tgtm HP 2011/12-1: Fördereinrichtung

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1 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung tgtm HP 0/-: ördereinrichtung (Pflichtaufgabe) ördereinrichtung Die dargestellte mobile ördereinrichtung MB-00 besteht aus einem Wagen mit je zwei Rädern pro Achse. Das Transportband ist am Punkt D gelagert und kann mit Hilfe eines Zylinders in seiner eigung um bis zu 5 verstellt werden. Abmessungen: l 00mm; l 000mm; l 500mm; l 800mm; l5 00mm Gewichtskräfte: Motor und Getriebe an der Stelle S: Wagen an der Stelle S: Transportband an der Stelle S: eigungswinkel G 00 G 000 G 500 α 5. Schneiden Sie die gesamte mobile ördereinrichtung in ihrer waagerechten Ausgangslage zur Berechnung der Radkräfte frei.. Berechnen Sie die Radkräfte H und für die mobile ördereinrichtung.,0. Das Transportband befindet sich in waagrechter Position. Überprüfen Sie, bei welcher Last am Punkt die mobile ördereinrichtung gerade nicht kippt.,0,0.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite von 7

2 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung Konstruktion des Antriebs Das erforderliche Drehmoment zum Antrieb des Transportbandes wird vom Motor über das Getriebe auf das Zahnrad der Antriebswelle übertragen. Wie in der folgenden Skizze dargestellt, sind auf der Antriebswelle zwei Aufnahmestellen für Riemenscheiben vorgesehen. Zwei Passfedern nach DI B 8x7x sorgen für die Drehmomentübertragung. Werkstoff der Antriebswelle: 6MnCr5 Werkstoff der Passfeder: S5 Schwellendes Drehmoment am Zahnrad: MZ 600 m Sicherheit bei Torsionsbeanspruchung: Sicherheit bei Abscherung: zulässige lächenpressung: Pzul 50 /mm. Dimensionieren Sie den erforderlichen Mindestdurchmesser D der Antriebswelle.. Weisen Sie nach, ob die gegebenen Passfedern bei einem Wellendurchmesser von D 0 mm die geforderten Sicherheiten erfüllen.. Die estigkeitsberechnung hat ergeben, dass die Passfeder den geforderten Sicherheiten nicht entspricht. 5,0,0,0 Analysieren und entwerfen Sie eine Lösung für dieses Problem und begründen Sie Ihre Antwort. Antriebssystem Der Antrieb erfolgt mit Hilfe eines Elektromotors. Zwischen Elektromotor und Transportband befinden sich ein -stufiges Zahnradgetriebe und ein Riementrieb. Daten Elektromotor: PM 6 kw nm 80 min- Daten Zahnradgetriebe: z ; z ; Daten Riementrieb: d 0 mm; η 9%; z 5; d 00 mm; z 8; η 9% η 96%. Stellen Sie die Energieumwandlungskette vom Elektromotor zum Transportband mittels Blockschaltbild dar und berechnen Sie den Gesamtwirkungsgrad.. Bestimmen Sie das Gesamtübersetzungsverhältnis.,0. Das Transportband hat eine Antriebsrolle mit d 50 mm. Dokumentieren Sie die Geschwindigkeit des Transportbandes in m/s mit Hilfe einer Rechnung.,0,0.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite von 7

3 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung Motor zur Stromerzeugung Die mobile ördereinrichtung MB-00 soll auch einsetzbar sein, wenn kein Stromanschluss vorhanden ist. Zur Stromerzeugung wird folgendes Aggregat eingesetzt. -Zylinder Gesamthubraum 00 cm erdichtungsverhältnis ε Ansaugtemperatur 0 C Ansaugdruck bar Prozesstemperatur T 00 K. Der Kreisprozess des Aggregats ist im folgenden p--diagramm dargestellt.,0 ennen Sie die Motorart und begründen Sie Ihre Antwort.. Beschreiben Sie den vollständigen Ablauf eines Arbeitszyklus und nennen Sie dabei die jeweiligen thermodynamischen Zustandsänderungen.,0. Ermitteln Sie und. Hinweis: ε + Hub /,0. Bestimmen Sie die angesaugte Luftmasse je Zylinder..5 Ermitteln Sie T und.,0,0 0,0.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite von 7

4 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung Lösungsvorschläge. LS G H G G. Annahme: Das örderband befindet sich wie in Aufg.. in waagerechter Position. Σ M H 0 G l G l G l + l l + G l + G l G l mm mm mm 99, 800 mm Σ y 0 H G G G + H + G + G+ G , 605,6 99, ,6 HRad H 0 Umgerechnet auf die Räder ergibt Rad. Im Moment "kippt gerade nicht" wird H 0. LS ördereinrichtung im Moment des Kippens G G G Σ M 0 G (l l )+ G (l l )+ G ( l l ) (l 5 l ) ( l l )+ G (l l )+ G (l l ) G l 5 l 00 (800 00)mm+ 000 ( )mm+500 ( ) mm 00 mm 800 mm 7.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite von 7

5 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung Konstruktion des Antriebs. Re 590 /mm² (6MnCr [EuroTabM6], S.) Da das Drehmoment MZ vom Zahnrad in verschiedene Richtungen zu den beiden Riemenscheiben geleitet wird, muss die Welle nur das halbe Moment übertragen. M 600 m M t Z 00 m τt 0,7 Re 0,7 590 mm mm τ t Mt ν τ tzul > τt W p τ / mm τtzul νt 0,5 mm M 00 m W perf τ t,9 cm tzul 0,5 /mm π d W p 6 W,9 cm 6 perf 6 d erf,6 mm π π ür die im Maschinenbau erforderliche Genauigkeit reicht es aus, die Tiefe der Passfedernuten auf den Durchmesser aufzuschlagen. t mm (Passfeder x7 TabB Metall, Europa,.Auflage, S.0) Derf d erf + mm5,7 mm+ mm9,7 mm ; gewählt: D 0 mm. Passfedern; Kraft P, die auf eine Passfeder wirkt: D M 00 m M P 0 k D 0 mm Gegen Abscherung τab 90 /mm² (S5 Tabellenbuch Metall, Europa,.Auflage, S.. Da keine anderen Werte angeben sind, muss man mit Belastungsfall I vorliebnehmen.) b 8 mm; l mm; t, mm (Passfeder x7x TabB s.o., S.0) S b l8 mm mm56 mm τ ab 0 k 78,5 ν τ azul > τ a S 56 mm mm τ 90 /mm ν ab τab,7 a 78,5 /mm ist größer als die geforderte Sicherheit und damit ausreichend. Gegen lächenpressung Hier ist gar keine Sicherheit angegeben, deshalb muss man prüfen, ob die tatsächlichen Spannungen kleiner als die zulässigen sind, oder: At l, mm mm05,6 mm 0 k p zul > p Aerf P, mm A p zul 50 /mm Die gegebene Querschnittsfläche kleiner als erforderlich nicht ausreichend. Hinweise Aus dem Wortlaut der Aufgabe könnte man schließen, dass man nicht gegen lächenpressung berechnen muss, weil dafür keine Sicherheit angegeben ist. Ebenso.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite 5 von 7

6 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung könnte man die lächenpressung zuerst berechnen, feststellen, dass "die geforderten Sicherheiten" nicht erfüllt sind, und dann auf den Berechnungen gegen Abscherung verzichten. Beide Entscheidungen würde ich vom Korrektor abhängig machen.. Analyse: Die Passfederverbindung ist nicht ausreichend belastbar, deshalb muss eine Wellen-aben-erbindung mit größerer Belastbarkeit gewählt werden. Lösungen mit Begründung (laut Aufgabenstellung genügt eine Lösung): erlängerung der Passfeder erhöht die läche und senkt die lächenpressung Zwei gegenüberliegende Passfedern erhöhen ebenfalls die läche (ob das praktisch üblich ist, muss ein Schüler nicht wissen, aber tatsächlich ist diese Konstruktion in DI 689 Passfedern-Berechnung und Gestaltung berücksichtigt ( [Steinhilper 007 I] S.59; [Decker 009] S.9f, [Haberhauer 008] S.6) Passfeder aus höherwertigem Werkstoff erhöht die zulässige lächenpressung Ein größerer Wellendurchmesser senkt die Kraft, die durch die Passfeder übertragen wird, und ermöglicht zudem eine größere Passfeder. Andere Konstruktion mit höherer Belastbarkeit verwenden: Keilverbindung, Übermaßverbindung (Presssitz), Keilwelle, Polygonwelle. ( [EuroTabM6], S.) Antriebssystem. Zahnradgetriebe Motor Riemengetriebe Transportband ηg η η η0,9 0,9 0,960,8.. z z d 8 00 mm i 8, z z d 5 0mm n M 80 min 75,9 i 8, min s m m vπ n d π mm8, min min s i n zu nab nt.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite 6 von 7

7 tgtm HP 0/-: ördereinrichtung Motor zur Stromerzeugung. Die erbrennung (Prozess ) erfolgt isobar (Gleichdruckverbrennung) und dies ist typisch für einen Dieselmotor.. 0 : Ansaugen des rischgases (isobar, Ansaugtakt) : erdichtung (adiabatisch, erdichtungstakt) : erbrennung (isobar, Arbeitstakt) : Entspannung (adiabatisch, Arbeitstakt) : Ausströmen des Abgases (isochor, Ausstoßtakt) 0 : Ausstoßen der Restgase (isobar, Ausstoßtakt). (bezogen auf den Motor) 00 cm ϵ+ Hub Hub 00 cm ϵ + Hub 00 cm + 00 cm00 cm Der Gesamthubraum Hub bezieht sich auf den gesamten Motor, also beide Zylinder. Da die gegebene ormel Hub und verknüpft, muss dies in diesem all ausnahmsweise auch für (und ) gelten.. Die angesaugte Luftmasse wird vom Hubraum h eines Zylinders bestimmt. Hub 00 cm h 050 cm p bar 050 cm p m Ri T mh h,5 g Ri T J 87 ( 7+0) K kgk In der Praxis wird dieser Wert nicht erreicht, weil sich der Ansaugvorgang im Zeitraum von hundertstel Sekunden abspielt..5 Adiabatischer Prozess ür das olumenverhältnis / spielt es in der Gleichung keine Rolle, ob man die olumina des ganzen Motors oder eines einzelnen Zylinders einsetzt. Einfacher ist es, das erdichtungsverhältnis ε zu verwenden. Aus der gegebenen ormel ergibt sich nämlich: + Hub ϵ+ Hub + Hub und damit κ [ ] [ ] T T T T κ T ϵκ (7+0) K,0 009 K Isobarer Prozess T T T 00 K 00 cm 08 cm T 009 K (bezogen auf den Gesamtmotor) Üblicherweise gibt man diese olumen pro Zylinder an: 08 cm (bezogen auf einen Zylinder) Zyl 0 cm.0.6, tgtm_hp0-_oerdereinrichtung.odt, Seite 7 von 7