Надежность привода ленточного конвейера

ПЗ.doc

Струкурно-логический анализ надежности привода ленточного конвейера. Характеристики наиболее вероятных отказов привода.6
Расчет приводного вала.9
Расчет подшипников18
Расчет покупного оборудования23
Анализ результатов и методы обеспечения требуемой надежности элементов и механизма в целом21
В данной курсовой работе рассмотрен не весь ленточный конвейер а его наиболее ответственная часть – привод.
Составлена структурная схема механизма привода ленточного конвейера рассчитаны вероятные отказы следующих элементов привода: приводной вал подшипники шпонки определена вероятность безотказной работы системы в целом.
Надежность – это свойство объекта выполнять заданные функции сохраняя во времени значение эксплутационных показателей в заданных пределах соответствующим заданным режимам и условиям использования технического обслуживания ремонта хранения и транспортировки.
Безотказность – свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в течении некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до перехода в предельное состояние свозможными перерывами для технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство объекта заключающиеся в его приспособленности к предупреждению и обраружению отказов и повреждении к восстановлению работоспособности и исправность путем использования технического обслужавания и ремонта.
Струкурно-логический анализ надежности привода ленточного конвейера. Характеристики наиболее вероятных отказов привода.
Техническим объектом как правило является сложная система состоящая из отдельных узлов деталей систем управления контроля и т.д.
Разделение технической системы на элементы достаточно условно и зависит от постановки задачи.
Рис. 1. Схема привода конвейера.
– электродвигатель 2 – муфта МУВП 3-редуктор 4 – муфта МУВП 5-подшипники 6-приводной вал.
Структурно-логический анализ позволяет оценить основные характеристики надежности технического объекта исходя из особенностей его конструкции характера функционирования и взаимодействия составных частей их влияния на надежность объекта в целом.
При определении структуры технической системы в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом. С этой точки зрения целесообразно разделить все элементы системы на четыре группы:
Элементы отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (например деформация кожуха изменение окраски поверхности и т.д.). Отказы таких элементов могут рассматриваться отдельно тем более что чаще всего имеют место не
отказы таких элементов а дефекты или повреждения не влияющие на работоспособность.
Элементы работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени практически не изменяется и вероятность их безотказной работы близка к единице (станины и корпусные детали малонагруженные элементы с большим запасом прочности и т.д.).
Элементы ремонт или регулировка которых возможны в процессе работы или во время плановых остановок (подналадка или замена режущего инструмента на станке и т.д.).
Элементы отказ которых сам по себе или в сочетании с отказами других элементов приводит к отказу системы.
При анализе надежности системы имеет смысл включать в рассмотрение элементы только последней группы.
Учитывая выше сказанное структурная схема привода пластинчатого конвейера представлена на рис. 2. Шпонки входящие в комплект с покупными изделиями (электродвигателями редукторами и т.д.) в структурной схеме не учтены из-за избыточной надежности.
Рис. 2. Структурная схема привода.
В конвейере наиболее нагруженными с точки зрения надёжности являются:
- тяговый орган (лента)
Наиболее ответственные элементы приводной станции с точки зрения надежности и характеристика их наиболее вероятных отказов:
наиболее характерным отказом для вала является отказ вследствие усталостных разрушений и усталостных деформаций;
наиболее характерным отказом для подшипников является усталостное выкрашивание рабочих поверхностей вследствие образования в поверхностных слоях контактирующих тел знакопеременных напряжений которые после определенного числа циклов нагружений приводят к образованию микротрещин;
наиболее вероятным отказом для призматических шпонок является отказ вследствие смятия боковых граней шпонки.
Расчет приводного вала.
Рис. 2. Трасса конвейера
Рис. 3. Схема нагружения вала с эпюрами изгибающих и крутящих моментов
Определяем силу действующую со стороны муфты на вал вследствие неизбежной несоосности соединяемых валов
где – окружная сила на муфте; – расчетный диаметр.
Для зубчатых муфт расчетный диаметр равен
Окружная сила на муфте
Следовательно нагрузка от муфты на вал
Составляем расчетную схему вала (рис. 4) прикладывая к валу найденные ранее нагрузки и определяем реакции опор задавшись длинами l1 = 085 м l2 = 0325 м l3 = 029 м. Реакции опор от силы FM определяем отдельно так как она меняет свое направление с течением времени.
Реакции опор в горизонтальной плоскости из условия равновесия
Реакции опор в вертикальной плоскости из условия равновесия
Реакции опор от силы из условия равновесия
Определим изгибающие моменты в характерных сечениях вала:
Определим суммарные изгибающие и эквивалентные моменты:
Материал вала сталь 30ХГС. Характеристики материала:
n = 3 – запас прочности по статической несущей способности.
Определяем диаметр вала в наиболее нагруженном сечении
С учетом ослабления сечения шпоночными пазами увеличиваем сечение на 15%. . Принимаем d = 120 мм.
Остальные диаметры назначаем конструктивно по нормальному ряду размеров. В целях унификации принимаем диметры вала в подшипниковых опорах одинаковыми и равными 100 мм. Диаметры вала под ступицами также принимаем одинаковыми и равными 120 мм. Диаметр вала между ступицами - 100 мм.
Рассчитаем эквивалентное число циклов нагружений за срок службы привода
Для большинства сталей при умеренных температурах кривая усталости начиная с числа циклов становится практически горизонтальной т.е. образцы выдержавшие указанное число циклов не разрушаются и при дальнейшем нагружении [1 с. 33].
Абсцисса перелома кривой усталости для данной стали [4 прил. 1 табл. 2]:
Т.к. т.е. вал работает в зоне горизонтальной ветви кривой усталости то расчет будем вести как при постоянном режиме нагружений.
Принятая в настоящее время концепция проектирования ПТМ и ПР [4 с. 10] предусматривает расчет конструктивных основных размеров деталей исходя из недопущения их прочностных отказов в частности усталостных в течение неограниченного времени эксплуатации. Это проявляется в использовании в качестве критерия усталостной прочности условия не превышения амплитудой переменного напряжения в наиболее нагруженном сечении детали конструктивного предела выносливости:
где – амплитуды нормальных и касательных номинальных напряжений;
– средние значения нормальных и касательных напряжений;
– коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла напряжений для детали;
– медианные (средние) значения конструктивных пределов выносливости детали;
– коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям соответственно.
Предварительно находим значения необходимых для расчета механических свойств стали 40ХН.
Характеристики выносливости рассчитанные по корреляционным соотношениям: коэффициент чувствительности металла к асимметрии цикла напряжений при изгибе ; коэффициент чувствительности металла к асимметрии цикла напряжений при кручении ;
Согласно ГОСТ 25.504-82 медианные значения конструктивного предела выносливости детали определяются с учетом коэффициента К снижения предела выносливости материала по формулам:
где – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;
– коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения детали;
– коэффициенты влияния шероховатости поверхности детали;
– коэффициент снижения механических свойств материала с ростом размеров детали;
– коэффициент влияния поверхностного упрочнения;
– коэффициент анизотропии материала.
Эффективные коэффициенты концентрации напряжений определяются зависимостями
где – теоретические коэффициенты концентрации напряжений зависящие от конфигурации и размеров детали [4 прил. 2];
– коэффициент вычисляемый по формуле
где – относительный градиент напряжений зависящий от конфигурации и размеров детали и вида её нагружения. В качестве аналога может быть взята схема вала с плавным переходом от большего диаметра к меньшему при отношении :
– в условиях кручения
Коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения детали определяются по зависимости при условии d ≤ 150 мм:
Коэффициенты влияния шероховатости поверхности детали определяют зависимостями [4 с.16]:
где RZ – средняя высота микронеровностей (шероховатость) поверхности мкм.
Коэффициент снижения механических свойств материала с ростом размеров детали для углеродистых сталей равен . Значение выбора зависит от метода упрочнения в данном случаи мы задаемся химико-термической обработкой (цементацией при глубине слоя 02 - 06 мм) . Принимаем . Коэффициент анизотропии материала = 083 зависит от предела прочности материала и при условии .
Тогда медианные значения будут равны
Определение параметров цикла изменения напряжений в расчетном сечении детали. Максимальные напряжения цикла
Минимальные напряжения цикла
Средние напряжения цикла
Амплитуда напряжений цикла
Выразим из уравнений (1) запасы прочности по нормальным и касательным напряжениям:
Определим значение коэффициента запаса прочности:
Вероятность безотказной работы для случая нормального распределения находят по квантили нормированного нормального распределения.
Квантиль вычисляется по формуле:
Рассчитаем коэффициент вариации предела выносливости вала по нормальным напряжениям [4 с. 139]:
где – коэффициент вариации предела выносливости деталей из материала одной плавки при отсутствии рассеивания её размеров обычно ; – коэффициент вариации характеризующий межплавочное рассеивание пределов выносливости образцов принимаемый в первом приближении равным коэффициенту вариации пределов прочности; – коэффициент вариации теоретического коэффициента концентрации напряжений приближенно вычисляемый как где – коэффициент вариации радиусов галтелей. Тогда . Принимаем .
Коэффициент вариации нагрузки:
Квантиль нормального распределения вероятности безотказной работы вала:
По таблицам нормального распределения [2] в зависимости от полученного значения квантили находим что вероятность безотказной работы рассчитываемого вала равна .
Исходя из экспоненциального закона распределения внезапных отказов имеем:
где – интенсивность отказа для валов.
Радиальная нагрузка на опору A:
Радиальная нагрузка на опору B:
Опорой приводного вала на раму являются двухрядные сферические ролико-подшипники. Расчет ведем по наиболее нагруженному подшипнику. На подшипник действуют только радиальные усилия равные .
Назначаем типоразмер подшипника 2220 легкой широкой серии диаметров по ГОСТ 8328-75 с параметрами [3]: ; ; ; динамическая грузоподъемность ; статическая грузоподъемность .
Определяем эквивалентную динамическую нагрузку
где – коэффициент долговечности.
Номинальная эквивалентная нагрузка определяется по зависимости
где – кинематический коэффициент учитывающий снижение долговечности при неподвижном внутреннем кольце подшипника; – коэффициент безопасности при нагрузке с незначительными толчками; – температурный коэффициент при .
Расчетная долговечность
где – коэффициент учитывающий вероятность безотказной работы; – коэффициент учитывающий совместное влияние качества металла и условий эксплуатации; – частота вращения приводного вала.
что удовлетворяет требованиям.
Проверка подшипника по статической грузоподъемности
Среднее значение динамической грузоподъёмности для роликоподшипников:
Вычисляем заданный ресурс:
Коэффициент запаса по средним нагрузкам:
где – среднее значение динамической эквивалентной нагрузки; – показатель степени для роликоподшипников.
Квантиль нормированного нормального распределения
По таблицам нормального распределения [2] в зависимости от полученного значения квантили находим что вероятность безотказной работы рассчитываемого подшипника равна .
где – для подшипников.
Среднее значение динамической грузоподъёмности для роликоподшипников
Коэффициент запаса по средним нагрузкам
Полагаем что динамическая эквивалентная нагрузка и динамическая грузоподъемность распределены по нормальному или близкому к нормальному закону. Тогда вероятность безотказной работы определяем по квантили нормированного нормального распределения.
где и – коэффициенты вариации динамической грузоподъемности и динамической эквивалентной нагрузки.
Коэффициент вариации динамической грузоподъемности принимают равным для роликоподшипников.
Коэффициент вариации динамической эквивалентной нагрузки принимают равным коэффициенту вариации внешней нагрузки действующей на подшипник т.е. . Рекомендация основана на равенстве коэффициентов вариации случайных величин связанных между собой линейной зависимостью.
По таблицам нормального распределения в зависимости от полученного значения квантили находим что вероятность безотказной работы рассчитываемого подшипника равна .
Основным для соединений с призматическими шпонками является условный расчет на смятие.
Шпонка 12: для вала диаметром по ГОСТ 23360-78 предназначена шпонка со следующими размерами: ширина шпонки ; высота шпонки ; глубина паза на валу ; длина шпонки .
Если принять для упрощения что нормальные напряжения в зоне контакта распределены равномерно и плечо главного вектора давления равно то
где – рабочая длина шпонки; – глубина врезания шпонки в ступицу колеса; – допускаемое напряжение смятия для шпонки изготовленной из стали 45 [1 с. 89].
Принимаем длину шпонки равную в соответствии с длиной ступицы. Тогда . По формуле (2) проверяем напряжения в зоне контакта.
Проверку прочности шпонок на срез обычно не проводят так как это условие соблюдается при использовании стандартных сечений шпонок.
Определим значение коэффициента запаса прочности
где – предел текучести наиболее слабого материала детали (вала шпонки или ступицы) – коэффициент учитывающий характер нагрузки и условия работы; – коэффициент учитывающий погрешности монтажа и неравномерности распределения нагрузки по длине шпонки.
Рассчитаем коэффициент вариации предела выносливости вала по нормальным напряжениям:
где – коэффициент вариации предела выносливости деталей из материала одной плавки при отсутствии рассеивания её размеров обычно ; – коэффициент вариации характеризующий межплавочное рассеивание пределов выносливости образцов; – коэффициент вариации теоретического коэффициента концентрации напряжений.
Коэффициент вариации нагрузки равен .
По таблицам нормального распределения в зависимости от полученного значения квантили находим что вероятность безотказной работы рассчитываемой шпонки равна .
Расчет шпонки под второй ступицей аналогичен поэтому расчет не производим.
Расчет покупного оборудования.
Вероятность безотказной работы для покупных изделий оборудования определена их техническим паспортом завода – изготовителя итак – для электродвигателя; - для тормоза редуктора ступицы барабана.
где - коэффициент вариации предела выносливости вала по нормальным напряжениям; коэффициент вариации нагрузки равен [6].
По таблицам нормального распределения в зависимости от полученного значения квантили находим что вероятность безотказной работы рассчитываемой муфты равна .
Анализ результатов и методы обеспечения требуемой надежности элементов и механизма в целом
Вероятность безотказной работы элемента при внезапных и постепенных отказах находится как произведение соответствующих вероятностей [5 с. 5]:
Из-за отсутствия достоверных данных о вероятности безотказной работы покупных изделий а именно электродвигателямуфты и редуктора принимаем их равными: – для электродвигателя -редуктора – для муфты МУВП. Вероятности безотказной работы всех ответственных элементов привода ленточного конвейера приведены в табл.1.
Таблица. 1. Вероятности элементов привода пластинчатого конвейера
Для структурной схемы показанной на рис. 2 общая вероятность безотказной работы найдется по формуле
где – количество наиболее ответственных элементов с точки зрения надёжности в механизме.
Вероятность безотказной работы приводной станции равна
Проанализировав вероятность безотказной работы системы можно сделать вывод что элементы приводной станции достаточно надежны что указывает на большую долговечность по сравнению с заданным ресурсом и завышенные запасы прочности. Надежность покупных изделий соответствует среднему общемашиностроительному значению т.к. .
Вывод: для обеспечения безотказной работы привода и механизма в целом в течение длительного времени необходимо при производстве применять материалы с несколько большим запасом прочности.
Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: СправочникИ.А. Биргер Б.Ф. Шорр Г.Б. Иосилевич. – 4-е изд. – М.: Машиностроение 1993. – 640 с. ил.
Надежность машин: Учебное пособие для машиностроительных специальнос-тей вузов Д.Н. Решетов; А.С. Ивашков; В.З. Фадеев; под ред. Д.Н. Решетова. – М.: Высшая школа 1988. – 238 с. ил.
Подшипники: Справочник-каталог Под. ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Короста-шевского. – М.: Машиностроение 1984 – 280 с. ил.
Построение кинетических диаграмм развития усталостных трещин в элементах конструкций подъёмно-транспортных машин и промышленных роботов Мето-дические указания к выполнению практической работы для студентов дневной формы обучения специальности 170900 – “Подъёмно-транспортные строи-тельные и дорожные машины и оборудование”. – Брянск БИТМ 1995 43 с.
Технические основы создания машин. Структурный анализ надежности пере-даточного механизма. Методические указания для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 170900 – “Подъёмно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование”. – Брянск БГТУ 2004 7 с.
Брауде В.И. Семенов Л.Н. Надежность подъемно-транспортных машин: Учебное пособие для студентов вузов по специальности “Подъемно-транспортные машины и оборудование”. – Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ние 1986. – 183 с. ил.

Приводная станция.cdw

* - размеры для справок.
Подшипниковые узлы заполнить при сборке
смазкой МЛИ 412-3 ГОСТ 23258-78.
Неуказанные предельные отклонения размеров:
При монтаже крышек на внутреннюю сторону
Необработанные места покрасить.
Скорость движения ленты
Тип электордвигателя 5АМ250М4
Мощьность электродвигателя
Частота вращения вала электродвигателя
Передаточное число редуктора 12
Межосевое растояние редуктора
Технические характеристики
Технические требования

2 лист 5.11.cdw

показатели надежности
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРИВОДА
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА