Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Винтовые конвейеры

2. Расчеты перерабатывающего шнека

2.1 Расчеты однозаходного перерабатывающего шнека

2.2 Расчеты двухзаходного перерабатывающего шнека

3. Распечатка результатов расчетов на ЭВМ

3.1 Результаты однозаходного шнека

3.2 Результаты двухзаходного шнека

Выводы

Литература



Введение

Одно из важнейших мест в технологии горного производства занимают операции добычи, переработки, транспортирования и перемешивания сырья и промежуточных материалов. Для осуществления этих технологических процессов широко используются винтовые конвейеры (шнеки).

Шнековые исполнительные органы выполняют одновременно функции разрушения горного массива и погрузку горной массы на конвейер. Они просты по конструкции, надежны в работе, их использование значительно упрощает общую конструкцию горной машины.

Процесс разрушения горных пород происходит в активном деформируемом объеме. В этом случае описание напряженного и деформационного состояния породы возможно лишь с применением результатов исследований по теории упругости и пластичности, представляется возможным оптимизировать конструктивные и режимные той или иной горной породы без предварительного создания экспериментальных образцов перерабатывающих устройств и их испытаний.

Основными параметрами шнека, на которые стоит обратить наибольшее внимание, являются шаг винтового рабочего органа и его угловая скорость, так как именно они имеют наибольшее влияние на производительность машины.

В данной курсовой работе необходимо произвести обзор применения шнеков в горной промышленности и также представить рисунки и основные технические характеристики.

В результате расчетов необходимо определить:

-конструктивные и кинематические параметры шнека;

-наибольшее давление, развиваемое шнеком;

-предельная и полезная мощности, затрачиваемые на работу шнека;

-коэффициент полезного действия шнека;

-давление, степень деформации горной породы и коэффициента полезного действия шнека для выбранных длины и диаметра шнека при переменном шаге витков в случае:

а) постоянной угловой скорости шнека;

б) постоянной производительности.

По результатам расчетов построить графические зависимости давления, степени деформации и коэффициента полезного действия шнека от отношения шага витков к радиусу шнека. Установить влияние этого отношения на производительность при постоянной угловой скорости (вариант А) и на угловую скорость при постоянной производительности (вариант Б).



1. Состояние вопроса

1.1 Винтовые конвейеры

Конвейер (англ. conveyer, от convey -- перевозить), транспортёр, машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов.

Различают следующие конвейера: с тяговыми органами и конвейера без тягового органа. Конвейера с тяговым органом могут быть по виду грузонесущего органа ленточными, пластинчатыми, люлечными, скребковыми, ковшовыми и пр. Для таких конвейеров характерно общее с рабочим органом движение груза на рабочих участках. Для конвейеров без тягового органа характерно раздельное движение груза и рабочих органов, совершающих круговое вращательное или возвратно-поступательное рабочее движение. Конвейера могут иметь машинный привод (наиболее часто электрический, реже пневматический) или груз может перемещаться под действием силы тяжести (гравитационные конвейера).

В зависимости от условий используют конвейера напольные и подвесные. Напольные конвейера могут быть стационарными, передвижными или переносными. На конвейера можно перемещать груз в горизонтальной или близкой к ней наклонной плоскости (ленточные, пластинчатые, тележечные, скребковые, роликовые, винтовые, вибрационные, качающиеся); в вертикальной или близкой к ней наклонной плоскости (скребковые, ковшовые, винтовые, вибрационные конвейера); в любой плоскости. В последнем случае конвейера состоят из чередующихся горизонтальных, вертикальных или наклонных участков (подвесные, ковшовые, скребковые, люлечные и др.). Кроме того, конвейера могут различаться в зависимости от рода перемещаемых грузов - насыпных или штучных. Конструкция некоторых конвейеров позволяет транспортировать как насыпные, так и штучные грузы.

Винтовой конвейер [2]

Высокая производительность, простота конструкции и сравнительно невысокая стоимость, возможность выполнения на конвейерах (рис.1) различных технологических операций, невысокая трудоёмкость работ, обеспечение безопасности труда, улучшение его условий -- всё это обусловило широкое применение конвейеров во всех областях народного хозяйства: в чёрной и цветной металлургии, машиностроении, горной, химической, пищевой и др. отраслях промышленности. В промышленном производстве конвейер являются неотъемлемой составной частью технологического процесса. Конвейеры позволяют устанавливать и регулировать темп производства, обеспечивать его ритмичность. Являясь основным средством комплексной механизации и автоматизации транспортных и погрузо-разгрузочных процессов, и поточных технологических операций, конвейеры вместе с тем освобождают рабочих от тяжелых и трудоемких транспортных и погрузочно-разгрузочных работ, делают их труд более производительным. Широкая конвейеризация составляет одну из характерных черт развитого промышленного производства.

Рисунок 1 - Конвейер винтовой



Это объясняется тем, что внедрение загрузочных и разгрузочных, дозировочных, счетных и взвешивающих автоматов, автоматических очищающих и смазывающих устройств, разнообразной контрольной, защитной и блокировочной аппаратуры, средства автоматического управления невозможно без применения конвейера как одной из основных машин, комплектующих систему автоматизированного производства. Наибольшее распространение получили винтовые конвейеры.

Принцип действия и устройство винтовых конвейеров

По направлению перемещения грузов винтовые конвейеры могут быть горизонтальными, наклонными и вертикальными.

Рисунок 2 - Винтовой конвейер горизонтальный

Горизонтальный винтовой конвейер (Рис.2) предназначен для перемещения хорошо сыпучих грузов. Груз через патрубок 1 поступает в желоб 2. Попадая на дно желоба, он винтом 3 перемещается в сторону разгрузочного люка 7. Винт приводится во вращение приводом 6 и поддерживается в концевых 5 и промежуточных 4 подшипниках.

Принцип действия всех горизонтальных конвейеров (Рис. 3 и Рис. 4) заключается в том, что груз, попадая в желоб с вращающимся винтом, под действием сил давления на него совершает единственно возможное для груза перемещение - движение вдоль оси винта. Вращаться вместе с винтом груз не может, так как этому препятствуют собственная сила тяжести и сила трения о желоб.

Рисунок 3 - Горизонтальный конвейер

Рисунок 4 - Горизонтальный конвейер

Широкому распространению винтовых конвейеров в различных отраслях хозяйства, в том числе в пищевой промышленности, способствует ряд их достоинств, к которым относят надежность работы, простоту устройства, эксплуатации и ухода, отсутствие наружных движущихся частей, возможность перемещения груза в герметичном кожухе.

Указанные преимущества винтовых конвейеров делают их во многих случаях лучшим видом транспорта. Кроме того, на зерноперерабатывающих предприятиях эти конвейеры часто используют при совмещении транспортных и технологических операций.

Однако некоторые недостатки винтовых конвейеров в ряде случаев полностью исключают возможность их применения.

К таким недостаткам, прежде всего, следует отнести сильное повреждение груза в результате его трения о винт и желоб, поэтому винтовые конвейеры не применяют для перемещения крупнокусковых грузов.

Вторым серьезным недостатком по сравнению с другими машинами непрерывного транспорта является большой расход энергии, затрачиваемой на транспортирование. Это объясняется тем, что значительная часть работы расходуется на преодоление сил трения груза.

Третьим недостатком является невозможность использования винтовых конвейеров для перемещения липких грузов.

Указанные недостатки позволяют использовать винтовые конвейеры только для перемещения сухих пылевидных, мелкозернистых, зерновых грузов с производительностью до 100 м3/ч на небольшие расстояния (для горизонтальных и наклонных конвейеров до 30...40 м, для вертикальных до 15...20 м).

Рабочие элементы винтовых конвейеров

Рабочим элементом винтовых конвейеров служит винт. Его поверхность может быть сплошной (Рис.5, а), ленточной (Рис.5, б) или в виде отдельных лопастей (Рис.5, в).

Рисунок 5 - Типы винтов

Сплошные винты используют для транспортирования хорошо сыпучих грузов, ленточные - слеживающихся. Конвейеры с лопастными винтами применяют при перемещении вязких грузов или при необходимости перемешивать груз. Изготавливают винты из листовой или полосовой стали прессованием. Поверхность сплошного винта получают также прокаткой стальной полосы в конических валках. В некоторых случаях винтовые поверхности отливают из чугуна. Аналогичным образом получают винтовую поверхность ленточных винтов.

Для увеличения производительности конвейеров изготавливают винты с несколькими поверхностями. По количеству поверхностей винты можно подразделить на одно-, двух- и трех - заходные, а по направлению винтовой поверхности -- на винты правого и левого захода. ГОСТ 2037--75 предусматривает следующий ряд стандартных диаметров сплошных винтов: 0,1, 0,125, 0,16, 0,2, 0,25 0,32, 0,4, 0,5, 0,63, 0,8 м.

Изготовленные тем или иным способом винтовые сплошные поверхности приваривают к валу конвейера, а в ленточных и лопастных крепят на стержнях. Вал, к которому крепят винтовую поверхность, состоит, как правило, из отдельных секций, что облегчает сборку конвейера; он может быть как сплошным, так и пустотелым. Преимуществами пустотелых валов является то, что они при одной и той же прочности, менее металлоемки и секции с такими валами просты в соединении; для этого достаточно насадить две соседние секции на короткие сплошные валики. Подшипники, в которых крепят вал винта, подразделяют на: концевые и промежуточные. Концевые подшипники монтируют в торцовых стенках желоба. При проектировании подшипниковых узлов необходимо обращать особое внимание на выбор герметизирующих элементов, предотвращающих попадание в подшипниковый узел пыли.



2. Расчеты перерабатывающего шнека

2.1 Расчеты однозаходного перерабатывающего шнека

Расчет выполнен по методике и рекомендациям источника [3].

1. Расчетная интенсивность деформации горной породы

.

Принимаем = 320.

2. Отношение длины шнека к его диаметру

.

3. Число витков шнека

.

Принимаем = 11. Тогда расчетное отношение будет

.

4. Пусть длина шнека = 2 м. Тогда радиус шнека

м.

Диаметр шнека м.

Диаметр кожуха шнека принимается в соответствии со стандартом на цельнотянутые трубы и в случае необходимости уточняется радиус шнека.

5. Параметр производительности

м3/с.

6. Шаг витков шнека

м.

7. Угловая скорость шнека

.

8. Частота вращения шнека

об/мин.

9. Действительная интенсивность деформаций породы

,

где - статический момент площади внутренней поверхности кожуха шнека относительно его оси, м3.

10. Наибольшее давление, развиваемое шнеком,



Па = 345,6 кПа.

11. Удельная затрата энергии при переработке горной породы (предельная)

Па = 2311 кПа.

12. Предельная мощность для переработки горной породы

кВт.

13. Полезная мощность при наибольшем давлении

кВт.

14. Коэффициент полезного действия перерабатывающего шнека как винтового насоса

.

Вычисленные конструктивные и кинематические параметры являются оптимальными, так как в рассмотренном случае .

15. Пусть 2 м = const, = 0,272 м = const, а Н меняется с шагом = 0,182 - 0,136 = 0,046 м в большую и меньшую стороны от оптимального значения Н = 0,182 м, при котором давление наибольшее. Тогда расчетные значения шага витков шнека будут:



и .

Расчеты по этим формулам после ранжирования дают следующие значения шага витков шнека, сведенные в табл. 1.

16. Давления, развиваемые шнеком при разных значениях шага витков, определяются по формуле

.

Расчеты выполнены при условии, что . Полученные результаты сведены в табл. 1.

17. Производительность шнека при заданных значениях шага витков

.

Для расчетных значений полученные производительности представлены в табл. 1.

18. Интенсивность деформации горной породы при заданных значениях шага витков шнека изменяется в пределах 164-437 единиц (табл. 1).

19. Численные значения удельной затраты энергии (предельной) при переработке породы шнеком для разных величин шага витков, вычисленные по формуле , сведены в табл. 1.

20. Предельная мощность для переработки породы при различных значениях и в соответствии с формулой остается постоянной и составляет 72,2 кВт.



21. Полезная мощность с увеличением шага и возрастает (табл. 1).

22. Коэффициент полезного действия шнека как винтового насоса возрастает по мере увеличения шага витков (табл. 1).

23. Полученные данные (табл. 1) служат основой для построения графических зависимостей производительности, интенсивности деформаций, давления и КПД шнека от его конструктивного параметра .

Таблица 1 Расчетные данные для шнека с и при

№	R, м	H, м	H/R	у, кПа	Q, м3/с	л	p, кПа	N, кВт	Nу, кВт	зу
1	0,136	0,136	1,00	308,0	0,019	437	3090	71,8	7,16	0,100
2		0,181	1,33	346,5	0,025	327	2316	71,8	10,75	0,150
3		0,227	1,66	332,5	0,031	262	1852	71,8	12,90	0,180
4		0,272	2,00	307,8	0,037	218	1543	71,8	14,33	0,200
5		0,318	2,33	282,6	0,043	187	1322	71,8	15,35	0,214
6		0,363	2,66	259,6	0,050	164	1157	71,8	16,12	0,224

Рисунок 6 - График зависимости производительности Q шнека от его конструктивного параметра H/R



Рисунок 7 - График интенсивности деформаций л шнека от его конструктивного параметра H/R

Рисунок 8 - График давления у шнека от его конструктивного параметра H/R

Рисунок 9 - График КПД з шнека от его конструктивного параметра H/R

Вариант Б.

24. Принимаем производительность постоянной . В соответствии с исходными данными Q=0,025 м3/с .Тогда угловая скорость шнека для разных значений его шага может быть вычислена по формуле

,

Полученные значения и все последующие результаты расчетов сведены в табл.2 и использованы для построения графиков.

Таблица 2 Расчетные данные для шнека с и при

№	R, м	H, м	H/R	щ, 1/с	у, кПа	л	p, кПа	N, кВт	Nу, кВт	зу
1	0,136	0,136	1,00	83,08	308,0	437	3090	96,6	9,62	0,100
2		0,181	1,33	62,27	346,5	327	2316	72,4	10,83	0,150
3		0,227	1,66	49,80	332,5	262	1852	57,9	10,39	0,180
4		0,272	2,00	41,49	307,8	218	1543	48,2	9,62	0,200
5		0,318	2,33	35,55	282,6	187	1322	41,3	8,83	0,214
6		0,363	2,66	31,10	259,6	164	1157	36,1	8,11	0,224

Рисунок 11 - График интенсивности деформаций л шнека от его конструктивного параметра H/R



Рисунок 12 - График давления у шнека от его конструктивного параметра H/R

25.Интенсивность деформаций при , вычисляется по формуле

,

26.Удельная затрата энергии (предельная) при переработки породы шнеком для также соответствует значениям . винтовой конвейер шнек деформация

27.Предельная мощность для переработки при , вычисляется по формуле , по мере возрастания уменьшается.

28.Полезная мощность при имеет максимум в случае оптимального значения .

29. КПД шнекового пресса как винтового насоса с увеличением возрастает, если . Коэффициент в случае получились такими же, как и для , хотя предельная и полезная мощности разнятся. Так если при , , а по мере увеличения возрастает, то в случае уменьшается, а имеет максимум.



2.2 Расчеты двухзаходного перерабатывающего шнека

1. Расчетная интенсивность деформации горной породы

.

Принимаем = 320.

2. Отношение длины шнека к его диаметру

.

3. Число витков шнека

.

Принимаем = 22. Тогда расчетное отношение будет

.

4. Пусть длина шнека = 2 м. Тогда радиус шнека

м.

Диаметр кожуха шнека принимается в соответствии со стандартом на цельнотянутые трубы и в случае необходимости уточняется радиус шнека.

5. Параметр производительности



м3/с.

6. Шаг витков шнека

м.

7. Угловая скорость шнека

.

8. Частота вращения шнека

об/мин.

9. Действительная интенсивность деформаций породы

,

где - статический момент площади внутренней поверхности кожуха шнека относительно его оси, м3.

10. Наибольшее давление, развиваемое шнеком,

Па =691,2 кПа.

11. Удельная затрата энергии при переработке горной породы (предельная)

Па =2311 кПа.

12. Предельная мощность для переработки горной породы

кВт.

13. Полезная мощность при наибольшем давлении

кВт.

14. Коэффициент полезного действия перерабатывающего шнека как винтового насоса

.

Вычисленные конструктивные и кинематические параметры являются оптимальными, так как в рассмотренном случае .

Вариант А. Расчет для

15. Пусть 2 м = const, = 0,136 м = const, а Н меняется с шагом = 0,091 - 0,068 = 0,023 м в большую и меньшую стороны от оптимального значения Н = 0,091 м, при котором давление наибольшее. Тогда расчетные значения шага витков шнека будут:

и .

Расчеты по этим формулам после ранжирования дают следующие значения шага витков шнека, сведенные в табл. 3.

16. Давления, развиваемые шнеком при разных значениях шага витков, определяются по формуле

.

Расчеты выполнены при условии, что . Полученные результаты сведены в табл. 3.

17. Производительность шнека при заданных значениях шага витков

.

Для расчетных значений полученные производительности представлены в табл. 3.

18. Интенсивность деформации горной породы при заданных значениях шага витков шнека изменяется в пределах 164-437 единиц (табл. 3).

19. Численные значения удельной затраты энергии (предельной) при переработке породы шнеком для разных величин шага витков, вычисленные по формуле , сведены в табл. 3.

20. Предельная мощность для переработки породы при различных значениях и в соответствии с формулой

остается постоянной и составляет 72,2 кВт.

21. Полезная мощность с увеличением шага и возрастает.

22. Коэффициент полезного действия шнека как винтового насоса возрастает по мере увеличения шага витков.

23. Полученные данные служат основой для построения графических зависимостей производительности, интенсивности деформаций, давления и КПД шнека от его конструктивного параметра .

Рисунок 14 - График зависимости производительности Q шнека от его конструктивного параметра H/R

Рисунок 15 - График интенсивности деформаций л шнека от его конструктивного параметра H/R



Рисунок 16 - График давления у шнека от его конструктивного параметра H/R

Рисунок 17 - График КПД з шнека от его конструктивного параметра H/R

Вариант Б.

24. Принимаем производительность постоянной. В соответствии с исходными данными Q=0,025 м3/с .Тогда угловая скорость шнека для разных значений его шага может быть вычислена по формуле

,

Полученные значения и все последующие результаты расчетов сведены в табл.4 и использованы для построения графиков.

Таблица 4 Расчетные данные для шнека с и при

№	R, м	H, м	H/R	щ, 1/с	у, кПа	л	p, кПа	N, кВт	Nу, кВт	зу
1	0,068	0,068	1,00	332,32	616,0	437	3090	96,6	19,25	0,199
2		0,091	1,33	249,08	693,0	327	2316	72,4	21,66	0,299
3		0,113	1,66	199,18	665,0	262	1852	57,9	20,78	0,359
4		0,136	2,00	165,94	615,6	218	1543	48,2	19,24	0,399
5		0,159	2,33	142,21	565,2	187	1322	41,3	17,66	0,427
6		0,182	2,66	124,41	519,2	164	1157	36,1	16,22	0,449

Рисунок 18 - График зависимости угловой скорости щ шнека от его конструктивного параметра H/R

25.Интенсивность деформаций при , вычисляется по формуле

,

26.Удельная затрата энергии (предельная) при переработки породы шнеком для также соответствует значениям .

27.Предельная мощность для переработки при , вычисляется по формуле , по мере возрастания уменьшается.

28.Полезная мощность при имеет максимум в случае оптимального значения .

29. КПД шнекового пресса как винтового насоса с увеличением возрастает, если . Коэффициент в случае получились такими же, как и для , хотя предельная и полезная мощности разнятся. Так если при , , а по мере увеличения возрастает, то в случае уменьшается, а имеет максимум.



3. Распечатка результатов расчетов на ЭВМ

3.1 Результаты однозаходного шнека

3.2 Результаты двухзаходного шнека





Выводы

В данной курсовой работе приведен обзор применения шнеков в промышленности и также представлены рисунки и основные технические характеристики. Выполнен анализ методов оценки интенсивности деформаций как перерабатывающей способности различных исполнитель

ных органов горного оборудования(шнека).

Изучены конструктивные и кинематические параметры однозаходного шнека, выполнен расчёт, где были получены значения наибольшего давления (346,5 кПа) развиваемое шнеком, предельная (72,2 кВт) и полезная мощность (10,75 кВт), затрачиваемая на работу шнека, КПД шнека (0,15).

А также были произведены расчёты двухзаходного шнека выполнен расчёт, где были получены значения наибольшего давления (693 кПа) развиваемое шнеком, предельная (72,2кВт) и полезная мощность(21,5 кВт), затрачиваемая на работу шнека, КПД шнека (0,299).

По результатам расчетов построены графические зависимости давления, степени деформации и коэффициента полезного действия шнека от отношения шага витков к радиусу шнека. Установили влияние этого отношения на производительность при постоянной угловой скорости и при постоянной производительности.

Предельная мощность для переработки горной породы при постоянной производительности вычисленная по формуле N=pQ/1000зм по мере возрастания Н уменьшается. Полезная мощность Nу=уQ/1000зм при постоянной производительности оптимальном значении Н/R=4/3 имеет максимум.



Литература

1. Кислов Н.В. “Деформации и напряжения в горных породах: учебно-методическое пособие по дисциплине “Физико-механические свойства и разрушение горных пород” ”- Мн.: БНТУ, 2006.-48с.

Размещено на Allbest.ru

...