Бегуны для переработки кусковых, порошкообразных и волокнистых материалов. Методические указания к курсовому проектированию

Министерство образования Российской Федерации Восточно – Сибирский государственный технологический университет

Бегуны для переработки кусковых, порошкообразных и волокнистых материалов Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии»

Составитель: Дамдинова Д.Р.

Издательство ВСГТУ Улан – Удэ 2002

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии» для студентов специальности 290600 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций направлений 55100, 653500 Строительство Рецензент: Чимитов А.Ж.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ. Выполнение курсового проекта по механическому оборудованию предприятий строительных материалов имеет целью систематизацию, закрепление и расширение теоретических знаний, углубленное изучение одного из вопросов, поставленных в проекте, овладение навыками самостоятельного решения инженерных задач, 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 безопасности при работе данного оборудования; 7) Список использованной литературы.

Расчеты необходимо сопровождать пояснениями, схемами и ссылками на используемые источники. Объем расчетно-пояснительной записки должен составлять 30-40 рукописного текста на листах формата 210х293. Кроме того, студентом могут быть представлены электронная версия расчетно-пояснительной записки и программа для определения параметров проектируемой машины с необходимыми пояснениями к использованию программы. Графическая часть проекта должна включать: а) общий вид механизма, машины или установки; б) общий вид проектируемых узлов; в) рабочие чертежи основных деталей (по указанию руководителя); Общий объем 2 листа формата А22. Чертежи общих видов машины, ее узлов и деталей должны иметь необходимое число проекций (не менее двух) и разрезов, обеспечивающих ясность и наглядность конструкции. Необходима на всех чертежах простановка основных размеров: привязочных, установочных, габаритных, посадочных с соответствующими допусками, а на рабочих чертежах деталей классов чистоты поверхностей. Спецификация основных узлов и деталей помещается на чертежах или в расчетно-пояснительной записке. В правом нижнем углу листа проставляется штамп установленной формы.

2. КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ БЕГУНОВ. ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Бегуны широко используются в различных отраслях промышленности строительных материалов - керамической, огнеупорной, стекольной, асбестоцементной и др. Они предназначены для мелкого дробления (до 3 ÷8⋅10-3 м) и грубого помола (до 0,2÷0,5⋅10-3 м) сырьевых материалов. В бегунах измельчают такие материалы, как доломит, известняк, влажную и сухую глину, кварц, бой керамической продукции, шамот и др. В асбестоцементной промышленности их широко используют для первой стадии распушки асбеста. Применение бегунов, имеющих меньшую эффективность (по сравнению, например, с валковыми дробилками), обусловлено удовлетворением специальных технологических требований, когда наряду с измельчением необходимо обеспечить уплотнение, растирание, обезвоздушивание масс. Измельчение в бегунах осуществляется в результате раздавливания с одновременным истиранием между цилиндрической поверхностью катков и плоской поверхностью чаши (пода) бегунов, по которой перекатываются катки. Существующие типы бегунов могут быть классифицированы по конструкции, технологическому назначению и способу действия. По конструкции различают бегуны с неподвижной чашей, с вращающейся чашей, с верхним и нижним приводом. Катки бегунов изготавливают из материала или камня (гранита, кварца, каменного литья и др.). Иногда катки и чашу бегунов выполняют каменными. Это обусловлено технологическими требованиями производства, лимитирующими содержание железистых примесей в

измельчаемом материале. Размеры и масса катков являются техническими характеристиками бегунов. На рис. 1 изображены кинематические схемы основных типов бегунов, выпускаемых промышленностью.

Рис. 1. Кинематические схемы бегунов: а - с неподвижной чашей; б – с вращающейся чашей; в – с вращающейся чашей и подвешенными катками

У бегунов с неподвижной чашей (см. рис.1.,а) к верхней части вертикального вала 1 шарнирно прикреплены кривошипы осей 2 катков 3 и 4. Катки при вращении вала катятся по неподвижной чаше 5, вращаясь при этом вокруг своих горизонтальных осей 2. Шарнирное крепление осей к валу при помощи кривошипа обеспечивает свободное поднятие катков при попадании в чашу больших кусков материала или недробимых предметов. Для увеличения рабочей поверхности измельчения чаши катки устанавливаются на различном расстоянии от вертикального вала l1, l2. Вертикальный вал получает вращение от двигателя и редуктора через коническую пару 6. Измельчаемый материал вначале поступает на внутреннюю дорожку 7, где раздавливается и истирается катком 4, расположенным ближе к центру чаши, а затем направляется скребками на внешнюю периферийную дорожку 8 из дырчатых плит с овальными отверстиями размером от (6х30)⋅10-3 до (12х40)⋅10-3м в зависимости от требуемой крупности готового продукта. Чтобы отверстия не забивались, их выполняют книзу расширенными. Каток 3 продавливает материал сквозь отверстия в дырчатых плитах на вращающуюся с валом тарелку 9, с которой удаляется неподвижно укрепленным скребком. Масса удаленного катка меньше, чем масса катка, расположенного ближе к оси машины, что уравновешивает центробежные силы обоих катков. К вертикальному валу бегунов прикреплены поводки со скребками, очищающие борта и дно чаши от налипшего материала и равномерно падающие его под катки. Бегуны с вращающейся чашей имеют верхний привод (см. рис.1, б). Катки 3 и 4 бегунов расположены на горизонтальной оси 2 и вращаются на ней, увлекаемые силами трения при вращении чаши 5. Концы горизонтальной оси катков находятся в направляющих 7, по которым ось с катками может перемещаться вверх или вниз в зависимости

от слон материала в чаше или при попадании под каток недробимого предмета. В верхней части вертикального вала 1 расположена коническая зубчатая пара 6, получающая вращение от привода. В нижней части вала 1 жестко закреплена ступица чаши. Дно чаши у центра и под катками выполнено из сплошных плит, а по периферии чаши расположено кольцевое сито 8. Скребковые устройства равномерно подают поступающий сверху из загрузочной воронки исходный материал под катки, а измельченный - на кольцевое сито. Не прошедшие сквозь отверстия сита куски снова подаются скребками под катки. Просеянный материал поступает на неподвижный поддон, с которого подается скребком в сборный лоток. Производительность бегунов (см. рис.1 а, б) лимитируется частотой вращения вертикального вала пв. (пв≤0,3÷0,06с-1). Превышение указанного предела в бегунах с неподвижной чашей связано с созданием более сложной конструкции крепления бандажей и ступиц бегунов к осям, а также с более тщательной балансировкой вращающихся масс. При превышении допустимой частоты вращения вертикального вала в бегунах с вращающейся чашей измельчаемый материал будет отбрасываться к бортам чаши. Повышенная частота вращения вертикального вала пв допускается в бегунах специальной конструкции (см. рис.1, г). Измельчаемый материал выгружается под действием центробежных сил в регулируемый зазор между дном 9 и бортом 10 чаши. Частицы, размер которых больше, чем зазор, подаются скребками под катки. Ось 11 катков 3 и 4 соединена тягами 12 с поперечиной 13, которая через пружину опирается на раму. Действие пружины таково: если в чаше нет измельчаемого Материала, то зазор между катком и дном чаши составляет (8÷10)⋅10-3 м. При работе машины катки поднимаются,

освобождая пружину, а следовательно, и раму от нагрузки (увеличивая нагрузку на чашу). Данная конструкция подвески катков облегчает пуск бегунов и снижает нагрузки на оси катков. Привод бегунов может иметь нижнее или верхнее исполнение. Для снижения массы катков и обеспечения необходимой для измельчения материала силы их нажатия в бегунах устанавливают дополнительные пружины, гидравлические или пневматические устройства. По технологическому назначению различают бегуны мокрого способа измельчения материалов (с влажностью 1518% и выше); бегуны сухого и полусухого измельчения сыпучих материалов (с влажностью не выше 10-12%), смесительные бегуны для смешивания, уплотнения и измельчения различных компонентов смеси влажностью не выше 10-12%. Бегуны с неподвижной чашей и нижним приводом (см. рис.1, а) применяют для мокрого измельчения глин. Технические характеристики бегунов см. в табл. 1. Таблица 1 Тип

Размер катков, м

Масса катков, кг

С неподвижной чашей и нижним приводом

1,2х0,3 1,8х0,55

(2÷7)⋅103

С вращающейся чашей и верхним приводом или подвешенными катками

0,6х0,2 1,8х0,45

до 7⋅103

Производ Расход иэнергии, тельность (кВт⋅ч/т) бегунов, т/ч 10÷28

1,4

0,5÷10

2,2÷4

Смесительные бегуны используют преимущественно для измельчения с одновременным перемешиванием и растиранием обрабатываемых материалов (например, слабоувлажненной массы в производстве огнеупорных изделий). Бегуны имеют глубокую чащу со сплошным дном, куда порционно загружается до 10 кг массы. Периодически опускаемые в чашу специальные скребки обеспечивают ее выгрузку через борт в вагонетку или на транспортер. Бегуны для растирания асбеста имеют два чугунных катка массой 3⋅103 кг каждый, оси которых связаны с вертикальным валом, вращающимся с частотой 0,27 с-1. Масса асбеста влажностью 32÷37%, загружаемая в чашу со сплошным дном, составляет до 150 кг. По способу действия различают бегуны непрерывного и периодического действия. Смесительные бегуны работают периодически, время обработки массы составляет 12÷25 мин. Расчет параметров бегунов. Необходимое условие нормальной работы бегунов в том, что угол захвата α не должен превышать двойного угла трения ϕ, т.е. α≤2ϕ (рис.2). Значения коэффициента трения находятся в пределах ƒ = tg ϕ =0,3÷0,5, что соответствует углу захвата α ≈ 30÷50°. Коэффициент трения и угол захвата для более твердых пород меньше, чем для более мягких. Соотношение между диаметром d поступающего куска материала и диаметром D катка

Соотношение между диаметром d поступающего куска материала и диаметром D катка D = (4,6÷14) d (35) При условии, что материал не должен выбрасываться из чаши центробежной силой, возникающей при ее вращении (за исключением бегунов с центробежной разгрузкой материала), угловая скорость ω вертикального вала бегунов, рад/с

ω≤

ƒg Rн

(36)

Полагая ω = 2 π n, определим частоту вращения п, с n ≤ 0, 5

ƒ

----Rн Для твердых пород при ƒ = 0,3

ω≤

0,3 ⋅9,81 1,72 ------------ ≤ ----------RН √ RН

n ≤ 0,5

-1

0, 3 0,27 ---------- ≤ -------√ RН RН

(37)

(38)

(39)

где Rн - наружный радиус качения катков, м. Для влажных пород при ƒ = 0,5

ω ≤

n ≤ 0,5

2,2 0,5 ⋅ 9,81 ------------- ≤ -------√ RН

(40)

0,5 0,35 -------- ≤ -------√ RН RН

(41)

работы агрегата и т. д., и ввиду сложности теоретического обоснования определяется по эмпирической зависимости. У бегунов мокрого измельчения материалов, кг/с Q = S l ( a+b ) γ n μ

где S - площадь одного отверстия в плите, м; l - длина глиняного прутка, продавливаемого сквозь отверстия в плите при одном проходе катка, м (для глин с влажностью 20-22% величину следует принимать равной (20 ÷ 25) ⋅ 10-3 м); a - число отверстий, перекрываемых внутренним катком за один оборот вертикального вала; b - число отверстий, перекрываемых внешним катком за один оборот вертикального вала; γ - плотность глиняных прутков, кг/м3; n - частота вращения вертикального валя, с-1; μ поправочный коэффициент, μ=0,8÷0,9. У бегунов сухого помола, кг/с Q = 6 ⋅ 10-4 mD’n (43) где m - масса катка, кг; D’ - диаметр чаши, м. Мощность N двигателя привода бегунов, Вт N1 + N2 + N3 N=--------------------Kд

η

Производительность бегунов Q зависит от совокупного влияния множества факторов - физикомеханических характеристик измельчаемого материала, его влажности, конструктивных особенностей, режима

(42)

(44)

где N1 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения качения катков по материалу, Вт; N2 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения скольжения катков по материалу, Вт; N3 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения скребков о чашу и катки, Вт; Kд коэффициент динамичности, определяющий долю общей мощности двигателя, необходимую для преодоления пускового момента и сил инерции, возникающих при

ускорении вращающихся масс до приобретения ими постоянных рабочих угловых скоростей (Kд=1,2÷1,4, а при пуске машины без загрузки ее материалом Kд=1,0 ); η к.п.д. привода бегунов, η=0,7÷0,8. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения качения катков по материалу, Вт (45) N1 =P V Z = G μ1 2π R nk Z где P - сила тяги, Н; V - средняя окружная скорость катков, м/с; Z - количество катков; G - сила нажатия катка на дно чаши, Н; μ1 – коэффициент тяги, μ1=0,05÷0,10; R – средний радиус качения, м; nk – частота вращения катков, с-1 2R nк=n ---D Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения скольжения катков по материалу, Вт N2 = 1,57 Gƒ B nk Z (46) где B - ширина катка, м. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения скребков о чашу и катки, Вт N3 = P1 I Vскр ƒ1 (47) где Р1 – сила нажатия скребков на чашу, Р1 =1000Н; I – количество скребков; V – скорость относительно движения скребков, м/с; Vскр= 2πRn; ƒ1 – коэффициент трения кребков о чашу, ƒ1 ≈ 0,2. Задавшись исходными геометрическими и скоростными параметрами бегунов, по вышеприведенным формулам можно рассчитать их основные характеристики.

Рекомендуемая литература: 1. Сапожников М.Я., Дроздов Н.Е. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. М., Изд-во литературы по строительству, 1970. 2. Мартынов В.Д. Строительные машины и монтажное оборудование, М., Высш. школа, 1984. 3. Константопуло Г.С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов. М., Высш. школа, 1988.

БЕГУНЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ КУСКОВЫХ, ПОРОШКООБРАЗНЫХ И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии»

Составитель: Дамдинова Д.Р.

Подписано в печать 24.05.2002 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 0,93, уч.-изд. 0,7. Тираж 50 экз. С. 139. Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,а ВСГТУ, 2002 г.