Проектирование барабанного грохота
Реферат
Курсовой проект содержит 32 с., 4 рис., 8 табл., 3 источника, 1 прил. пояснительной записки. Графическая часть включает в себя: Чертёж общего вида барабанного грохота на листе формата А1, сборочный чертёж опорного ролика грохота на листе формата А3, 3 чертежа деталей опорного ролика на листах формата А3 и А4.
БАРАБАН, РОЛИК ОПОРНЫЙ, РЕАКЦИЯ ОПОРЫ, ДВИГАТЕЛЬ, БАНДАЖ, БАШМАК, НАПРЯЖЕНИЕ, БОЛТ, РЕДУКТОР
Целью выполнения курсового проекта является проектирование барабанного грохота.
Произведены подбор конструкционных материалов, расчеты геометрических параметров барабанного грохота, определены действующие нагрузки и максимальный изгибающий момент по длине барабанного грохота, проверочные расчеты принятой толщины стенки грохота на прочность и жесткость с учетом перфорации, расчет нагрузок на свободно надетый бандаж, расчет геометрических параметров бандажа, расчет опорного и упорного роликов, проверочный расчет бандажа на выносливость.
В результате спроектирован барабанный грохот оптимальных размеров и с оптимальной долговечностью узлов.
Содержание
Введение 5
1 Выбор конструкционных материалов 7
2 Подбор и уточнение расчетных данных барабана 10
3 Определение рабочей длины и максимального веса грохота 12
4 Определение действующих нагрузок и максимального изгибающего момента по длине барабанного грохота 13
5 Проверочный расчет барабана на прочность 15
5.1 Напряжение в барабане 15
7 Расчет геометрических параметров бандажа, опорного и упорного роликов 17
7.1 Определение нагрузки на свободно надетый бандаж, опирающийся на башмаки 17
Рисунок 7.3 – Эпюра изгибающих моментов в бандаже 23
7.2 Геометрические размеры бандажа, опорного и упорного ролика 23
8 Проверочный расчет сечения бандажа на выносливость 26
9 Степень унификации и стандартизации 28
Заключение 29
Список использованных ГОСТов 30
Список использованных источников 31
Приложения 32
Введение
Основной частью вращающихся аппаратов является барабан, установленный горизонтально или наклонно к горизонту (не более 4°). Барабаны используются в грохотах, мельницах, сушилках, кристаллизаторах, холодильниках. Барабаны, футерованные изнутри, применяются в печах. Барабанные грохоты широко используются в промышленности строительных материалов для классификации.
Барабаны изготавливаются диаметром от 0,8 до 3,6 м, длиной от 4…5 до 150…220 м. Соотношение длины барабана к его диаметру в основном составляет 3,5…8, а для цементных печей может достигать 45.
Схематический чертеж барабанного грохота приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Барабанный грохот
Размеры барабана определяются необходимой величиной рабочего или реакционного пространства.
С целью компенсации местных деформаций (напряжений), возникающих в местах установки опорных роликов, т.е. в местах действия сосредоточенных нагрузок, сечение барабана усиливается с помощью установки колец жесткости – бандажей. Бандажи передают нагрузку от веса барабана на ролики опорных станций, на одной из которых устанавливаются упорные ролики, не допускающие осевого перемещения барабана. Количество опорных станций зависит от длины барабана. Опорные ролики изготавливают из более мягкого, чем бандаж, или одинакового с ним материала.
Чаще всего бандаж представляет собой кольцо прямоугольного сечения, свободно надетое на установленные по окружности барабана башмаки, под которые подкладываются усиливающие и регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа.
По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки и выгрузки материала, также для подвода и отвода сушильного агента.
Расчет элементов конструкции включает: определение нагрузок; определение реакций опор и изгибающих моментов; расчет на жесткость; определения сил, действующих на бандажи; определение геометрических размеров барабана и проверка его на выносливость [2] с. 4.
1 Выбор конструкционных материалов
Вращающийся корпус барабанного грохота имеет вид сваренного из стали полого цилиндра,с бандажами с подбандажными поясами и башмаками, венцовой шестерни и элементов уплотнений и др.
Оболочка грохота обычно сваривается из отдельных обечаек длиной 2…6 м и толщиной 20…120 м. Торцы обечаек предварительно чисто отрезают газогорелкой или обрабатывают на прямострогательном станке. Для повышения жесткости, особенно у опор и в зоне смешения, на оболочке с небольшим зазором устанавливают кольца жесткости.
В условиях длительной эксплуатации обечаек, предъявляемые в связи указанными условиями, сводятся к следующему:
Сталь должна быть устойчивой против старения, т.е. прочность ее при длительной работе не должна снижаться. Этому условию удовлетворяют, легированные стали. Углеродистые конструктивные стали, стареют, их твердость и хрупкость повышается, пластические свойства и ударная вязкость снижается (на 75…90%), свариваемость ухудшается.
Сталь для обечаек должна иметь высокий предел выносливости, определяемый разрушением образцов при 107 циклонов испытаний знакопеременной нагрузкой.
Порог хладоломкости стали для обечаек должен быть ниже температуры –30°С (у стали ВМСт3 ГОСТ 380-60 порог хладоломкости не гарантируется, у стали М16С ГОСТ 6713-53 гарантируется только до –20°С). Для конструкций работающих при низких температурах, целесообразно применять хромокремнемарганцевые стали, отличающиеся низким порогом хладоломкости.
У стали для обечаек должны быть гарантированы пределы изменения механических свойств при температуре 400°С. Прочностные характеристики сталей ВНСт3 и М16С при температуре 350°…400°С существенно (примерно на 30%) ухудшается, а у хромокремнемаргонцевых сталей изменяется лишь незначительно.
Сталь должна хорошо свариваться. У углеродистых сталей это качество сохраняется при содержании углерода не выше 0,25%, однако она при этом обладает низкими механическими свойствами. С повышением содержания углерода механические свойства углеродистых сталей повышается, однако у них появляется способность к закаливанию, а это приводит к образованию трещин в зоне термического влияния сварки.
Т.к. готовое изделие имеет большие размеры, то листы стали проходят термообработку на заводе изготовителе и применяются в готовом виде.
Для дальнейшего расчета принимаем Сталь 10Г2С1 ГОСТ 19281-73.
Назначение: различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре –70°С, аппараты, сосуды и части паровых котлов, работающих при температуре от –70°С до +475°С под давлением. Химический состав стали 10Г2С1 приведен в таблице 1.1. механические свойства – в таблице 1.2, предел текучести – в таблице 1.3.
Таблица 1.1 – Химический состав, %
C |
Si |
Mn |
Cr |
N |
As |
P |
S |
Cu |
Ni |
до 0,12 |
0,8…1,10 |
1,3…1,65 |
Не более | ||||||
0,3 |
0,008 |
0,08 |
0,035 |
0,04 |
0,03 |
0,3 | |||
Таблица 1.2 – Механические свойства
ГОСТ |
Состояние поковки |
Сечение, лик. |
| ||
|
МПа | |||||
Не менее | |||||
19281-73 |
Сортовой прокат |
до 5 5…10 10…20 |
355 345 335 |
490 490 480 |
21 |
19282-73 |
Листы и полосы |
20…32 32…60 60…100 |
325 325 295 |
470 450 430 |
21 |
Листы после закалки |
10…40 |
390 |
530 |
19 | |
17066-80 |
Листы горячекатаные |
2…3,9 |
– |
490 |
(17) |
Таблица 1.3 – Предел текучести
Температура испытания, °С | |||
250 |
300 |
350 |
400 |
245 |
215 |
195 |
175 |
Технологические свойства:
Температура ковки, °С – начала 1200, конца 850.
Свариваемость – свариваемость без ограничений.
Способы сварки: РДС, АДС под слоем флюса и газовой защитой.
Фиолеточувствительность – не чувствительна.
Сварку Стали 10Г2С1 ГОСТ 19281-73 проводят электродами 1У 20ХГСА ГОСТ 2246-60, покрытыми обмазкой ВИАМ-100.
Термообработку сварочного соединения не проводят.
Т.к. предел прочности для листов и сварных швов несколько отличается, то для обеспечения запаса прочности принимаем для дальнейшего расчета.
Принимаем автоматическую дуговую
сварку под слоем флюса. Благодаря
флюсовой защите потери тепла на угар
и разбрызгивание. Высокое качество
сварочного соединения получается благодаря,
легированию металла
Основное назначение флюса – изолировать сварочную ванну от воздействия атмосферного воздуха [1].
2 Подбор и уточнение расчетных данных барабана
Для проектирования барабана выбрали по ГОСТ 19281-73 сталь 10Г2С1. Расчет производим по [2] формуле (2.1).
Ширина листа l = 2 м.
Определяем количество листов.
где – длина барабана.
Так как барабан перфорирован, то толщину стенки определяем по [2] формуле (2.2):
где – диаметр барабана;
– коэффициент перфорации;
Коэффициент перфорации определяется для правой части корпуса барабана по [3] с. 266:
Коэффициент перфорации для левой части корпуса барабана:
Тогда толщина стенки будет равна (в правой части):
Толщина стенки (в левой части):
Принимаем большую толщину стенки
Длина листа для правой части корпуса барабана по [2] формуле (2.3):
где – средний диаметр барабана.
Уточняем количество опор. Количество опорных станций зависит от длины барабана.
Так как длина барабана 14 м, то расстояние между опорами будет составлять:
Количество отверстий в барабане:
(2.5)
где – шаг отверстий перфорации, которые расположены по вершинам равностороннего треугольника,
В правой части:
В левой части, :
Площадь перфорированной поверхности в правой части:
– диаметр отверстий в барабане, ;
Площадь перфорированной поверхности в левой части, :
Площадь сплошной поверхности барабана:
(2.7)
3 Определение рабочей длины и максимального веса грохота
Рабочая длина барабанного грохота составляет 14 м, т.к. расстояние между опорами 8,2 м, вылет – 2 м, расстояние от опоры до венцовой шестерни – 2,4 м. Расчет производим по [2].
Определяем максимальный вес грохота. Вес металла.
где – плотность металла.
– объем металла, м3.
– ускорение свободного падения.
Вес наполнения.
где – внутренний объем барабана, м3.
– насыпная плотность материала (принимаем ),
– коэффициент заполнения барабана.
Вес бандажей (2 бандажа, ).
Вес, входящий в распределенную нагрузку.
(3.3)
Распределенная нагрузка.
Вес венцовой шестерни
Общий вес барабана.
(3.4)
4 Определение действующих нагрузок и максимального изгибающего момента по длине барабанного грохота
Построим эпюры поперечных сил изгибающих и крутящих моментов. Балка лежит на двух опорах, система статически определима. Расчет и построение эпюр были проведены на ЭВМ при помощи программы «Сопромат – это просто!», Харьковского Инженерного Института.
Рисунок 4.1 – Эпюры поперечных сил крутящих и изгибающих моментов
Для построения эпюры крутящих моментов примем мощность электродвигателя кВт. ,частоту вращения барабана мин-1, (для среднеходных барабанов) угловая скорость вращения барабана:
; (4.1)
с-1
Крутящие моменты рассчитываем по:
; (4.2)
; (4.3)
где – радиус барабана, – радиус цапфы.
Т.к. в данном курсовом проекте отсутствует значение радиуса цапфы, то значение крутящего момента рассчитываем по формуле (4.2):
=5398,5 Н·м.
Определяем эквивалентный момент:
; (4.4)
=508,02 кН·м.
5 Проверочный расчет барабана на прочность
5.1 Напряжение в барабане
Расчет производим по [2].
Полярный момент инерции полой балки круглого сечения с радиусом и толщиной стенки равен:
(5.1)
Эквивалентный момент инерции относительно оси z:
(5.2)
Момент сопротивления относительно оси z:
(5.3)
Напряжение в барабане:
где – максимальный изгибающий момент, действующий на барабан.
– допускаемое напряжение барабана.
6 Проверочный расчёт барабана на жёсткость
Суммарный максимальный прогиб от действующих нагрузок:
(6.1)
где q1 – линейная нагрузка от массы обрабатываемого материала; q2 – линейная нагрузка от масс ( насадки и барабана); E – модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре; Ix – момент инерции единичного кольцевого участка барабана.
Относительный прогиб:
(6.2)
где − допускаемый относительный прогиб (барабан без футеровки)
Условие выполняется, можно проводить дальнейшие расчеты.
7 Расчет геометрических параметров бандажа, опорного и упорного роликов
7.1 Определение нагрузки на свободно надетый бандаж, опирающийся на башмаки
Расчет производим по [2].
Находим реакцию опорного ролика, показанного на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1 – Схема действия опорных реакций
где – максимальная реакция опоры;
– половина угла между роликами. Принимаем
Согласно формуле 7.1:
Угол между бандажами
где – число башмаков (четное число). Принимаем
Определим силы, действующие на башмак,
Когда один башмак расположен в самой нижней точке вертикального диаметра , то
где – порядковый номер башмака;
– число башмаков в одном квадрате.
(7.5)
Согласно формуле 7.3:
Согласно формуле 7.5:
Согласно формуле 7.4:
Аналогично определяем силы, действующие на каждый башмак, результаты сводим в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 – Результаты расчета сил действующих на башмак
i |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Qi, кН |
62,5 |
60,37 |
54,12 |
44,19 |
31,25 |
16,17 |
Изгибающий момент и нормаль силы , действующие в ключевом сечении бандажа, показан на рисунке 7.2.
Бандаж является замкнутой статически неопределимой системой, нагруженной внешними силами, симметричными относительно вертикали. Действие каждой пары сил рассматривают отдельно, и затем результат суммируют. Определив силы, действующие на каждый башмак, находим расчетные углы для определенных пар сил.
Рисунок 7.2 – Нагрузки, действующие на бандаж
Чтобы система стала статически определимой, необходимо мысленно рассечь бандаж в ключевом сечении и нарушенную связь заменить моментом и нормальной силой , значение которых легко можно определить с помощью метода Кастельяно:
(7.7)
где – средний диаметр бандажа, который для расчетов принимаем
(рисунок 7.2).
Суммируя, получим
(7.8)
где – изгибающие моменты от действующих на бандаж сил соответственно:
(7.9)
Суммируя, получим
(7.10)
где – нормальные внутренние силы в сечениях приложения сил соответственно:
Значения величин, рассчитанных по формулам (7.6), (7.7) и (7.9) сводим в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 – Результаты расчета сил и моментов
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | |
62,5 |
60,37 |
54,12 |
44,19 |
31,25 |
16,17 | |
180 |
165 |
150 |
135 |
120 |
105 | |
-4518,31 |
-1565,00 |
0 |
2476,89 |
3612,65 |
2719,03 | |
2987,87 |
4287,42 |
0 |
-6895,88 |
-7463,04 |
-6114,19 |
Согласно формулам (7.8) и (7.10)
Изгибающий момент в любом сечении бандажа :
При
(7.11)
Значение изгибающих моментов рассчитанных по (7.11), сводим в таблицу 7.3.
Таблица 7.3 – Результаты расчета изгибающих моментов
0° |
15° |
30° |
45° |
60° |
75° |
90° | |
2725,2 |
2230,5 |
780,2 |
1526,8 |
4533,5 |
-8034,9 |
-11792,3 |
105° |
120° |
135° |
150° |
165° |
180° | |
-10954,8 |
1863,6 |
12313,9 |
27191,2 |
-23309,0 |
-47599,7 |
По данным таблицы 7.3 строиться эпюра изгибающих моментов в бандаже.
Рисунок 7.3 – Эпюра изгибающих моментов в бандаже
7.2 Геометрические размеры бандажа, опорного и упорного ролика
Определяем ширину бандажа
(7.12)
где – реакция опорного ролика;
и – модули упругости материала бандажа и опорного ролика соответственно, (принимаем, что бандаж, опорный и упорный ролики сделаны из одного материала);
– допускаемое контактное напряжение;
– наружный диаметр бандажа, м;
– диаметр опорного ролика, м.
Для расчетов можно принять, что
Для дальнейших расчетов ориентировочно принимаем
Высота сечения бандажа
где – максимальный изгибающий момент в сечении бандажа.
– допустимое напряжение на изгиб,
Наружный диаметр бандажа
где – средний диаметр бандажа.
Внутренний диаметр бандажа
Решая (7.12) (7.15) совместно, как систему уравнений, получим:
Округляя значение , окончательно принимаем:
Тогда, согласно формуле (4.14), действительное напряжение изгиба составит:
Согласно формулам (4.14) и (4.16)
Ширина опорного ролика
где – конструктивная добавка, компенсирующая отклонения, возникающие при монтаже,
Т.к. полученное значение ширины опорного ролика не соответствует действительности, примем его из конструктивных соображений:
Диаметр упорного ролика определяется по [1] формуле (24.175):
где Dу.р. – диаметр упорного ролика;
Dн.б. – наружный диаметр бандажа, Dн.б. = 2,289 м;
β’ – угол конусности упорного ролика, β’ = 17°.
Тогда
Ширина упорного ролика определяется по [1] формуле (24.174):
(7.19)
где βб – угол наклона барабана, βб = 1…5°;
m + mвш. + mбанд. – масса барабанного грохота без опорных станций,
m + mвш. + mбанд.= 55668,4 кг;
Е1, Е3 – модули упругости материала бандажа и упорного ролика соответственно, Е1 = Е3 = 2·105 МПа.
