Расчет щековой дробилки со сложным качанием щеки

Размещено на http://www.allbest.ru

Расчет щековой дробилки со сложным качанием щеки

Введение

Дробильное оборудование широко применяется при переработке природных и искусственных материалов. Подсчитано, что на измельчение (дробление и помол) ежегодно тратиться не менее 5% всей производимой в мире энергии, включая энергию двигателей внутреннего сгорания. Такая большая доля в общем энергетическом балансе подчеркивает важность процессов дробления в жизнедеятельности человека. Вместе с тем необходимо признать, что весьма значительная часть энергии затрачивается непроизводительно вследствие несовершенства самих дробильных машин, например, нерациональной формы рабочих органов. Масштабы переработки сырья определяют повышенные требования к качеству применяемого дробильного оборудования и подтверждают актуальность работ, связанных с его совершенствованием.

Все существующие технологии требуют измельчения исходного сырья.

В связи с различными характеристиками перерабатываемого материала, а также разными требованиями к конечному продукту машиностроительные заводы должны выпускать самые разнообразные по типу и размерам дробильные машины, причем наряду с созданием новых непрерывно изменять и совершенствовать существующие конструкции машин и увеличивать объем их выпуска. Размерные ряды основных машин определены соответствующими ГОСТами, разработанными на основе научных исследований, изучения потребности и стремление полного обеспечение этой потребности путем наименьшего размерного ряда машин, что приводит к большому экономическому эффекту, так как значительно упрощает изготовление, повышает надежность машин, а также существенно облегчает их эксплуатацию.

При создании машин большое внимание уделяется вопросам улучшения условий труда обслуживающего персонала, а именно: механизации и автоматизации трудоемких процессов. Обеспечению действующих в России санитарных норм по допустимому уровню шума, вибрации и запыленности.

1. Исходные данные для расчета

Диаметр загружаемого камня : 250 мм;

Физико-механические свойства горной породы: доломит

= 100 МПа, Е = 4,6·10⁴ МПа

2. Назначение машины

Среди различного дробильного оборудования щековые дробилки получили преимущественное распространение. Их применяют как для самого крупного дробления, так и для более мелкого дробления на последующих стадиях. К преимуществам щековых дробилок следует отнести простоту конструкции, надежность, небольшие габаритные размеры и массу, а также простое обслуживание и ремонт. Недостатком щековых дробилок является периодичность работы, наличие больших качающих масс.

3. Обзор существующих конструкций

Щековые дробилки со сложным движением щеки, относятся к дробилкам второй группы, в которых кривошип и подвижная щека образуют единую кинематическую пару. В этом случае траектории движения точек подвижной щеки представляется собой замкнутые кривые, чаще всего эллипсы.

Вторая группа делится на подгруппы и представителем первой подгруппы, относятся щековые дробилки, называемые- forsed feed type- дробилка с форсированным выходом. В этих дробилках горизонтальный ход щеки в верхней части камеры дробления достаточен для интенсивного дробления, а направление движения верхних точек подвижной щеки в сторону разгрузки способствует лучшему захвату куска породы и продвижения его вниз к разгрузке. При анализе схемы установлено, что подобное мнение не вполне соответствует действительному.

Вторая подгруппа содержит схемы машин, в которых предпринимается попытка, сохранив простоту и компактность конструкции, уменьшить вертикальную составляющую хода, т.е. свести к минимуму основной недостаток дробилки со сложным движением. Есть попытки фирмы “Роксон” (Финляндия), использовать схему на дробилках крупного дробления, однако данных о работе таких дробилок в эксплуатации не имеется.

В дробилках фирмы “Зонтгофен” (ФРГ), вместо распорной плиты применен ролик. При такой конструкции нижней опоры подвижной щеки нельзя, очевидно, рассчитывать на применение дробилки при дроблении прочных пород, т.к. усилия дробления вызывают большую составляющую силу, действующую на ролик и опорные поверхности, имеющие контакт по линии.

Дробилка, выполненная фирмой “Мюллер”(ФРГ) представляет определенный интерес. Подвижная щека опирается на подвижный пластинчатый элемент. Верхней частью он жестко защемлен в теле подвижной щеки, а нижнее кольцо шарнирно опирается на ось. В таком решении подвижная щека при вращении эксцентрикового вала совершает движения, близкие к горизонтальным, что значительно повышает срок службы дробящих плит. Дробилка имеет повышенную частоту вращения эксцентрикового вала и по данным фирмы обладает повышенными производительностью и степенью дробления по сравнению с дробилками обычных конструкций.

Чехословацкая дробилка относится к машинам со сложным движением подвижной щеки при нижнем ее подвесе. Дробилку применяют для мелкого дробления различных материалов как на дробилку-гранулятор.

Третья подгруппа содержит кинематические схемы, основная идея которых еще более, чем в машинах второй подгруппы, уменьшить интенсивное истирание материала в камере дробления, и тем самым существенно повысить срок службы дробящих плит.

В дробилках фирмы “Эжекто” одна из подвижных щек подвешена на эксцентриковом валу так же, как в дробилке со сложным движением. Другая подвижная щека опирается на две распорные плиты и соединена тягой с нижней частью первой подвижной щеки. Французский специалист Жаузель отмечает, что единственным преимуществом этой дробилки по сравнению с дробилкой со сложным движением является меньший износ дробящих плит. Однако схема устройства рычагов существенно усложняет конструкцию и снижает надежность дробилки в целом.

В дробилке фирмы “Еберсол” с двумя подвижными щеками, каждая щека на эксцентриковому валу - одна вверху, другая внизу, причем передача движения от одного вала к другому осуществляется шестеренчатой парой. Производились западногерманской фирмой “Ведаг”. Эти дробилки длительное время использовали на подвижных дробильно-сортировачных установках.

Фирма “Айова-Цедерапитс” (США) сконструировала дробилки где, эксцентриковые валы расположены наверху, поэтому дробилка представляет собой как бы спаренную дробилку со сложным движением. Дробилку подобной конструкции изготовляли в СССР, однако, так как два эксцентриковых вала и зубчатая передача для синхронизации вращения валов значительно усложняют механизм дробилки, а следовательно, резко понижают надежность работы, эти дробилки распространения не получили, хотя и имели высокие технико-эксплуатационные показатели.

В четвертую подгруппу входят схемы дробилок, траектория движения подвижных щек которых изменена с помощью различных сложных конструктивных приемов, обеспечивающих, по мнению автора, технологические преимущества (увеличение производительности, степени дробления и др.) или эти преимущества достигаются путем ведения в конструкцию дробилки двух и более последовательно расположенных отдельных камер дробления. Приведенные схемы имели ограниченное применение.

Для увеличения хода внизу при сложном движении английская фирма “Бродбент” предложила весьма сложную конструкцию дробилки. У этой дробилки при большом ходе сжатия вверху и внизу камеры дробления средняя часть имеет недостаточный ход.

Дробилки завода Хацет(г. Цвикау, ГДР). В литературе такие дробилки известны как дробилки Макса Фридриха. Дробилка имеет два эксцентричных вала, соединенных зубчатой передачей. На одном валу подвешена подвижная щека с плитой, на другом - шатун, связанный с двумя распорными плитами. Благодаря определенному передаточному отношению зубчатой передачи подвижная щека дробилки движется по сложной траектории, повторяющейся через 11 оборотов главного вала. Опыт эксплуатации этих дробилок в СССР показал, что они имеют ряд технологических преимуществ, но очень сложны в изготовлении и эксплуатации.

Фирма “Айова-Цедерапидс” рекламировала дробилки с двумя камерами. В этой дробилке вторая камера служит для дробления материала, прошедшего через первую. Подобную схему имеет дробилка американской фирмы “Хайвей Машинери Компани”.конструкция дробилок напоминает конструкцию двухкамерной дробилки завода “Цемаг”, и все сказанное по поводу дробилки “Цемаг” следует отнести и к двухкамерным дробилкам “Айова-Цедерапидс” и “Хайвей Машинери Компани”.

4. Обоснование выбранной конструкции

В дробилках со сложным движением щеки верхняя часть подвижной щеки навешена на эксцентриковую часть главного вала выполняя одновременно роль шатуна. При вращение вала точки щеки совершают движения по круговым траекториям. При приближении к неподвижной щеки одновременно происходит опускание подвижной щеки вниз, при этом дробимый материал кроме раздавливания подвергается касательному воздействию с ее стороны. Получается принудительная разгрузка дробленого материала.

Вследствие этого при одинаковых габаритных размерах дробилки со сложным движением щеки более производительны, чем дробилки с простым движением щеки.

Дробилки рассчитываются на максимально допустимый по ГОСТу предел прочности дробильного материала при сжатии равен 300 МПа.

Ввиду того, что на территории Российской Федерации более 60 % карьеров с дробильным материалом, предел прочности которого не превышает G=250МПа, то применение данных дробилок с завышенными значениями прочности не целесообразно.

Рисунок 1 . Дробилка, общий вид

5. Расчет и выбор параметров щековой дробилки

5.1 Определение угла захвата

Для осуществления нормального процесса дробления необходимо обеспечить захват исходного материала, т.е. камня рабочим органам дробилки. Угол захвата б должен быть таким, чтобы при нажатии качающейся щеки дробимый камень не выскочил из камеры дробления вверх.

Для исключения возможного выдавливания камня вверх необходимо, чтобы угол между дробящимися плитами б был меньше двойного угла трения ц [1].

б ? 2ц, (1)

где ц - угол трения камня по металлу.

Рисунок 2 - Схема для определения угла захвата в щековой дробилке

По данным ВНИИСтройдормаша [4] угол захвата б = 18-20⁰ является оптимальным для дробления пород с пределом прочности до G = 100 МПа, выбираем б = 20⁰.

5.2 Выбор типоразмера дробилки

Главными параметрами щековой дробилки, определяющими её типоразмер, являются размер приемного отверстия и размер выходной щели (В х L х b).

Ширина приемного отверстия должна обеспечить свободный прием кусков максимальной крупности [3, с. 141]:

(2)

где D_max - максимальный размер исходного материала.

Принимаем В = 300 мм.

Длина камеры дробления L находится в зависимости от В как:

L = (1,2…2,3)В (3)

L= 1,6 300 = 480 мм

Принимаем L = 500 мм.

Ширина b выходной щели при использовании стандартных дробящих плит связана с максимальной крупностью кусков в готовом продукте зависимостью [3, с. 144]:

, (4)

где К_ок - коэффициент относительной крупности продукта дробления в щековых дробилках , К_ок =(1,21,9).

- размер переработанного камня, который находится из выражения:

, тогда

Размер выходной щели составляет 20..80 мм для дробилок мелкого дробления, 40…120 мм - для среднего дробления и 100…250 мм - для крупного. В нашем случае дробление - среднее.Принимаем b = 60 мм.

Высота камеры дробления:

, (5)

мм

Принимаем Н = 660 мм.

Остальные размеры основных элементов механизма щековой дробилки определяются конструктивно.

5.3 Определение значений оптимального хода щеки

Оптимальные значения хода сжатия для щековых дробилок с различной кинематикой определены экспериментально.

Для дробилок со сложным движением [5, стр. 28]:

Ход подвижной щеки вверху:

(6)

мм

Ход подвижной щеки внизу:

(7)

мм

Величина среднего хода подвижной щеки дробилки:

(8)

мм

6. Определение частоты вращения эксцентрикового вала

Число оборотов эксцентрикового вала дробилки определим по формуле [5]:

, (9)

где К_Д - коэффициент динамичности, для проектируемой дробилки К_Д= 0,8;

К_СТ- коэффициент, учитывающий стесненное падение дробимого материала из камеры дробилки, К_СТ=(0,90,95);

- угол захвата, град;

S_н - ход подвижной щеки внизу камеры дробления, м.

об/с

Оптимальное число оборотов вала должно соответствовать максимальной производительности дробилки.

7. Определение производительности дробилки

П=, (10) ,

где м -коэффициент разрыхления готового продукта, по данным профессора Л. Б. Левенсона м=0,3…0,65. Принимаем м=0,45;

L - длина камеры дробления, L=0,48 м;

S - ход подвижной щеки, S=0,014 м;

d - диаметр выходного куска, d=0,07 м;

б - угол захвата, б=20?;

n- частота вращения вала, n=4,45 с?№.

П==9,3 мі/ч

8. Определение мощности привода

дробилка вал производительность привод

Мощность привода дробилки определим по формуле

N = , (11)

где N - мощность привода дробилки, Вт;

у - предел прочности материала, у =Па;

L - длина загрузочного отверстия, L=0,5 м;

n - частота вращения вала, n=4,45 с?№;

Е - модуль упругости материала, Е=Па;

D - размер исходного материала, D=0,25 м;

d - размер готового материала, d=0,07 м.

N = = 73318 Вт

Выбираем двигатель 4АH250М6У3, мощность N=75 кВт, число оборотов вала 1000 мин ?№.[5]

9. Определение максимального усилия дробления

Максимальное усилие дробления определяем по формуле

Q_max=, (12)

где Q_max - максимальное усилие дробления материала, Н;

у - предел прочности дробимого куска, у =Па;

L - длина камеры дробления, L=0,5 м;

Е - модуль упругости дробимого материала, Е=Па;

S₁ - ход щеки в месте приложения максимального усилия дробления, S₁=0,0145 м;

D - размер исходного материала, D=0,25 м;

d - размер готового продукта, d=0,07 м.

Q_max= =227254,8 Н

10. Расчет на прочность подвижной щеки

Задача расчета проверка условия прочности.

G?[G]

Расчет щеки аналогичен расчету балки, шарнирно опирающейся на две опоры: ось подвеса (эксцентриновый вал) и распорную плиту. Силу Т действующую вдоль оси распорной плиты можно разложить на составляющие Тк, действующую вдоль нейтральной оси, щеки и Т_N действующую по нормам к ней. Последняя будет вызывать напряжение изгиба в щеке, а Тк - напряжение растяжения, определяем по формуле:

(13)

где

Проверке подвергаются сечение I-I в зоне действия дробящего усилия Q_max

Рисунок 3. Расчетное сечение подвижной щеки

Рисунок 4. Расчетная схема подвижной щеки.

Возьмем момент вокруг точки А ,



(14)

Возьмем момент вокруг точки А ,

(15)

, , [0,43]

, , [0,43]

Рисунок 5. Расчетная схема определения усилия в деталях щековой дробилки

Следовательно,

Расчет дробящей плиты на прочность в сечении I-I.

Рисунок 6. сечение I-I

Рисунок 7. Нахождение центра тяжести

z - произвольная ось;

Координаты центра тяжести подвижной щеки

- центральная ось сечения;

- центральная ось сечения;

ширина 4 прямоугольника

ширина 1, 2, 3, прямоугольников соответственно

длина 4 прямоугольника

ширина 1, 2, 3, прямоугольников соответственно

Точка пересечения осей и (точка С) является центром тяжести сечения. Оси, проходящие через центры тяжести, называются центральными осями. Относительно любой оси, проходящей через центр тяжести сечения (т.е. относительно любой центральной оси), статический момент равен нулю.

, (16)

Формулу (16) используют для определения координат центра тяжести

сечения.

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

Определение моментов инерции.

Осевым моментом инерции называется взятая по всей его площади F сумма произведений элементарных площадок на квадраты их расстояний от этой оси, т.е.

(17)

(18)

Путем суммирования моментов инерции каждой простой фигуры относительно главных осей, определяются моменты инерции всего сечения относительно этих осей, по формулам (19),(20):

=; (19)

=; (20)

Где o, p- расстояние от центра простой фигуры, до главных осей соответственно.

мм;

- равные фигуры

мм;

мм;

;

мм;

- равные фигуры

мм;

мм;

Момент сопротивления складывается из момента сопротивления и , где

определяют по формуле:

(21)

определяют по формуле:

(22)

м

м

Момент сопротивления складывается из момента сопротивления и

(23)

м

Следовательно, по формуле (24) определяем напряжение растяжения:

(24)

МПа

Сравнивая напряжение в опасном сечении подвижной щеки с допустимыми напряжениями для данной марки стали. Можно сделать вывод, что прочность подвижной щеки достаточна.

Материал щеки ст 30 гл [G]=560МПа

Заключение

дробилка вал захват привод

По итогам расчетов курсового проекта получена щековая дробилка со сложным движением щеки имеющая следующую техническую характеристику:

- угол захвата = 20 ⁰,

- частота вращения эксцентрикового вала n = 267, об/мин,

- мощность привода, N = 75, кВт,

- наибольшее усилие дробления ,Н
- производительность П =9,3 м³/ч.

Литература

1. Абрамов С.В. Расчет щековых дробилок. Методическое указание по курсовому и дипломному проектированию для студентов факультета «Дорожные машины» Омск: СибАДИ. 1978, 30 с.

2. Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Муйземнен Ю.А. Дробилка. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации М.: Машиностроение, 1990, 320 с.

3.Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов/ Под общей редакцией В.И. Баловнева. - М: Машиностроение, 1988.

4.Справочник технолога-машиностроителя в 2-х т. Т2/Под ред. А.Г.Косиловой 4-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроителя, 1985,

496 с.

5.Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1987.

6.Атлас конструкций “Дорожные машины”

7.Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1989, 608 с.

8. Справочник конструктора - машиностроителя: в 3-х т.: Т.2. -8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. -М.: Машиностроение, 2001.-912с.: ил.

9. Справочник конструктора - машиностроителя: в 3-х т.: Т.3. -8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. -М.: Машиностроение, 2001.-864с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...