Техническая характеристика каретки разгрузочной КСС конструкции БелНИИтоппроект

Рабочая скорость, м/мин..........................................................................0,02 – 0,1

Скорость обратного хода, м/мин……………………..……………………… 15

Общая установочная мощность, кВт…………...…………………….…..25,8

Ширина колеи, мм........................................................................................... 8500

Расстояние между осями ведущих колес, мм…………………………... 8000

Рис.55. Схема разгрузочного шнека разгрузочной каретки

По концам каждого разгрузочного шнека 1 установлены рычаги 2 с фрезерующими ножами 3, срезающими торф, намерзающий на стенках бункера, и уста­новлены червячные редукторы 4 большей мощности.

Расчет разгрузочной каретки. Скорость передвижения каретки рабо­чая определится из следующих соображений. При производительности комплекса по сырью (т/ч) разгрузочные шнеки должны срезать торф с поверхности откоса (м²)

,

где В и Н – соответственно ширина бункера и высота слоя торфа в нем, м; – угол откоса штабеля. Для рассматриваемой конструкции каретки угол между плоскостями, в которых расположены разгрузоч­ные шнеки разных сторон, равен 60°. Отсюда = 60 ° (рис. 56).

Тогда рабочая скорость (м/с) каретки

где – плотность торфа, кг/м³.

Скорость холостого (обратного) хода каретки принимается из усло­вия возможности ее сопровождения обслуживающим персоналом (при перегонах для технического обслуживания и ремонта) = 15 м/мин.

Частота вращения разгрузочных шнеков. Секундная производитель­ность (т/с) одного разгрузочного шнека

, (2.8)

где i _ш.р – число разгрузочных шнеков одной стороны каретки. В установке конструкции "Борд на Мона" и БелНИИтоппроект i _ш.р = 8.

За один оборот разгрузочный шнек переместит стружку площадью поперечного сечения (м²) (рис. 56, а)

,

где l – длина стрелы сегмента, м; h – толщина срезаемого слоя откоса торфа в бункере по направлению перемещения каретки, м.

Рис. 56. Схема к расчету парамет­ров работы разгрузочных шнеков: а - разгрузочные шнеки; б - фрезерующие ножи.

Из рис. 56, а определим (треугольник AВС)

,

где , м; – наружный радиус шнека, м.

Членом с достаточной для технических расчетов точностью можно пренебречь. Тогда

,

. (2.9)

С учетом формулы (2.9) секундная производительность (т/с) разгрузочного шнека

, (2.10)

где – шаг шнека разгрузочного, м; – частота вращения разгрузочного шнека, ; – коэффициент запаса.

Шнеки срезают слои площадью поперечного сечения в виде сегмента. Между сегментами в срезанном слое будет оставаться торф, который ссыпается на нижележащие разгрузочные шнеки, и они будут работать с некоторой перегрузкой, учитываемой коэффициентом

, (2.11)

где – расстояние между соседними рядами разгрузочных шнеков, м.

Вычислив секундную производительность шнека по формуле (2.8) и подставив это значение в формулу (2.10), можно определить необходимую частоту вращения разгрузочных шнеков

Толщину срезаемого слоя торфа h следует задать, но она не должна быть больше ширины ленты разгрузочного шнека (винт разгрузочного шнека выполняется в виде ленты, закрепленной на спицах к валу).

Предельную частоту вращения шнеков принимают в зависимости от физико-механических свойств материала

, (2.13)

где А – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала. Для торфа А = 50.

Если окажется, что требуемое значение частоты вращения n _ш.р шне­ка, определяемое по формуле (2.12) больше n _max, то необходимо соответственно увеличить диаметр шнека .

Скорость перемещения торфа вдоль шне­ка v _м= S _ш.р. n _ш.р.

Мощность привода (кВт) разгрузочных шнеков складывается из нескольких составляющих: – мощности на перемещение торфа вдоль разгрузочных шнеков; – мощности на фрезерование слоя по всему откосу штабеля, слежавшегося после возможного длительного хранения торфа в бункере; – мощности на фрезерование замерзше­го слоя торфа на боковых стенках бункера.

. (2.14)

Для определения составляющей необходимо определить силы сопротивления и (Н).

Сила трения торфа, перемещаемого вдоль оси разгрузочного шнека, о неподвижные слои материала

где – масса 1 м длины потока торфа, кг; В – ширина бункера (разгрузочный шнек перемещает торф от центра бунке­ра к стенкам); – коэффициент трения торфа по торфу; Q _ш.р – производительность шнека разгрузочного, т/ч.

Для преодоления силы трения , (Н), направленной вдоль оси винта, со стороны винта на материал передается усилие (Н), перпен­дикулярное к поверхности шнека,

(2.16)

где — угол наклона винтовой линии; .

Сила трения при проскальзывании винта относительно торфа , где – коэффициент трения торфа о винт.

Составляющая мощности (кВт)

Мощность на фрезерование торфа разгрузочными шнеками (кВт)

, (2.18)

где B (H /sinα_отк) v _р = V ' – объемная производительность разгрузоч­ных шнеков при фрезеровании торфа, м³/с; v _р – рабочая скорость каретки, м/с; 10^-3ρ(v ₀ - v _р)²/2 – удельная работа на сообщение кинетической энергии срезаемому торфу, кДж/м³; 10² k – удельная работа на фрезерование слоя, кДж/м³; (v ₀ - v _р)– скорость торфа, м/с.

Коэффициент сопротивления резанию определяется по эмпирической формуле

, (2.19)

где с – опытный коэффициент, для фрез шнекового типа с = 2,3 (с некоторым запасом принимаем, что условия срезания слоя торфа в бунке­ре с возможным попаданием в слой смерзшихся кусков и древесины равноценны условиям фрезерования торфяной залежи; δ_cр – средняя толщина стружки, применительно к разгрузочным шнекам , мм.

Составляющая мощности привода разгружающих шнеков на фрезерование намерзшего на стенки бункера слоя торфа определится при коэффициенте сопротивления резанию к, который вычисляется по эмпи­рической формуле

, (2.20)

где –средняя температура замерзшего слоя торфа, °С, , здесь - среднемесячная температура января для местности установ­ки КСС, ° С.

Боковые ножи, закрепленные на рычагах по концам разгрузочного шнека, будут срезать стружку по дуге (рис. 55), равной , так как длина рычагов .

Объемная производительность (м³/с) разгрузочного шнека при фре­зеровании промерзшего слоя торфа на стенках бункера

где – толщина намерзшего слоя, которую можно принять равной ширине ножа, м; – общее число ножей, установленных на разгру­зочных шнеках одной стороны каретки.

Тогда мощность на фрезерование замерзшего слоя торфа на боко­вых стенках бункера с учетом объемной производительности и коэффи­циента сопротивления резанию равна

. (2.22)

Вычислив составляющие мощности , и , можно
определить мощность привода разгрузочных шнеков (2.14).

Производительность выгружающего шнека Q _ш.в (т/ч) равна полови­не производительности комплекса по сырью (на выгрузку ра­ботают два шнека). При известном значении Q _ш.в можно вычислить частоту их вращения n _ш.в (c^-1), предварительно задавшись размерами винта

где и – диаметры соответственно выгружающего шнека и его вала, м; – шаг винта шнека, м; – коэффициент исполь­зования объема шнека, м; = 0,3 0,4.

Отсюда

Вычисленное значение частоты вращения выгружающих шнеков проверяют по формуле (2.13), так же как и для разгружающих шнеков.

Мощность привода выгружающих шнеков

где b – ширина ленты конвейера, выдающего из комплекса сырье, м; w – обобщенный коэффициент сопротивления движению; ( )/2 – длина выгружающего шнека, м; .

Мощность привода передвижения определяется для двух случаев: в рабочем Р _пер.р (кВт) и холостом (обратного хода) Р _пер.х (кВт) режимах работы машины. Р _пер.р

Сопротивление (Н) передвижению машины при холостом ходе определяется силам трения , возникающем при качении ведущих колес по направляющим и в подшипниках вала приводных колес

где – вес каретки, передающийся на одну пару ведущих колес, Н; w _п – коэффициент сопротивления передвижению колес по направ­ляющим; f _ц – коэффициент трения в цапфах, на подшипниках качения со смазкой f _ц = 0,03 0,06, на подшипниках скольжения = 0,15 0,25; d _ц – диаметр цапф, м; f _к= (0,05 0,2) 10^-2 – коэффициент трения качения колес по направляющим, м; D _к – диаметр колеса, м; k _р =1,1 1,4 – коэффициент, учитывающий трение скольжения реборд о направляющие.

Тогда мощность двигателя холостого (обратного) хода

, (2.27)

где - скорость холостого (обратного) хода, м/с.

При рабочем режиме работы машины, кроме рассмотренного выше сопротивления , следует преодолеть силу , с которой разгрузоч­ные шнеки врезаются в штабель, равную реакции штабеля на шнеки. Эта реакция определяется следующим образом.

При перемещении материала шнеком следует преодолеть силу трения торфа, перемещаемого разгрузочными шнеками о неподвижные слои материала (2.15). Со стороны винта на материал передается усилие (2.16).

В связи с трением между материалом и поверхностью винта нормальное усилие (Н) на материалах повернется на дополнительный угол - угол трения (рис. 56, а) и с учетом формулы (2.15) может быть определено по формуле

На винт действует окружное тангенциальное усилие (Н)

Силы и являются составляющими общего усилия (рис. 56, а)все указанные силы для наглядности расположены в вертикаль­ной плоскости).

Если перемещение материала происходит в горизонтальной плоскости, то и усилия , ; и – расположены также в горизонтальной плоскости.

Разгрузочные шнеки перемещают материал в плоскости откоса шта­беля, поэтому все перечисленные силы также расположены в этой плоскости.

Рассмотрим вертикальную плоскость, проходящую вдоль продоль­ной оси штабеля (рис.57, б). Проекция силы на эту плоскость равна 0, а горизонтальная проекция и является той силой , которую должна прео­долеть разгрузочная каретка при врезании разгрузочных шнеков в шта­бель.

Рис. 57. Схема сил, действующих на разгрузочный шнек машины в вертикальной (а) и наклонной (б) плоскостях

Величина реакции штабеля на разгрузочные шнеки

При рабочем режиме машины необходимая мощность

(2.31)

Проверка возможности передвижения разгрузочной каретки по условию сцепления ведущих колес с рельсами проводится при ее перемещении в рабочем режиме.

В режиме обратного (холостого) хода каждая из ведущих пар колес прижимается к направляющим весом каретки .

В рабочем режиме при движении в одном из двух направлений (рис. 58) прижатие ведущих колес к направляющим умень­шается

, (2.32)

где - плечо действия силы Предполагаем, что сила приложе­на на глубине , м; — расстояние между ведущими парами ко­лес, м.

Для передвижения каретки без пробуксовки в рабочем режиме должно соблюдаться условие .

Тогда , где силы и определяются по формулам (2.26) и (2.30); f _к – коэффициент трения качения колес по рельсам.

При известных значениях необходимой мощности двигателя каждо­го механизма и частоты вращения рабочих элементов разгрузочных и выгружающих шнеков, а также приводных колес, подбор марки элект­родвигателя, разбивка общего передаточного числа на составляющие отдельных элементов приводных механизмов, их выбор по каталогам (редукторов, муфт, тормозов, карданных валов и др.), а также проч­ностные расчеты элементов приводных механизмов (цепных, ременных передач, подшипников опор) производятся по рекомендациям курса "Детали машин".

Рис. 58. Схема к расчету сил сцепле­ния при передвижении разгрузочной каретки

Расчет на прочность. Разгрузочный шнек конструктивно выпол­нен в виде ленты шириной В и толщиной , укрепленной на отдельных спицах. Каждый шнек состоит из двух равных частей, каждая из которых имеет длину 1,5 . Спицы установлены так, чтобы крепить винтовую ленту шнека через 90°. При такой конструкции шнек может врезаться в материал как минимум в двух местах винта, что является наиболее опасным вариантом его нагружения (по одной точке врезания в слой каждой половины шнека). Рассмотрим одну половину шнека, вал кото­рого закреплен в центральном червячном редукторе и концевой опоре на раме каретки. Контакт с материалом может осуществляться в одной или двух точках. Первый случай с точки зрения прочности более опасный, так как сила действующая на шнек, приложена в одном месте (на 1/3 длины от концевого подшипника).

Расчет следует проводить для двух случаев нагружения шнеков: си­ла /2 приложена между спицами для расчета на прочность спирали и к точке, в которой крепится спица — для расчета спицы.

С достаточной степенью точности в первом случае можно считать ленту шнека длиной (для упрощения лента рассматривается как прямая балка, закрепленная по концам на спицах), в середине приложена сила /2 (рис. 58, а) и рассчитывать ее на изгиб. Во втором случае сила /2 передается на спицу, которая также рассчитывается на изгиб (рис. 59, б). Вал разгрузочного шнека (половина вала длиной В /2, имеющая по концам две опоры) рассчитывается на изгиб и кручение. Расчетная схема вала разгрузочного шнека представлена на рис. 59, в. Силы , , и крутящий момент разделены на два, так как при определении соответствующих величин рассматривался шнек полной длины В.

Окружное усилие (Н) вычислялось при условии транспортирова­ния материала вдоль оси шнека без учета фрезерования намерзшего торфа на стенках.

Полное окружное усилие, приложенное в т. А

где и – составляющие мощности на валу разгрузочного шне­ка, определяемые по формулам (2.17) и (2.18), кВт; ω_ш.р – угловая скорость вращения разгрузочного шнека (частота вращения шнека n _ш.р вычисляется по формуле (2.12), с^-1).

Рис. 59. Схема к расчету элементов разгрузочной каретки машины:

а – разгрузочного шнека; б – спицы разгрузочного шнека; в – вала разгрузоч­ного шнека; г – вала выгружающего шнека; д – вала приводных колес

Окружное усилие (Н), возникающее при фрезеровании намерз­шего слоя на боковые стенки бункера, определяются аналогично усилию F_тс учетом соответствующей составляющей мощности

Крутящий момент (Н·м) на валу (одной половине) разгрузочного шнека

.

Выгружающий шнек только перемещает материал без фрезерования торфа и промерзшего слоя на боковых стенках бункера.

Окружное усилие (Н), действующее на вал одного из выгружаю­щих шнеков,

Вдоль оси выгружающего шнека действует осевое усилие

где –угловаяскорость вращения выгружающего шнека (частота вращения (рад/с)) определяется с помощью форму­лы (2.13);

r – радиус, на котором действуют силы и r =(0,7…0,8) D _ш.в./2.

Крутящий момент на валу выгружающих шнеков

.

Расчетная схема вала выгружающих шнеков приведена на рис. 58, г. В связи с тем, что силы и приложены по всей длине шнека, рассчитывать вал следует с учетом распределенной нагрузки

(2.35)

и

(2.36)

В механизме передвижения рассчитываются контактные напря­жения , возникающие в месте контакта колесо-направляющая. Опре­деление про-изводится по формуле (2.24) для колес, нагруженных усилием (рис. 58).

На одно колесо действует суммарная сила от веса каретки и реакции штабеля (рассматривается движение каретки в обратную сторо­ну по сравнению с направлением при выводе формулы (2.32)).

Привод колес (рабочего и холостого хода) состоит из двух карданных валов и трех коротких (рис. 59, д), на двух из которых закреплены ведущие колеса, а на одном - центральном - ведущая звез­дочка.

Вал ведущего колеса (короткий) рассчитывается на изгиб от усилия , приложенного в центре между подшипниками, и кручение от мо­мента на одном колесе

,

где Р _пер.р – мощность двигателя передвижения в рабочем режиме машины, кВт; ω_пер.р – угловая скорость колеса при передвижении каретки в рабочем режиме, которая определяется по вычисленной скорости v _р передвижения и диаметре D _к колеса.