Щековая дробилка. 2

Введение

 

Щековая дробилка – это универсальная машина для дробления материалов. Название получено из-за рабочих органов дробления – щек. Обычно производятся дробилки с двумя щеками – одна подвижная и одна не подвижная. Применяется на горных породах любых прочностей, на шлаках, некоторых металлических материалах, хрупких полимерах. В отличии от молотковых и других типов дробилок щековая проста в обслуживании, имеет практически не изнашивающиеся рабочие органы(щеки) и при дроблении меньше разброс полученной фракции (нет, например проблемы пыли, как на молотковых дробилках).

Дробилка щековая, в основном, используется на первой стадии дробления.

Щековые дробилки отличаются неприхотливостью, простотой монтажа  и эксплуатации, а так же сравнительно малыми габаритами, что позволяет активно их использовать при создании мобильных дробильных комплексов.

В зависимости от кинематических особенностей механизма щековой  дробилки разделяют на две основные группы: дробилки с простым движением подвижной щеки, у которых движение подвижной щеки осуществляется от кривошипа, при этом траектории движения точек подвижной щеки представляют собой части дуги окружности; дробилки со сложным движением подвижной щеки, у которых кривошип и подвижная щека образуют единый элемент, в этом случае траектории движения точек подвижной щеки представляют собой замкнутые кривые, чаще всего эллипсы.

Недостатком дробилок с  простым движением является малый  ход сжатия в верхней части  камеры дробления. Сюда попадают крупные  куски материала, для надежного захвата и дробления которых необходим большой ход.

 

 

 

 

 

1 Расчетная  часть

1.1 Определение основных параметров  щековой  дробилки

 

Основными параметрами  щековой дробилки являются: ширина приемного отверстия В, м; длина камеры дробления L, м; ширина выходной щели b, мм; частота вращения эксцентрикового вала n, об/с; угол захвата α; высота камеры дробления дробилки Н, м.

Ширина приемного отверстия В – расстояние между дробящими плитами в верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной щеки. Этот параметр определяет максимальную крупность кусков, загружаемых в дробилку.

По заданию В = 0,16 м

Длина камеры дробления L определяется, сколько кусков диаметром D_max  может быть загружено одновременно.

По заданию L = 0,25 м

Ширина выходной щели b – наименьшее расстояние между дробящими плитами в камере дробления, в момент максимального отхода подвижной щели.

По заданию b = 0,04 м

Частота вращения эксцентрикового  вала (об/с) определяется по формуле

                                                                                 (1)

где    α – угол захвата, град;

S – горизонтальный ход подвижной щеки в нижней точке камеры дробления, мм.

По заданию α = 15º.

Для дробилки с простым движением щеки

    ;                                                   (2)

где    r – эксцентриситет вала, мм; примем r = 2,2 мм.

ω, φ– углы соединения распорных плит  с шатуном, град.

Для дробилки с простым качанием щеки  примем φ = 15º и ω = 15º.

 мм

 об/с.

Высота камеры дробления  Н, м.

                                  , м.                                             (3)

где      D_max =0,14 м

 – минимальная ширина выпускной щели, м.

Ширина выпускной щеки и может регулироваться с таким расчетом, чтобы заданный размер камня d (м) мог быть получен > d > .

Примем d = 0,04 м

 = 0,014 м

 м;

 

1.2 Расчет производительности

 

Производительность определяется исходя из условия, что разгрузка  материала из выходной щели дробилки происходит только при отходе подвижной щеки и при этом за один оборот вала из дробилки выпадает некоторый объем V (м³) материала, заключенный в призме высотой H/3.

При частоте вращения n вала, (об/с), производительность дробилки, м³/с:

                             ,                                         (4)

где     с – коэффициент кинематики, для дробилки с простым движением щеки с =0,84;

S_ср – средний (эквивалентный) ход щеки, м.

                                ,                                               (5)

S_bx – горизонтальный ход подвижной щеки в верхней точке камеры дробления, м;

для дробилок с простым движением щеки:

                                 ,                                         (6)

S_bx = 0,03·0,16 = 0,005 м

 м

b – ширина выходной щели, м

b = 0,04 м.

D_ср – средняя крупность кусков в исходном материале, м.

                                                                              (7)

 м,

 м³/с

П = 7,74 м³/ч.

 

1.3 Определение мощности привода

 

Мощность привода N (кВт) при прочих равных условиях зависит от прочности дробимого материала и длины камеры дробления.

 

               , кВт                               (8)

 

где - коэффициент, учитывающий использование полной длины камеры дробления, ;

- предел прочности дробимого  материала, Па;

Е – модуль упругости, Па;

d_ср – средняя крупность кусков готового продукта, d_ср = (0,65…0,8)·b;

d_ср = 0,65·0,04=0,026 м

η – КПД привода дробилки, η = 0,8…0,89.

 кВт

По каталогу подбираем  тип и марку электродвигателя привода

Примем электродвигатель АИР100S4/2 с N = 3,75 кВт, и n = 2790 об/мин.

 

1.4 Кинематический расчет

 

Для расчета сил, действующих  на отдельные узлы дробилки, за исходный параметр принимают работу А, затрачиваемую на разрушение материала. Для упрощения расчетов принимают, что подвижная щека совершает параллельные перемещения на величину хода S.

Работа, затрачиваемая на разрушение каменного материала А, Нм

               , Н·м                                    (9)

где  σ – предел прочности дробимого материала, 130 МПа;

Н – высота камеры дробления;

Е – модуль упругости 53000 МПа;

= 90 Н·м

Максимальное усилие, действующее на подвижную щеку при  раздавливании, Н.

                                                                                (10)

где  S_ср – средний эквивалентный ход щеки, м.

 Н

Следует учитывать, что Р сила непостоянная, меняется от 0 до Р _max   и направлена по нормали к подвижной щеке.

 

1.5 Расчет на прочность деталей щековой дробилки

1.5.1 Расчет шатуна на прочность

 

Шатун выполняется круглого, крестового или двутаврового сечения  из Ст 35, Ст 35Л.

Усилие Р₁ на шатун определяется:

, кН                                                 (11)

где  N – мощность привода дробилки, кВт;

r – эксцентриситет вала, м;

n – число оборотов эксцентрикового вала, мин^-1.

 кН

Зная допускаемое напряжение [σ] стали, из которой изготовлен шатун, можно определить площадь его сечения, мм².

, мм²;                                               (12)

, мм².

 

1.5.2 Расчет на прочность распорной  плиты

 

Распорные плиты изготавливаются из стали Ст. 35 Л.

Схема приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Плита распорная

На плиту действует  усилие R_b.

Определим  площадь  сечения F_n плиты,  найдем напряжение σ, возникающее в опасном сечении плиты  и сравним его с допускаемым [σ], Н/мм²;

                     , мм²;                                                (13)

 мм²,

                                                                (14)

 Н/мм².

 

1.5.3 Расчет на прочность станины

 

Станина выполнена литой  или сварной из стали Ст. 35. 

Рисунок 2 - Схема к расчету станины

Общий момент сопротивления  передней стенки равен

                                     ,                                                     (15)

где  k - количество элементов шириной b₁;

J_k1 – момент инерции одного элемента.

                                                     (16)

Значение Y₁ находится из выражения

                           ,                                        (17)

где значение b₁, a и H₁ принимаются из соотношений

                       b₁=H/6;                                                        (18)

H₁ = H/4;                                                    (19)

a = с = H/20                                                   (20)   

b₁=130 мм;       H₁ = 190 мм;  a = с =38 мм;    b' = 90 мм.

 

                                Y'₁= H₁ – Y₁,                                                  (21)

Y'₁=111;      h= 30 мм.

Материалом для изготовления стенки станины служит стальное литье с пределом прочности σ = 3500…4000кг/см². Если  рама литая, то при воздействии нагрузки на переднюю стенку в узлах рамы появится момент М₀, Нм

 М _о = ,                            (22)

где  Р – величина нагрузки, действующей на переднюю стенку станины, Н;

          b + c ₁ – длина передней стенки, м, b + c ₁ = 0,98 м;

a ₁ – длина боковой стенки, м, a ₁ = 1,18 м;

J _к2 – момент инерции одного элемента боковой стенки;

J _к2 = 112228267;

k и k ₂ – количество элементов боковой стенки, k = 5; k ₂ = 2;

M _o =

= 2494 Н·м.

Далее расчет каждой стенки дробилки выполняют таким же образом. При этом максимальный изгибающий момент передней стенки равен, Нм

Передняя стенка

                                                                          (23)

 Н·м

Боковая стенка

                                                                                (24)

 Н·м

Определим напряжение в крайних элементах передней стенки, Н/м².  

                                                          (25)

 Напряжение в боковой  стенке σ₂, определяется по формуле:

                                                              (26)

=330 ≤ 350…400 Н/м².

Расчет задней стенки

                                                                            (27)

где  k=2

                                                        (29)

где  H₂=H/2

H₂ = 350 мм

       

 

1.5.4. Расчет на прочность подвижной щеки

 

Подвижная щека изготавливается из стали Ст. 35Л.

Суммарное напряжение в  щеке σ, МПа, определяется по формуле:

,                                                (30)

где  M _i – изгибающий момент в опасном сечении щеки, Н·м,

M _i = 140220·0,526=73756 Н·м;

W – момент сопротивления сечения щеки, мм³, W = 279342 мм³;

S – площадь поперечного сечения щеки, мм², S = 0,2

σ =

= 188 ≤ 350-400 МПа.

 

1.6 Расчет эксцентрикового вала

 

Рисунок 3 –Расчетная схема и эпюра  изгибающего момента эксцентрикового  вала

Напряжение от изгибающего  момента:

,                                                     (31)    

где М_u - изгибающий момент,

W_u – момент сопротивления вала,

[σ] – допускаемое напряжение при изгибе,  [σ] = 400 Н·мм²,

Н·мм                               (32)

МН·мм=1,77·10⁹ Н·мм

, мм³                                                      (33)

где J – момент инерции вала, мм⁴

, мм⁴.                                                      (34)

Таким образом получим:

, мм³.                                    (35)

Подставим (45) в 41 и получим:

.                                                (36)

 

Выразим из (46) диаметр  вала:

, мм                                                (37)

 мм.

Исходя из данных ряда стандартных размеров диаметров  валов примем значение d=60 мм. Диаметр консольных частей вала конструктивно примем равным d_конс=45 мм.

 

 

1.7 Расчет ременной  передачи

 

Передаточное отношение ременной передачи:

,                                                           (38)

где n₁ – частота вращения электродвигателя, n₁=2790 об/мин;

n₂ – частота вращения эксцентрикового вала, n₂ = 720 об/мин.

.

Вращающийся момент, развиваемый  электродвигателем:

, Н·м;                                                 (39)

где Р – мощность электродвигателя, кВт;

n₁ – частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

Н·м.

Учитывая конструктивные особенности дробилки и величину крутящего момента выбираем ремень типа Д и малый шкив диаметром 100 мм.

b₀ – 38 мм, b_p – 32 мм, h – 23,5 мм.

Рисунок 4 – Схема строения ремня

Максимальная окружная скорость ремня:

, м/с,                                                  (40)

где ω_дв – частота вращения вала электродвигателя, ω_дв = 157 рад/с;

D₁ – диаметр малого шкива, мм.

 об/мин.

Диаметр большого шкива:

;                                               (41)

где i – передаточное отношение ременной передачи, i=4,2;

ε – коэффициент скольжения ремня, ε=0,01.

 мм.

Принимаем 390 мм.

Фактическое передаточное отношение:

,                                                     (42)

.

Межосевое расстояние:

, мм;                                         (43)

 мм.

Расчетная длина ремня:

, мм                                (44)

мм.

Принимаем 3000 мм.

Количество пробегов ремня:

, пробегов /с;                                              (45)

 пробегов/с (допустимо).

 

Уточним межосевое расстояние:

,мм                 (46)

Принимаем 184 мм.

, град.                                        (47)

.

Допускаемое напряжение:

, Н/мм².                                 (48)

где  1,48 Н/мм²;

С_α = 0,92 Н/мм²;

С_V = 0,28 Н/мм²;

С_р = 0,8 Н/мм²;

=1 Н/мм².

, Н/мм².

Окружное усилие:

,Н;                                                       (49)

Н.

Требуемое число ремней:

,                                                 (50)

Выразим из (60) количество ремней:

, шт.                                                 (11)

 шт.

Усилие предварительного натяжения ремней:

;                                            (52)

Н.

 

1.8 Расчет фрикционных  муфт

 

Фрикционные муфты устанавливаются  на эксцентриковом валу со стороны  шкива и со стороны маховика. Они  предназначены для уменьшения воздействия  перегрузок на детали дробилки при попадании недробимого предмета.

Предельный момент срабатывания муфты:

, Н·м                                               (53)

где  М – рабочий момент, М = 420 Н·м;

k – коэффициент запаса, k=1,5

Hм.

Окружное усилие:

, Н;                                                    (54)

где     R_ср – средний радиус дисков, мм:

, мм;                                            (55)

где    d – диаметр внутренний диска, мм;

D – наружный диаметр диска, мм.

= мм.

 Н.

 

 

От окружного усилия перейдем к осевому:

, Н;                                                   (56)

где  f – коэффициент трения.

Н.

Конструктивно примем пружину  с характеристиками d=5 мм; D=35 мм; n=10 мм; G=8·10⁴ Н/мм².

Жесткость данной пружины  составит:

, Н/мм²;                                               (57)

где     G – модуль сдвига, Н/мм²;

d – диаметр проволоки пружины, мм;

D – наружный диаметр пружины, мм;

n – количество витков пружины.

 Н/мм²;

Количество промежутков  между витками каждой пружины  равно:

;

.

Величина промежутка примерно равна d. В этом случае преднатяг пружины:

;                                                     (58)

где     k – коэффициент запаса, k=0,8

5·08·9=35 мм.

Тогда требуемое количество пружин:

;                                                         (59)

Проверка компоновки пружин:

Рисунок 5 – Схема установки  пружины.

Рассчитаем количество пружин, которые можно уместить при  данном диаметре эксцентрикового вала.

;                                                      (60)

где     D – диаметр одной пружины, мм;

 – длинна окружности центров  установки пружин, мм;

, мм;                                                (61)

где     d_окр – длинна окружности центров установки пружин, мм;

                                              (62)

где     d – длинна эксцентрикового вала (на концах вал имеет диаметр d=340 мм).

Получаем:

 мм;

= мм;

.

Таким образом, требуемое количество пружин (22 шт.) уместиться в данной конструкции.

 

 

 

1.9 Расчет маховика

 

Маховик предназначен для  сглаживания крутильных колебаний, возникающих при работе дробилки.

Требуемый момент инерции  маховика:

, кгм²;                                                 (63)

где     ɷ –  частота вращения маховика, рад/с;

δ – коэффициент неравномерности, δ =0,3.

Е – кинетическая энергия  маховика, Дж;

, к Дж;                                               (64)

где    N – мощность электродвигателя, кВт;

ƞ – кпд подшипников, ƞ =0,85;

n – частота вращения маховика, об/с.

 к Дж;

 кгм²;

Определим геометрические и весовые параметры маховика.

Выразим из формулы момента  инерции маховика (79) радиус:

, кгм²;                                     (65)

где  М – масса маховика, кг;

ρ – объемная масса материала маховика, ρ =7,8·10³ кг/м³;

t – ширина маховика (примем t=0,15м)

, м;                                                  (66)

 м = 420 мм;

Масса маховика:

, кг;                                             (67)

 кг.

 

1.10 Расчет шпоночного соединения

 

На эксцентриковый вал с двух сторон устанавливают шкив ременной передачи и маховик. Они соединяются с валом при помощи шпоночного соединения.

Ширина шпонки:

, мм;                                                    (68)

 = 85 мм;

Исходя из данных ряда стандартных значений примем b=90 мм.

Высота шпонки:

, мм;                                                   (69)

90= 80 мм.

Глубина шпоночного паза в вале:

, мм;                                                    (70)

90=45 мм.

Глубина шпоночного паза во втулке (ступице):

, мм;                                                    (71)

90=32 мм.

Длина шпонки рассчитывается из условия прочности на смятие и на срез.

Условие прочности на смятие:

;                                             (72)

Из (82) выразим длину шпонки l_p:

, мм;                                      (73)

где  М – скручивающий момент на валу, М=34200·10³ Нмм;

d – диаметр вала, мм;

[σ_см] – напряжение смятия материала шпонки, [σ_см] =30 Н/мм.

 мм.

Условие прочности на срез:

;                                                         (74)

Из (84) выразим длину шпонки l:

, мм;                                                   (75)

[τ_ср] – напряжение среза, [τ_ср] =70 Н/мм².

мм.

Выбираем наибольшее значение и исходя из ряда стандартных значений принимаем l=250 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Экономическая часть

2.1 Определение эксплуатационной производительности

 

Сметная сменная производительность П_см, определяется по формуле:

П _см = , м³/см                                     (76)

где    П _т – техническая производительность, П _т = 7,74 м³/ч;

t _см – число часов работы дробилки в смену, t _см = 8,2 ч;

К _в – коэффициент перехода от часовой технической производительности к эксплуатационной, К _в = 0,6;

К_э – коэффициент перехода от эксплуатационной производительности к сменной, К _э = 0,8;

П _см = 7,74 · 8,2 · 0,6 · 0,8 = 30,5 м³/см.

Годовая эксплуатационная производительность П_э.г. определяется по формуле:

П _э.г = П _см · Z _см.г. ,                                            (77)

где    Z _см.г – число смен работы дробилки в году, Z _см.г = 247;

П _э.г = 30,5 · 247 = 7524,8 м³/год.

 

2.2 Определение удельных капитальных вложений

 

Удельные капитальные  вложения на единицу продукции К _у, определяются по формуле:

К _у = ,                                                  (78)

где  К – расчетно-балансовая стоимость дробилки, К = 100 000 руб.;

К _у =

руб. год/м³

 

 

 

2.3 Определение удельного расхода энергоресурсов

 

Удельный расход энергоресурсов Э _уд , кВт·ч·см/м³ , определяется по формуле:

Э _уд = ,                                                  (79)

где  Э – суммарный расход энергоресурсов дробилкой в смену, кВт·ч.

Определяется по формуле:

Э = N _н · t _см ,                                                       (80)

где    N _н – номинальная мощность двигателя, N _н = 37 кВт;