Расчет молотковой дробилки

Размещено на http://allbest.ru

Введение

Измельчающие машины применяют на мукомольных заводах для размола зерна и продуктов его переработки, на комбикормовых заводах для дробления зерновых, минеральных и других компонентов комбикормов.

На мукомольных и комбикормовых заводах измельчающие машины - основное и наиболее энергоемкое технологическое оборудование.

Рабочие органы всех измельчающих машин совершают вращательное движение со скоростями от 4 до 100м/с и более.

Очень распространенными в различных отраслях промышленности являются молотковые дробилки.

Молотковые дробилки, применяемые в различных отраслях промышленности, изготовляют разных видов - от небольших размеров до дробилок массой около сотни тонн.

Физическая сущность процесса измельчения зерна в молотковых дробилках заключается в разделении зерна на отдельные части вследствие удара, излома и истирания между рабочими органами машины.

Цели и задачи работы:

- изучение теоретических основ процесса измельчения твердых материалов;

- знакомство с классификацией дробилок, их конструкциями и принципом работы;

- выполнение расчета молотковой дробилки;

- составление техники безопасности при эксплуатации молотковой дробилки.



1. Назначение, область применения, принцип действия и классификация измельчающего оборудования

Измельчением называют процесс разделения твёрдых тел на части под воздействием внешних сил.

Измельчающие машины зерноперерабатывающей отрасли применяются для измельчения зерна и продуктов его переработки при получении муки, круп и комбикормов.

На мукомольных и крупяных предприятиях измельчающие машины являются основными так, как выполняют основную операцию.

При этом на комбикормовых заводах, как правило, используется простое измельчение, а на мукомольных и крупяных заводах - избирательное.

Избирательное измельчение на этих заводах связано с необходимостью выделения наиболее ценной части зерновки - эндосперма.

Измельчающие машины классифицируют в зависимости от рода рабочего органа и способа воздействия на измельчаемый продукт. Такая классификация приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация измельчающих машин

Преобладающий вид воздействия	Измельчающая машина	Принцип действия
1	2	3
Сжатие	Вальцовый станок	измельчаемый продукт продукт измельчения
Сжатие и сдвиг	1.Вальцовый станок 2.Жерновый или шелушильный жернов 3.Вальцедековый станок
Удар	1. Энтолейтор 2. Дезинтегратор 3. Аэроизмельчитель
Удар и истирание	1. Дробилки 2. Бичевые машины 3. Аэроизмельчители
Истирание	Шелушильно-шлифовальные машины	исходный продукт продукты шелушения

В вальцовых станках продукты измельчаются между двумя цилиндрическими вальцами, установленными параллельно между собой и вращающимися навстречу друг другу с различными или с одинаковыми скоростями.

В жерновах или шелушильных постовах продукты, перемещаясь под действием центробежной силы и трения в зазоре между двумя рабочими органами, один из которых вращается, измельчаются за счёт деформаций сжатия и сдвига. При этом продукт движется по некоторой спирали относительно неподвижного рабочего органа.

В вальцедековом станке измельчение происходит при затягивании продукта в зазор между вращающимся барабаном и неподвижной декой.

Измельчение в энтолейторе происходит вследствие удара вращающихся с большой скоростью рабочих органов, втулок или пальцев, о продукт. молотковый дробилка мукомольный зерно

В дезинтеграторе рабочие органы вращаются навстречу друг другу, что позволяет увеличить эффективность процесса измельчения.

В аэроизмельчителях и аэрошелушителях измельчаемый продукт направляется струёй воздуха на поверхность. При этом если поверхность расположена перпендикулярно к струе воздуха, то измельчение происходит за счёт удара продукта с ней; при взаимодействии продукта с поверхностью, расположенной под углом, разрушение происходит за счёт удара и трения продукта.

В молотковых дробилках в результате многократного воздействия ударом молотков о продукт, продукта о деку и ударно-истирающего действия о сито происходит измельчение.

В бичевых машинах продукт измельчается за счёт ударного воздействия бичей и истирающего воздействия цилиндрической поверхности.

В шелушильно-шлифовальных машинах обработка поверхности достигается за счёт взаимодействия сыпучего материала с абразивными рабочими органами.

На степень измельчения основное влияние оказывают: окружная скорость движения молотков, зазор между ротором и бронированной плитой, размеры отверстий сита. Окружную скорость движения молотков рассчитывают исходя из закона количества движения. При этом продолжительность удара составляет, около 10^-5с.

Для измельчения различных продуктов применяют молотки различной формы, представленные на рисунке1.

Рисунок 1 - Молотки дробилок: а),ж)-двухсторонние молотки; б),в),г),д),е),з),и),-односторонние; е),з)-молотки с усиленным рабочим концом; д)- молотки с повёрнутым концом; и)-молотки со съёмной рабочей частью; в),г)-молотки с вырезами.

Наибольшее распространение в комбикормовой промышленности получили молотки типа а), имеющие следующие достоинства:

- молотки просты в изготовлении;

- позволяют применять заточку;

- можно использовать четыре рабочих поверхности, при этом для исключения операции разворота молотков применяют реверсивный привод.

Другим основным рабочим органом молотковой дробилки является сито. Применяют два вида сит: гладкое и чешуйчатое, представленные на рисунке 2.



Рисунок 2 - Сита молотковых дробилок: а) - чешуйчатое сито; б) - гладкое сито.

При этом отверстия гладких сит могут быть как круглыми, так и продолговатыми. С целью избегания забивания отверстий сит измельчаемым продуктом отверстия выполняют расширяющимися. Для повышения эффективности отверстия располагают в шахматном порядке.

Во многих конструкциях дробилок в качестве ситовых элементов используют колосники различной формы, представленные на рисунке3. Это позволяет значительно увеличить срок службы. Однако коэффициент живого сечения колосников значительно меньше.

Рисунок 3 - Колосники молотковых дробилок: а) - прямоугольные колосники; б) - ромбовидные колосники; в) - трапецеидальные колосники; г) - треугольные колосники;д) - фигурные колосники.

К числу других достоинств колосников относятся их высокая прочность и высокая эффективность измельчения. В число недостатков входят значительная металлоёмкость и малопригодность для тонкодисперсного измельчения.

При эксплуатации молотковых дробилок следует учитывать следующие обстоятельства:

ротор молотковой дробилки обладает значительным маховым моментом, поэтому для избежание перегрузки при пуске применяют центробежно-фрикционную муфту. Это позволяет после включения электродвигателя и набора им оборотов постепенно разогнать ротор, а уже затем подавать измельчаемый продукт;

в большинстве дробилок предусматривается возможность использования сит с различными отверстиями. Кроме этого имеется возможность регулирования зазора между ротором и декой;

для исключения заклинивания ротора в муфте используют предохранительные штифты;

для обеспечения равномерности работы дробилок применяют маховики;

при эксплуатации дробилок следует следить за износом молотков. Их повышенный износ не только снижает эффективность измельчения, но и приводит к разбалансировке ротора[3] .



2. Устройство и принцип работы молотковой дробилки ДМ

В зерноперерабатывающих предприятиях широкое распространение получили дробилки со свободно подвешенными молотками различной конструкции.

Молотковая дробилка состоит из корпуса, в котором расположены приемный и выпускной патрубок. Внутри корпуса жестко закреплена ситовая поверхность, в которой вращается основной рабочий орган - ротор. Ротор изготовлен из ступенчатого вала, с жестко закрепленными дисками и на которых свободно подвешены молотки. Диски с одной стороны поджаты гайкой к буртику вала. Ось подвеса молотка проходит через отверстие диска и отверстие молотка. Внутри корпуса на шарнире установлена регулируемая дека, которая удерживается пружиной. Зазор между декой и вращающимися молотками регулируется с помощью пружины и винта.

Исходный продукт через приемный патрубок поступает в рабочую зону. С вала электродвигателя вращение передается на вал ротора, на котором жестко закреплены кольца и диски, на дисках шарнирно подвешены молотки. Частицы исходного продукта попадают на вращающийся молоток, происходит удар частиц о молоток, о деку и соударения частиц между собой.

В результате этих ударов и истирания частиц продукта о деку происходит измельчение. Те измельченные частицы продукта, которые проходят через ячейки ситовой поверхности, выводятся через выпускное отверстие из молотковой дробилки. Частицы, которые не прошли сквозь ситовую поверхность, вовлекаются в движение и вновь происходит измельчение. Процесс повторяется до тех пор, пока размер частиц не станет менее размера отверстий сита и эти частицы не пройдут сквозь сито [3].

Техническая характеристика молотковой дробилки типа ДМ 4х3 представлена в таблице 2.



3. Расчет молотковой дробилки

3.1 Технологические, кинематические и энергетические расчеты

Исходные данные:

- измельчаемый продукт - пшеница;

- сопротивления частицы разрушению Р = 200 Н;

- масса частицы m = 310^-5 кг;

- объемная масса ;

- продолжительность удара молотка по частице продукта

Таблица 2- Техническая характеристика молотковой дробилки типа ДМ4х3

Характеристика	Значение
Производительность, кг/ч	1500
Мощность двигателя, кВт	3
Наибольший размер куска загружаемого материала, мм	100
Размер готового продукта	5-25
Масса, т	0.8

Экспериментально определено, что первичное разрушение частиц продукта происходит при встрече частицы с молотком. Это возможно при определенной окружной скорости молотков.

Минимальное значение окружной скорости определяют исходя из закона количества движения:

, (1)

где - масса измельчаемой частицы, кг;

- скорость частицы после удара, м/с;

- скорость частицы до удара, м/с;

- средняя мгновенная сила сопротивления разрушению частицы, Н;

- продолжительность удара молотка по частице, с.

Принимая начальную скорость движения частицы перед соприкосновением ее с молотком, равную .

Средняя скорость частицы после удара, после которого наступает разрушение, определяется по формуле:

(2)

Тогда, принимая во внимание коэффициент восстановления К, окружная скорость молотков определяется по формуле:

(3)

Коэффициент восстановления принимают К=0,8.

Угловая скорость вращения молотков рассчитывается так:

; (4)

где R_max - радиус вращения наиболее удаленной точки молотка от центра вращения, R_max=0,25 м [2].



_.

Частота вращения вала n рассчитывается из формулы:

;(5)

Из эмпирической формулы для определения производительности молотковой дробилки Q, кг/ч, можно найти длину молотковой дробилки:

, (6)

Где

К₁- коэффициент, зависящий от размера сит с размером ячей до Ш3 мм будет К₁ = l,3/10⁴...l,7/10⁴, принимаем К₁=1,5/10⁴ [2].

- плотность перерабатываемого продукта,

;

D - диаметр, причем

В ходе расчета выявили окружную скорость ; частоту вращения вала ; длину молотковой дробилки



3.2 Расчет основных параметров рабочих органов молотковой дробилки

Ротор молотковой дробилки представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Ротор молотковой дробилки:

1-вал; 2-кольцо; 3-диск; 4-ось; 5-молоток.

Центробежная сила инерции молотка определяется по формуле:

, (7)

где m_м - масса молотка;

R_с - радиус окружности расположения центров массы молотков.

(8)

где V - объем молотка, м³;

- плотность стали 30ХТС из которой изготавливают молоток

=7850 кг/м³;

_м - толщина молотка принимается от 2 до 10 мм, принимаем =0,005 м;

a и b - длина и ширина молотка, которые соответственно равны 70 и 20 мм.

Диаметр оси подвеса молотков:

(9)

где - допускаемое напряжение при изгибе, =100 МПа.

Расстояние от оси подвеса до центра массы молотка:

, (10)

Решая это уравнение получаем: с = 12,6 мм, округляем: с=13 мм

Находим квадрат радиуса инерции относительно центра массы:

(11)



Тогда можно найти квадрат радиуса инерции относительно оси подвеса:

(12)

Исходя из конструкции молотков определили: центробежную силу инерции молотка, диаметр оси подвеса молотков, расстояние от оси подвеса до центра массы молотка, квадрат радиуса инерции относительно центра массы, квадрат радиуса инерции относительно оси подвеса [2].

3.3 Энергетический расчет

Потребляемую мощность N (кВт) электродвигателя на процесс измельчения в молотковой дробилке определяем по формуле:

, (13)

где К₁ - коэффициент, зависящий от размера сит,

К₁=1,5/10⁴;

К₂ - коэффициент,

К₂=6,4;

- плотность перерабатываемого продукта,

;

D - диаметр, D = 0,5 м;

L - длина молотковой дробилки,

L = 0,044 м;

n - частота вращения ротора,

n =335рад/с.

.

По найденным значениям потребляемой мощности N = 2,65 кВт и синхронной частоте вращения n = 3200,7 об/мин выбираем из справочника электродвигатель типа 4А90L2У3, который имеет N = 3,0 кВт и n = 3000 об/мин[2].

3.4 Расчет на прочность

Вал, диски и оси под молотки изготавливают из обычных конструкционных сталей, а молотки - из легированной термически обработанной вязкой износоустойчивой стали, например, 30ХГСА.

Термообработка стали этой марки заключается в ее нагреве до 880⁰С с дальнейшим охлаждением в масле и отпуске при 225⁰С. после такой термообработки молотки имеют твердость от 39 до 47,5HRC₃.

Допускаемые напряжения при смятии и срезе для дисков, изготовленных из углеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву от 490 до 590 МПа, при спокойном режиме можно принимать до 150 МПа.

Обычно их принимают:

(14)

где - допускаемое напряжение при растяжении для Ст3 [1].

Выше выбрали размер перемычки между отверстиями под оси подвеса и наружной кромкой диска.



Поэтому сейчас необходимо проверить молотки на сопротивление смятию и срезу по формулам:

(15)

(16)

где h_min - размер перемычки, h_min = 0,01 м.

Из проверки ясно, что выбранная конструкция молотков является оптимальной и выдержит нагрузку в соответствии с техническим заданием.

Вал ротора, на котором крепятся диски с промежуточными кольцами, выполняется в виде ступеней.

Первая ступень - под шкив, вторая - под подшипник, третья - резьбовая, четвертая - под диски и кольца.

Диаметр вала находим:

(17)

где n - число ступеней вала, равное 5;

d₀ - диаметр вала в опасном сечении, м, находим по формуле:

(18)

где N - передаваемая валом мощность, N = 2,65 кВт;

- угловая скорость вала,

Тогда,

Проверяем вал в опасном сечении на кручение:

; (19)

где - допускаемое напряжение на кручение;

М - крутящий момент, , он рассчитывается:

, (20)

где Р - сила сопротивления частицы разрушению,

Р = 200 Н;

d₀ - диаметр вала в опасном сечении,

d₀ = 0,01 м;

Тогда,

Проверка вала на прочность доказывает, что запас прочности вала при данных параметрах работы обеспечен [4].

При расчете дисков ротора, учитывая центробежные силы как от массы дисков, так и от массы молотков, находят суммарное напряжение на образующей центрального отверстия по формуле:



(21)

где - максимальное окружное напряжение в диске постоянного сечения на образующей центрального отверстия, Па;

- окружное напряжение на образующей центрального отверстия, учитывающее массу молотков, Па.

Максимальное окружное напряжение в стальном диске можно определить:

(22)

где - плотность материала диска кг/м³,

R - наружный радиус диска,

R = 0,248 м;

r₀ - радиус центрального отверстия диска,

r₀ = 0,013 м;

- угловая скорость вращения молотков,

Окружное напряжение от сил инерции молотков в стальном диске на образующей центрального отверстия определяется из следующей зависимости:

(23)

гдеP_и - центробежная сила инерции молотка,

P_и =1541,7 Н;

R₀ - радиус окружности расположения центров осей подвеса молотка,

R₀=0,212м;

z - число отверстий в диске под оси подвеса или число молотков, z = 8;

- толщина диска,

Тогда:

Проверка дисков показала, что размеры дисков выбраны верно и запас прочности обеспечен при данных параметрах работы[2].

Все приведенные данные достоверны, необходимые элементы сконструированной молотковой дробилки со свободно подвешенными молотками проверены на прочность, что подтверждает правильность рассчитанных элементов, и запас прочности обеспечен при соблюдении данных режимов работы.



4. Техника безопасности при эксплуатации молотковой дробилки

Для эффективной работы оборудования необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности.

Молотковые дробилки должны иметь магнитную защиту от случайного попадания в их рабочую зону вместе с продуктом металлопримесей, могущих вызвать аварию. Молотки дробилок должны быть надежно закреплены, не должны иметь трещин или других дефектов. Они не должны задевать за деку и сито во избежание искрения. Перед эксплуатацией дробилки обязательно проверить балансировку ротора. Работа дробилок с вибрацией, стуком и другими неисправностями не допускается;

В бункере над дробилкой обязательно иметь защитную сетку с отверстиями от 15 до 20 мм для предупреждения попадания посторонних предметов. Открывать крышку дробилки во время вращения ротора не разрешается. Пуск дробилки может осуществляться только после тщательной проверки отсутствия посторонних предметов. Дробилки должны иметь надежные ограждения муфт. До пуска в работу проверить крепление, наличие и состояние молотков на роторе и целостности сит;

На действующей дробилке нельзя производить ремонтные работы. При стуке в дробилке немедленно ее остановить, выяснить причину, устранить ее и только после этого пустить ее в работу;

При пуске вначале дробилку необходимо пропустить вхолостую. Затем, медленно открывая заслонку, пустить продукт, постепенно увеличивая его. Принять меры предосторожности против обратного выброса продукта. Молотковые дробилки устанавливать на виброшумоизолирующих основаниях [5].



Заключение

В данной работе мной изучен процесс измельчения, назначение, область применения, принцип действия и классификация измельчающего оборудования, используемых на современных пищевых предприятиях, обеспечивающих высокий уровень производства и увеличивающих его производительность.

Дано описание молотковой дробилки конструкции ДМ; указана область её применения; рассмотрены конструкции, принцип работы и технические характеристики. Для эффективной работы оборудования приведены правила техники безопасности при эксплуатации, которые нужно исполнять.

Произведены расчетымолотковой дробилки в которые вошли:

- технологические, кинематические расчеты;

- расчет основных параметров рабочих органов молотковой дробилки;

- энергетический расчет;

- расчет на прочность;

- проверка молотка по напряжениям смятия;

- расчет вала ротора молотковой дробилки;

- проверка дисков на суммарное напряжение.

В результате проведенных исследований было установлено, что молотковая дробилка, используемая в пищевых производствах, является высокоэффективным технологическим оборудованием, которое значительно повышает производительность труда.



Список литературы

1. Антипов, С.Т. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. /С.Т. Антипов, И.Т. Кретов и др.; Под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. - 703 с.: ил.

2. Тарасов, А.В. Расчет и конструирование элементов молотковой дробилки: методические указания к выполнению расчётного задания по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств» / А.В. Тарасов; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008. - 21 с.

3. Тарасов, В.П. Технологическое оборудование зерноперерабатывающих предприятий: Учебное пособие/В. П. Тарасов; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. - 229 с.

4. Харламов, С. В. Расчет и конструирование пищевых машин / С. В. Харламов - Л.: Машиностроение, 1979 г

5. http://kaz2.docdat.comИзменения и дополнения правил по технике безопасности и производственной санитарии для крахмало-паточной промышленности [текст с экрана]

Размещено на Allbest.ru

...