Расчет инерционных виброгрохотов

Ведение

   Сырье, применяемое для изготовления различных  строительных материалов, в большинстве случаев неоднородно и состоит из различных по величине кусков, зерен или пылевидных частиц. Между тем при обработке материалов возникает необходимость разделения (сортировки) смеси на отдельные сорта (фракции) в каждом из которых размеры кусков (зерен, частиц) не выходили бы за определенные пределы. В ряде случаев нужно также выделить из обрабатываемого материала посторонние примеси или включения. 

   Классификация может иметь самостоятельное значение, если требуется приготовить продукты определенного сорта, или вспомогательное, когда отделенный материал предназначается для последующих технологический операций.

   Грохочение, сепарация и классификация материалов могут осуществляться механическим, воздушным, гидравлическим и магнитным способами.

   Наиболее  распространенный способ сортирования  материалов – механический, а машины применяемые для этой сортировки называются – грохотами.

   Грохоты обеспечивают:

• высокую эффективность разделения материалов по крупности;
• высокую надежность работы узлов;
• быструю замену просеивающих поверхностей;
• низкий уровень звукового давления;
• низкие вибрационные нагрузки на перекрытия при эксплуатации.

1.Описание  конструкции и  принципа действия грохота.

   Сортировка  материала возможна лишь при относительном  движении материала по просеивающей поверхности (колосники, сита, решета) грохота. Применяемые в промышленности строительных материалов грохоты по характеру действия классифицируют на неподвижные и подвижные.

   Рисунок 1. Принципиальные схемы  механических грохотов.

   а - колосниковый неподвижный; б – плоский  качающийся с прямолинейными колебаниями; в- плоский  с круговыми движениями в вертикальной плоскости (эксцентриковый, гирационный); г – плоские вибрационные (инерционные) с круговыми колебаниями (в вертикальной и горизонтальной плоскости);

   д - плоский вибрационный (инерционный)  направленными колебаниями; е – барабанный (цилиндрический) с одновременной  мойкой; ж – роликовый колосниковый. 

   В неподвижных грохотах материал сползает по просеивающей поверхности под действием составляющей силы тяжести (рис.1, а).

   Подвижные грохоты по форме просеивающей поверхности разделяют:

• на плоские с горизонтальным или наклонным расположением сит (рис.1, б-д);
• на барабанные, в которых сито имеет цилиндрическую форму (рис.1, е) или многократную усеченной пирамиды (сито-бурат);
• на роликовые колосниковые (рис.1, ж), в которых параллельно установленные валки с закрепленными на них эксцентрично дисками круглой или треугольной формы вращаются в одну сторону, причем каждый последующий валок имеет скорость несколько выше предыдущего.

В свою очередь  плоские грохоты разделяют на качающиеся и вибрационные.

   К плоским  качающимся относят грохоты с  прямолинейными качаниями (рис.1, б) и с круговыми движениями в вертикальной или горизонтальной плоскости (эксцентриковые, инерционные – рис.1, в, г).

   Плоские вибрационные классифицируют:

• по конструкции вибромеханизмов: на эксцентриковые (рис.1, б и в); инерционные (рис.1, г и д); ударные и электромагнитные;
• по форме траектории движения: на грохоты с направленным (рис.1, д) и замкнутыми круговыми и эллиптическими колебаниями (рис.1, в, г).

   Наибольшее  распространение в промышленности строительных материалов, в частности  нерудных, получили эффективные быстроходные плоские инерционные (рис.1, г, д) и плоские эксцентриковые гирационные (рис.1, в) грохоты.

   Рабочей частью грохота является решето или  сито, через которое просеивается материалы, подлежащие сортировке.

   Колосниковые  решета применяют для крупного грохочения; изготавливают из стальных полос или из использованных рельс.

   Листовые  решета изготавливают со штампованными  отверстиями и используют для среднего для среднего и мелкого грохочения. Проволочные плетеные сита предназначены для среднего, мелкого и тонкого грохочения.

   Сита  или сетки изготавливают тканными (с отверстиями до 5 мм), сварными(с  отверстиями свыше 5 мм) или сборными из штампованной проволоки.

Грохот СМ-61 относится к вибрационным грохотам гирационного типа (рис.2).

   Разделение  материала на фракции (классы) происходит при перемещении его по наклонно установленным ситам, которые вместе с коробом 1 совершают круговые колебания в вертикальной плоскости. Колебания коробу сообщаются от эксцентрикового вала 2, проходящего точно в центре тяжести колеблющейся массы. Короб опирается на четыре пары цилиндрических пружин 3, расположенных на расстоянии радиуса инерции от центра тяжести. Центробежные силы инерции качающихся масс и материала уравновешиваются посредством двух маховиков с противовесами.

Рисунок 2. Вибрационный грохот гирационного типа. 
 
 

   Привод  виброгрохота осуществляется от электродвигателя 4 через клиноременную передачу. Короб устанавливается на неподвижной раме 5, которая при посредстве подпружиненных подвесок 6 крепится к металлоконструкции или к балкам перекрытия, однако при условии особо точной балансировки системы.

   Грохот  рассматриваемого типа может быть также  смонтирован и на фундаменте. На неподвижной раме устанавливаются  корпуса роликоподшипников 7 приводного вала 2 и цилиндрические пружины 3. 

   В коробе с помощью специальных захватов устанавливаются два яруса сит и, поскольку разделение предусматривается от крупного к мелкому, верхнее сито имеет более крупные ячейки, чем нижние. Ячейки верхнего сита, а также и нижнего — квадратные со сторонами соответственно 55, 80, 90 и 26, 35 и 42 мм. К боковым стенкам короба крепятся четыре кронштейна 8, при посредстве которых рама опирается на пружины. Под средней частью кронштейна установлены резиновые демпферы 9, служащие для гашения резонансных колебаний, возникающих при пуске и остановке грохота. Подвески б имеют винтовые стяжки, с помощью которых можно легко устанавливать требуемый угол наклона просеивающих поверхностей.

   Загрузочная течка должна обеспечить равномерную подачу материала на верхнее сито по всей ширине его с целью обеспечения наиболее полного использования площади сита и предупреждения неравномерного износа его.

   Основными условиями для работы грохотов являются: равномерная подача и распределение  исходного материала; правильное и равномерное натяжение сит; хорошее состояние и чистота сит; правильное направление вращения вала грохота; своевременная смазка подшипников; исправность частей   грохота. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Процессы протекающие в грохотах.

   Применяют грохочение для получения двух или нескольких сортов зерен, различающихся по крупности.

Рисунок 3. Принципиальные схемы  рассева. 

   Последовательность  механической сортировки (грохочения) материала зависит от расположения решет и сит. Различают грохочение от мелкого к крупному, от крупного к мелкому и комбинированное.

   При грохочении от мелкого к крупному (рис.3, а) исходный материал подается на решето (сито) с самыми маленькими отверстиями, затем на решето с отверстиями средних размеров и, наконец, на решето с самыми большими отверстиями.

    При грохочении от крупного к мелкому (рис. 3, б) верхнее сито имеет самые большие отверстия, а нижнее — самые маленькие.

    При комбинированном грохочении (рис. 3, в) сортируемая смесь подается сначала на решето с отверстиями среднего размера. Куски (зерна), прошедшие через отверстия в первом решете, поступают на расположенное под ним решето с самыми маленькими отверстиями, в то время как куски больших размеров поступают на второе решето с самыми большими отверстиями.

    Все частицы материала, прошедшие через отверстия в сите, представляют собой продукт так называемого нижнего класса, а все частицы, не прошедшие через сито,— продукт верхнего класса. Совершенной сортировку можно считать тогда, когда все частицы, размер которых несколько меньше размеров отверстий в сите, просеиваются через него. 

   Для функциональной зависимости между выходом отдельных  классов и их крупностью или между  суммарным остатком R на ситах и размером сит d_0, известен ряд формул.

   Для описания распределения частиц по крупности дробленых и измельченных

материалов  широко применяется экспоненциально-степенное  уравнение Розина — Раммлера :

R=100e^-bx,

где R - суммарный  остаток на сите d, %; e – основание  натуральных логарифмов; b и n -

постоянные, характерные для данного материала.

   Чаще  всего оценку крупности проводят по среднему диаметру. Например, для  частицы в форме параллелепипеда  с размерами: l-длиной; b-шириной; h-толщиной, то средний арифметический диаметр d_ср определяется по формуле:

   d_ср=(l+b+h)/3.

   Рассмотрим условие прохождения зерна через сито (рис.4) Пусть зерно формы, близкой к сферической. движется со  скоростью v. Диаметр отверстия сита D в несколько раз больше диаметра зерна d.

   Рисунок 4. Схемы к определению  скорости и наибольшего  ускорения зерна материала.

   Если  принять траекторию движения центра тяжести зерна при прохождении  через отверстие параболической (рис.4, а), то его вертикальное перемещение y ко времени t можно описать уравнением параболы:

   y=gt²/2.

   Принимая  y=0,5d   и x=D-0,5d=vt, соответственно после подстановки получаем:

   v=(D-0,5d)/t= D-0,5dÖg/d.

   В плоских  грохотах с прямолинейным качаниями  и вибрационных грохотах с направленными  колебаниями сила тяжести зерна  взаимосвязана с силами инерции  и трения. Рассмотрим движение зерна, лежащего на горизонтальном сите (рис.4, б).

   Сила  инерции Р_и равна:

   Р_и=ma=(G/g)a   (кгс),

   где G - вес зерна, кг; a - ускорение зерна , м/с²; g - ускорение силы тяжести, м/с²;

   Величина  силы инерции, которая может быть передана зерну, определяется силой  трения между зерном и ситом:

   F=Gf (кгс)

   где f-коэффициент трения зерна о сито.

   Р_и=(G/g)a= F=Gf (кгс)

   отсюда 

   а=fg.

   Это минимальная  величина ускорения грохота, ниже которой  зерно материала не будет перемещаться по ситу. При большей величине ускорения  зерно отделяется от сита и начинает двигаться, т.е. осуществлять процесс сортировки.

   При равномерном  вращении эксцентрикового вала грохота  нормальное (центростремительное) ускорение аⁿ может быть определено из уравнения:

   aⁿ=w^.2r (м/сек²),

   где w-угловая скорость рад/сек; r-радиус эксцентрика в м.

   Зная связь между угловой скоростьюw и числом оборотов в минуту n(w=pn/30), можно определить число колебаний грохота (оборотов вала) в 1 минуту.

   Возмущающую силу, которая создается дебалансами можно найти по следующей формуле:

   P=mw²R=ma (кгс),

    где  m – масса обоих дебалансов, кг;

   w -  угловая скорость, рад/сек;

   R - расстояние от оси вращения до центра тяжести неуравновешенной части дебаланса, м.

   Кинетический  момент дебалансов:

   Мкин = Gвм е (н*м),

    где Gвм – сила тяжести вибрирующих масс (короб c вибровалом и материалом), н;

   е – амплитуда колебаний, м.

3. Расчет основных параметров грохота вибрационного

(эксцентрикового)  СМ-61.

   Производительность  Q вибрационных грохотов определяется по формуле:

Q= m q F к₁ кг к₃ , м³/ч

где m — коэффициент, учитывающий возможную неравномерность питания и зернового состава материала, форму зерен и тип грохота: для горизонтального грохота при рассеве гравия m=0,8, а при рассеве щебня m=0,65; для наклонного грохота при рассеве гравия m=0,6, а при рассеве щебня m=0,5;

q — удельная производительность сита площадью 1 м³/ч ;

F— площадь сита грохота, м²;

к₁— коэффициент, учитывающий угол наклона грохота, для щебня к₁=1,03-1,15, для гравия к₁₌0,88-1;

к₂— коэффициент, учитывающий процентное содержание фракций нижнего класса в исходном материале. к₂=0,86-1,03;

к₃— коэффициент, учитывающий процентное содержание в нижнем классе зерен, меньших половины размера отверстий сита, к₃=0,9-1,04. 
 

Принимаем:

m=0,8 для гравия;

q=23 при размере 1О мм отверстий квадратных сит в свету;

F=125*3 м²;

к₁=1,03; к₂=0,86; к₃=0,9.

Рассчитаем производительность:

Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,9=55(м³/ч)

  Эффективность грохочения определяется:

Е=е k₁ к₂ к₃

е — эталонное значение эффективности грохочения , %.

k₁ — коэффициент, учитывающий угол наклона грохота;

k₂ — коэффициент, учитывающий процентное содержание фракций нижнего класса в исходном материале;

к₃— коэффициент, учитывающий процентное содержание в нижнем классе зерен, меньших половины размера отверстий сита.

 е - 90% для горизонтального виброгрохота с прямолинейными колебаниями.

е - 92% для наклонного грохота с круговыми колебаниями при обратном вращении вала вибратора.

е - 87% для наклонного грохота с круговыми колебаниями при прямом вращении вала вибратора.

k₁ =1,03; k₂ =0,86; k₃ =0,9;

Расчет эффективности  грохочения: 

E=90*1,03*0,86*0,9=71,7% 

Определение коэффициента качества грохочения:

А - фактическое количество частиц нижнего класса в исходном продукте.

Б - количество частиц нижнего класса, прошедших через сито.

Расчет коэффициента качества:

Определение мощности электродвигателя:

N_дв=4G₁r²n³/к.п.д.

где     G₁ — суммарная масса машины с с ситами и материалом, кг;

            r —эксцентриситет, м;

           п — число оборотов вала, об/сек.

Сила тяжести  колеблющихся масс 2687 кг.

Эксцентриситет 2,75*10^-3 м;

Число оборотов вала 16,7 об/сек;

к.п.д.=E=72%

N=4*2687*(2,75*10^-3)²*(16,7)³/0,9=5,25 kВt.

Применяем электродвигатель типа

4А132S6

Номинальная мощность 5,5кВт

Номинальная частота  вращения 965 об/мин

4. Проведение экспериментальных исследований

   3ависимость  производительности Q от коэффициента учитывающиего угол наклона сита грохота к₁

Q=mqF k₁ к₂ к₃

k₁=1                          Q=0,8*23*3,75*1*0,86*0,9=53,4 (м³/ч)         

k₁=0,97                     Q=0,8*23*3,75*0,97*0,86*0,9=51,8(м³/ч)

k₁=0,94                     Q=0,8*23*3,75*0,94*0,86*0,9=50,2(м³/ч)

k₁=0,91                     Q=0,8*23*3,75*0,91*0,86*0,9=48,6(м³/ч)

k₁=0,87                     Q=0,8*23*3,75*0,87*0,86*0,9=46,4(м³/ч) 

   3ависимость  производительности Q от коэффициента учитывающего процентное содержание фракций нижнего класса в исходном материале к₂:

Q=mqF k₁ к₂ к₃

к₂=0,86               Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,9=55,01 (м³/ч)

к₂=0,9                 Q=0,8*23*3,75*1,03*0,9*0,9=57,56 (м³/ч)

к₂=0,94               Q=0,8*23*3,75*1,03*0,94*0,9=60,12 (м³/ч)

к₂=0,98               Q=0,8*23*3,75*1,03*0,98*0,9=62,6(м³/ч)

к₂=1,03              Q=0,8*23*3,75*1,03*1,03*0,9=65,8 (м³/ч)  

   3ависимость  производительности от коэффициента учитывающего процентное содержание в нижнем классе зерен, меньших половины размера отверстий сита, к_3:

Q=mqF k₁ к₂ к₃ 

 к₃=0,9                      Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,9=55(м³/ч)

  к₃ =0,93                    Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,93=56,8(м³/ч)

  к₃=0,96                   Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,96=58,7(м³/ч)                  

  к₃=1                         Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*1=61,1(м³/ч)

  к₃=1,04                     Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*1,04=63,5(м³/ч) 
 

3ависимость  производительности Q от удельной производительности сита площадью 1 м³/ч:

Q=mqF k₁ к₂ к₃ 

q=43                             Q=0,8*43*3,75*1,03*0,86*0,9=102,8(м³/ч)

q=40                             Q=0,8*40*3,75*1,03*0,86*0,9=95,6(м³/ч)

q=37                              Q=0,8*37*3,75*1,03*0,86*0,9=88,49(м³/ч)

q=32                              Q=0,8*32*3,75*1,03*0,86*0,9=76,5(м³/ч)

q=23                               Q=0,8*23*3,75*1,03*0,86*0,9=55(м³/ч) 
 
 

5.3аключение.

            В ходе проведенного мною исследования  оказалось, что производительность вибрационных грохотов зависит от ряда факторов. Например, при увеличении размера квадратных отверстий в сите от 23 до 43 мм производительность возрастает с 55 до 103 м³/ч. При увеличении содержания в нижнем классе зерен, меньших 1/2 размера отверстий сита с40 до 8600 % производительность возрастает от 55 до 63,5м³/ч            Необходимо также отметить, что на качество, производительность и эффективность грохочения так же сказываются:

• влажность материала — с повышением влажности эффективность грохочения в большинстве случаев снижается;
• толщина слоя материала на сите — чрезмерная толщина слоя и, наоборот, недостаточная его толщина снижают качество грохочения;
• амплитуда колебаний, которая должна подбираться с таким расчетом, чтобы при встряхивании происходило интенсивное разделение материала.

С увеличением крупности материала амплитуда должна возрастать.

                               Список литературы.

1. Богданов В.С., Семикопенко И.А., Ильин А.С. Процессы производства строительных материалов и изделий.- Белгород: «Везелица», 2007.
2. Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. -М: Высшая школа, 1971.-382с.
3. Сапожников М.Я., Дроздов Н.Е. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. -М.: Изд-во литературы по строительству, 1970. -356с.

4. Бауман  В.А., Клушанцев В.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов изделий конструкций  – М.: Машиностроение, 1981.

   Содержание

Ведение                          

1.Описание конструкции  и принципа действия грохота.                                      4

2.Процессы протекающие в грохотах.                                                                    8

3. Расчет основных параметров грохота вибрационного

(эксцентрикового)  СМ-61.                                                                                       11

4. Проведение экспериментальных исследований                                               13

5.3аключение.                                                                                                           14