Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВВЕДЕНИЕ
Объем производства различных строительных материалов возрастает из года в год. Увеличивается выпуск нерудных материалов, сборных железобетонных изделий и конструк ций при значительном повышении их качества.
Для производства строительных материалов машиностроительные заводы выпускают самые разнообразные машины и оборудование, при чем наряду с созданием новых происходит не прерывное изменение и совершенствование су ществующих конструкций машин и общее уве личение объема их выпуска.
Исходное сырье для производства основных строительных материалов в процессе перера ботки подвергается неоднократному измельче нию, сортированию, перемешиванию и уплот нению. Эти процессы относятся к наиболее энергоемким и трудоемким. Эффективность про цессов переработки планомерно повышается путем создания и внедрения прогрессивных машин и технологии.
Большое внимание при создании машин и технологических линий отводится вопросам улучшения условий труда обслуживающего пер сонала, а именно: механизации и автоматизации трудоемких процессов, обеспечению действую щих санитарных норм по допустимому уровню шума, вибрации и запыленности. Авто матизация производственных процессов – са мый действенный и перспективный способ повышения качества готовой продукции и увеличе ния производительности оборудования, поэтому основные машины для производства строитель ных материалов могут быть использованы в ав томатических линиях.
Внедрение прогрессивных роторных дроби лок, быстроходных мельниц и других машин позволило снизить число стадий дробления, повысить производительность процессов дробле ния и помола, снизить их энергоемкость, авто матизировать трудоемкие работы. Для приго товления бетонных смесей и строительных рас творов созданы заводы-автоматы, на которых роль обслуживающего персонала сводится к на блюдению за работой машин и поддержанию их в работоспособном состоянии.
Курсовой проект по дисциплине «Строительные машины и монтажное оборудование» является важной частью подготовки инженеров-механиков. Он подводит итог и закрепляет полученные теоретические знания, развивает конструкторские навыки, умение работать с различной специализированной литературой.
1 НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ
МАШИНЫ
Роликомаятниковые мельницы применяются для тонкого помола мягких и среднепрочных материалов (каолин, полевой шпат, мел, магнезит и др.). С уменьшением крупности зерен исходного материала возрастает их относительная прочность, что объясняется уменьшением числа участков с нарушенной предварительным измельчением структурой. Поэтому для эффективного разрушения материала в данной мельнице значительно увеличена скорость приложения нагрузок и частота воздействия импульсов сил. В роликомаятниковой мельнице (рисунок 1) измельчение дости гается раздавливанием и частичным истиранием материала.
Рисунок 1 – Роткомаятниковая мельница
В роликомаятниковой мельнице, изображенной на рисунке 1, измельчение происходит между неподвижным размольным кольцом 1 и обкатывающимися по нему роли ками 2. Прижим роликов к кольцу происходит за счет центробежных сил, возни кающих при вращении крестовины 4, закрепленной на вертикальном валу 3. Привод осуществляется посредством конической зубчатой передачи 5 [2, с. 80].
2 АНАЛИЗ УРОВНЯ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ
РОЛИКОМАЯТНИКОВЫХ МЕЛЬНИЦ. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ
ЧАСТЬ ПРОЕКТА (ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА). ВЫБОР
ПРОТОТИПА
2.1 Анализ уровня техники
На сегодняшний день существуют различные конструкции роликомаятнико-вых мельниц, различающихся своими техническими характеристиками. Выпус кают мельницы с диаметром размольного кольца 800 – 1800 мм и производитель ностью 0,2 – 12 т/ч в зависимости от материала и тонкости помола. В таблице 1 представлены технические характеристики роли комаятниковой мельницы СМ-493А.
Таблица 1 – Технические характеристики роликомаятниковой мельницы СМ-493А
|
Параметр |
Значение |
|
Производительность (в зависимости от материала и тонкости помола), т/ч |
0,2 – 10 |
|
Крупность загружаемых кусков, мм |
6 – 20 |
|
Общая установленная мощность, кВт |
86 |
|
Габаритные размеры установки (с сепаратором), мм: длина ширина высота |
4225 3020 4544 |
|
Мельница: диаметр кольца, мм число маятников частота вращения вертикального вала, об/мин масса мельницы, кг мощность электродвигателя, кВт |
1090 4 110 10400 75 |
|
Сепаратор: частота вращения центрифуги число лопаток мощность электродвигателя масса |
100 – 250 90 10 800 |
|
Мощность электродвигателя питателя |
1 |
2.2 Патентная проработка
Для решения по модификации мельницы проведем патентно-технический анализ.
Существует роликомаятниковая мельница (рисунок 2), которая содержит вал крестовины 1, крестовину 2, размольное кольцо 3, бочкообразные ролики 4, маятниковый подвес 5, образующий с плоскостью вращения крестовины острый угол, причем оси маятникового подвеса и вала мельницы не пересекаются, обес печивая перекатывание со скольжением бочкообразных роликов по размольному кольцу с внутренней конической поверхностью.
Рисунок 2 – Роликомаятниковая мельница
Преимущества данной конструкции следующие:
Недостатки:
На рисунке 3 изображен общий вид и вид сверху другой конструкции мельни цы. Мельница содержит корпус 1 с установленным в нем вертикальным валом 2, связанным с приводом и несущим муфты 3 и 4, соединенные жестко с балками 5 и 6, в которых закреплены вертикальные оси основных валков 7 и 8. На оси валка 8 установлены поворотные рычаги 9 и 10 с осью дополнительного валка 11, а на оси валка 7 установлены поворотные рычаги 12 и 13 с осью дополнительного валка 14. Корпус 1 снабжен выгрузочным отверстием 15, загрузочным отверстием 16 и имеет конусообразную форму.
Мельница работает следующим образом. Подлежащий размолу материал за гружается через отверстие 16 в корпус 1 и затем включается привод. При враще нии вала 2 основные валки 7 и 8, вращаясь вместе с балками 5 и 6, образующими ротор, вокруг оси вала 2 и своих осей производят процесс измельчения материала, находящегося между стенками корпуса 1 и поверхностью валков 7 и 8. В свою очередь дополнительные валки 11 и 14, установленные на поворотных рычагах действием центробежных сил прижимаются к стенке корпуса 1, совершая одно временно вращение вокруг своих осей. В результате материал, находящийся между стенкой корпуса и поверхностью катков, мелется и тем качественнее, чем больше скорость вращения вала 2. Измельченный материал скатывается по на клонной стенке корпуса к выгрузочному отверстию.
Рисунок 3 – Роликомаятниковая мельницы
К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:
К недостаткам:
Еще одна конструкция мельницы представлена на рисунке 4. Мельница со держит корпус 1 с шарнирно открывающимся люком 2, вертикальный питатель 3, жестко соединенный с корпусом 1 и установленный в подшипнике 4, камеру измельчения, выполненную в виде конической чаши 5, армированной защитными плитами 6, размольные ролики 7, где каждый ролик имеет ось 8, установленную в подшипнике 9 и соединенную шарниром 10 с кронштейном, составленным из соединенных шарниром 11 полуоси 12 и крестовины 13, жестко насаженной на вертикальном пустотелом валу 14 с перфорированным сферообразным наконечником 15 с отверстиями 16 и защитным козырьком 17, при этом вал 14 соосно с корпусом 1 установлен в подшипнике 18 с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси и сопряжен с воздуховодной системой 19 с шибером 20.
Вращение корпусу 1 и вертикальному пустотелому валу 14 передается через клиноременную передачу от индивидуальных приводов на шкивы 21 и 22.
Рисунок 4 – Роликомаятниковая мельницы
Мельница работает следующим образом. Исходный материал через загрузоч ный питатель 3 поступает в мельницу и по защитному козырьку 17 стекает на дно чаши 5, предварительно ударившись о ролики 7. Под действием центробежной силы материал перемещается поперек чаши 5 и попадает под ролики 7. Крестови на 13, вращаясь вокруг вертикальной оси, приводит ролики 7 во вращательное движение также и вокруг своих осей за счет силы трения между роликами 7 и чашей 5 непосредственно или через материал. При этом необходимым условием является разность числа оборотов вращения корпуса 1 и крестовины 13. При вращении чаши 5 и роликов 7 материал, попадая между ними, разрушается. Из мельчающее действие вращающихся роликов 7 носит давяще-истирающий харак тер, обусловленный собственной массой роликов и центробежной силой, которая благодаря консольному соединению роликов 7 шарнирами с полуосями 12 при жимает их к боковине чаши 5. В данном случае центробежные силы усиливают измельчающее действие вращающихся роликов 7. С целью повышения эффектив ности разрушения кускового материала ролики 7 со стороны торцов выполняются относительно рабочей поверхности чаши 5 с угловым зазором, например, яйце видной формы. В случае попадания металла или очень прочных кусков, имея с обеих сторон шарнирное крепление полуосей 12, ролики 7 перекатываются через них и устройство не получает повреждений. Количество роликов определяется расчетным путем в зависимости от производительности мельницы, крупности и прочности исходного материала. Конструкция центробежной мельницы преду сматривает регулирование времени прохождения материала и измельчающих усилий за счет изменения скоростей вращения корпуса 1 и крестовины 13 с роли ками 7 с помощью приводов с регулируемым числом оборотов. Кроме этого, в случае изгиба полуосей 12 во время вращения крестовины 13 они могут быть взаимосвязаны шарнирно тягами по периметру линии горизонтальных осей шар ниров 10.
В процессе разрушения материал увлекается центробежными силами вверх по боковой поверхности чаши 5 и, дойдя до критической точки, отрывается от кор пуса 1 и вновь стекает на дно чаши 5, ударяясь о ролики. Цикл измельчения по вторяется до заданной тонины помола. При этом размол материала дополнитель но осуществляется и по способу динамического самоизмельчения за счет энергии, сообщаемой частицам (кускам) во вращающейся чаше 5 центробежными силами.
Пыль и мелкие частицы, образующиеся во время дробления и измельчения материала, через отверстия 16 сферического наконечника 15 по вертикальному пустотелому валу уносятся воздушным потоком через воздушную систему 19 в пылеосадительное устройство, например циклон или классификационную камеру с фильтрующими сетками, где происходит разделение частиц по классам крупно сти. Тонина продукта, отсасываемого потоком воздуха из камеры измельчения, регулируется скоростью воздушного потока с помощью шибера 20 и диаметром отверстий 16 наконечника 15.
К достоинствам этой конструкции можно отнести следующее:
К недостаткам:
2.3 Выбор прототипа
На основании проведенного анализа можно предложить новую конструкцию роликомаятниковой мельницы, представленную на рисунке 5.
Рисунок 5 – Роликомаятниковая мельница
Мельница состоит из помольной камеры 1 в виде конусообразной чаши, рас пределительной тарели 2, роликов 3, крестовины 4, пальцеобразных скребков 5, вертикального вала 6, осей-маятников 7, разгрузочного патрубка 8, защитного кожуха 9, привода 10. корпуса 11, крышки 12.
Распределительная тарель 2, крестовина 4 и защитный кожух 9 жестко закреп лены на вертикальном валу 6, совместно с ним вращаются от привода 10. Скребки 5 могут быть шарнирно закреплены на крестовине 4 или крепиться шарнирно к защитному кожуху 9. На осях-маятниках 7. закрепленных шарнирно к крестовине, устанавливаются ролики 3. Ролики 3 образованы соединенными большими осно ваниями конусами. Такое соединение конусов позволяет нижнему конусу нахо диться в соприкосновении с конической поверхностью помольной камеры, а верхний конус ролика и указанная поверхность образуют расходящийся кверху зазор, угол которого составляет 4 – 8°. Таким образом, коническая форма роликов обеспечивает измельчение материала с перетиранием, т. е. за счет разницы значе ний окружных скоростей в различных точках поверхности вращающегося ролика происходит перетирание материала с одновременным проскальзыванием и из мельчением. Кроме того, измельчаемая масса скользит по наклонной рабочей по верхности помольной камеры и ролика, что обеспечивает большое число сопри косновений ролика с измельчаемым материалом. Чтобы увеличить интенсивность помола и время прохождения материала по стенкам камеры к разгрузочному патрубку, конусная поверхность направлена вниз меньшим основанием, в резуль тате чего между рабочими поверхностями ролика и камеры возникают раздавли вающие и сдвигающие силы в вертикальной плоскости. Образующая конусной поверхности камеры 1 составляет с вертикальной осью угол 5 – 10°. Уменьшение этого угла снижает качество помола, а увеличенные выше 10° снижает производи тельность. Защитный кожух, расположенный между роликами, препятствует попаданию непомолотого материала в середину между роликами к центральной оси.
Мельница работает следующим образом. Материал измельчается между ко нусной поверхностью помольной камеры 1 и роликами 3, которые перекатывают ся по ней при вращении крестовины 4, закрепленной на вертикальном валу 6. При вращении крестовины ролики под действием центробежных сил отклоняются на осях-маятниках 7 и прижимаются к конусной поверхности помольной камеры. Происходит постепенное измельчение материала в зазоре между верхним кону сом ролика и поверхностью помольной камеры, а затем его раздавливание и истирание между нижним конусом ролика и камерой. Скребки 5 очищают корпус от залипания продуктами помола. Измельченный материал под действием грави тационных сил попадает в разгрузочный патрубок 8.
К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:
К недостаткам можно отнести лишь повышенную материалоемкость конструкции.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕЛЬНИЦЫ И
РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Расчет технологических параметров
3.1.1 Расчет геометрических параметров
Предварительно производительность, кг/с, роликомаятниковой мельницы определяется по формуле
|
, |
(1) |
где l – ширина мелющей части ролика, м;
h – высота слоя материала под роликом, м; h = 0,02…0,025 м [7, с. 83];
v – окружная скорость ролика, м/с; v = 4 м/с [7, с. 80];
ρ – насыпная плотность материала, кг/м3. Для средне- и мелкокускового мела ρ = 1400…2500 кг/м3 [5, табл. 4.1];
z – число валков; z = 3;
kц – кратность циркуляции; kц = 10…15 [7, с. 83].
По условию производительность проектируемой мельницы при помоле мела должна быть равна П' = 15 т/ч = 4,17 кг/с. Тогда из формулы (1) выразим ширину мелющей части ролика (длина образующей нижнего усеченного конуса) и определим ее числовое значение:
м.
Длина образующей верхнего усеченного конуса также равна l = 0,186 м.
Угол между образующей и вертикалью принимаем равным α = 4°.
Ролики мельницы изготавливают из стали 110Г13Л по ГОСТ 977-88 [6, табл. 1]. Это высокомарганцовистая износоустойчивая сталь, применяемая для сильно изнашивающихся деталей. Ролик получают в виде отливки, выбиваемой из формы при температуре около 1100 °С и сразу же закаливаемой в воде. При этом сталь имеет твердость 58…62 HRC [1, Т.1, с. 104].
Роликомаятниковые мельницы выпускают с диаметром роликов 300-700 мм [2, с. 130]. Тогда принимаем диаметр самой широкой части ролика (стык усеченных конусов большими основаниями) d = 400 мм.
Длина ролика будет равна
|
мм. |
(2) |
Диаметр меньших оснований конусов ролика
|
мм. |
(3) |
На рисунке 6 представлен ролик с его основными размерами.
Рисунок 6 – Ролик
Роликомаятниковые мельницы выпускают с диаметром размольного кольца 600-1800 мм [2, с. 130]. Т.к. разрабатываемая мельница имеет размольное кольцо в виде конусообразной чаши, то предварительно принимаем ее диаметр на уровне соприкосновения с наибольшим диаметром роликов равным D = 1200 мм. Окончательные размеры кольца будут определены конструктивно.
Расстояние от оси вращения крестовины (вала мельницы) до оси ролика (оси-маятника)
|
мм. |
(4) |
3.1.2 Расчет кинематических параметров
Угловая скорость крестовины (вала мельницы), рад/с
|
, |
(5) |
где q – давление ролика на кольцо, Н/м; q = (0,1…0,2) 106 Н/м [7, с. 82];
mр – масса ролика, кг. Принимаем mр = 240 кг [7, с. 83].
рад/с.
Частота вращения вала мельницы
|
об/мин. |
(6) |
Уточним значение окружной скорости ролика
|
м/с. |
(7) |
Угловая скорость и частота вращения ролика вокруг своей оси (оси-маятника):
рад/с;
об/мин.
3.1.3 Определение мощности привода
Мощность, кВт, привода вала роликомаятниковой мельницы расходуется на перекатывание роликов (N1) и на преодоление трения при проскальзывании роликов (N2):
|
, |
(8) |
|
, |
(9) |
где P – сила прижатия ролика, Н;
|
Н; |
(10) |
μ – коэффициент сопротивления качению ролика; μ = 0,05…0,1 [2, с. 129];
f – коэффициент трения между материалом и роликом; f = 0,3 [5, табл. 4.1].
vск – скорость скольжения ролика, м/с;
|
м/с. |
(11) |
Значения мощностей:
кВт;
кВт.
В разрабатываемой мельнице установлены пальцеобразные скребки. Мощность потребную для их привода и покрытие потерь в других узлах машины (N3) примем равной 10% от суммы N1 и N2, т.е.
|
кВт. |
(12) |
Таким образом, мощность мельницы
|
кВт. |
(13) |
3.1.4 Подбор двигателя, редуктора и муфт привода
Схема привода мельницы изображена на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема привода мельницы
Привод мельницы осуществляется от двигателя 1 через муфту 2, двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор 3 и муфтой 4 соединяется с валом мельницы. Общий КПД привода
|
, |
(14) |
где ηр – КПД редуктора; ηр = 0,93 [5, с. 320];
ηм – КПД муфты; ηм = 0,98 [3, табл. 1.1].
.
Потребная мощность двигателя
|
кВт. |
(15) |
Выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типоразмера 4A280S6У3 [5, табл. III.3.1] с мощностью Nэ = 75 кВт, частотой вращения nэ = 985 об/мин и диаметром вала dв.э = 50 мм.
Потребное передаточное число редуктора
|
. |
(16) |
Выбираем редуктор коническо-цилиндрический МС-2-R-V-S-F-02 c креплением на лапах и вертикальным тихоходным валом [10] с передаточным числом uр = 6,3, диаметрами быстроходного вала dр.б = 50 мм и тихоходного вала dр.м = 100 мм и номинальным крутящим моментом Tр = 6300 Н·м.
Фактическое передаточное число редуктора превышает потребное на
,
что не превышает допустимого значения в 5%.
Фактическая частота вращения вала мельницы по формуле (16)
об/мин.
Крутящие моменты на быстроходном и тихоходном валах редуктора:
|
Н·м; |
(17) |
Н·м.
Значение Tт не превышает значение номинального крутящего момента редуктора Tр, следовательно редуктор подобран правильно.
Муфты выбираем по значению номинального крутящего момента
|
, |
(18) |
где Tм – номинальный момент, передаваемый муфтой, Н·м;
Tн – номинальный длительно действующий момент на валу, Н·м;
K – коэффициент режима работы. Для мельниц K = 1,5…2,0 [3, с. 195].
Значит, номинальные моменты, передаваемые муфтами должны быть следующими:
Н·м;
Н·м.
При подборе муфт необходимо также учитывать диаметры отверстий полумуфт под соединяемые валы.
Для соединения вала двигателя и быстроходного вала редуктора выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую №9 МУВП-9-1000-50-1 ГОСТ 21424-93 с номинальным крутящим моментом Tм1 = 1000 Н·м и отверстиями в полумуфтах под длинные цилиндрические концы валов (исполнение 1) диаметром 50 мм.
Для соединения тихоходного вала редуктора с валом мельницы выбираем муфту МУВП-12-8000-100-1 ГОСТ 21424-93 с номинальным крутящим моментом Tм2 = 8000 Н·м и отверстиями в полумуфтах под длинные цилиндрические концы валов диаметром 100 мм [1, Т.2, с. 315].
3.1.5 Определение фактических кинематических параметров и
производительности
Определим фактические значения кинематических параметров:
по формуле (6) фактическая угловая скорость вала мельницы (крестовины)
рад/с;
по формуле (7) фактическая окружная скорость ролика
м/с;
фактическая угловая скорость вращения ролика вокруг своей оси
рад/с;
фактическая частота вращения ролика вокруг своей оси
об/мин.
Тогда производительность разработанной мельницы по формуле (1)
кг/с т/ч.
3.2 Конструктивный расчет
3.2.1 Определение внешних сопротивлений
Определим силы, действующие на ролик и размольное кольцо. На рисунке 8 сила инерции Pи ролика разложена на касательную и нормальную составляющие, сила Q – реакция кольца, численно равная силе давления ролика на кольцо. Также на подвес O действует сила тяжести Gр.м ролика и оси-маятника и соединяющих их деталей. Расстояние от оси подвеса (точка O) до центра ролика принимаем равным h = 0,75 м [2, с.130].
Сила инерции ролика
|
Н. |
(19) |
Рисунок 8 – Схема к расчету сил, действующих на ролик и размольное кольцо
Силу давления ролика на кольцо определим из уравнения моментов всех сил, действующих на ролик, относительно подвеса O, т.е.
|
, |
(20) |
Отсюда
|
Н. |
(21) |
На ролик действуют две силы сопротивления:
сила сопротивления перекатыванию (сила трения качения)
|
Н. |
(22) |
сила сопротивления проскальзыванию (сила трения скольжения):
|
Н. |
(23) |
Общая сила сопротивления движению ролика
|
Н. |
(24) |
3.2.2 Определение нагрузок, действующих на рабочие органы машины
Сила тяжести Gр.м ролика и оси-маятника
|
, |
(25) |
где mр.м – масса всего узла маятника, включая массу ролика и оси-маятника, а также массу соединительных деталей, кг; mр.м = 500 кг [2, с. 130].
Н.
Общую массу рабочих узлов и органов (ролики, оси-маятники, крестовина, скребки, распределительная тарель, вал, различные крепежные и соединительные детали, а также материал, находящийся на тарели во время помола) принимаем с запасом равной mобщ = 2500 кг. Тогда сила тяжести рабочих органов машины, действующая на опору вала,
|
Н. |
(26) |
Крутящий момент на валу мельницы равен моменту на тихоходном валу редуктора, т.е.
Н·м.
3.2.3 Расчет рабочих органов, узлов и агрегатов
Ось-маятник соединяется с крестовиной пальцем. На палец действует сила тяжести Gр.м и дополнительная сила Pп, вызываемая моментом Mп от силы Pсопр (рисунок 9).
Рисунок 9 – Силы, действующие на палец
Момент от силы Pсопр
|
Н·м. |
(27) |
Тогда дополнительная сила, действующая на палец
|
, |
(28) |
где b – ширина корневой части оси-маятника, м; b = 0,1 м [2, с. 130].
Н.
Действие Gр.м и Pп в левом и правом сечениях пальца неодинаково. Слева они будут слаживаться, а справа – Gр.м уменьшает действие Pп, т.к. они противоположно направлены. Qл и Qп – реакции крестовины слева и справа, они равны:
|
Н; |
(29) |
|
Н. |
(30) |
Очевидно, что опасным сечением пальца является левое, поэтому в дальнейших расчетах будет участвовать реакция Qл.
Исходя из расчета на срез, определим наименьший достаточный диаметр пальца:
|
, |
(31) |
где [τ] – допускаемое касательное напряжение, Па. Для материала пальца (сталь Ст2) [τ] = 140·106 Па [4, табл. 2.1].
м.
Из стандартного ряда принимаем dп = 40 мм.
Проверим выбранный палец на смятие. Условие прочности при этом
|
, |
(32) |
где t – ширина самой меньшей из соединяемых деталей, мм. В данном случае это ширина одного ушка крестовины. t = 0,05 м [2, с.130];
[σсм] – допускаемое напряжение смятия, Па; [σсм] = 280·106 Па [4, табл. 2.1].
Па Па.
Условие выполняется. Оставляем принятый диаметр dп окончательным.
Определим минимально допустимый диаметр вала мельницы, мм, по формуле:
|
, |
(33) |
где [τ] – допускаемое напряжение кручения, МПа. Для материала вала (Сталь 45) [τ] = 12 МПа [4, с. 302].
мм.
Принимаем Dв = 125 мм.
Подберем шпонку для соединения крестовины с валом мельницы. Материал шпонки – сталь 45, нормализованная. Для вала диаметром 125 мм назначаем шпонку 32×18×125 по ГОСТ 23360-78 [1, Т2, с. 810].
Выбранную шпонку проверим на смятие. Условие прочности при смятии
|
, |
(34) |
где h – высота шпонки, мм; h = 18 мм;
t1 – глубина паза вала, мм; t1 = 11 мм;
lр – расчетная длина шпонки, мм;
,
l – длина шпонки, мм; l = 125 мм;
b – ширина шпонки, мм; b = 32 мм;
[σсм] – допускаемое напряжение смятия шпонки, МПа; [σсм] = 100…120 МПа.
мм;
МПа МПа.
Условие прочности шпонки выполняется.
Вал мельницы устанавливается вертикально в трех подшипниках: сверху – радиальном шариковом, снизу – радиальном шариковом и упорном шариковом. Т.к. действующие на вал радиальные нагрузки не велики, то радиальные подшипники подбираются конструктивно по диаметру вала. Нижний упорный подшипник воспринимает весь вес рабочих органов мельницы (осевая нагрузка), который был определен по формуле (26).
Подберем упорный подшипник. Выбираем шариковый упорный одинарный подшипник типа 8324 по ГОСТ 7872-89 [1, Т.2, с. 247] с динамической грузоподъемностью C = 312 кН и внутренним диаметром 120 мм.
Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника
|
, |
(35) |
где P – эквивалентная нагрузка на подшипник, кН. Для упорных подшипников она равна осевой нагрузке, т.е. в нашем случае
|
кН; |
(36) |
p = 3 для шариковых подшипников [4, с. 338];
L – номинальная долговечность, млн. об.;
|
, |
(37) |
Lh – номинальная долговечность, ч. Для механизмов при круглосуточной работе и среднем режиме нагрузки Lh = 40000 ч [4, с. 338].
млн. об.;
кН кН.
Условие выполняется, поэтому оставляем назначенный подшипник окончательным.
Ролик закрепляется на оси-маятнике на двух подшипниках: сверху – радиальном шариковом, снизу – коническом роликовом радиально-упорном. Для подбора подшипников изобразим расчетную схему и определим действующие нагрузки (рисунок 10).
Рисунок 10 – Расчетная схема для подбора подшипников ролика
Нагрузка Pсопр действует на центр ролика, следовательно, расстояния между радиальными реакциями подшипников RA и RB и линией действия Pсопр одинаковы (расстояние x). Тогда нагрузка на подшипники распределится равномерно, т.е.
|
Н. |
(38) |
Всю осевую нагрузку воспринимает опора B, т.е. осевая реакция в ней
|
Н. |
(39) |
Подберем подшипник для опоры B. Принимаем подшипник конический роликовый радиально-упорный 7214 по ГОСТ 27365-87 [3, табл. 18.33] с внутренним диаметром 70 мм, динамической грузоподъемностью C = 119 кН и параметром осевого нагружения e = 0,36.
Эквивалентная нагрузка для радиально-упорных подшипников
|
, |
(40) |
где V – коэффициент вращения подшипника. При вращении наружного кольцо подшипника V = 1,2 [4, с. 339];
X – коэффициент радиальной нагрузки;
Y – коэффициент осевой нагрузки;
Kб – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки. Для нагрузки с умеренными толчками Kб = 1,3…1,8 [4, с. 339];
Kт – температурный коэффициент; Kт = 1.
Коэффициенты X и Y зависят от соотношения
|
, |
(41) |
Для роликовых конических однорядных подшипников [4, табл. 15.3] при соотношении
,
|
, |
(42) |
где α – угол наклона оси ролика подшипника, град.; α = 14° [3, табл. 18.33].
.
Тогда эквивалентная нагрузка
Н кН.
Условие подбора подшипника тоже, что и выражение (35), но здесь p = 3,33 (для роликовых подшипников [4, с. 338]), а номинальная долговечность
млн. об.
Тогда по выражению (35) расчетная грузоподъемность
кН кН.
Условие выполняется.
Для опоры A выбираем подшипник радиальный шариковый однорядный типа 214 по ГОСТ 8338-75 [3, табл. 18.28] с внутренним диаметром 70 мм и динамической грузоподъемностью C = 48,8 кН.
Эквивалентная нагрузка для радиальных подшипников равна радиальной нагрузке на опоре, т.е.
Н кН.
Для этого подшипника p = 3, а L = 801,6 млн. об.
Тогда по выражению (35) расчетная грузоподъемность
кН кН.
Условие выполняется.
Линия действия реакции опоры B (конического роликового радиально-упорного подшипника) не совпадает с центром подшипника, а проходит через точку пересечения его оси и перпендикуляра к оси ролика (рисунок 11). Таким образом, положение подшипника на оси-маятнике будет смещено на величину c.
Рисунок 11 – Схема смещения реакции опоры
Величина c будет определена графически при построении сборочного чертежа маятниковой подвески.
Таким образом, мы определили основные параметры и размеры рабочих органов и узлов мельницы. Все остальные размеры органов машины будут определены конструктивно или приняты такими же, как у базовой машины.
4 ЭСКИЗНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИЫ. ОБОСНОВАНИЕ
КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
Вал мельницы устанавливается в упорный подшипник, который крепится в основании мельницы. Таким образом, подшипник воспринимает весь вес рабочих органов мельницы. Другим концом вал соединяется с приводом через муфту. Привод устанавливается на крышке мельницы. Крышка имеет отверстия с резьбой для установки элементов привода. На рисунке 12 изображен привод с деталями его крепления к крышке мельницы.
Электродвигатель 1 крепится к крышке 6 мельницы своими лапами посредством четырех шпилечных соединений (вид Б на рисунке), в которые входят: Шпилька М20×50 ГОСТ 22038-76 (позиция 11), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).
Через муфту 2 электродвигатель 1 соединен с редуктором 3, который своими лапами опирается на два швеллера (позиция 7). Редуктор соединен со швеллерами четырьмя болтовыми соединениями (вид В), включающими: Болт М20×85 ГОСТ 15589-70 (позиция 8), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).
Швеллера 7 установлены на плиту 5, которая имеет двойное назначение: во-первых, служит подкладкой между крышкой мельницы и швеллерами для обеспечения соосности валов редуктора и двигателя, во-вторых, не дает материалу, загружаемому в мельницу через отверстие в крышке, попадать в место соединения редуктора с валом мельницы (муфта 4) и другие рабочие органы машины.
Редуктор 3 через швеллера 7 и плиту 5 крепится к крышке мельницы с помощью четырех шпилечных соединений (вид А), в которые входят: Шпилька М20×60 ГОСТ 22038-76 (позиция 12), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).
Зазоры между подвижными и неподвижными деталями мельницы делаются небольшими, чтобы избежать попадание частиц размалываемого материала в трущиеся пары, что вызывает быстрый абразивный износ и заклинивание.
|
Рисунок 12 – Привод мельницы |
5 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ,
ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ ПРИ
РАБОТЕ МАШИНЫ
5.1 Мероприятия по технике безопасности
Высокий уровень автоматизации технологических про цессов помола сырьевых материалов, надежности обору дования помольных агрегатов способствовал резкому сокращению численности обслуживающего персонала цехов помола сырья, работающего в довольно сложных условиях.
Особенностью этих технологических переделов являются доста точно высокие уровни шума и тепловыделения от мельниц, а также запыленности воздуха. Поэтому обслуживающий персонал мельницы должен быть обеспечен индивидуальными средствами защиты от этих вредных производственных факторов, а также мельница должна быть оборудована шумо- и виброизоляцией, а помещение должно иметь вентиляцию и различные отсосы, которые понижают запыленность рабочей зоны. Кроме того, разнообразное технологическое оборудование, входящее в состав помольного агрегата, большая часть которого расположена на высоте, создает определенные сложности при его обслуживании и особенно ремонте. Поэтому предъявляются по вышенные требования к обеспечению охраны труда рабочих при эксплуатации и ремонтном обслуживании помольных агрегатов.
Для обеспечения условий безопасного обслуживания мельниц их корпус должен быть огражден металлическими съемными сек циями высотой не менее 1 м на расстоянии от оси мельницы R + 1 м (где R – радиус корпуса мельницы, м). Кроме того, сплошными металлическими ограждениями следует закрыть движущиеся элементы привода. Ширина проходов между ограждениями парал лельно установленных мельниц должна быть не менее 1,2 м. Запрещается устраивать проходы под корпусами мельниц, устанавлива емых на высоте не более 3 м от пола до корпуса. Допускается устра ивать проходы, огражденные сверху и сбоку металлической сеткой с ячейками размером не более 25 мм, под мельницами, устанавлива емыми на высоте от пола до корпуса не менее 3 м. Ширина проходов под мельницей должна быть не менее 1,2 м.
Для обслуживания сепараторов, циклонов, рукавных фильтров, электрофильтров, вентиляторов, питателей и подшипников должны быть предусмотрены площадки. Высота от настила площадки до конструктивных элементов помещения должна быть не менее 2 м, ширина – не менее 1 м.
Для охраны труда персонала, обслуживающего мельницу, размещают пульт их управления в герметичной кабине наблю дения, в которой поддерживаются заданные температура и влажность воздуха, уровни шума и вибрации.
Блокировка помольных агрегатов должна обеспечивать следу ющий порядок пуска оборудования: пылеулавливающие и аспира-ционные системы – разгрузочные устройства – мельницы – за грузочные устройства. При внезапной остановке мельницы блоки ровка должна автоматически отключить загрузочные устройства, а при остановке разгрузочных устройств – мельницы и загрузочных устройств.
Безопасная эксплуатация мельницы обеспечивается соблюдением основных положений о планово-предупредительном ремонте и правил технической эксплуатации, которые запрещают ее работу при не исправности блокировки или сигнализации, снятых или незакре пленных ограждений, наличии трещин на днищах и корпусе, ослаб лении или отсутствии болтовых соединений, выделении через неплотности или болтовые отверстия размалываемого материала, неисправности или неэффективной работе аспирационной системе.
При остановке мельниц на ремонт или осмотр принимают меры, полностью исключающие случай ность их пуска и работу загрузочных устройств. При этом у остановленной мельницы люки в корпусе должны находиться в верхнем положении. Внутренний осмотр и ремонт мельницы должны производиться по наряду-допуску при температуре воздуха в мельнице не более 40 °С. Для выполнения ремонтных работ предусмо трены грузоподъемные механизмы, по грузоподъемности соответству ющие наиболее тяжелым узлам или деталям оборудования помоль ного агрегата.
Для оповещения пуска оборудования в цехах предусмотрены звуковая и световая сигнализация (сирены и мигающие электро лампы), обеспечивающая слышимость и видимость сигнала на всех рабочих местах помольных агрегатов.
Электропривод мельницы может послужить причиной возгорания из-за перегрузки электродвигателя, вызывающей нагрев проводов свыше допускаемых норм и искрение. Поэтому цеха установки мельниц должны быть снабжены углекислотными огнетушителями, у которых огнегасящее вещество не является электропроводным. Кроме того, в помещении, где расположены машины, необходимо иметь противопожарное водоснабжение.
5.2 Мероприятия по охране окружающей среды
Основными загрязнителями окружающей среды при работе мельниц являются: шум, вибрации и пыль.
Важной проблемой современного производства является защита окружающей среды от выбросов пыли в атмосферу. Высокая концентрация пыли в выбросах наносит огромный вред природной среде, приводит к безвозвратной потере большого количества сырья и готового продукта. Производственная пыль – это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле и механической обработке различных материалов, погрузке и выгрузке сыпучих грузов и т.п., а также образующиеся при конденсации некоторых паров.
Помещение, где установлена мельница должно снабжаться пылеулавливающими аппараты, позволяющими не только возвратить значительное количество готового продукта или полуфабриката, но и предотвратить загрязнение пылью воздушного бассейна цементных заводов и прилегающих к ним территорий. Перед выбросом в атмосферу аспирационного воздуха от помольных агрегатов эти аппараты очищают его, добиваясь сни жения содержания в них пыли до установленных законом санитар ных норм.
Санитарные нормы запыленности в цеху помола обеспечивается развитой системой аспирации питателей, мест загрузки и перегрузки транспортирующего и помольного оборудования, надежными уплотнениями соединений материалопроводов и газоходов. Уборку пыли с высотных площадок производят через специальные спускные трубы, соединенные с герметичными бункерами.
Механические колебания машин приводят к колеба ниям воздушной среды, которые являются причиной шу мов. Сильный и продолжительный шум отрицательно влияет на состояние здоровья.
Снизить уровень шума до предельно допускаемых норм можно такими технологическими и конструктивными решениями, которые позволяют ослабить шум в источни ке его возникновения. Кроме того, следует использовать конструктивные меры по звукопоглощению возникающе го шума или изолировать сам источник шума. Нередко все эти решения применяют в сочетании.
Ослабления шума в источниках его возникновения можно достигнуть различными конструктивными меро приятиями. К ним относятся следующие: замена ударных действий безударными, демпфирование соударяющихся металлических частей упругими материалами, поглоща ющими колебательную энергию.
Одним из путей снижения уровня шума является звукоизоляция механизмов машины или в целом машины с по мощью кожухов. Их изготовляют из стальных листов с внутренней облицовка из войлока, пенополиуретана или шлаковаты. Кожух устанавливают на виброизолирующие прокладки из асбеста, войлока или резины. Приме нение кожухов снижает шум до 3 дБ.
Шум можно несколько снизить, если источник шума, т.е. мельницу, разместить на тер ритории предприятия с подветренной стороны по отно шению к другим зданиям.
Колебания машин с частотой до 15 – 18 Гц восприни маются организмом человека изолированно одно от дру гого и ощущаются как толчки или сотрясение. Эти ощущения вызывают нервное возбуждение. Интенсивность толчков и сотрясений можно уменьшить установкой амортизаторов.
Колебания с большей частотой (свыше 18 Гц) и небольшой амплитудой воспринимаются слитно и ощущаются как вибрация. В результате длительной вибрации возникает вибрационная болезнь.
Уменьшать вибрацию мельницы в источнике ее образования можно следующими мероприятиями: исключением в конструкции ударного взаимодействия деталей, исключением резонансного явле ния, применением минимальных допусков в сочленениях деталей, исключением неуравновешенности деталей.
Для уменьшения распространения вибраций применя ют следующие средства виброизоляции и вибропоглощения; амортизаторы, прокладки и облицовки из вибропоглощающих материалов и различные типы гасителей колебаний.
5.3 Мероприятия по энергосбережению
Затраты электроэнергии на привод мельницы можно снизить следующими мероприятиями: оснащением приборами учета и контроля расхода электроэнергии, автоматизацией технологических процессов, автоматизацией управления машиной и вспомогательными агрегатами.
Важную роль в энергосбережении играет использование пыли, отфильтрованной пылеулавливающими аппаратами цеха. Пыль, уловленная обеспыливающими установками, является ценным сырьем для получения строительных материалов и поэтому должна возвращаться в технологические линии. Утилизация уловленной пыли на производстве является одним из условий создания безотходных производств.
Наибольший интерес представляет использование пыли в процессе производства цемента на самом цементном заводе, что может быть решено путем возврата пыли, использование пыли в качестве добавки при помоле цемента, обжига ее в отдельной печи, работающей по сухому способу производства и т.д. Однако такой способ утилизации не всегда целесообразен, поскольку возможность возврата пыли в основном зависит от содержания количества щелочей в шламе и от их накопления в пыли в процессе ее улавливания в фильтре.
Представляет интерес использование пыли, уловленной системами пылеочистки, для производства окрашенного медицинского стекла и получения на листовом стекле тонких теплозащитных пленок с коэффициентом поглощения в ИК-диапазоне спектра 39 – 25%. Пыль фильтров цементных заводов содержит много щелочей и по составу близка к исходному сырью для производства стекла. Введение ее в шихту дает возможность вывести мел и уменьшить количество соды, доломита и глинозема.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте была разработана новая конструкция роликомаятниковой мельницы, которая имеет ряд достоинств по сравнению с существующими аналогами: производительность машины примерно в 1,5 раза превышает производительность существующих мельниц такой же мощности; новая форма профиля роликов позволяет увеличить размер загружаемых кусков материала практически в два раза; в отличие от аналогов мельница имеет возможность измельчения влажных материалов, таким образом, исчезают затраты на сушку, если она не предусмотрена технологией изготовления строительного материала; рабочие органы машины изготовлены из износостойких материалов, что увеличивает их срок службы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
PAGE \* MERGEFORMAT 4