приймаємо рівною розрахунковій потужності двигуна у відповідності до залежностей (1.10), тобто:

Р_І=Р_ДР=14,286 кВт

Потужність на інших валах приводу визначаємо за залежністю (1.14):

Р_ІІ=Р_І η_КПП=14,286·0,95=13,572 кВт

Р_ІІІ=Р_ІІ η_ЦЗПη_ПК=13,572·0,97·0,995=13,099 кВт

Р_ІV=Р_ІІІ η_ЛПη_ПК=13,099·0,92·0,995=11,99 кВт

Проміжна перевірка правильності розрахунку по потужності відповідно до нерівності (1.18):

0,075%<5%

Таким чином встановлюємо, що на даному етапі розрахунок виконується правильно.

3.3.10. Розрахунок обертальних моментів на валах приводу.

Значення обертальних моментів на валах визначаємо за залежністю (3.15):

93,16 Н·м

232,43 Н·м

695,28 Н·м

1909,23 Н·м

3.3.11.Остаточний контроль результатів розрахунку приводу

Для остаточного контролю правильності розрахунку попередньо вираховуємо обертовий момент за залежністю(1.20):

Т_{ІVперев}=Т_І·u_ЗАГ·η_ЗАГ=93,16·24,42·0,84=1910,97 Н·м

Визначаємо величину відносної похибки при розрахунку обертового моменту і перевіряємо виконання нерівності (1.21):

=0,087%<5%

3.3.12. Висновок і результати розрахунку

Таким чином, як проміжний, так і остаточний контроль правильності розрахунків показують, що ці розрахунки виконані вірно з допустимою для даного типу розрахунків точністю. Отримані результати розрахунку можуть бути використані на подальших етапах проектування приводу для розрахунку механічних передач і інших елементів приводу.

Загальні результати розрахунку заносимо в таблицю 3.6.

 

Таблиця 3.6 – Результати кінематичного, силового та енергетичного розрахунку приводу P1R1L1 стрічкового конвеєру

№№ валів	Частота обертання ni, об/хв	Кутова швидкість, ωi, с-1	Потужність, Pi, кВт	Обертовий момент, Ti, Н·м
Вал І		153,34	14,286	93,16
Вал ІІ	557,88	58,39	13,572	232,43
Вал ІІI	179,96	18,84	13,099	695,28
Вал ІV	59,99	6,28	11,99	1909,23

Результати автоматизованого розрахунку електромеханічного приводу і їх порівняння з результатами ручного розрахунку:

 

РЕЗУЛЬТАТИ КІНЕМАТИЧНО-СИЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ПРИВОДУ

 

 

РОЗРАХУНОК №1

Курсант:Іванов А.О.

Номер варіанту: 0

 

КОД ПРИВОДУ - P1R1L1

 

ДАНІ ЕЛЕКТРОДВИГУНА

Марка - 4А160S4У3

Потужність, кВт, Pd= 15.00

Частота обертання, об/хв, nd= 1465.00

Тпуск/Тном= 1.40

Тmax/Тном= 2.20

 

КОНФІГУРАЦІЯ ПРИВОДУ

Передаточні числа ступенів:U1= 2.63 U2= 3.10 U3= 3.00 U4= 1.00

Заг.передаточне число приводу Uzag= 24.42

Загальний ККД приводу ETAzag= 0.84

 

КІНЕМАТИЧНІ, ЕНЕРГЕТИЧНІ І СИЛОВІ ПАРАМЕТРИ ПРИВОДУ

Частоти обертання : n1= 1465.00 n2= 557.99 n3= 180.00 n4= 60.00 n5= 0.00

Кутові швидкості : w1= 153.41 w2= 58.43 w3= 18.85 w4= 6.28 w5= 0.00

Потужності : P1= 14.30 P2= 13.51 P3= 13.04 P4= 12.00 P5= 0.00

Обертальні моменти : T1= 93.19 T2= 231.28 T3= 691.97 T4=1909.84 T5= 0.00