Валковая дробилка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Валковая дробилка

Введение

В настоящее время в нашей стране выпускаются более 2000 наименования машин и оборудования, в том числе высокопроизводительные щековые, конусные, молотковые, и роторные дробилки.

От инженера - механика, как создателя современных строительных машин, механизмов, инструментов и другой продукции требуется знание рабочих процессов, конструкций и методов расчета машин и оборудования, что обеспечивает существенное улучшение комплексной механизации строительных и монтажных работ.

Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления материалов в основном средней прочности на гладких и рифленых валках и мягких на зубчатых валках. По конструктивному исполнению валковые дробилки бывают одно, двух и четырех валковые. Валковые дробилки имеют небольшую производительность и неравномерный износ поверхности бандажей по длине валка.

1. Расчёт основных параметров

1.1 Конструктивные параметры

Основными параметрами валковой дробилки являются: ширина выходной щели, угол захвата б, диаметр D, длины валков L, частоты их вращения n, и потребляемая мощность N.

Рисунок 1 - Схема для расчёта валковой дробилки

Определяем ширину выходной щели а, м, из отношения:

a/d = 0,25, (1.1.1)

где d - диаметр куска материала, d = 85 = 0,085 м [по заданию]

(1.1.2)

Значение D находиться из треугольника ABC (Рис. 1):

(1.1.3)

(1.1.4)

где fн=tg (б/2) - коэффициент захвата сырья.

Коэффициент fн трения для прочных пород принимают 0,3, при таких значениях угол б=16,7є, а отношение D/d:

(1.1.5)

Наибольший диаметр загружаемого материала (d) задан 85 мм, поэтому диаметр вальцов равен:

D=d*17=85*17=1445 мм

Максимально допустимое значение частоты вращения валка (n) определяется условиями отбрасывания частиц материала центробежными силами:

(1.1.6)

с - плотность материала, для щебня от 1,4 до 3 г/смі

=1,34 об\с=80,4 об\мин

Для нахождения минимальных и максимальных значений частоты вращения валков воспользуемся формулами

Длину валка L мм, находят из таблицы 1:

Таблица 1 - Техническая характеристика отечественных двухвалковых дробилок

		Валковые дробилки
Показатель		с гладкими валками		с рифленым и гладким валками
Размер бандажа, мм:
диаметр	400	600	800	1000	1500	600
длина	250	400	500	550	600	400
Максимальная крупность исходного материала, мм	20	30	40	50	75	60
Пределы регулирования выходной щели, мм	2-12	2-14	4-16	4-18	4-20	10-30
Частота вращения валком, об/мин	200	180	150	100	83	175
Окружная скорость валков, м/с	4,2	5,6	6,2	5,2	6,5	5,5
Мощность электродвигателя кВт	2X4,5	2X7,5	28	40	55	20
Производительность, мі/ч, не менее при выходной щели
минимальной	2,7	4,3	10,8	11,9	13,0	18
максимальной	16,2	30,2	43,0	53,5	65,0	54
Масса, т	2,2	3,4	12,5	15,9	32,4	3,33

Выбираем ближайшее значение L=600

Нагрузки в основных элементах.

Усилия в деталях валковой дробилки определяются нагрузкой, которая создается пружинами предохранительного устройства. Эта нагрузка зависит от многих факторов и может быть вычислена лишь приближенно.

Предположим, что среднее суммарное усилие между валками при дроблении материала равно Рср (Н). Площадь, на которой будет действовать это усилие:

(1.1.9)

где L - длина валков, м; l - длина дуги на участке измельчения материала, м,

l = Rб = Dб/2 (R - радиус валка, м; б - угол дуги, рад.).

При измельчении прочных материалов б = 16° 70'.

Тогда l = 0,143*D=0,143*1,445=0,21 м.

F=0.6*0,21=0.124 мІ

Среднее суммарное усилие (Н) дробления

(1.1.10)

где - предел прочности материала при сжатии, кг\смІ (=1200-1800 кг/см2); - коэффициент разрыхления материала, для прочных пород = 0,2-0,3.

1500*1240*20=37200000 Н=37,2 МН

Сила нажатия пружин подвижного валка должна обеспечивать указанные значения .

Производительность дробилки.

Производительность валковых дробилок можно вычислить, если представить процесс дробления как движение ленты материала шириной, равной длине L валка, и толщиной, равной ширине а выходной щели. Тогда за один оборот вала объем (мі) ленты материала, прошедший через выходную щель:

(1.1.11)

Значит, при n (об/с) производительность (мі/с) дробилки будет:

(1.1.12)

Необходимо иметь в виду, что при дроблении материалов средней прочности пружины, поджимающие валки, несколько сжимаются и валки расходятся. При этом ширина выходной щели может существенно измениться, что нужно учитывать, особенно при мелком дроблении пород средней прочности на гладких вплотную сдвинутых валках, т.е. при d - 0. Значит Q = 0.

Фактически производительность не равна нулю, так как валки раздвигаются на ширину b, зависящую от фактических усилий дробления и степени жесткости предохранительных пружин. Тогда:

(1.1.13)

валок машина мощность

На основании практических данных b = 0,25dk, т.е. в расчетах производительности ширину выходной щели е учетом деформации пружин принимают равной 1,25 dk. При dk = 0 фактическое значение b можно определить по средневзвешенному значению dCB готового продукта в каждом конкретном случае.

Так как обычно длина валка используется не полностью и материал выходит из дробилки в разрыхленном виде, а не плотной лентой, то в формулу учитывающий степень разрыхленности материала: принимают для прочных материалов м = 0,2-0,3.

Часто в формулу вводят также плотность дробимого материала с (т/м3). Тогда окончательно производительность Q (т/с) валковой дробилки

(1.1.14)

т/с=1,152 т\мин

Мощность двигателя.

Мощность двигателя N_дв валковой дробилки с учетом затрат мощности на преодоление всех сопротивлений при работе машины

N_дв = (N₁+N₂) / з, (1.1.15)

где N₁ - мощность, расходуемая на дробление с учетом трения материалов о валок;

N₂ - мощность расходуемая на трение подшипников;

з - КПД передачи, з = 0,90-0,95

Мощность двигателя N₁ необходима для дробления (Вт):

(1.1.16)

где л - коэффициент, учитывающий одновременность раскалывания материалов, л= 0,02

N₁ = 2х3,14х0,8х80х10⁶х0,5х0,33х0,4х0,02х0,45х0,85 = 41517 Вт

Мощность N₂, необходимая на преодоление трения в подшипниках двух валков, Вт:

(1.1.17)

где d_ш - диаметр шейки вала, м;

f₁ - коэффициент трения качения, приведенный к валу, f₁ = 0,001

G - нагрузка на подшипники, Н.

 (1.1.18)

где Q - сила тяжести валка, Н, Q = 25000Н

Вт

N_дв = (41517+3335,5)/0,95 = 47213 Вт = 47,2 кВт

1.2 Расчет на прочность деталей валковой дробилки

Расчет вала

Расчет вала выполняется на кручение

Определяем крутящий момент вала

М = 7162 (N/з) (1.2.1)

где N - мощность на валу, л.с., N = 34,46 л.с. (по прототипу)

з - число оборотов вала в минуту, з = 48 об/м (по прототипу)

М = 7162 (34,46/48) = 5141,7 Н*м

Определяем действующий на вал горизонтальные и вертикальные составляющие.

Находим окружное усилие соответствующее результирующее усилие:

p_рез = 2М/D (1.2.2)

p_рез = 2х5141,7/1,1 = 10270 Н

Находим проекции результирующего усилия на оси x и y.

P_x = p_рез соsб (1.2.3)

P_x = 10270х cos24^o20' = 9367,4 Н

P_y = p_рез sinб (1.2.4)

P_y =10270х sin24^o20' = 4209,9 Н

Строим эпюры изгибающих моментов. Вал рассматриваем как балку на двух опорах:

а) нагрузка в горизонтальной плоскости

Находим опорные реакции

УM_a = 0; P_x 0,95 - H_В1,9 = 0

H_В = P_x0,95/1,9

H_В = 9,367х0,95/1,9 = 4,68 кН

УM_a = 0; P_x 0,95 - H_А1,9 = 0

H_А = P_x0,95/1,9 (1.2.5)

H_А = 9,367х0,95/1,9 = 4,68 кН

Проверка Ух = 0; H_А + P_x - H_В =0,

4,68-9,36+4,68 =0

0 = 0

Строим эпюру М_к^г, кНм

УM_к1^г = H_a0,95;

УM_к1^г = 4,62х0,95 = 4,44 кНм

б) Нагрузка в вертикальной плоскости.

Находим опорные реакции

УM_б = 0; R_a1,9 + Р_у0,95 = 0

R_а = - Р_у0,95/1,9, (1.2.6)

R_а = - 4,2 х 0,95/1,9 = -2,1 кН

УM_a = 0; R_б1,9 + Р_у0,95 = 0

R_б = 4,2 х 0,95/1,9 = 2,1 кН

Проверка Уу = 0; R_A + P_x - P_В =0,

-2.1+ 4.2-2.1 = 0

0 = 0

Строим эпюру М_х^б, кНм

УМ_х^б = R_A0.95,

УМ_х^б = 2,1 х 0,95 = 1,99 кНм

Рассчитываем диаметры ступенчатого вал:

(1.2.7)

где М^г - крутящий момент в горизонтальной плоскости,

М^г = 4,44кН;

М^б - крутящий момент в вертикальной плоскости,

М^б = 2,1кНм.

Сечение I-I:

(1.2.8)

Диаметр вала определяется по формуле:

, (1.2.9)

где [ф] - допускаемое напряжения, [ф] = 13,75 МПа [по 2]

мм, принимаем 160 мм

Сечение II-II:

мм.

Выполняем расчет вала на выносливость общий коэффициент запаса выносливости определяется:

(1.2.10)

где n_у - коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям;

n_ф - коэффициент запаса усталостной прочности по касательным напряжениям.

(1.2.11)

где у ₁ - нормальное напряжение, у ₁ = 550МПа;

у_max - максимальное нормальное напряжение;

Ку_у- - коэффициент концентратор напряжений.

(1.2.12)

где К_у - коэффициент концентратор, при у = 800МПа, и у = 1,8;

Е_у - масштабный фактор, Е_у =0,2;

в_у - коэффициент качества обработки поверхности, в_у =0,85;

в_у - коэффициент упрочнения частоты, в_у =1,5.

Ку_у=(1,8/0,8+1/0,85-1) 1/1,5=1,62

, (1.2.13)

где Мn - результирующий крутящий момент, Мn =4,86кНм

W_x=ПD³/32 (1.2.14)

W_x = 3.14 х 28³/32 = 215.4см³

(1.2.15)

где ф-1 - касательное напряжение, ф = 400 МПа;

- эффективный концентратор напряжения;

ф_а, ф_с - касательные напряжения.

ф_а = ф_с = ф_max/2.

ц_ф - характеристика циклов нагружения, ц_ф = 0,06

(1.2.16)

где К_ф - коэффициент концентрации, К_ф = 1,7;

Е_ф - масштабный фактор, Е_ф = 0,8;

в_ф - коэффициент качества обработки поверхности, в_ф = 0,85.

(1.2.17)

где W_р - геометрическая характеристика продольного сечения, см³.

(1.2.18)

Определяем общий коэффициент запаса выносливости:

.

Необходимо выполнения условия для обеспечения прочности вала:

n > [n] = 1,35;

1,5 > 1,35. Условие выполняется.



Рисунок 2 - Схема для расчёта вала

2. Экономическая часть

В экономической части проекта определяются основные технико-экономические показатели проектируемой машины. По этим показателям производится технико-экономический анализ разработанной конструкции щековой дробилки

Исходные данные для расчета студент получает в процессе проектирования дробилки, а также выбирает дополнительно по соответствующим нормативным материалам.

2.1 Определение эксплуатационной производительности

Сметную сменную производительность, П_см, для новых машин рассчитывают по часовой технической производительности:

(2.1.1)

где П_т - техническая производительность, П_т = 100,8м³/ч;

t_см - число часов работы дробилки в смену, t_см = 8,2 ч;

k_в - коэффициент перехода от часовой технической

производительности к эксплуатационной, k_в = 0,6;

k_э - Коэффициент перехода от эксплуатационной

производительности к сменной, k_э = 0,8.

Годовая эксплуатационная производительность определяется сменной производительностью и числом работы смен в году:

(2.1.2)

где z_см.г. - число смен работы дробилки в году с учетом выходных и праздничных дней, продолжительности простоев на все виды ремонтов и обслуживания.

(2.1.2)

где Т_и.г. - число часов работы машины в году, Т_и.г. = 2025 ч.

2.2 Определение удельных капитальных вложений

Удельные капитальные вложения К_у на единицу продукции (на 1м³) определяют по расчетно-балансовой стоимости дробилки и ее годовой производительности:

(2.2.1)

где К - расчетно-балансовая стоимость дробилки, К = 500000 руб.;

z_см.г.оп - число смен работы дробилки на отдельной операции,

z_см.г.оп = 247;

z_см.г. - число смен работы дробилки в год на всех операциях,

z_см.г. = 247.

2.3 Определение удельного расхода энергоресурсов

Данный, показатель характеризует экономичность дробилки по различным видам энергоресурсов или расход энергии на заданный объем работ.

Удельный расход энергоресурсов определяется по формуле:

(2.3.1)

где Э - суммарный расход энергоресурсов дробилкой в смену, кВт·ч.

(2.3.2)

где N_н - номинальная мощность двигателя, N_н = 47,213кВт.

;

2.4 Определение себестоимости машино-смены

Себестоимость машино-смены рассчитывают по формуле:

С_см = С_ед + С_ам + С_обс +С_эн + С_то + С_осн, (2.4.1)

где С_ед - сменные единовременные затраты, руб./м-см;

С_ам - сменные затраты по амортизационным отчислениям,

приходящиеся на 1 машино-смену, руб./м-см;

С_обс - сменные затраты на обслуживающий персонал, руб./ м-см;

С_эн - сменные энергетические затраты, руб./м-см;

С_то - сменные затраты на ТО и ТР машины, руб./м-см;

С_осн - сменные затраты на износ и ремонт сменной оснастки, руб./м-см.

Сменные единовременные затраты:

(2.4.2)

где К_зс - коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы,

K_зс =1,04;

C_тр - стоимость транспортных расходов, C_тр = 5000 руб.;

G - масса дробилки, G = 11т;

К_пн - коэффициент, учитывающий плановые накопления

на монтажных работах, К_пн = 1,13;

С - стоимость монтажа, С = 3500 руб.

Сменные затраты на амортизационные отчисления, приходящиеся на 1 машино-смену:

(2.4.3)

где А - амортизационные отчисления на полное восстановление и

капитальный ремонт машины, руб.

(2.4.4)

где а - норма амортизационных отчислений, а = 12%.

Сменные затраты на обслуживающий персонал С_обс принимают в соответствии с числом и квалификацией персонала. Эти затраты определяют с учетом косвенных расходов (25%) и премиальных надбавок в размере 12,5%.

(2.4.5)

где З_тч - часовая тарифная ставка, З_тч =22,95 руб./ч.

Сменные энергетические затраты:

(2.4.6)

где N_дв - номинальная мощность двигателя, кВт;

С_всп - стоимость вспомогательных смазочных и обтирочных

материалов (принимается 1,7% от расчетно-балансовой

стоимости машины), С_всп = 8500 руб.

.

Сменные затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт можно принять 13% от расчетно-балансовой стоимости. Сменные затраты на износ и ремонт сменной оснастки можно принять 5% от расчетно-балансовой стоимости машины.

С_то = 65000 руб.;

С_осн = 25000 руб.

С_см = 407,7+267+264,6+8508+55000+25000 = 99447,3 руб.

2.5 Определение себестоимости продукции

Себестоимость единицы продукции определяют по величине ее себестоимости и сменной производительности машины:

С_у = С_см/П_см, (2.5.1)

С_у = 99447,3/396 = 251,1 руб./м³.

2.6 Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой дробилки

Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой машины определяется по формуле:

(2.6.1)

где С_ун и С_ус - себестоимость единицы продукции соответственно для

новой и сравниваемой машины, руб./м³,

С_ун = 251,1 руб.,

С_ус = 273,4 руб.;

Е_н - нормативный коэффициент эффективности капиталовложения,

Е_н = 0,15;

К_ун и К_ус - удельные капитальные вложения по новой и сравниваемой

машинам, руб.-год/м³, К_ун = 5530 руб.,

К_ус = 6000 руб.

3. Охрана труда и окружающей среды

Безопасная работа дробилок может быть обеспечена путем соблюдения требований нормативных документов по технике безопасности. Предприятие, эксплуатирующее дробилку, назначает ответственных за безопасное производство работ.

Перед началом работы необходимо проверить:

- отсутствие посторонних предметов на вращающихся элементах дробилки;

- наличие защитного кожуха на вращающихся частях механизмов и надежного его закрепления;

- электропроводку на наличие повреждений;

- отсутствие на дробящих частях посторонних предметов;

- отсутствие механических повреждений (трещин, сколов) на валах и дробящих элементах;

- наличия заземления;

- надежность крепления грузового патрубка к входному окну дробилки.

В конструкции дробилки должно быть предусмотрено предохранительное устройство отключения электродвигателя в случае заклинивания вращающихся элементов дробилки. Кнопка отключения должна быть обозначена красным цветом.

Запрещается:

- запускать дробилку при наличии посторонних предметов на дробящих элементах;

- загружать в дробилку материал с категорией прочности выше допустимой;

- до набора максимального числа оборотов дробилкой загружать дробимый материал;

- при работающей дробилке производить ремонтные работы;

- запускать дробилку во время проведения ремонтных работ и обслуживания;

- производить ремонт дробилки персоналом, не имеющим определенной категории допуска;

- запускать дробилку при обнаружении дефектов до их устранения.

Монтаж дробилки осуществляется по частям: сначала устанавливается станина на поверхность, затем сама дробилка и редуктор с двигателем и передачами. Между станиной и поверхностью необходимо укладывать резиновую прокладку размером 2800Ч1840Ч30 мм для снижения уровня вибрации, передаваемого от дробилки во время работы к поверхности на которую она установлена.

Во время работы дробилка является источником шума, поэтому обслуживающий персонал должен пользоваться индивидуальными средствами защиты от шума, такими как звукоизоляционные наушники.

Электрооборудование дробилки включает в себя: электродвигатель 4А28058 трех фазный, напряжение рабочее 360В; полуавтоматический выключатель; предохранительное реле - выключатель; плавкие предохранители; трехжильный кабель. Все электрооборудование должно быть защищено от попадания влаги, механических воздействий, должно быть заземлено.

При работе дробилки, как правило, происходит пыление от древесных материалов. Поэтому обслуживающий персонал должен использовать средства индивидуальной защиты, такие как защитные очки, респиратор.

При замене масла в редукторе и прошприцовке литолом подшипников все отходы собираются в емкость. Недопустим слив масла в почву!

Заключение

В результате расчетов были получены следующие основные параметры:

Ширина выходной щели, а = 21 мм;

Частота вращения валков, n = 80,4 об/мин;

Сила дробления, Р_ср = 37,2 МН;

Производительность 1,152 т/мин;

Мощность двигателя, N_дв = 47,213 кВт;

Себестоимость единицы продукции, С_у = 251,1 руб./м³.

Список литературы

1. «Строительные машины и оборудование»: учебник для вузов/ В.П. Сергеев; - М.: Высшая школа, 1987. -376 с.

2. «Дробилки. Конструкция, расчёт, особенности эксплуатации»: Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек; - М.: Машиностроение, 1990. 320 с.

3. «Процессы в производстве строительных материалов»: А.Б. Лошкарёв, Д.А. Трапезников, В.Б. Пономарёв, А.Н. Клинкин

Размещено на Allbest.ru