Praha Šperlova 28 149 00 Praha- Chodov tel.: +420 267 913 371 fax: +420 272 911 Krnov Opavská 5 794 01 Krnov tel.: +420 554 620 960 fax: +420 554 620 960 Hradec Králové Kuklenská 5 500 02 Hradec Králové tel.: +420 495 533 467 fax: +420 495 533 www.solidvision.cz Otrokovice tř. Tomáše Bati 332 765 02 Otrokovice tel.: +420 577 664 241 Brno Merhautova 216 613 00 Brno tel.: +420 533 433 111 fax: +420 533 433 110 Výpočtová dokumentace pro montážní přípravek oběžného kola Peltonovy turbíny Parametry Jako podklady pro výpočtovou dokumentaci byly zadavatelem dodány parametry: -hmotnost oběžného kola turbíny 2450 kg -hmotnost zvedacího zařízení 90 kg -hmotnost šroubu s přírubou 55 kg f -koeficient tření (šroub-matice) 0,25 Parametry zdvižné převodovky TEA SEO 100-L -maximální zdvižná síla 100 000 N -maximální počet otáček vstupního hřídele 1500 -maximální vstupní moment hřídele 15,2 Nm TR -typ trapézového šroubu TR 60x9 N -převodový poměr 1:36 -materiál Slitina hliníku -účinnost převodovky 0,63 -účinnost šroubu 0,33 Parametry šroubu TR 60x9 -průměr šroubu 60 mm -stoupání šroubu 9 mm -vnitřní průměr šroubu 48,15 mm -střední průměr 55,36 mm 21CrMoV57 -materiál šroubu DIN 17 240 X10CrNiS189 -materiál příruby DIN 17 440 (1.4305) -třída pevnosti šroubů M20 8.8 Zadání výpočtu Předmětem výpočtu je montážní přípravek Peltonovy turbíny, který je poháněn asynchronním motorem. Konstrukční řešení montážního přípravku je založeno na použití trapézového šroubu TR60x9, upevněném ke hřídeli turbíny šrouby M20. Turbína je uložena na konstrukci posouvající se po trapézovém šroubu směrem k hřídeli. Pohon posuvu je zajištěn asynchronním motorem, který je připojen k převodovce TEA SEO 100-L s převodem 1:36. Převodovka přenáší kroutící moment na matici pohybující se po trapézovém šroubu a zvedá celé zařízení k hřídeli.
Transcript
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Výpočtová dokumentace pro montážní přípravek oběžného kola Peltonovy turbíny
Parametry
Jako podklady pro výpočtovou dokumentaci byly zadavatelem dodány parametry:
-hmotnost oběžného kola turbíny 2450 kg
-hmotnost zvedacího zařízení 90 kg
-hmotnost šroubu s přírubou 55 kg
f -koeficient tření (šroub-matice) 0,25
Parametry zdvižné převodovky TEA SEO 100-L
-maximální zdvižná síla 100 000 N
-maximální počet otáček vstupního hřídele 1500
-maximální vstupní moment hřídele 15,2 Nm
TR -typ trapézového šroubu TR 60x9
N -převodový poměr 1:36
-materiál Slitina hliníku
-účinnost převodovky 0,63
-účinnost šroubu 0,33
Parametry šroubu TR 60x9
-průměr šroubu 60 mm
-stoupání šroubu 9 mm
-vnitřní průměr šroubu 48,15 mm
-střední průměr 55,36 mm
21CrMoV57 -materiál šroubu DIN 17 240
X10CrNiS189 -materiál příruby DIN 17 440 (1.4305)
-třída pevnosti šroubů M20 8.8
Zadání výpočtu
Předmětem výpočtu je montážní přípravek Peltonovy turbíny, který je poháněn asynchronním motorem. Konstrukční řešení montážního přípravku je založeno na použití trapézového šroubu TR60x9, upevněném ke hřídeli turbíny šrouby M20. Turbína je uložena na konstrukci posouvající se po trapézovém šroubu směrem k hřídeli. Pohon posuvu je zajištěn asynchronním motorem, který je připojen k převodovce TEA SEO 100-L s převodem 1:36. Převodovka přenáší kroutící moment na matici pohybující se po trapézovém šroubu a zvedá celé zařízení k hřídeli.
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Obr.1 Montážní přípravek Peltonovy turbíny
Cíle výpočtu
1. Výpočet kroutícího momentu na vstupní hřídeli převodovky, nutný pro zdvihnutí oběžného kola turbíny směrem k hřídeli.
2. Výpočet výkonu asynchronního motoru s jmenovitými otáčkami 1450s-1. 3. Pevnostní výpočet trapézového šroubu TR60x9 a příruby při zvedání turbíny. 4. Výpočet situace kontaktu oběžného kola s hřídelí.
1. Výpočet kroutícího momentu na vstupní hřídeli převodovky
Pro výpočet momentu na vstupní hřídeli převodovky zvedacího zařízení je použit program SolidWorks
Simulation Motion 2010. Na modelu byly definovány následující prvky.
Vazba typu šroub (stoupání 9 mm)
Vazba typu převod (převod 1:36)
Motor (otáčky 1450 min-1
)
Ztrátový moment (převodovka)
Ztrátový moment tření
Gravitace
Obr. 2 Definování pohybové studie
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Nastavení pohybové studie
Mechanismus zdvihacího zařízení bude simulován ve dvou stavech.
zvednutí Peltonovy turbíny s uvažováním nulového tření f=0.
zvednutí Peltonovy turbíny s uvažováním koeficientu tření f=0,25. Typ řešiče GSTIFF
Maximum iterací 25
Velikost počátečního kroku 0,0001
Minimální velikost kroku 0,0000001
Maximální velikost kroku 0,01
Jakobiho nové ohodnocení každou iteraci
Délka studie 30 s
Výsledky pohybové studie
Obr. 3 Průběh vstupního kroutícího momentu pro f=0
Výpočet momentu na výstupu převodovky a momentu na vstupu převodovky s nulovým třením:
Výpočet momentu na výstupu převodovky a momentu na vstupu převodovky s koeficientem tření
f=0,25:
Katalogové údaje
Dle katalogových hodnot je pro zatěžující sílu:
Určen vstupní moment převodovky:
Závěr
Montážní přípravek byl simulován v programu SolidWorks Motion a výsledky simulace byly ověřeny výpočtem. Výsledky simulace se shodují s vypočtenými hodnotami. Vzhledem k prostředí provozu přípravku bude brána hodnota vstupního momentu z druhé simulace s koeficientem tření f=0,25.
2. Výpočet výkonu motoru
Výkon motoru se odvíjí s definovaných otáček motoru a požadovaného momentu.
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
2. Pevnostní výpočet trapézového šroubu TR60x9a příruby při zvedání turbíny
Trapézový šroub bude po celé své délce primárně namáhán tahovým napětím v důsledku hmotnosti zvedané Peltonovy turbíny. Dále bude namáhán kroutícím momentem jako reakce na působení zdvihové převodovky. Toto namáhání bude přeneseno na přírubu šroubu a následně na 4 šrouby příruby M20. Předpínací síla M20:
Pro pevnostní výpočet byl využit program SolidWorks Simulation (statická studie) ve kterém byly definovány následující prvky.
Silové zatížení (24 917 N)
Zatížení kroutícím momentem (175 Nm)
Šroubové spojení (pevnost 640 N/mm^2,předpětí 10 755 N)
Gravitace
Objemová síť (automatické zjemnění)
Typ řešiče - FFEPlus
Typ studie - Static
Obr.3 Objemová síť-automatické zjemění
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Obr. 4 Rozložení zatížení von-Mises
Napětí von-Mises se pohybuje v rozmezí 60 787 N/m^2 až 40 000 000 N/m^2 Mez kluzu trapézového šroubu je 295 593 984 N/m^2. Mez kluzu příruby je 465 000 000 N/m^2.
Obr. 4 Rozložení koeficientu bezpečnosti
Koeficient bezpečnosti se pohybuje na přírubě i na trapézovém šroubu v rozmezí 5,7-6.
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
. Obr. 4 Rozložení koeficientu bezpečnosti ve šroubech M20
Šrouby M20 pro uchycení příruby jsou dimenzovány na koeficient bezpečnosti v rozmezí 130-140.
Kontrolní výpočet tahového napětí
Výpočet tahového napětí :
Výpočet koeficientu bezpečnosti:
Trapézový šroub je primárně namáhán normálovou silou která je po jeho délce rozložena konstantně a v průběhu zvedání nemění svoji hodnotu. Normálová síla vyvolává uvnitř šroubu tahové napětí, které je rozloženo v průřezu konstantně.
Kontrolní výpočet šroubů M20 a M48
Příruba šroubu je upevněná k hřídeli turbíny čtyřmi šrouby M20, které budou v průběhu zvedání namáhány rovnoběžně s osou šroubu vlivem hmotnosti zvedaného zařízení. Trapézový šroub bude k přírubě připevněn závitem M48. Pro připojení příruby k hřídeli turbíny jsou uvažovány šrouby M20 pevnostní třídy 8.8 ( ) podmínka únosnosti zatížení v tahu je:
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Pro připojení trapézového šroubu k přírubě slouží šroub M48 ( ) podmínka únosnosti zatížení v tahu je:
3. Výpočet situace kontaktu oběžného kola s hřídelí
Výpočet má za úkol ověřit situaci selhání koncových spínačů při dotyku turbíny hřídele. Trapézový šroub bude po celé své délce primárně namáhán tahovým napětím způsobeným silou tíhy kola turbíny a maximální zatěžující silou převodovky. Dále bude namáhán kroutícím momentem jako reakce na působení zdvihové převodovky. Toto namáhání bude přeneseno na přírubu šroubu a následně na 4 šrouby příruby M20. Pro pevnostní výpočet byl využit program SolidWorks Simulation (statická studie) ve kterém byly definovány následující prvky.
Silové zatížení (124 917 N)
Zatížení kroutícím momentem (175 Nm)
Šroubové spojení (pevnost 640 N/mm^2)
Objemová síť (automatické zjemnění)
Gravitace
Typ řešiče - FFEPlus
Typ studie - Static
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Obr. 4 Rozložení zatížení von-Mises
Napětí von-Mises se pohybuje v rozmezí 60 787 N/m^2 až 40 000 000 N/m^2 Mez kluzu trapézového šroubu je 295 593 984 N/m^2. Mez kluzu příruby je 465 000 000 N/m^2.
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Obr. 4 Rozložení koeficientu bezpečnosti
Koeficient bezpečnosti při kontaktu oběhového kola turbíny a hřídele v rozmezí 2,58-6.
Obr. 4 Rozložení koeficientu bezpečnosti ve šroubech M20
Šrouby M20 pro uchycení příruby jsou dimenzovány na koeficient bezpečnosti v rozmezí 20-25.
Praha
Šperlova 28
149 00 Praha-
Chodov
tel.: +420 267
913 371
fax: +420 272 911
454
Krnov
Opavská 5
794 01 Krnov
tel.: +420 554 620
960
fax: +420 554 620 960
Hradec Králové
Kuklenská 5
500 02 Hradec
Králové
tel.: +420 495
533 467
fax: +420 495 533
476
www.solidvision.cz
Otrokovice
tř. Tomáše Bati
332
765 02
Otrokovice
tel.: +420 577
664 241
fax:
+420 577 664
Brno
Merhautova 216
613 00 Brno
tel.: +420 533
433 111
fax: +420 533
433 110
Kontrolní výpočet šroubů M20 a M48
4. Závěr
V případě namáhání montážního přípravku v normálním provozu při zvedání oběžného kola turbíny vyhovují všechny prvky konstrukce požadovanému zatížení. Montážní přípravek byl ověřen i při poruchovém stavu nefunkčnosti koncových spínačů při dotyku oběhového kola turbíny a hřídele. V takovémto případě jsou uvedené části konstrukce namáhány silou, která se skládá z tíhy oběhového kola turbíny a maximální únosné síly převodovky. Závěrem výpočtu tohoto poruchového stavu je že části konstrukce v tomto stavu vyhoví.
