Принцип работы барабанной мельницы

ВВЕДЕНИЕ

Производство строительных материалов России, сегодня развивается, но, всё равно, при более низком качестве, стоимость продукции приближается к мировым уровням из-за более высоких экономических трат на производство. Из-за больших дополнительных трат на производство строительных материалов, не смотря на низкое качество продукта, стоимость получается неоправданно высокой. И это выражается не только в небольшом ассортименте таких изделий, но и в их низких показателях долговечности, экологической безопасности, внешнего вида и качества. Все дело в том, что у предприятий не остается денег на модернизацию производства, они вынуждены работать с «тем, сто есть», то есть, с практически полностью изношенным оборудованием, которое еще в прошлом веке было признано устаревшим. Да и само качество сырья, используемого в процессе производства, не выдерживает мировых требований в этой области.

В то же время, у той продукции, которая производится отечественными предприятиями, есть огромный рынок сбыта, множество людей и предприятий готовы приобретать именно отечественные материалы для строительства. Сегодня имеются позитивные подвижки: отечественные производителя стремятся к выпуску более качественных строительных материалов, они представлены на рынке в большем объеме, а на некоторых направлениях и вовсе наблюдается замещение и смещение иностранных производителей.

Выжнейшим технологическим процессом при производстве цемента, извести, керамических изделий и т. п. является измельчение различных материалов до частиц размером менне десятых долей мм.

Энергоемкость процесса помола большая. Однако на измельчение материалов расходуется лишь часть энергии, потребляемой помольной машиной. Значителная часть ее теряется в виде тепла, звука, а также на изнашивание рабочих органов и т. д. Учитывая, что тонкому измельчению подвергаются большие массы материалов (сотни миллионов тонн), становится очевидно экономическое значение совершенствования этого процесса и оборудования.

В современном производстве для помола материалов используют барабанные (шаровые и стержневые), среднеходные, ударные, вибрационные и струйные мельницы. Развитие конструкций этих аппаратов, снижение стоимости и увеличение долговечности позволят улучшить технико-экономические характеристики и эффективно применять их.

Задача данного проекта — изучить принцип работы барабанной мельницы, описать классификацию, указать преимущества и недостатки данного агрегата, описать патенты на изобретения, т. е. произвести литературно-патентный анализ на основе различных источников литератцры. Также необходимо произвести конструирование и расчет параметров агрегата.

1. Литературно-патентный анализ

1.1 Литературный анализ Барабанные (шаровые) мельницы относятся к машинам для тонкого измельчения (помола). К таким машинам также относятся: молотковые, кольцевые, трубные, вибрационные мельницы, а также мельницы струйной энергии. Шаровые мельницы могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

По конструкции барабана и наличию перегородок:

1) цилиндрические однокамерные и многокамерные;

2) конические.

По принципу работы:

1) периодического действия (рисунок 1, а);

2) непрерывного действия — с периферической разгрузкой и с разгрузкой через полую цапфу (рисунок 1, б-д).

По роду футеровки и характеру мелющих тел:

1) с неметаллической футеровкой и металлическими, мелющими телами;

2) с металлической футеровкой и металлическими мелющими телами — шарами, короткими цилиндрами или стержнями.

По конструкции привода:

1) с периферийным (шестеренчатым) приводом;

2) с центральным приводом.

По способу загрузки и разгрузки материалов:

1) через люк (рисунок 1, а);

2) через пустотелые цапфы (рисунок 1, б, д);

3) с загрузкой через цапфу и разгрузкой сквозь стенки барабана

(рисунок 1, в).

Мельницы могут работать в открытом или замкнутом цикле при условии непрерывного действия. В последнем случае выведенный из мельницы материал, подвергается сортировке и крупные частицы возвращаются в мельницу на домол. при такой схеме работы материал, измельченныйдо требуемого размера частиц, непрерывно удаляется из мельницы, что повышает эффективность ее работы. В барабанных мельницах можно размалывать материал, как сухим, так и мокрым способом.

Рисунок 1 — Основные схемы барабанных мельниц В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана, в который помещены тела (шары, стержни). При вращении барабана мелющие тела и материал сначала движутся по круговой траектории, (рисунок 2) а затем, отрываясь от стенки, падают по параболе. помол материала осуществляется в результате истирания при относительном перемещении шаров и частиц материала, а также удара шаров по материалу при падении их с некоторой высоты.

Барабан мельницы приводится во вращение через зубчатый венец или через центральную цапфу (рисунок 1, ж) Рисунок 2 — Схема движения шаров в барабанной мельнице Преимущества шаровых мельниц: высокая тонкость помола, однородность материала, легкость регулирования степени измельчения, простота и надежность конструкции.

Их недостатки: большой расход энергии, большие масса и размеры, резкий шум при работе.

Шаровые мельницы периодического действия используют в основном для тонкого помола мокрым способом многокомпонентных смесей при производстве электротехнического и хозяйственного фарфора, фаянсовых строительных изделий, глазурей, эмалей и других материалов. Производительность при мокром помоле на 25…30% выше, чем при сухом, так как вода способствует быстрейшему измельчению.

Мельница периодического действия состоит из барабана и привода. Барабан опирается на два подшипника, в средней части имеет люк, через который осуществляют загрузку и выгрузку материала, воды и мелющих тел. Во время работы люк закрыт крышкой. Диаметр барабанов таких мельниц 1000…2300 мм.

Короткие цилиндрические мельницы непрерывного действия с разгрузкой через полую цапфу широко применяют для сухого и мокрого помола. Материал питателем подается через одну из полых цапф, размалывается, продвигаясь вдоль барабана, и разгружается через противоположную цапфу. Чем больше подается материала на помол, тем быстрее он проходит через мельницу, тем крупнее частицы на выходе и выше производительность.

Однокамерная мельница с диафрагмой (рисунок 3) представляет собой цилиндрический барабан 6, к которому прикреплены торцовые днища 4. Днища отливают совместно с полыми цапфами, которыми барабан опирается на подшипники, имеющие самоустанавливающиеся вкладыши 2. Барабан и днища со стороны загрузки футерованы стальными бронеплитами, которые к днищукрепятся болтами, а в барабане располагаются параллельными, примыкающими друг к другу кольцами. В каждом кольце рядовые бронеплиты 13 замыкаются клиновой плитой 14, прикрепляемой к барабану двумя болтами. Шары общей массой 3000 кг загружают через люк, который закрывают крышкой 5. Для облегчения загрузки и разгрузки материала полые цапфы снабжены конусными втулками 3 и 11, расширяющимися в направлении движения материала. При мокром помоле материал в барабан подают улитковым питателем 1, который при каждом обороте барабана зачерпывает порцию материала из бассейна и направляет ее в конусную втулку 3. Производительность мельницы регулируют изменением уровня материала в питающем бассейне.

Рисунок 3 — Однокамерная мельница с диафрагмой По мере продвижения вдоль барабана материал измельчается и выходит через втулку разгрузочной цапфы. Для ускорения разгрузки мельница снабжена диафрагмой 8, которая имеет радиальные перегородки (лифтеры) 9 и конические отверстия, а для предохранения от повреждения шарами прикрыта колосниковыми плитами 12 и сплошными бронеплитами. Для удаления излишка пульпы при случайной перегрузке мельницы служит труба 10. При грубом помоле диафрагма увеличивает производительность мельницы на 15…30%, при тонком поломе ее эффективность снижается. В этом случае обычно применяют мельницы со свободной разгрузкой через полую цапфу. Барабан мельницы вращается от электродвигателя через клиноременную передачу и зубчатую пару с венцовой шестерней 7. Частота вращения барабана в минуту 28. Мощность электродвигателя 55 кВт. Производительность при мокром помоле и измельчении материала от 60 до 0,85 мм равна 6 т/ч, до 0,21 5мм — 3 т/ч, до 0,07 мм— 1,5 т/ч.

При помоле мягких материалов применяют короткие цилиндрические мельницы с разгрузкой через полую цапфу, у которых вместо шаров мелющими телами являются стальные цилиндрические стержни, примерно равные длине барабана мельницы. Эффективность измельчения мягких материалов в стержневых мельницах объясняется интенсивным истирающим действием стержней при их перекатывании и вращении.

Для повышения производительности шаровой цилиндрической мельницы при сохранении высокой тонкости помола достаточно удлинить барабан. В этом случае увеличение скорости продвижения материала вдоль барабана увеличит производительность, но время его нахождения в барабане будет достаточным для тонкого помола, длина трубных мельниц превышает их диаметр в3…6 раз. Однокамерные трубные мельницы устроены так же, как и короткие, но обладают более высокой производительностью. Работа их недостаточно эффективна из-за нерационального расположения мелющих тел.

Наиболее эффективны трубные многокамерные мельницы, у которых барабан по длине разделен дырчатыми перегородками на 2…4 камеры. Первую камеру загружают наиболее крупными шарами, следующие — более мелкими, а последнюю камеру обычно загружают мелющими телами в виде коротких цилиндриков, обеспечивающих при перекатывании интенсивное истирание материала.

Трубные многокамерные мельницы на заводах строительных материалов применяют для тонкого помола сырьевых материалов (мергеля, кварца, полевого шпата, цементного клинкера). Размер загружаемых кусков 6…50 мм, а измельченного материала менее 90 мкм. Помол может осуществляться сухим и мокрым способами.

Трубные мельницы дают равномерно измельченный материал и работают обычно в открытом цикле, однако при работе в замкнутом цикле (с сепаратором) их производительность может быть повышена на 15…20%.

Трубная четырехкамерная мельница (рисунок 4, а) состоит из барабана 4, сваренного из стальных листов и закрытого торцовыми днищами 3 и 7, двух подшипниковых опор с самоустанавливающимися нижними вкладышами, на которые опираются цапфы 2 и 8. Барабан вращается от центрального привода, состоящего из электродвигателя 11 мощностью 850 кВт, редуктора 10, понижающего частоту вращения с 975 до 19,5 мин-1, и соединительного вала 9. Медленный поворот барабана для снижения пускового момента основного двигателя при пуске мельницы, а также для поворота барабана при смене футеровки и ремонте осуществляется электродвигателем мощностью 7 кВт черездополнительный редуктор. Барабан разделен тремя решетчатыми перегородками на четыре камеры, три из которых футерованы волнистыми бронеплитами, облегчающими подъем шаров, а четвертая — гладкими, способствующими равномерному перекатыванию цилиндрических мелющих тел. Четвертая камера разделена радиальными перегородками на пять частей, благодаря чему интенсивнее происходит истирание материала и на 20% снижается удельный расход энергии—загруженные части почти полностью уравновешиваются.

Материал загружается в воронку 1 и через полую цапфу 2 поступает в барабан. Измельченный материал проходит через решетки и затем через овальные отверстия 6 днища 7 на разгрузочное сито 12, которое отделяет остатки мелющих тел, а также отколовшиеся от них частицы иматериалов кожух на разгрузочном конце барабана подключают к аспирационной установке, а для предотвращения подсоса воздуха применяют уплотняющие кольца 5. Барабан такой мельницы имеет диаметр 2550 мм и длину 13 040 мм. Масса мельницы без редуктора электрооборудования и мелющих тел 160 т, масса мелющих тел 80 т. Производительность мельницы по сухому материалу при помоле до остатка 10% на сите № 009 (90мкм) 32 т/ч.

Трубная трехкамерная мельница (рисунок 4, б) состоит из барабана 1, днища 2 с загрузочной полой цапфой, днища 8 с полой цапфой, примыкающей к разгрузочному устройству 10. Барабан футерован бронеплитами 4, имеет люк 5, разделен перегородками 3 и 6 на три камеры, а в конце снабжен разгрузочной диафрагмой 7. Вращение барабану передается электродвигателем 11 через редуктор 12 и муфту 9. Кроме описанных применяют мельницы больших размеров, а также трубные мельницы с подсушкой размалываемых материалов горячими газами и отделением достаточно измельченных частиц посредством сепараторов.

Рисунок 4 — Трубная четырехкамерная мельница Кроме описанных применяют мельницы больших размеров, а также трубные мельницы с подсушкой размалываемых материалов горячими газами и отделением достаточно измельченных частиц посредством сепараторов. Особенности устройства основных деталей шаровых мельниц. Барабаны шаровых мельниц сваривают из стальных листов толщиной от 10 до 60 мм. Толщину листа принимают обычно 0,01 от диаметра барабана для коротких мельниц и 0,02 для трубных, днища крепят болтами к кольцам (фланцам), приваренным к барабану. Для загрузки мелющих тел, смены футеровки, установки перегородок каждая камера снабжается люком, который перекрывается крышкой, имеющей защитную бронеплиту. Барабан мельницы футеруют чугунными или стальными бронеплитами, которые бывают плоскими, ступенчатыми, волнистыми и с выступами (каблуками), облегчающими подъем крупных шаров. Наиболее стойкими на истирание являются плиты из марганцовистой стали с содержанием марганца 12…14%. На скорость износа плит влияет и их форма. Некоторые из бронеплит и способы их крепления представлены на рисунке 5. Материал измельчают мелющими телами—шарами и короткими цилиндриками (цильпебсом).

Рисунок 5 — бронеплиты и способы их крепления Шары штампуют, куют или отливают из углеродистой, марганцовистой или хромистой стали. Диаметр шаров 30…100 мм, цилиндриков—16…25 мм, длина цилиндриков соответствует 1,5 диаметра. Применяют также барабанные мельницы без мелющих тел, в которых происходит самоизмельчение. Особенностью таких мельниц является большой диаметр барабана (5200 мм) при сравнительно малой его длине (1560 мм), футеровка днищ в виде треугольных в сечении концентрических колец, обеспечивающих при вращении барабана отбрасывание кусков в среднюю его часть. Для лучшего дробления кусков материала размером 12…15 мм в таких мельницах добавляют небольшое количество стальных шаров. Разгрузку измельченного материала производят воздушным потоком.

В измельчительных агрегатах подведенная энергия расходуется тем эффективнее, чем короче ее путь от привода мельницы к объектам разрушения. Энергонапряженность процесса, как и количество звеньев в цепи передачи механической энергии являются важнейшими факторами, которые определяют не только размольную мощность, К.П.Д, но и техническую надежность мельниц.

Современный этап развития техники тонкого помола характеризуется общим стремлением повысить удельные нагрузки на частицы измельчаемого материала. Для создания напряжений в частицах размерами в несколько десятков микрон необходимо обеспечить такой уровень концентрации энергии в помольной камере, который по достижению предельных значений привел бы к разрушению объекта поликристаллического строения не только по местам структурных дефектов, но и по молекулярным связям. Вместе с увеличением подведенной мощности, в процессе измельчения твердого тела происходит аккумулирование некоторой части энергии, что значительно улучшает реакционную способность материала. Но при всей кажущейся тривиальности, задача передачи большой механической энергии объектам разрушения крайне сложна, и в крупнотоннажном производстве она и по сей день еще не нашла своего эффективного решения.

Несмотря на внедрение в практику конструирования измельчительной техники методов компьютерного моделирования и широкое использование износостойких материалов, энергонагруженные мельницы в показателях надежности, экономичности и ремонтопригодности серьезно проигрывают «классическим» конструкциям. Пожалуй, единственным примером промышленного использования мельниц большой механической энергии являются быстроходные стержневые дезинтеграторы, разработанные и выпускаемые в 60−80 годах прошлого века Научно-производственным объединением «Дезинтегратор» под руководством талантливого советского ученого И. А. Хинта. Однако и это оборудование не могло похвастаться высокой надежностью и большими сроками безремонтной эксплуатации, которые в лучшем случае исчислялись лишь десятками часов.

Практика промышленного использования мельниц, выбирая между размольной мощностью и надежностью, неизменно отдает предпочтение последней, даже в убыток эффективности процесса. Сегодня в крупнотоннажном производстве порошкообразных материалов широко используются вращающиеся шаровые мельницы, которые реализуют экстенсивный или «усталостный» способ измельчения, когда большинство контактов мелющих тел с частицами материала сами по себе не способны их разрушить, но лишь увеличивают количество внутренних дефектов периодическим нагружением. Кинетическая энергия, сообщаемая шару при его подъеме корпусом вращающейся мельницы, относительно невелика, и этот недостаток компенсируется большим числом ударов падающих шаров. Иными словами «качество» ударов замещается их количеством, за что приходиться расплачиваться увеличением площади контактной поверхности, снижением К.П.Д мельницы.

Недостатки вращающихся шаровых мельниц хорошо известны, к ним относятся и большие габаритные размеры, и высокий расход энергии и низкая эффективность измельчения, а также резкий шум при работе. Из немногих же достоинств можно выделить два основных: надежность и широкие возможности для масштабирования. Самые современные высокоэнергонагруженные мельницы на порядки отстают по этим показателям от «классических шаровок», перешагнувших свой 200-летний юбилей, но так и не утративших позиций основных промышленных агрегатов тонкого помола.

Существующие образцы планетарных, инерционных, гирационных мельниц — это в основном лабораторное или, в крайнем случае, полупромышленное оборудование, скромных габаритных размеров и еще более скромной производительности. Неоднократно предпринимаемые попытки масштабирования наиболее удачных типов «интенсивных» мельниц, неизменно заканчивались созданием машин хотя и весьма интересных в плане получаемых результатов, однако совершенно не пригодных для промышленного применения. Низкая техническая надежность, малый ресурс деталей контактирующих с измельчаемым материалом, сложность обслуживания и ремонта, все это далеко не полный перечень оборотной стороны увеличения энергонапряженности процесса помола с использованием известных типов мельниц.

Также к преимуществам шаровых мельниц можно отнести высокую тонкость помола, однородность материала, легкость регулирования степени измельчения. В шаровых мельницах нет горячих газов, необходимых для сушки материалов (макс. 5%) [9, ].

1.2 Патентный анализ

1.2.1 Патент класса МПК В02С17/00

Достаточно много было зафиксировано патентов на данное изделие. К примеру, патент РФ № 2 201 803 класса МПК В02С17/00 (таблица 1)

Таблица 1 — Патент № 2 201 803

Изобретение позволяет уменьшить габариты и массу мельницы, увеличить ее договечность и надежность. Всем известным рассмотренные выше недостатки барабанной мельницы, заключающиеся в большой массе и габаритах. Они обусловлены прежде всего тем, что загрузка и разгрузка осуществляются через пустотелые цапфы большого диаметра и протяженности. Опорой для таких цапф служат подшипники скольжения, имеющие большую массу и габариты, требующие наличия системы принудительной смазки. Кроме того, использование подшипников скольжения снижает надежность и долговечность мельниц.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать конструкцию барабанной мельницы, которая была бы выполнена таким образом, чтобы обеспечивалось уменьшение габаритов и массы мельницы, а так же увеличение ее долговечности и надежности.

Поставленная задача и достигаемый при этом технический результат обеспечиваются тем, что в барабанной мельнице, содержащей корпус в виде барабана с торцовыми крышками, опоры, загрузочное и принудительное разгрузочное устройства, расположенные с противоположных торцов, а так же привод мельницы, корпус мельницы закреплен консольно одной из своих торцовых крышек на одном конце вала, который установлен в опорах, выполненных в виде подшипников качения и закрепленных на несущей раме мельницы, другой конец вала связан с приводом, при этом разгрузочное устройство обеспечивает вывод продуктов помола из рабочего объема корпуса через его торцовую стенку в сторону вала на радиусе, превышающем радиус вала, а загрузочное устройство выполнено в виде горловины, расположенной в центре противоположной торцовой крышки корпуса.

Благодаря консольному креплению барабана мельницы на валу, выполнению разгрузочного устройства с выведением продуктов помола, минуя вал мельницы, а так же размещению загрузочной горловины в одной из торцовых стенок мельницы обеспечивается существенное уменьшение ее габаритов и массы по сравнению с прототипом при одинаковых мощностях мельниц. При этом обеспечивается возможность установки вала в опорах качения, что дополнительно уменьшает массу и габариты мельницы, а так же существенно повышает ее надежность и долговечность.

Новым так же является то, что вал выполнен полнотелым, закрепленная на нем торцовая крышка выполнена объемной, заглублена в обечайку барабана и приварена к ной, в центр крышки вварен цилиндрический стакан, закрепленный на конце вала, а разгрузочное устройство размещено внутри торцовой крышки, при этом на наружном конце цилиндрического стакана закреплен отражающий диск, под которым расположен разгрузочный желоб.

Такое решение обеспечивает существенное увеличение прочности и надежности крепления барабана мельницы на валу. Размещение разгрузочного устройства внутри торцовой крышки кроме дополнительного увеличения ее прочности так же существенно уменьшит массо-габаритные показатели мельницы.

Заявляемая мельница проста по конструкции и высокотехнологична. Она имеет вес на 30−50% меньше, чем традиционная мельница той же производительности. Площадь, занимаемая этой мельницей, на 50−60% меньше, чем традиционной одной и той же мощности. Использование подшипников качения вместо подшипников скольжения значительно повышает надежность и долговечность мельницы за счет их большей работоспособности, измеряемой 12−15 годами безремонтных работ.

Формула изобретения

1. Барабанная мельница, содержащая корпус в виде барабана с торцовыми крышками, опоры, загрузочное и принудительное разгрузочное устройства, расположенные с противоположных торцов, а также привод мельницы, отличающаяся тем, что корпус мельницы закреплен консольно одной из своих торцовых крышек на одном конце вала, который установлен в опорах, выполненных в виде подшипников качения и закрепленных на несущей раме мельницы, другой конец вала связан с приводом, при этом разгрузочное устройство обеспечивает вывод продуктов помола из рабочего объема корпуса через его торцовую стенку в сторону вала на радиусе, превышающем радиус вала, а загрузочное устройство выполнено в виде горловины, расположенной в центре противоположной торцовой крышки корпуса.

2. Мельница по п. 1, отличающаяся тем, что вал выполнен полнотелым, закрепленная на нем торцовая крышка выполнена объемной, заглублена в обечайку барабана и приварена к ней, в центр крышки вварен цилиндрический стакан, закрепленный на конце вала, а разгрузочное устройство размещено внутри торцовой крышки, при этом на наружном конце цилиндрического стакана закреплен отражающий диск, под которым расположен разгрузочный желоб.

1.2.2 Патент класса МПК B02C17/10

Зарегестрирован еще один патент класса МПК B02C17/10 (таблица 2)

Таблица 2 — Патент № 2 259 884

Изобретение предназначено для повышения дисперсности размалываемого материала. Барабанная мельница содержит кожух, загрузочный и разгрузочный патрубки и металлический барабан, снабженный металлическими полками и смонтированный с возможностью вращения вокруг собственной оси, второй барабан, соосный первому и охватывающий первый с некоторым зазором, причем боковая поверхность второго барабана выполнена из стальных пластин, уложенных так, что длинная сторона пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности барабана, плоскость пластины ориентирована по радиусу, между пластинами имеется зазор, а металлические полки внутреннего барабана установлены под углом 30−60 градусов к радиальной плоскости. Изобретение позволяет повысить дисперсность размалываемого материала.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при производстве гипса. Известна мельница самоизмельчения, содержащая вращающийся барабан с торцовыми днищами, футерованный плитами с подъемными элементами-лифтерами, поверхность которых, ориентированная в направлении вращения мельницы, выполнена вогнутой. Недостатком известной мельницы самоизмельчения является невысокая дисперсность размалываемого ею материала. Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение дисперсности размалываемого материала. Указанная цель достигается тем, что в барабанной мельнице, содержащей кожух, загрузочный и разгрузочный патрубки и металлический барабан, снабженный металлическими полками и смонтированный с возможностью вращения вокруг собственной оси, смонтирован также второй барабан, соосный первому и охватывающий первый с некоторым зазором, причем боковая поверхность второго барабана выполнена из стальных пластин, уложенных так, что длинная сторона пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности барабана, плоскость пластины ориентирована по радиусу, между пластинами имеется зазор, а металлические полки внутреннего барабана установлены под углом 30−60 градусов к радиальной плоскости.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где на рисунке 6 представлена барабанная мельница в разрезе, на рисунке 7 — разрез А-А.

Рисунок 6 — Барабанная мельница в разрезе Барабанная мельница содержит кожух 1 в котором выполнены загрузочный патрубок 2 и разгрузочный патрубок 3, стальные пластины 4, установленные в неподвижном барабане с некоторым зазором, причем длинная сторона пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности неподвижного барабана и вращающийся барабан 5, металлические полки которого установлены под углом 30−60 градусов к радиальной плоскости. Вращающийся барабан 5 установлен на оси 6, которая посредством ременной передачи соединена с электродвигателем (последние на фиг.1, 2 не показаны). Крышка кожуха 7 закрывает внутреннюю полость барабанной мельницы.

Барабанная мельница работает следующим образом. Через загрузочный патрубок 2 внутрь мельницы шнековым транспортером (на фиг.1, 2 не показан) подается гипсовый полуфабрикат, который подхватывается металлическими полками вращающегося барабана и отбрасывается на стальные пластины 4, где разбивается до нужной консистенции и, пройдя в зазоры между пластинами 4, скатывается вниз, где через разгрузочный патрубок 3 попадает на шнековый транспортер (на фиг.1, 2 не показан).

Применение заявляемой барабанной мельницы позволит значительно повысить дисперсность размалываемого материала, в частности гипса.

Рисунок 7- Барабанная мельница в разрезе А-А Формула изобретения Барабанная мельница, содержащая кожух, загрузочный и разгрузочный патрубки и металлический барабан, снабженный металлическими полками и смонтированный с возможностью вращения вокруг собственной оси, отличающаяся тем, что она содержит также второй барабан, соосный первому и охватывающий первый с некоторым зазором, причем боковая поверхность второго барабана выполнена из стальных пластин, уложенных так, что длинная сторона пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности барабана, плоскость пластины ориентирована по радиусу, между пластинами имеется зазор, а металлические полки внутреннего барабана установлены под углом 30−60° к радиальной плоскости [ ].

2. Технологический раздел Данный аппарат используется при производстве гипса по сухому способу. Технологическая схема производства гипса представлена на рисунке 8.

В зависимости от размера кусков исходного гипсового камня и требуемых размеров кусков, направляемых на обжиг, дробление осуществляют по одноили двухступенчатой схеме в щековых или других дробилках. Исходное сырье дробят до размеров частиц от 0 до 35 мм в поперечнике. Полученный гипсовый щебень при необходимости подвергается грохочению на фракции от 0 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 35 мм, которые направляются в соответствующие бункеры над печью обжига. Обычно щебень различных фракций обжигается раздельно. Для каждой фракции выбирается соответствующий режим обжига. Из бункера гипсовый щебень с помощью питателя, например, тарельчатого, непрерывно поступает во вращающуюся печь.

Обжиг гипса во вращающихся печах может осуществляться при непосредственном соприкосновении с горячими газами, образующимися при сжигании топлива или за счет передачи тепла через стенки барабана при его наружном обогреве.

Вращающиеся печи (сушильные барабаны) могут работать на твердом, жидком и газообразном топливе. Для каждого варианта Самарский завод «Строммашина» подбирает отдельное технологическое оборудование и технологию обжига.

Температура газов при входе в печь (сушильный барабан) при прямотоке — от 950 до 1000 °C, при противотоке — от 750 до 800 °C. Температура газов при выходе из печи при прямотоке — от 170 до 220 °C, при противотоке — от 100 до 110 °C.

Обожженный материал поступает в расходные бункеры, расположенные над шаровой мельницей. Равномерное питание мельницы материалом обеспечивается питателем. Поступивший в мельницу материал имеет температуру от 800 до 100 °C.

В шаровой мельнице (обычно двухкамерной) производится помол обожженных кусков гипсового камня. В отличие от гипсоварочных котлов продукт обжига в печах получается неоднородным по модификационному составу, имеется значительное количество недожога (двугидрата сульфата кальция) и пережога (ангидрита). В шаровой мельнице кроме помола осуществляется выравнивание вещественного состава продукта за счет перехода недожога и пережога в полугидрат.

После помола гипсовое вяжущее направляется в бункеры (силосы) хранения и на расфасовку.

Современные производства гипсовых вяжущих осуществляются по аналогичным технологическим схемам, но преимущественно для транспортирования сыпучих и порошкообразных материалов используются системы пневмотранспорта, обеспечивающее высокую степень очистки воздуха от пыли [ ].

Рисунок 8 — Технологическая схема производства гипса Данный агрегат применим для производства гипса.

3. Расчет механического агрегата Исходные данные для технологического расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Исходные данные

При вращении барабана шаровой мельницы загруженные в него мелющие тела и материал под действием центробежных сил инерции прижимаются к футеровке, поднимаются на некоторую высоту и при падении приобретают кинетическую энергию, используемую для измельчения. В зависимости от угловой скорости или частоты вращения барабана возникает три случая движения шаров.

При сравнительно малой угловой скорости вращения барабана

(рисунок 9, а) вся масса шаров вместе с измельчаемым материалом смещается в сторону вращения барабана и, когда свободная поверхность загрузки получит наклон, превышающий угол естественного откоса шаров, они скатываются, измельчая материал легкими ударами и истиранием. Такое движение мелющих тел не обеспечивает интенсивного измельчения.

При увеличении угловой скорости барабана возрастает действие центробежных сил инерции, шары поднимаются выше горизонтальной плоскости, проходящей через геометрическую ось барабана и, отрываясь от его внутренней поверхности, продолжают двигаться как тело, брошенное под углом к горизонту, т. е. по параболе (рисунок 9, б). Такое движение обеспечивает наиболее интенсивное измельчение материала в основном ударом падающих шаров.

При дальнейшем увеличении угловой скорости барабана наступает момент, когда центробежные силы инерции, действующие на шары, превзойдут силу тяжести сначала в наиболее удаленном от оси вращения слое, а затем и во внутренних слоях, и шары, прижатые к внутренней поверхности барабана, будут вращаться вместе с ним, не производя никакой работы (рисунок 9, в). Угловую скорость барабана, при которой возникает такое положение, называют критической и обозначают щ (рад/с) или n (с-1).

Рисунок 9 — Вращение барабана

3.1 Расчет габаритных размеров барабанной мельницы По заданной производительности произведем расчет габаритных размеров и массы шаровой мельницы, необходимые для выбора прототипа серийного агрегата.

Примем внутренний диаметр барабана 4 м. Производительность шаровой мельницы можно найти по следующей формуле:

Q=6.55ЧVЧvDЧ (M/V)^0.8ЧqЧk

где D — внутренний диаметр отфутерованного барабана, м;

V — внутренний полезный объем барабана, м³;

М — масса мелющих тел;

q — удельная производительность мельницы, 0.04 т/кВт*ч [ cnta];

k — поправочный коэффициент учитывающий тонкость помола, 1 [ ].

Внутренний полезный объем рассчитывается по формуле:

V=рЧD²/4L

где D — внутренний диаметр барабана;

L — Длина шаровой мельницы.

Отсда следует:

L= 4V/ рЧD²

Масса мелющих тел

т где Rрадиус мельницы, м;

L — длина мельницы, м;

г — объемная масса шаров, для стальных тел =7800 кг/м³;

м — степень разрыхления для стальных шаров;

ц — коэффициент заполнения мельница, (0,4).

Q=16*2.2=35.2 т/час

35,2=6,45ЧVЧv4Ч (M/V)^0,8Ч0,04Ч1

35,2=0,516ЧVЧ (M/V)^0,8

VЧ (M/V)^0,8=68,22

VЧ (VЧцЧг/V)^0.8=68.22

VЧ (0.3Ч4.6)^0.8=68.22

VЧ1.38^0.8=68.22

V=68.2/1.38^0.8=68.2/1.29=52.87 м³

Т.к. V=рЧD2/4L, то:

52,87=3,14Ч4²/4ЧL

L=52.87/4Ч3.14=8 м

3.2 Расчет требуемой частоты вращения и мощности Мощность электродвигателя при помоле металлическими мелющими телами рассчитывается по формуле:

где n — рабочая частота вращения, об/с, для мельниц сухого помола вычистяется по формуле:

n=0.534/vD

n=0.534/v4=0.267 об/с

?₁— коэфициент полезного действия механизмов мельницы, 09;

?₂— коэфициент, учитывающий необходимый запас мощности двигателя с учетом пускового момента, 0.9;

G — сила тяжести загрузки, Н (G= МЧg=180,26Ч9,8=1766,55)

n_дв=740 об/мин Найдем передаточное число:

u=n_дв/n_м=12/0,267=46;

u =u₁*u₂=5*9?46;

u₁=5=n₁/n₂=740/n₂;

n₂=740/5=148 об/мин=15.5 рад/с.

3.3 Поверочный расчет зубчатой передачи Исходные данные:

Мощность на ведущем валу P₂=3140 кВт;

Угловая скорость ведомого вала щ₂=25 рад/с;

Передаточное число передачи u=46;

Технический ресурс передачи L_h=2000.

Решение.

Число зубъев шестерни: z₁=20;

Число зубьев колеса:

z₂=uz1=4620=920;

Угловая скорость ведущего вала:

щ₁=uщ₂=2025=500 рад/с;

Вращающий момент на ведомом вале:

Т₂=Р₂10³/щ₂=3 140 000/25=125 600 Нм Вращающий момент на ведущем вале:

Т₁=Т₂/u=125 600/46=2730 Н м Частота вращения ведомого вала:

n₂=30щ₂/ =3025/3,14=239 об/мин Заданное число циклов ведомого вала:

N_k=60n₂L_hциклов Средняя твердость шестерни (сталь 45, улучшение) Н₁=210

Средняя твердость колеса (сталь 45, нормализация) Н₂=180

Коэффициент реверсивности Y_A=1

Коэффициент реверсивностиY_A=1

Коэффициент долговечностиY_N=1

Предел выносливости зубьев шестерни при изгибе:

_{Flim b 1}=1.75Н₁=1.75 210=367,5 МПа Предел выносливости зубьев колеса при изгибе:

_{Flim b 2}=1.75Н₂=1,75 180=315 МПа Минимальный коэффициент запаса прочности S_F=1.7

Допускаемое напряжение при изгибе зубьев шестерни:

[_F1]=_{Flim b 1}Y_AY_N /S_F=31 511/1.7=216.18 МПа Допускаемое напряжение при изгибе зубьев колеса:

[_F2]=_{Flim b 2}Y_AY_N /S_F=185.29 МПа Коэффициент ширины венца:

_bd=10/z₁=10/20=0.2

Коэффициент неравномерности нагрузки K_F=1.5

Коэффициент формы зуба шестерниY_F1=4.09

Коэффициент формы зуба колесаY_F2=3.62

Модуль зубьев расчетный:

=1.4v (1 256 001.54.09/4620²0.2216.18)=0,014 м Модуль зубьев принятый M=4.5

Диаметр делительной окружности шестерни:

гипс мельница зубчатый нагрузка

d₁=m z₁=0,1 420=0,28 мм Диаметр делительной окружности колеса:

d₂=m z₂=0,14 920=12,88 мм Диаметр вершины зубьев шестерни:

d_a1=d₁+2m=0,28+20,014=0,308

Диаметр вершины зубьев колеса:

d_a2=d₂+2m=12,88+0,028=12,91 мм Межосевое расстояние:

a=(d₁+d₂)/2=(0,28+12,88)/2=6,58 мм Ширина венца колеса:

b₂=ш_bdd₁=0,20,28=0,056 мм Ширина венца шестерни:

b₁=b₂+5=0,056+5=5,056 м Окружная скорость зубчатых колёс:

v=₁d₁10^-3/2=5000,28/2=0,045 мм Коэффициент динамичности нагрузки для 8 класса точности K_Fv=1.32

Параметр нагрузки:

w_F1=2T₁ K_F K_Fv / (d₁b₂)=227 301,51,32/(0,280,056)=693 000

Напряжение изгиба для зубьев шестерни:

_F1=Y_F1 w_F1/m=4,9 693 000/0,014=202 455 000 МПа Проверка условия прочности зубьев шестерни F1 <= [F1]

Напряжение изгиба для зубьев колеса:

_F2=Y_F2 w_F1/m=3,62*693 000/0,014=179 190 000 МПа Проверка условия прочности зубьев колеса:

F2 <= [F2]

179 190 000<202 455 000

Уравнение верно, расчеты удовлетворяют условию.

3.4 Промышленный прототип На основе полученных результатов и руководствуясь справочными данными выбераем промышленно выпускаемую барабанную мельницу ШБ-50. Технические характеристики барабанной мельницы ШБ-50 представлены в таблице 4.

Таблица 4 — Параметры барабанной мельницы ШБ-50

Заключение

Расчетно-пояснительная записка включает в себя три раздела: литературно-патентные анализ, технологический раздел и технологический расчет. Ее объем составляет лист, количество рисунков- 9, таблиц-4.

Мельница шаровая двухкамерная непрерывного действия применяется для сухого и мокрого помола различных рудных и нерудных полезных ископаемых строительных материалов средней твердости. Применение шаровой мельницы очень эффективно в дорожной сфере — в производстве минерального порошка, а также в горнорудной, горно-химической и других отраслях промышленности. Мельница шаровая работает непрерывно в различных технологических схемах (в открытом или закрытом цикле) с центральной загрузкой и выгрузкой материала и позволяет получать однородный по тонкости продукт измельчения с помощью мелющих тел (шаров).

На основе всего можно сделать вывод, что поставленные задачи были решены, в результате расчетов был выбран необходимый аппарат и изучены его свойства, преимущества и недостатки.

Список использованных источников

1. Бауман В. А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций [Текст]: учеб. пособие/ В. А. Бауман. — М.: Машиностроение, 1981; 351 с.

2. Механическое оборудование предприятий строительных материалов. Атлас конструкций (Под ред.М.Я. Сапожникова)

3. Методические указания к курсовой работе для студентов 3-го курса специальности 270 106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

4. Строммаш [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.strommash.ru/

5. SPECO [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.speco-plants.ru/ves_system.php

6. Эрдеди А. А. Детали машин [Текст]: учеб. пособие / А. А. Эрдеди, Н. А. Эрдеди. — М.: Высшая школа, 1991; 305 с.