Щековая дробилка со сложным движением щеки

Задание на курсовую работу

Задание: выполнить расчет щековой дробилки со сложным движением щеки.

Исходные данные:

Максимальная крупность исходной горной породы — 1200 мм;

Максимальная крупность продукта дробления — 320 мм;

Физико-механические свойства горной породы: доломит

= 180 МПа, Е = (6…7)· 10⁴ МПа

Щековые дробилки применяются для крупного и среднего дробления пород высокой и средней прочности (_в?250 МПа). Дробилки со сложным качением щеки предназначены для дробления неабразивных горных пород.

Рис. 1. Схема щековой дробилки со сложным качением щеки:

1 — неподвижная щека;

2 — подвижная щека;

3 — дробильные плиты;

4 — главный вал;

5 — маховик;

6 — распорная плита;

7 — кусок дробимого материала Дробилка со сложным качением щеки имеет цельносварную станину. У дробилок со сложным качением щеки последняя подвешена непосредственно на эксцентриковом валу, а в нижней части шарнирно соединена с распорной плитой, что обеспечивает точкам ее поверхности движение по замкнутым траекториям.

Подвижная щека, выполненная в виде стальной отливки, установлена в двурядных сферических подшипниках на эксцентриковом приводном валу, от которого получает движение. Вращение вала осуществляется шкивом-маховиком от электродвигателя с помощью клиноременной передачи. В нижней части щеки имеется паз, куда вставляется упор распорной плиты, и выступ для установки тяги замыкающего устройства. Подвижная и неподвижная щеки футеруются дробящими плитами.

Для предотвращения вылета кусков материала из камеры дробления под приемным отверстием дробилки установлен защитный кожух. Регулировка ширины выходной щели производится клиновым механизмом. Предохранительными элементами могут быть распорная плита или рычажно-пружинный механизм.

Схема щековой дробилки со сложным качением щеки представлена на (рис. 1).

Принцип работы щековой дробилки заключается в следующем. Рабочий процесс щековых дробилок происходит в камере дробления — замкнутом пространстве, образованном подвижной и неподвижной щеками. В камеру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которой одна является неподвижной, а другая подвижной, подается материал, подлежащий дроблению. Клинообразная форма камеры дробления обеспечивает расположение более крупных кусков материала сверху, менее крупных — внизу.

Подвижная щека периодически приближается к неподвижной. При сближении щек куски материала подвергаются дроблению. При отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала продвигаются вниз под действием силы тяжести и занимают новое положение или выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью. Затем цикл повторяется.

1. Выбор типоразмера дробилки

Главными параметрами щековой дробилки, определяющими её типоразмер, являются размер приемного отверстия и размер выходной щели (В х L х b).

Ширина приемного отверстия должна обеспечить свободный прием кусков максимальной крупности [3, с. 141]:

(1)

где D_max — максимальный размер исходного материала.

Принимаем В = 1420 мм.

Длина камеры дробления L находится в зависимости от В как:

L = (1,2…2,3)В = 1,25 1420 = 1775 мм Принимаем L = 1800 мм.

Ширина b выходной щели при использовании стандартных дробящих плит связана с максимальной крупностью кусков в готовом продукте зависимостью [3, с. 144]:

(2)

где К_ок — коэффициент относительной крупности продукта дробления в щековых дробилках, К_ок =1,21,9.

Размер выходной щели составляет 20.80 мм для дробилок мелкого дробления, 40…120 мм — для среднего дробления и 100…250 мм — для крупного. В нашем случае дробление — крупное.

Принимаем b = 270 мм.

2. Определение размеров механизма дробилки

Размеры основных элементов механизма щековой дробилки определяются конструктивно.

Высота камеры дробления:

(3)

где — угол захвата; = 17;

мм Принимаем Н = 3760 мм.

Остальные размеры щековой дробилки (рис. 2) вычислим по соотношениям, приведенным в таблице 1.

Рис. 2. Схема механизма щековой дробилки

Таблица 1. Размеры основных элементов щековой дробилки

3.Определение массы деталей и узлов дробилки

Масса основных деталей и сборочных единиц дробилки определяется конструктивно. Для предварительных расчетов воспользуемся статистическими данными в зависимости от общей массы дробилки (таблица 2).

Согласно каталогам отечественных производителей дробилка с заданными характеристиками может иметь массу 120 150 т.

Принимаем массу проектируемой дробилки m_общ = 120 т.

Таблица 2. Масса деталей и сборочных единиц щековых дробилок

(в долях от общей массы дробилки)

щековой дробилка механизм деталь

4. Определение конструктивных и технологических параметров дробилки

4.1 Ход подвижной щеки

Оптимальные значения хода сжатия для щековых дробилок с различной кинематикой определены экспериментально.

Для дробилок со сложным движением [5, стр. 28]:

Ход подвижной щеки вверху:

(4)

мм Ход подвижной щеки внизу:

(5)

мм Величина среднего хода подвижной щеки дробилки:

(6)

мм

4.2 Число оборотов эксцентрикового вала дробилки

Определим число оборотов эксцентрикового вала дробилки.

Число оборотов эксцентрикового вала дробилки определим по формуле:

(7)

где К_Д — коэффициент динамичности, для проектируемой дробилки К_Д= 0,8;

К_СТ— коэффициент, учитывающий стесненное падение дробимого материала из камеры дробилки, К_СТ=(0,90,95);

— угол захвата, град;

S_н — ход подвижной щеки внизу камеры дробления, м.

об/с Оптимальное число оборотов вала должно соответствовать максимальной производительности дробилки.

4.3 Производительность щековой дробилки

Производительность щековых дробилок определяется по формуле:

(8)

где К_к— коэффициент кинематики, для дробилок со сложным движением К_к =1;

S_cр — средний ход подвижной щеки, м;

L — длина приемного отверстия, м;

b — ширина выходной щели, м;

n — частота оборотов эксцентрикового вала дробилки, об/с;

В — ширина приемного отверстия, м;

D_св — средневзвешенный размер кусков в исходном материале, м;

бугол захвата, град.

Для дробилок, работающих на рядовой горной массе, преимущественно с шириной приемного отверстия 900 мм и более средневзвешенный размер кусков D_св можно определить из выражения:

D_св = 0,31 В (9)

D_св = 0,311 420 = 440,2 мм м³/с Средневзвешенный размер дробленого продукта равен:

d_св = 0,8b (10)

d_св = 0,8270 = 216 мм

4.4 Мощность привода дробилки

Расчет мощности основного привода

Мощность определим по формуле:

(11)

где К_пр — коэффициент пропорциональности, учитывающий изменения прочности материала с изменением его размеров, К_пр = 0,92 [7, стр. 15];

у — временное сопротивление сжатию дробимого материала, МПа;

L — длина приемного отверстия дробилки, м;

n — частота вращения эксцентрикового вала, с^-1;

Е — модуль упругости материала, МПа;

D_св и d_св — средневзвешенный размер соответственно исходного материала и продукта дробления, м;

з — механический КПД привода, з =0,80,9 [7, стр. 15].

кВт Установочная мощность электродвигателей для щековых дробилок достаточно близка к фактической. Поэтому выбираем асинхронный трехфазный закрытый обдуваемый двигатель 4А355S10У3. Параметры двигателя:

— мощность N = 90 кВт;

— номинальная частота вращения n = 575 об/мин;

5. Выбор и расчет кинематической схемы привода дробилки

Общее передаточное отношение определяется из выражения:

(12)

где n_дв — число оборотов электродвигателя;

n — число оборотов эксцентрикового вала.

Полученное значение округляем до стандартного i_общ = 4.

Определяем тип ремня по диапазону передаваемой мощности: тип Д

[8, стр. 83].

Максимальный диаметр шкива D₁=630 мм.

V=, (13)

V =

Мощность, передаваемая одним ремнем N₀ = 34,7 кВт.

Диаметры шкивов определяются из соотношения:

(14)

Определим диаметр ведомого шкива.

мм Расчетные параметры дробилки:

W = (D₂+D₁)= 3,14(2520+630)=9891 мм

Y=(D₂-D₁)², (15)

Y = (2520- 630)²=3 572 100 мм².

Определяем длину ремня:

L_p=2l+W/2+Y/4l, (16)

где l — ориентировочное межосевое расстояние, мм.

l = 0,55(d₂+d₁)+h (17)

l = 0,55(2520+630)+40=1772,5 мм

L_p= 21 772,5+9891/2+3 572 100/(41 772,5) = 8994,32 мм Определяем по ГОСТ-1284−68 до ближайшего значения L = 9000 мм.

Межосевое расстояние:

(18)

мм

Находим угол обхвата малого шкива:

₁ = 180 — 57(d₂ — d₁)/А_р (19)

₁ = 180 — 57(2520 — 630)/1775,81 = 119,34 120є

Мощность, передаваемая одним ремнем с учетом условий работы:

N_p=N₀k₁k₂, (20)

где k₁ — коэффициент, учитывающий угол обхвата шкива, k₁=0,86;

k₂ — коэффициент, учитывающий условия работы, k₂=0,87.

N_p=34,70,860,87=25,96 кВт.

Количество необходимых ремней:

Z = 90/25,96 = 3,47

Округляем количество ремней до 4.

Профиль шкива представлен на (рис. 3).

Рис. 3. Размеры профиля шкива при типе ремня Д

6. Определение нагрузок в элементах дробилки

Силовой расчет дробилки состоит в определении внешних неизвестных сил, действующих на звенья механизма, а также сил взаимодействия звеньев в местах их соприкосновения, то есть реакций в кинематических опорах.

Усилие, приходящееся на дробящую плиту, то есть усилие дробления Р, определяется по формуле:

(21)

где F_дроб — активная площадь дробящей плиты (рабочая поверхность плиты без скосов), м², определяется из конструктивной схемы F_др = HL = 6 768 000 мм²;

p — удельное усилие дробления, Н/м².

Значение p рекомендуется определять из выражения:

(22)

где — предел прочности (временное сопротивление сжатию) исходной горной породы на сжатие, Н/м²;

К — коэффициент, учитывающий изменение p в зависимости от изменения угла захвата дробилки, при = 17є К = 1,14 [7, стр. 18].

Н/м²

МН

Расчетное (максимальное) значение усилия дробления принимается с учетом коэффициента запаса на случай попадания недробимых тел:

(23)

где К_зап — коэффициент запаса, К_зап = 1,41,5.

МН Равнодействующая сил дробления для дробилок со сложным движением щеки ориентировочно прикладывается в точке, расположенной на расстоянии (0,30,4)Н от низа камеры дробления, и направлена перпендикулярно к биссектрисе угла захвата.

Схема действующих усилий в элементах дробилки показана на (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная схема щековой дробилки Составляя далее уравнения равновесия сил относительно выбранной системы координат, найдем неизвестные усилия, действующие в элементах дробилки.

(24)

где — угол между положительным направлением оси проекции и вектором проектируемой силы.

МН

(25)

МН

7. Определение габаритных, установочных и присоединительных размеров дробилки

На (рис. 5) изображен общий вид дробилки со сложным движением щеки. Габаритные, установочные и присоединительные размеры ориентировочно определены по аналогии с существующими моделями дробилок [7, стр. 22]:

Рис. 5. Общий вид и основные размеры дробилки

8. Выбор материала деталей дробилки

Назначение материала деталей дробилки производится по общепринятым рекомендациям в зависимости от условий работы. Результат выбора материала деталей дробилки представлен в (таблице 3).

Таблица 3. Материал деталей щековой дробилки

9. Расчет основных деталей дробилки на прочность

Все детали дробилки должны выдерживать без поломок и большой деформации те максимальные усилия, которые в них развиваются при нормальной работе.

Прочностной расчет щековых дробилок сводится к определению действующих в деталях машины напряжений и сравнению их с допускаемыми напряжениями для материала этих деталей.

9.1 Расчет станины

При работе дробилки поперечные стенки станины воспринимают нагрузки от дробящих щек.

Станину дробилки рассчитывают как жесткую раму, передняя и задняя стенки которой равномерно нагружены нагрузкой Р_max., в жестких углах которой при изгибе возникают опорные моменты М_о. Поперечные стенки станины рассматриваются как балки на двух опорах, нагруженные силой Q и статически неопределимым моментом М₀. Продольные стенки станины рассматриваются как балки, нагруженные на концах моментом М₀. Благодаря жесткости соединения при изгибе стенок их углы поворотов ₁ и ₂ будут одинаковы, причем каждый из них равен опорной реакции от фиктивной нагрузки стенки, площади эпюры моментов, деленной на жесткость стенки (ЕJ).

Для поперечной стенки фиктивная нагрузка [5, стр. 36]:

(26)

Из данной формулы получим момент (Н м):

(27)

Наибольший изгибающий момент в поперечной стенке (Н м):

(28)

Напряжение в поперечной стенке (Па):

(29)

Напряжение в продольной стенке (Па):

(30)

В приведенных формулах:

l₃ и l₄ — длины поперечной и продольной стенок соответственно,

l₃ = 2800 мм, l₄ = 4600 мм;

J₁ и J₂ — моменты инерции поперченной и продольной стенок соответственно, J₁= 6,310⁹ мм⁴, J₂ = 7,87 510⁹ мм⁴;

W₁ и W₂ — моменты сопротивления поперечной и продольной стенок, соответственно, W₁= 4210⁶ мм³, W₂ = 52,510⁶ мм³.

МНм МНм МПа

МПа

9.2 Расчет подвижной щеки

Расчетная схема подвижной дробящей щеки дробилки со сложным движением щеки приведена на рисунке 6 и представляет собой балку, опирающуюся с одной стороны на распорную плиту и с другой — на плиту, закрепленную на шарнире. Как видно из схемы, подвижная щека подвергается изгибу и растяжению.

Для дробилок крупного дробления нагрузку, передающуюся на щеку со стороны дробящей плиты, можно принимать сосредоточенной.

Суммарное напряжение в рассматриваемом сечении определяется по формуле:

(31)

Напряжения от изгиба определяются по формуле:

(32)

Рис. 6. Расчетная схема подвижной щеки дробилки

На участке I изгибающий момент изменяется по закону квадратной параболы:

(33)

МНм На участке II изгибающий момент изменяется по линейному закону:

(34)

МНм Максимальный изгибающий момент будет в сечении, где поперечная сила равна нулю.

Напряжение от растяжения определяется по формуле:

(35)

где F — площадь расчетного сечения.

МПа

9.3 Расчет распорных плит

Распорная плита работает в условиях пульсирующего цикла нагружения при рабочей нагрузке и мгновенно возрастающих нагрузок при попадании в дробилку инородного недробимого тела. В связи с этим расчет распорной плиты производится на предельную прочность и на выносливость.

Суммарное напряжение в распорной плите определяется по формуле:

(36)

где Р_рп — усилие, сжимающее плиту;

F — расчетная площадь сечения плиты;

W — момент сопротивления сечения;

М_и — момент, изгибающий плиту:

(37)

где r₁ — эксцентриситет в приложении сжимающих сил, r₁=(0,10,15)S_н.

МНм

МПа Расчет на предельную прочность производится по формуле:

(38)

где _b — предел прочности материала на изгиб, Нм²;

[n] - требуемый коэффициент запаса прочности,

[n] = 22,5 — при рабочей нагрузке,

[n] = 1,51,6 — для предохранительных распорных плит.

Распорные плиты рассчитываются на выносливость по формуле:

(39)

где _-1 — предел выносливости материала при пульсирующей нагрузке, МПа.

Значения _-1 для чугуна марки СЧ18−36 принимается в следующих пределах: _-1 = 400 МПа — при сжатии, _-1 = 6080 МПа — при растяжении.

Коэффициент запаса по пределу выносливости при расчете распорных плит принимается равным [n] =1,52,5.

9.4 Расчет эксцентрикового вала

Эксцентриковый вал дробилки подвергается изгибу и кручению. Напряжения изгиба определяются на основании построенных эпюр изгибающего (М_изг) момента и диаметра вала (d) в опасном сечении.

Определим реакции в опорах подшипников.

М_А = 0

(40)

где l — расстояние между подшипниками, l = 2360 мм.

МН Построим эпюру изгибающих моментов.

(41)

Напряжение изгиба определяется из выражения:

(42)

где d_в — диаметр вала в заданном сечении.

МПа Напряжение кручения определяется по формуле:

(43)

МПа Рис. 7. Расчетная схема эксцентрикового вала

9.5 Расчет подшипников

Нагрузка на подшипники вала изменяется практически по тому же закону, что и усилие дробления.

Срок службы подшипника определяется из выражения:

(44)

где n — число оборотов вала дробилки;

h — срок службы подшипников;

С — коэффициент работоспособности подшипника;

Q_экв — эквивалентная нагрузка на подшипники;

К — коэффициент, учитывающий влияние характера нагрузки на срок службы подшипника;

К_Т — коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы.

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:

(45)

где R_max — максимальная радиальная нагрузка на подшипник;

A_max — максимальная осевая нагрузка;

m — коэффициент, учитывающий неодинаковое влияние радиальной и осевой нагрузок на срок службы подшипника;

k_к — коэффициент, учитывающий зависимость срока службы подшипника от того, какое кольцо вращается относительно вектора нагрузки;

k_э — коэффициент, учитывающий непостоянство действия максимальной нагрузки.

Для щековых дробилок характерны следующие значения коэффициентов:

k_к=1, К =2, К_Т= 1; для коренных подшипников k_э = 0,140,18.

МН Подшипники скольжения рассчитываются по величине удельного давления и показателю q_{0 0} .

Среднее удельное давление в опоре шатуна определяется по формуле:

(46)

где z — количество опор скольжения;

d_в и l_в — диаметр и длина опоры вала под подшипник;

[q] - допускаемое удельное давление.

МПа Критерием работоспособности опор скольжения служит зависимость:

[q_{0 0}] q ₀, (47)

где ₀ — скорость скольжения вала в опоре.

(48)

где n_в — число оборотов вала в минуту.

м/с

505,278,96=47,2

9.6 Расчет оттяжных пружин

Усилие оттяжных пружин определим из соотношения:

(49)

где n_р — коэффициент запаса, n_р = 1,52,0;

R — составляющая усилия, раскрывающая шарниры распорных плит, действующая на подвижную щеку;

l_R — плечо силы R относительно оси вращения, l_R = 3300 мм;

l_пр — плечо силы Р_пр относительно оси вращения, l_пр =2600 мм.

МН Деформация пружин, соответствующая усилию Р_пр, определяется по формуле:

(50)

где n_S — коэффициент запаса хода, n_S =1,52,0;

S_n — ход тяги пружины, соответствующий ходу подвижной щеки.

мм Жесткость пружины определяется из выражения:

(51)

МН/м Усилие пружины при максимальной рабочей деформации определяется по формуле:

(52)

10. Уравновешивание вращающихся масс дробилки

Силы инерции механизма дробилки уравновешиваются при помощи противовесов — круговых сегментов, устанавливаемых на ободе маховика — шкива.

Для определения конструктивных размеров противовеса в виде кругового сегмента используется зависимость:

(53)

где — центральный угол кругового сегмента, град;

R_ин — сила инерции, которую должны развивать противовесы, Н;

S_пр — толщина противовеса, м;

— плотность материла противовеса, кг/м³;

n — число оборотов шкива-маховика, об/с.

Р_ин =174,66 Н Значения неуравновешенных сил инерции рекомендуется сравнить с максимально допустимыми, которые для дробилок со сложным движением щеки, определяются по формуле:

(54)

где G — общая масса дробилки.

кН

11. Расчет маховых масс дробилки

Момент инерции маховика дробилки I_м определяется по формуле:

(55)

где N_дв — мощность электродвигателя дробилки, кВт;

t₁ — время одного оборота вала, с;

t₂ — время, в течение которого происходит дробление, с;

— механический КПД при холостом ходе, = 0,650,75;

— коэффициент неравномерности хода, = 0,0150,035;

_ср — средняя угловая скорость вала дробилки, рад/с.

Приняв время холостого хода равным: (t₁-t₂) =½n, получим формулу для определения момента инерции маховика дробилки:

(56)

кг м²

Параметры маховика рассчитываются по формуле:

(57)

где G_м — масса маховика, кг;

D_м — диаметр маховика, м.

кг

12. Техническое обслуживание и ремонт дробилки

Машины для измельчения материалов должны иметь: простую конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны разрушаться (распорные плиты) или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных узлов.

Конструкции должна отвечать санитарно-гигиеническим нормам звукового дробления, вибрации и запыленности воздуха.

Щековые дробилки имеют наибольшее применение среди различных типов дробильного оборудования не только в связи с простотой конструкции, но и с простотой обслуживания и ремонта.

Заключение

В результате проектирования была получена щековая дробилка со следующими параметрами:

— Ширина приемного отверстия В = 1420 мм;

— Длина камеры дробления L = 1800 мм;

— Ширина выходной щели b = 270 мм;

— Высота камеры дробления Н_. = 3760 мм;

— Высота подвижной щеки Н_щ = 4100 мм;

— Частота вращения главного вала n = 143,75 об/мин;

— Производительность дробилки П = 0,3834 м³/с;

— Привод дробилки:

Двигатель 4А355S10У3: N = 90 кВт, n = 575 об/мин;

Клиноременная передача: тип ремня Д, максимальный диаметр шкива

D₁=630 мм, диаметра ведомого шкива d₂ = 2520 мм, длина ремня

L=9000 мм; количество ремней 4;

— Подшипники скольжения d = 700 мм, l = 500 мм;

— Масса маховиков m = 6295 кг.

1. Барсов И. П. Строительные машины и оборудование. — М.: Стройиздат, 1978.

2. Гальперин М. И., Домбровский Н. Г. Строительные машины: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1980.

3. Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов/ Под общей редакцией В. И. Баловнева. — М: Машиностроение, 1988.

4. Крутницкий И. Н. Справочник по строительным машинам и оборудованию. — М.: Воениздат, 1980.

5. Сергеев В. П. Строительные машины и оборудование: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1987.

6. Строительные машины: Справочник в двух томах. — М.: Машиностроение, 1991.

7. Строительные и дорожные машины: Методические указания к выполнению курсового проекта: Учеб.-метод. пособие. — Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2006.

8. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1991.