Розрахунок двохвалкових дробилок з гладкими валками

3.1. Конструкція дробилки

Двохвалкова дробилка з гладкими або рифленими валками (рис. 3.1) складається із станини 1 рамної конструкції, яка може бути зварена із прокатного профілю, або вилита із чавуну чи сталі. Валок 8 встановлюється на підшипниках, розміщених в роз’ємних корпусах 9, які нерухомо закріплені на станині. Корпуси 5 підшипників іншого валка встановлені на направляючих 4 і можуть пересуватися по ним вздовж станини. Для регулювання ширини випускної щілини (зазору між валками) призначений набір прокладок 10, встановлених між корпусами нерухомих і рухомих підшипників. Рухомий валок притискується до нерухомого системою верхніх і нижніх тяг з пакетом пружин 3. Попередній натяг пружин, створений гайками 2, забезпечує сумарне зусилля на валок. Це і забезпечує подрібнення матеріалу. при потраплянні неподрібнюваного шматка рухомий валок відходить від нерухомого, пропускаючи цей шматок. валки зовні захищені кожухом з прийомною воронкою 7, яка закріплена до повздовжніх балок станини. На внутрішніх бокових стінках воронки закріплені два рухомих щитка, які закривають щілину між його стінками та поверхнею рухомого валка при зміщенні останнього у випадку зміни величини зазору між валками.

Рис. 3.1. Схема двохвалкової дробилки

Валки є робочими органами дробилки (рис. 3.2), їх виконують збірними: ступицю виливають із чавуну, а змінний бандаж – із вуглецевої або високомарганцевистої сталі. Для закріплення бандажу до ступиці використовують шпонки, стяжні шпильки або гвинти.

Така конструкція забезпечує швидку і зручну заміну бандажу. Бандаж відливається із високомарганцовистої сталі, яка погано піддається механічній обробці, але має гарну рідкотекучість при виливанні. У зв’язку з цим бандаж має просту геометричну форму, яка забезпечує його фрикційне зчеплення зі ступцями. Затяжка, що забезпечує відсутність провертання бандажу відносно ступиці, здійснюється за допомогою шпильок 4. Для попередження осьового зміщення бандажа вздовж валу достатньо закріпити в осьовому напрямку одну з ступить, наприклад за допомогою бурта на валу і розпірної втулки 5.

Іншим способом кріплення бандажу можуть служити спеціальні секторні вкладиші 1 (рис. 3.3), які встановлюються між бандажем і однією із ступиць. Вкладиші шпильками (по дві на кожен сектор) приєднуються до іншої ступиці. Для зручності збирання бандаж і ступиця додатково з’єднуються стопорною планкою 2, яка гвинтами прикріплюється до ступиці.

Опоривалу валка виконуються на підшипниках ковзання або кочіння. Якщо використовуються підшипники ковзання, то площина роз’єму корпуса розташовується під кутом до горизонту таким чином, щоб нормаль до площини роз’єму співпадала з напрямком сили подрібнення, прикладеної до валу.

На рис. 3.4. представлено приклад установки в опорах валу рухомого валка. Корпуси лівого та правого підшипника можуть переміщуватися в направляючих рами дробилки; підшипники є такими, що самі встановлюються.

Для попередження утворення рівчаків на поверхні валків інколи передбачено можливість повздовжнього пересування одного з валків (за звичай з нерухомими опорами) (рис. 3.5). За допомогою регулювального гвинта 1, який ввернуто в гайку на кришці підшипника, здійснюється осьове переміщення вала. Приєднання гвинта до валу виконується через конічні роликові підшипники. Переміщення виконується один-два рази за зміну приблизно на 1/3 діаметра початкового шматка подрібнюваного матеріалу.

Рис. 3.4 Варіант виконання опори рухомого валка Рис. 3.5 Пристрій для осьового

переміщення

При встановленні вала на опорах кочіння використовують роликові підшипники, двохрядні, такі, що самі встановлюються (рис. 3.6). Вузли тертя захищають від пилу поєднанням лабіринтного та манжетного ущільнювачів.

Рис.3.6. Встановлення підшипника кочіння в корпусі

Привід валків може здійснюватися від одного електродвигуна (рис. 3.7, а) через клиноремінну 1 і зубчасту 2 передачі, які надають обертання валку 2 з нерухомими опорами, та через зубчасту передачу 3 з подовженими зубцями, яка обертає валок з рухомими опорами. Передача 3 забезпечує зберігання зчеплення зубчастих коліс як при регулюванні ширини щілини, так і при потраплянні між валками неподрібнюваного шматка.

а б в

Рис.3.7. Схеми приводу двохвалкової дробилки

Застосовують і інші види приводу: через редуктор з карданними валами (рис. 3.7, б), від індивідуальних електродвигунів для кожного валка (рис. 3.7, в).

Всі зубчасті передачі розміщені в запобіжних кожухах, які одночасно служать картерами для заливання в них масла.

Запобіжний пристрій захищає найважливіші частини машини від перевантаження при потраплянні між валками матеріалу, що не подрібнюється, і одночасно служить для регулювання зусилля подрібнення. Останньому відповідає сумарне зусилля попереднього натягу пружин. Зазор між валками регулюється незалежно від натягу пружин.

В наведеному прикладі запобіжного пристрою (рис. 3.8) величина зазору регулюється набором прокладок, які встановлюються між корпусами підшипників рухомих та нерухомих опор.

Відстань а вибирається таким чином. Щоб в крайньому правому положенні спеціальної гайки 3 можна було б зняти пружину 4, не демонтуючи весь вузол. Пружини запобіжного пристрою розраховують за умови проходження недробимого шматка, який має розмір, що дорівнює максимальному для даного матеріалу, тобто d _П, поскільки вважається, що матеріал в дробинку подається після грохочення. Товщина шайби визначається за умови її зрізування при перевищенні максимального зусилля подрібнення на 10 – 15 %.

Рама (станина) виконується звареною з листового і профільованого прокату. Вона є несучою конструкцією. В ній або на окремих її елементах відбувається замикання зусиль технологічного опору (зусиль подрібнення), які на фундамент машини не передаються. На рамі закріплюються пилонепроникні кожухи, що захищають валки дробилки.

Фундамент дробилок проектується з урахуванням коефіцієнту динамічності, яки приймається 1,6…1,8. Дробилки до фундаменту прикріплюються 4 – 6 болтами М20 – М48.

3.2. Конструкційні матеріали та змащування

Змащування вузлів тертя залежить від їх конструкції. Підшипники ковзання змащують рідким мастилом. Застосовується масло індустріальне 30. Підшипники кочіння змащують консистентним мастилом (солідол УС-2); воно ж наноситься на направляючі рухомих опор. ГОСТ 18266-72 передбачає здійснення централізованого змащення підшипників при діаметрі валків 800 мм і більше. Регулювальні болти змащують солідолом.

Для виготовлення рам і захисних кожухів використовують сталь Ст3. Вали валків і передач виконують із сталі 45, 45Х; ступиці валків – із чавуну СЧ15-32, СЧ 18-36 або із сталі 30Л. Бандажі валків виготовляють із сталі 110Г13Л. Допускається виготовлення бандажів із легованих сталей інших марок і легованих чавунів, які забезпечують не меншу зносостійкість.

Корпуси і вкладиші підшипників за звичай чавунні (СЧ18-36), заливання вкладишів здійснюється бабітом Б-16. Шківи виливаються із чавуну СЧ15-32. СЧ18-36. Спіральні пружини виготовлені із сталі 60С2.

3.3. Основні розрахунки

3.3.1. Визначення продуктивності та потужності.

Умова захоплення шматка матеріалу в даній дробилці: кут захоплення повинен бути більший, ніж подвійний кут тертя a ≤ 2j. Діаметр D валка находять з геометричних міркувань. Вважаючи, що діаметр d _П початкового шматка матеріалу відомий (тобто заданий), а ширина щілини між валками дорівнює діаметру d_К кінцевого шматка матеріалу, з трикутника АВС (рис. 3.9) отримаємо

Звідси, розділивши всі члени рівняння на d _П/2 і прийнявши до уваги, що d _К/ d _П = 1/і, знайдемо

.

Для дробилок з гладкими і рифленими валками довжину валків приймають L = (0,2…0,5) D при подрібненні твердих матеріалів і L ≈ 2 D.

Частота обертання валків обмежена умовою відкидання матеріалу під дією відцентрових сил

де n – в об/с; f – коефіцієнт тертя матеріалу по валку, r – густина матеріалу, кг/м³.

Практично з метою зменшення зношування бандажів приймають частоту обертання валків

n = (0,4…0,7) n_max. (3)

Звичайно колова швидкість валків становить u = p Dn = 3…6 м/с.

Продуктивність валкової дробилки розраховується із припущення, що із випускної щілини виходить безперервна стрічка подрібненого матеріалу товщиною d _К і шириною, що дорівнює робочій довжині валка L_Р ≈ 0,9 L (зона подачі матеріалу на валки обмежена розмірами завантажувальної воронки)

, (4)

де 1,25 – коефіцієнт, що враховує розходження валків при подрібненні із-за деформації запобіжних пружин; m – коефіцієнт розпушування (для міцних матеріалів m = 0,2…0,3; для пластичних m = 0,4…0,6).

Зусилля подрібнення Р, яке діє на валки, залежить від площі контакту

,

де – довжина дуги контакту, м,

та границі міцності матеріалу на стискання s_СТ, МПа.

. (5)

Потужність двигуна визначається енергетичними витратами на подрібнення і подолання сил тертя в підшипниках і з урахуванням загального ккд передачі становить

N _ДР = p fР ₀ Dn h (6)

де Р ₀ – сумарне зусилля пружин, за яким розраховують на міцність вали, опори, пружини.

Р ₀ = (1,2…1,3) Р. (7)

3.3.2. Механічні розрахунки.

Вибір потужності двигуна, розбивка передавального відношення передачі, розрахунок клиноремінної передачі та окремих конструктивних елементів (валів, шпонок, затяжних болтів, рами), вибір муфт та підшипників виконуються загальновідомими методами.

4. Послідовність виконання курсової роботи

1. За наданими початковими даними визначається

· ступінь подрібнення і,

· робоча довжина валка L_P,

· максимальна частота обертання валка n_max,

· приймається дійсна частота валка n,

· продуктивність дробилки Q,

· зусилля, що діють на вал Р,

· потужність, що витрачається на подрібнення N _ДВ з урахуванням ккд передач (h = 0,98),

· вибирається стандартний електродвигун.

2. Виконується розрахункова схема приводу дробилки (індивідуальний привід кожного валка).

3. Вибирається частота обертання валу електродвигуна.

4. Визначається передавальне число клиноремінної передачі (воно повинно знаходитися в межах и _рем = 3…5).

5. Виконується розрахунок клиноремінної передачі.

6. Виконується розрахунок вала меншого шківа клиноремінної передачі.

7. Виконується розрахунок вала нерухомого валка, як найбільш навантаженого, в момент порходження недробимого шматка.

8. Здійснюється вибір підшипників.

9. Виконується розрахунок шпонок для обох валів.

10. Виконується розрахунок пружин запобіжних пристроїв.

Література

1. Конструирование и расчет машин химических производств /Ю. И. Гусев, И. Н. Карасев, Э. Э. Кольман – Иванов и др. – М.: Машиностроение, 1985. – 408 с.

2. Макаров В. И., Соколов В. П. Машины для дробления и сортировки материалов. Справочник. – М.: Машиностроение, 1966. – 160 с.

3. Андреев С. Е., Перов В. А., Зверевич В. В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1980. – 415 с.

4. Анурьев С. Е. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3-х т. – 5-е изд., - М.: Машиностроение, 1978. – 557 с.

5. Заблонский К. И. Детали машин. – Киев: Вища школа, 1985. – 518 с.

6. Курсовое проектирование деталей машин /С. А. Чернавский, К. Н. Боков, И. М. Чернин и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

7. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. – М.:Химия, 1968.

8. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. – М.: Машиностроение, 1975.