Книги, научные публикации
Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет ВАЛКОВЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к
курсовому проектированию по дисциплине УМеханическое оборудование предприятий строительной индустрииФ Составитель: Дамдинова Д.Р.
Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2000 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ Методические указания ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ по курсу УМеханическое оборудование ИНДУСТРИИ.
предприятий строительной индустрииФ для студентов специальности 290600 - Производство строительных Выполнение курсового проекта по механическому материалов, изделий и конструкций и направлений 550100, оборудованию предприятий строительных материалов 653500 - Строительство имеет целью систематизацию, закрепление и расширение теоретических знаний, углубленное изучение одного из вопросов, поставленных в проекте, овладение навыками самостоятельного решения инженерных задач, Рецензент: Чимитов А.Ж. производства технических расчетов и графического оформления проекта. Курсовой проект выполняется в соответствии с требованиями современной передовой техники, с учетом норм технического проектирования и правил безопасности.
Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.
Расчетно-пояснительная записка содержит:
1) Титульный лист, согласно СТП ВСГТУ 10-99;
2) Задание на курсовой проект;
3) Подробное описание назначения, области применения, работы и особенности конструкции основных узлов и деталей проектируемого оборудования. Описание конструкции машины должно сопровождаться критическим анализом конструкцией подобного рода машин;
4) Кинематический расчет и расчет основных параметров: производительности, мощности, числа оборотов и др.;
5) Конструктивные расчеты на прочность основных узлов и деталей;
6) Основные правила эксплуатации и техники 2. НАЗНАЧЕНИЕ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ безопасности при работе данного оборудования;
И КЛАССИФИКАЦИЯ ВАЛКОВЫХ АГРЕГАТОВ 7) Список использованной литературы.
Расчеты необходимо сопровождать пояснениями, Во многих отраслях промышленности схемами и ссылками на используемые источники. строительных материалов (керамической, стекольной, Объем расчетно-пояснительной записки должен цементной и др.) широкое распространение получили составлять 30-40 рукописного текста на листах формата валковые агрегаты (валковые дробилки и вальцы), 210х293. Кроме того, студентом могут быть представлены предназначенные для крупного, среднего, мелкого и электронная версия расчетно-пояснительной записки и тонкого измельчения материалов малой и средней программа для определения параметров проектируемой прочности, удаления из глины каменистых включений и машины с необходимыми пояснениями к использованию т.д. В валковых дробилках измельчение материала программы. осуществляется раздавливанием, частично растиранием, Графическая часть проекта должна включать: ударом или изгибом между двумя вращающимися а) общий вид механизма, машины или установки;
навстречу друг другу валками с гладкой, зубчатой или б) общий вид проектируемых узлов;
рифленой поверхностями.
в) рабочие чертежи основных деталей (по указанию Достоинства валковых дробилок: простота руководителя);
устройства, надежность в работе, небольшой расход Общий объем 2 листа формата А22. энергии. Недостатки: дробилка с гладкими валками может Чертежи общих видов машины, ее узлов и деталей измельчать относительно небольшие куски материала, должны иметь необходимое число проекций (не менее двух) небольшая производительность, наличие вибрации и и разрезов, обеспечивающих ясность и наглядность необходимость равномерного непрерывного питания конструкции. Необходима на всех чертежах простановка валков во избежание снижения их эффективности. К основных размеров: привязочных, установочных, недостаткам валковых дробилок можно отнести также габаритных, посадочных с соответствующими допусками, а неоднородный зерновой состав готового продукта с на рабочих чертежах деталей классов чистоты большим количеством плоских и удлиненных зерен.
поверхностей. Наиболее распространены дробилки с гладкими Спецификация основных узлов и деталей валками, которые применяются для среднего и мелкого помещается на чертежах или в расчетно-пояснительной дробления пород средней прочности (сж=150 Мпа), с записке. В правом нижнем углу листа проставляется штамп рифлеными и зубчатыми валками, использующиеся для установленной формы.
крупного и среднего дробления хрупких и мягких пород (сж 80МПа).
В производстве теплоизоляционных материалов используются дырчатые вальцы для измельчения глины и для попутного формования из нее гранул.
Валковые машины для измельчения и переработки в) с ременной передачей (рис.1, б);
материалов подразделяются на следующие группы: г) с редукторным приводом и ременной передачей 1) валковые дробилки с зубчатыми, рифлеными и (рис.1, г).
гладкими валками;
2) вальцы для переработки глиняных масс;
3) дырчатые и камневыделительные вальцы;
4) валковые агрегаты для тонкого измельчения (распушивания) материала - бегуны.
Валковые дробилки в свою очередь классифицируются следующим образом.
По назначению и форм рабочей поверхности:
а) для тонкого, мелкого и среднего дробления материалов - с гладкой поверхностью валков, с продольными полукруглыми выемками на одном из валков (рис.1, а, б);
б) для крупного дробления глинистых материалов с зубчатыми валками (рис.1, в);
в) для среднего и мелкого дробления глинистых материалов и удаления камней - с одним гладким и другим рифленым валками (рис..1, д) и с валками, имеющими винтовую поверхность (рис.1, е).
По методу установки подшипников валков:
а) с одной парой подвижных и одной парой неподвижных подшипников (рис.1);
б) с неподвижно установленными подшипниками;
в) с подвижно установленными подшипниками у двух валков.
Рис. 1.
По количеству валков в дробилках:
а) с одной;
в) с четырьмя.
В шестеренчатом приводе ввиду подвижности б) с двумя;
валков шестерни выполняют с удлиненными зубьями, что По устройству привода:
снижает надежность его работы. Поэтому в современных а) с редукторным приводом и карданными конструкциях каждый валок имеет привод через валами (рис.1, а);
карданные валы или индивидуальный привод.
б) с шестеренчатым приводом (рис.1, в);
3. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ. средней части, используются валки со сменными РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ бандажами, изготовленными из закаленного чугуна, углеродистой или марганцовистой стали.
3.1. Валковые дробилки Валковые дробилки, используемые в промышленности строительных материалов, имеют валки По конструктивному исполнению валковые диаметром 0,4-1,5 м и шириной 0,41,0 м. Степень дробилки бывают одно-, двух- и четырехвалковые. В измельчения в зависимости от свойств измельчаемого последнем случае одна пара валков располагается над материала, конструкции валков и принципа действия другой, т.е. четырехвалковая дробилка представляет собой дробилки следующая: для твердых пород - до 4, для две двухвалковые дробилки, смонтированные в одном мягких вязких - до 68, при дроблении в зубчатых валках корпусе.
вязких глинистых материалов - 1112 и более.
Указанное сочетание пар валков обеспечивает Производительность в зависимости от размера валков, двухстадийное дробление: грубое - верхней парой, тонкое - частоты их вращения и вида измельчаемого материала нижней. Степень измельчения составляет 1620.
колеблется от 1,4 до 27,0 кг/с (5100 т/ч) и более.
Валковые дробилки мелкого и среднего дробления Для среднего дробления глинистых пластичных имеют конструктивные оформления в виде валков с материалов с одновременным удалением твердых гладкой, рифленой или зубчатой поверхностью и различно включений (камней, инородных тел) используются оформленным приводом. Зазор между валками камневыделительные (дезинтеграторные) валковые устанавливается 3-30 мм. Валки, подшипники, дробилки (рис.1, г). Валки имеют разные диметры, кроме направляющие, пружинные амортизаторы и привод валков того, большой валок с гладкой поверхностью, а меньший - отличаются разнообразием конструкций. Привод валков с ребристой.
осуществляется от электродвигателя через редуктор и Имеются камневыделительные дробилки карданные валы, которые обеспечивают передачу вращения (см.рис1,е), у которых один из валков выполнен с валками. При разной окружной скорости валков с гладкой винтовой поверхностью. Глиняная масса подается в зазор поверхностью они дробят материал раздавливанием и между валками, при этом относительно крупные истиранием, а в дробилках с зубчатыми валками - ударом и каменистые куски не затягиваются между валками и под изгибом.
действием винтовой поверхности выводятся из зоны Для тонкого дробления материалов применяют валки валков.
с гладкой поверхностью. Зазор между валками составляет 1 2 мм. Для обеспечения, кроме раздавливающего Определение угла захвата.
воздействия, и истирающего валки вращаются с различной Углом захвата называют угол, образованный частотой и имеют, как правило, индивидуальный привод.
касательными, проведенными через точки Так как истирающее воздействие на дробимый материал соприкосновения куска материала с поверхностью валков.
интенсифицирует износ рабочей поверхности валков в В момент захвата кусков материала диаметром d в точках соприкосновения его с валками возникают силы нормального давления P, действующего на материал под или ------ tg : 2.
углом /2 (рис.2).
Следовательно, для нормальной работы валков необходимо, чтобы угол захвата был меньше двойного угла трения. На практике в большинстве случаев принимают =32-48, что соответствует коэффициенту трения f=0,3-0,45.
Определение соотношения между диаметром валков и размеров кусков материала, поступающих в дробилку.
Из рис.2 видно, что D dТ D d Рис. 2.
--- + --- = ( --- + --- ) cos --- (3) Сила P раскладывается на составляющие силы P 2 2 2 2 cos/2 и выталкивающую P sin /2. С другой стороны под или прямым углом к силе P действует сила трения F=Pf, которая раскладывается на силу Pf sin /2 и втягивающую D + dТ = ( D + d) cos --- (4) материал Pf cos /2. Очевидно, для нормальной работы валковой дробилки необходимо, чтобы было соблюдено Разделив уравнение на d, получаем:
условие 2 P sin /2 2 Pf cos /2 (1) D dТ D Разделив обе части неравенства на 2 P cos /2, --- + --- = ( --- + 1 ) cos --- (5) получаем d d d Принимая по данным практики dТ/d=1/4 (т.е.
tg --- f (2) степень измельчения d/dТ = 4), из уравнения получаем D --- ( 1 - cos --- ) = cos --- - --- (6) но f = tg ( - угол трения), тогда tg --- tg d 2 2 Определение производительности валковых дробилок.
D ( 1 - cos --- ) Производительность валковых дробилок по массе, кг/с:
откуда d = ------------------------ (7) Qm = BdТ VK, (10) cos --- - --- где B - ширина валков, м;
V - окружная скорость 2 Величина коэффициента трения f кусков твердых вращения валков, м/с;
- объемная масса дробимого пород (известняка, песчаника, гранита и т.д.) о поверхность материала, кг/м3;
K - коэффициент, учитывающий стального валка в среднем равна 0,3, а для кусков влажной использование ширины валков и степень разрыхления глины - 0,45. Для указанных значений f предельный угол материала. Для твердых пород K = 0,2 0,3, для влажных =/2 составляет соответственно 1640Т и 2420Т.
вязких материалов (глин) K= 0,4 0,6.
Таким образом, отношение D/d для твердых пород При измельчении твердых пород возрастает сопротивление раздавливанию: валки, сжимая пружины, D cos 1040Т - 0,25 раздвигаются на величину 1,25a.
--- = -------------------------- 17 (8) Тогда, если V = Dn, то d 1 - cos 16 40Т Qm = 1.25 B dТ Dn K (11) Частота вращения валков с учетом действия на при дроблении глин карьерной влажности материал, находящийся на вращающемся цилиндре, центробежной силы, определяется по формуле проф.
Л.Б.Левенсона, с-1:
D cos 2420Т - 0, f --- = -------------------------- 7,5 (9) nmax 102,5 - -------- (12) d 1 - cos 2420Т d D Для обеспечения надежного захвата материала Практически с целью уменьшения износа валками дробилки полученные значения увеличивают от поверхности валков частоту их вращения принимают до 25%. Обычно для гладких дробилок отношение D/d принимают равным 20, для зубчатых и рифленых валков - 2 равной nср = ( 0,40,7 ) nmax. Окружная скорость валков составляет 2-7 м/с.
6, так как в последнем случае кусок материала Усилия в деталях валковой дробилки определяется затягивается при непосредственно захвате его поверхности нагрузкой, которая создается пружинами рабочего органа.
предохранительного устройства. Эта нагрузка зависит от многих факторов и может быть вычислена лишь приближенно.
Сила нормального давления, действующая на материала о валок, Вт;
N3 - мощность, затрачиваемая на материал (усилие раздавливание), H:
преодоление трения в цапфах валков, Вт;
- к.п.д.
Pср = сж F K (13) привода.
Мощность, затрачиваемая на дробление где сж - предел прочности материала при сжатии, H/м2, материалов, Вт для мягких пород сж =80МПа, для прочных сж 150МПа N1 = An = Pср Г S n (18) (H/м2 = 10-6 МПа);
F - площадь дробления, м2;
K - где Pср Г - среднее значение силы нормального давления, коэффициент разрыхления материала (для прочных пород Н, Pср Г = Pср cos /2;
S - суммарный путь, который K = 0,2 0,3, для глины K = 0,4 0,6).
проходит точка приложения сил нажатия обоих валков на Полагая, что F=Bl = BR, где l - длина дуги на материал, м участке измельчения материала, м;
R=D/2 - радиус валка, м;
S= 2R (1 - cos /2) (19) - угол дуги, рад, = /2.
Мощность, затрачиваемая на преодоление трения Формула (13) принимает следующий вид при материала о валок, Вт:
дроблении твердых пород (=1640Т ):
Pср 0,04 сж BD (14) N2= f N1 (20) при дроблении глин ( = 2420Т ):
где f - коэффициент трения материала о поверхность Pср 0,1 сж BD (15) валков.
Полагая, что точка приложения среднего Мощность, затрачиваемая на преодоление трения в нормального давления находится на половине дуги l, цапфах валков, Вт:
находим ее значение:
N3=dц 2Gp fnp n (21) где dц - диаметр цапфы валков, м;
Gp - результирующая P = Pср cos --- (16) ср Г сила от силы нормального давления Pср Г (считаем, что она направлена горизонтальна) и силы тяжести валка Gb, H;
Максимальная сила нормального давления на оси fnp - приведенный к валу коэффициент трения качения, валков должна компенсироваться силой сжатия пружин fnp=0, подвижного валка.
Мощность электродвигателя валковой дробилки, Вт:
Gp = P2 + G2 B (22) ср Г N1 + N2 + N По найденному значению потребной мощности Nдв Nдв=------------------- (17) подбирают электродвигатель и производят кинематический расчет механизма.
где N1 - мощность, затрачиваемая на дробление материала, Вт;
N2 - мощность, затрачиваемая на преодоление трения 3.2. Дырчатые вальцы Необходимые условия работы дырчатых вальцов - обеспечение втягивания формуемого материала в Дырчатые вальцы используются для вторичного межвалковое пространство. Это достигается, когда сумма измельчения влажной глины, а также при производстве сил, выталкивающих материал, не превышает суммы сил, керамзита путем формования из глины сырцовых гранул втягивающих материал, т.е. когда угол захвата 2. При (см.рис.3).
этом считается, что f1 + f tg = ----------, (23) где f1 - коэффициент трения глины о глину, f1 =0,7;
f - коэффициент трения глины о металл, f =0,3.
Производительность дырчатых вальцов, кг/с:
Q = m Z n, (24) где m - масса одной гранулы, кг;
Z - количество отверстий на поверхности валков;
n - частота вращения вальцов, c-1/ Масса одной гранулы, кг d Рис. 3.
m= ------- l, (25) Каждый из вальцов состоит из литого барабана, в ободе которого сделаны сквозные окна. Последние где d - диаметр формуемого жгута (гранулы), равный перекрываются стальными листами с овальными и диаметру отверстий на поверхности вальцов, м (в случае круглыми отверстиями. Глиняная масса, захватываемая использования конусных отверстий диаметр жгута равен вращающимися навстречу друг другу вальцами, диаметру отверстия на внутренней поверхности вальцов);
раздавливается, истирается, продавливается через отверстия l - длина формуемого жгута, м;
- объемная масса корпуса барабана. Разгрузка сырцовых гранул материала, кг/м3.
осуществляется через полые торцевые поверхности Количество отверстий на поверхности вальцов формующих вальцов, так как их внутренняя часть выполнена в виде усеченных конусов, расширяющихся к 4 ВД Кисп открытым торцевым поверхностям. В остальном z = -------------- (26) конструктивно дырчатые вальцы аналогичны валковым d дробилкам.
Если наружный диаметр конуса равен d2, а где В - рабочая ширина вальцов, м;
Д - диаметр вальцов, м;
внутренний - d, то Кисп - коэффициент использования поверхности вальцов.
Коэффициент использования вальцов d Sотв d ---- l Кисп = ------ = ------ = 0,785 (27) 4 Sяч 4d hk = l --------------- = ---------- l 0,682 (30) где Sотв - площадь отверстий в элементарной ячейке.
d2 l (3+2) 3 + (Элементарная ячейка на поверхности вальцов состоит из --------------- четырех окружностей с центрами в вершинах квадрата, сторона которого равна диаметру окружности d).
В реальных условиях для получения заданной Коэффициент использования поверхности одного длины жгута целесообразно использовать нож (струну), вальца отделяющий материал от внутренней поверхности Кисп вальцов.
КТ = ------ = 0,392 (28) исп Усилие формования гранул (распорное усилие), Н Pср = F k = R k (31) Уменьшение нерабочей поверхности, облегчающее где - предел прочности при сжатии, зависящий от процесс формования гранул, может быть достигнуто при физико-механических свойств материала (консистенции, использовании конусных отверстий с диаметрами влажности, минералогического состава и т.д.), для глин окружностей на наружной и внутренней поверхности влажностью 15-17% вальцов d2 и d соответственно.
=(78)105, H/м2 (32) При выборе длины формуемого жгута целесообразно пользоваться следующим условием: толщина F - площадь контакта вальца с материалом, м2;
k - стенки вальцов h с цилиндрическими отверстиями должна коэффициент разрыхления материала, R - радиус вальцов, быть равна l, с коническими - hk меньше на величину, м;
- угол обжатия материала в вальцах, рад.
равную отношению объема усеченного конуса к объему Мощность электродвигателя дырчатых вальцов, Вт:
цилиндра, диаметр которого равен диаметру меньшего основания конуса (при равных высотах):
N1 + N2 + N Nдв = -------------------, (33) Vц Hk= l ----- (29) где N1 - мощность, затрачиваемая на формование гранул, Vk Вт;
N2 - мощность, затрачиваемая на преодоление трения материала о вальцы, Вт;
N3 - мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках вальцов, Вт;
- к.п.д. привода.
Мощность, затрачиваемая но формование гранул, Вт N1 = Kм A n (34) где KM - конструктивный коэффициент мощности, KM 21;
A - работа, затрачиваемая на формование гранул, Дж.
Дальнейшие расчеты аналогичны расчетам параметров валковой дробилки.
Рекомендуемая литература:
1. Борщевский А.А., Ильин И.С., Механической оборудование предприятий строительной индустрии. М., Высш. школа, 2. Сапожников М.Я., Дроздов Н.Е. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. М., 3. Константопуло Г.С. Примеры и задачи по механическому оборудованию предприятий сборного железобетона., М., Высш. школа, 1984.
ВАЛКОВЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине УМеханическое оборудование предприятий строительной индустрииФ Составитель: Дамдинова Д.Р.
Подписано в печать 22.05.2002 г. Формат 60х84 1/16.
Усл.п.л. 1,91, уч.-изд.л. 0,7. Тираж 30 экз. С. 139.
Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская,40,а ВСГТУ, 2002 г.