Проектирование валковой дробилки

Курсовая работа Усачев Г.И..docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
по дисциплине: «Теория и конструкция наземных транспортно-технологических машин»
на тему: «Проектирование валковой дробилки»
Область применения и классификация4
Анализ конструкции дробилок и их основных узлов ..18
Список литературы .28
Процесс уменьшения размеров упруго-хрупкого тела от исходной крупности до требуемой путем воздействия внешних сил называется дроблением а машины применяемые для этих целей дробилками.
Использование измельченных материалов позволяет значительно интенсифицировать такие процессы как растворение экстрагирование обжиг химическое взаимодействие и др. Интенсификация перечисленных процессов обусловлена увеличением поверхности фазового контакта взаимодействующих масс. В некоторых отраслях промышленности дробление является подготовительным процессом после которого продукт направляется на дальнейшую переработку. В других случаях после дробилок получается конечный продукт т.е. процесс дробления является завершающей стадией.
Выбор типа дробилки осуществляется с обязательным учетом физико-механических свойств исходного материала: прочность хрупкость абразивность крупность кусков а также необходимой крупности кусков готового продукта. Процесс дробления характеризуется отношением размера кусков исходного материала к размеру кусков готового продукта. Данное отношение называют степенью дробления и оно является важнейшим качественным показателем как самого процесса так и каждой дробилки в отдельности.
Во многих отраслях промышленности строительных материалов керамической стекольной цементной и других широкое распространение получили валковые дробилки предназначенные для крупного среднего мелкого дробления материалов малой и средней прочности удаления из глины каменистых включений и т.д.
Промышленность строительных материалов на данный момент располагает значительным парком высокопроизводительного оборудования способного выпускать высококачественную продукцию.
В данной работе мы рассмотрим различные типы валковых дробилок их конструкцию а также рассчитаем основные параметры валковой дробилки и выполним чертеж общего вида и приводной станции.
Область применения и классификация
Основным рабочим элементом валковой дробилки является вращающийся на горизонтальной оси цилиндрический валок. Подлежащий дробления материал подается сверху затягивается между валками или валком и футеровкой камеры дробления и в результате этого дробится.
Валковые дробилки бывают одно- двух- трех- и четырёхвалковые.
Четырехвалковую дробилку в ряде случаев можно рассматривать как две двухвалковые смонтированные в одном корпусе.
Поверхности валков бывают гладкие рифленые ребристые и зубчатые длинно- и короткозубчатые (длиннозубчатые- при высоте зуба более 01 диаметра валка короткозубчатые при высоте зуба менее 01 диаметра валка). Сочетание дробящих поверхностей может быть различным: например оба валка могут иметь гладкую поверхность или один гладкую другой — рифленую. Дробилки с гладкими и рифлеными валками обычно применяют для дробления материалов средней прочности ( = 150 МПа); дробилки с зубчатыми валками применяют для измельчения каменного угля и подобных материалов малой прочности (до = 80 МПа). Крупность продукта дробления валковой дробилки зависит как от размера выходной щели между валками так и от типа поверхности рабочих органов. В мировой практике валковые дробилки используют как правило на заключительных стадиях дробления (среднее и мелкое дробление).
Существенным недостатком валковых дробилок является интенсивное и неравномерное изнашивание рабочих поверхностей валков (бандажей) при обработке прочных и абразивных горных пород. Бандаж изнашивается в основном в средней части валка что не дает возможности поддерживать стабильный размер выходной щели по всей ее длине. Кроме того валковые дробилки обладают сравнительно невысокой удельной производительностью.
Тем не менее анализ зарубежного опыта показывает большое распространение валковых дробилок различных конструкций для дробления самых разнообразных материалов особенно в составе передвижных дробильно-сортировочных установок. Это объясняется тем что валковые дробилки наиболее приспособлены для переработки очень распространенных материалов склонных к налипанию или содержащих липкие включения. Во время работы дробилок налипший на поверхность валков материал срезается
очистными скребками и при необходимости отводится в сторону.
Применение дробилок других типов на переработке таких материалов или вообще невозможно или вызывает частые простои связанные с длительной и трудоемкой работой по очистке камеры дробления. Возможность перерабатывать материалы склонные к налипанию на рабочих органах выгодно отличает валковые дробилки от других типов дробильного оборудования.
Основные конструктивные схемы
Одновалковые дробилки
Основные конструктивные схемы валковых дробилок приведены на рис. 1
Рисунок 1. Основные конструктивные схемы валковых дробилок
Схему 1 где камера дробления образована поверхностями валка и неподвижной футеровки применяют при зубчатом валке. Одновалковую зубчатую дробилку используют для дробления угля агломерата и др. Дробилка состоит из зубчатого валка и колосниковой решетки шарнирно подвешенной в верхней части рамы. Нижний конец колосниковой решетки притянут пружиной к регулируемому упору что позволяет изменять зазор
между зубьями и колосниковой решеткой и предохраняет дробилку от полосок при попадании недробимых предметов.
Для дробления агломерата на агломерационных фабриках в ряде случаев длиннозубчатые валки устанавливают непосредственно над колосниковой решеткой по которой движутся пласты агломерата причем зубья валка проходят в зазоры между колосниками (рис. 2)
Рисунок 2. Одновалковая зубчатая дробилка:
-корпус; 2-вал; 3-отбойная плита; 4-зубчатый венец; 5-колосники
В табл. 1 приведена техническая характеристика отечественных одновалковых длиннозубчатых дробилок.
Таблица 1. Одновалковые длиннозубчатые дробилки.
Указанные в таблице дробилки предназначены для дробления горячего агломерата температурой 600—850 °С и поэтому для отвода теплоты поступающей к цапфам вала при непосредственном контакте ротора с горячим агломератом вал выполняют полым и в нем предусмотрена циркуляция воды для охлаждения.
Станина представляет собой сварную конструкцию из листового проката в нижней ее части расположены сменные колосники а боковые стенки облицованы износостойкими плитами. Вал ротора установлен на подшипниках качения. На валу насажены звездочки и дистанционные втулки.
При работе дробилки ротор захватывает звездочками поступающий в дробилку «пирог» агломерата дробит его на куски и продавливает в зазоры колосниковой решетки.
По схемам 2 и 3(см. рис. 1) выполнены валковые дробилки принципиально отличающиеся от всех других конструкций. Валки этих дробилок связаны с валом не жестко а укреплены шарнирно на эксцентричной его части.
По схеме 2 выполнена валково-щековая дробилка-гранулятор «Гравилор» фирмы АБМ (Франция). На эксцентриковом валу на роликовых подшипниках закреплен валок облицованный бандажом с треугольными рифлениями. Верхняя часть неподвижной щеки подвешена на оси соединенной с боковыми стенками корпуса. Нижняя часть щеки опирается на распорную плиту состоящую из двух частей которые соединены между собой болтами. Болты служат предохранителями и срезаются при попадании в камеру дробления недробимых предметов. Распорная плита упирается в регулировочное устройство что позволяет регулировать зазор между ней и валком. Машина предназначена для приготовления мелкого щебня с повышенным содержанием зерен кубообразной формы.
Фирма АБМ рекламировала две модели валковой дробилки гранулятора «Гравилор» с загрузочным отверстием длиной 400 и 800 мм и одинаковым для обеих моделей валков диаметром 550 мм. Частота вращения вала 500 обмин.
В схеме 3 две камеры дробления поверхность рабочих органов гладкая. По сравнению с дробилкой выполненной по схеме 2 узел крепления валка не имеет принципиальных отличий а наличие двух камер дробления примерно в 2 раза увеличивает производительность машины.
Фирма Визерхютте (Германия) одно время усиленно рекламировала дробилку «Ротекс» выполненную по данной схеме. Дробилка «Ротекс» снабжена двойным предохранительным устройством: приводной шкив связан с эксцентриковым валом посредством фрикционной муфты ограничивающей момент а между щекой и корпусом дробилки расположены предварительно напряженные спиральные пружины сжимающиеся при попадании недробимых предметов. Фирма освоила производство трех моделей дробилки «Ротекс» (D х L): 300 х 330 500 х 540 и 800 х 850 мм.
Фирма Вестингауз (США) также изготовила подобную дробилку с валками размерами 800 Х 600 мм в которой использовалась гидравлика как для изменения размера выходной щели так и для предохранения машины при попадании недробимых предметов.
ВНИИстройдормаш провел исследования дробилки данной конструкции. Эксперименты показали что при определенных режимах такая дробилка может обеспечить приготовление щебня размером до 20 мм с содержанием лещадных зерен до 15% что соответствовало требованиям действующего в то время ГОСТа на щебень. Однако было установлено что дробилка легко запрессовывается влажным материалом а в продукте дробления содержится до 40—45% зерен переизмельченного материала (меньше 5 мм) что для конкретных условий производства товарного щебня нежелательно.
Схема 4 (см. рис. 1) применена в валково-щековой дробилке впервые предложенной фирмой Даймонд (США) для передвижных дробильно-сортировочных установок. На общей раме смонтированы подвижная и неподвижная щеки а также валок. Подвижная щека имеет сложное движение. Привод валка связан цепной передачей в эксцентриковым валом подвижной щеки. Материал поступает в камеру дробления образованную неподвижной и подвижной щеками раздробленный материал поступает на вторую стадию дробления — между вращающимся валком и нижней частью той же подвижной щеки. В эту же камеру дробления может дополнительно подаваться мелкий материал.
По данным фирмы использование такой дробилки на 30—40% снижало вес всей установки. Фирма освоила выпуск трех моделей дробилок размерами ВхLхD; 250х510 250х760х510 и 250х1000х560 мм однако эксплуатация показала что данные дробилки имеют низкую надежность и поэтому выпуск их ограничен.
Двухвалковые дробилки
Наиболее распространена двухвалковая дробилка принципиальная схема которой показана на рис. 1 (схема 5). По ней изготовляют большинство отечественных и зарубежных валковых дробилок. Валки вращаются навстречу один другому захватывают и дробят попавший между ними материал раздавливая его и частично истирая; Иногда для увеличения истирающего эффекта необходимого при измельчении некоторых материалов валкам сообщают разную окружную скорость.
Корпуса подшипников вала одного из валков опираются на пружины и могут перемещаться. В результате этого при попадании недробимого предмета один валок может отойти от другого и пропустить недробимый предмет после чего под действием пружин возвратиться в исходное положение. Имеются конструкции в которых предпружинены оба валка. Их применяют там где в исходном материале много недробимых включений. Техническая характеристика отечественных двухвалковых дробилок приведена в табл. 2.
Привод валков осуществляется так как показано на рис. 3.
Широко распространенная до последнего времени «традиционная» двухвалковая дробилка (рис. 4) выполнена по схеме приведенной на рис. 3 а. Шкив 2 (см. рис. 4) дробилки приводится во вращение электродвигателем далее через одноступенчатый редуктор закрытый кожухом 8 вращение передается первому рифленому валку 3 корпуса подшипников которого
неподвижно прикреплены к раме 1 дробилки. Подшипники 7 второго гладкого валка 4 прижаты к упору амортизационными пружинами 5 и могут перемещаться сжимая пружины увеличивая зазор между валками и пропуская недробимый предмет. Вращение от первого (ведущего) валка передается второму (ведомому) валку с помощью шестерен с удлиненными зубьями допускающими изменение межцентрового расстояния между валами валков. Шестерни вращаются в масляной ванне и закрыты кожухом 6.
Таблица 2. Техническая характеристика отечественных двухвалковых дробилок.
В последнее время появились конструктивные решения в которых каждый валок приводится от электродвигателя (см. рис. 3 б) или через редуктор 3 и карданные валы 4 (см. рис. 3 в). Есть и другие решения.
Отечественная валковая дробилка (рис. 5) выполненная по схеме приведенной на рис. 3 б имеет два валка один из которых гладкий другой — рифленый. Подшипники одного из валков прикреплены к корпусу 5 дробилки подшипники другого — к подвижной раме 5 соединенной шарниром 4 с корпусом.
Рисунок 3. Варианты привода валков двухвалковых дробилок: 1-шкив; 2-шестеренчатая передача; 3-редуктор; 4-кардан; 5-электродвигатель
Рисунок 4. Двухвалковая дробилка с рифленым и гладким валками.
В верхней части корпус и рама связаны между собой предохранительным механизмом 1 состоящим из системы тяг и пружин позволяющих регулировать зазор между валками а также допускающих расхождение валков при попадании недробимого предмета. В этом случае валок вместе с подвижной рамой и установленным на ней электродвигателем поворачивается вокруг шарнира и зазор между валками увеличивается. После прохождения недробимого предмета пружины возвращают валок в первоначальное положение. Усилие необходимое для дробления материала обеспечивается предварительным поджатием пружин.
Привод каждого валка осуществляется клиноременной передачей от индивидуальных электродвигателей 2 установленных на корпусе и подвижной раме поэтому при расхождении валков межцентровое расстояние клиноременной передачи не изменяется.
Рисунок 5. Двухвалковая дробилка с рифленым и гладким валками.
Двухвалковая дробилка с короткозубчатыми валами машиностроительного комбината им. Э. Тельмана (Германия) выполнена по схеме показанной на рис. 3 в. Валки оборудованы мелкими зубьями. Неподвижный валок приводится непосредственно электродвигателем через редуктор второй подвижной валок электродвигателем через редуктор и короткий шарнирный вал. Такие дробилки предназначены для дробления пород малой прочности таких как например глина мергель мягкий известняк гипс уголь.
В промышленности строительных материалов для перерабатывания глиняной массы и удаления из нее камней применяют так называемые дезинтеграторные вальцы (рис. 6). Они состоят из двух валков из которых валок большего диаметра имеет гладкую поверхность а на рабочей поверхности валка 3 меньшего диаметра предусмотрены ребра высотой 8-10 мм. Ребристый валок совершает 500-6000 обмин гладкий 50-60 обмин.
Исходный материал загружается в воронку 2 и поступает на быстроходный валок. Комок глины ударяясь о ребро валка деформируется «теряет» скорость и затягивается в зазор между валками. Твердые включения например камни будут отбрасываться ребрами валка и попадать в отводной лоток. Таким образом в дезинтеграторных вальцах измельчение глины сочетается с ее очисткой от твердых примесей.
Рисунок 6. Дезинтеграторные вальцы.
Для переработки глиняной массы предназначены также дырчатые вальцы конструкции ВНИИстройдормаша. Рабочие поверхности валков дырчатые. Исходная масса подается в приемную воронку и затягивается между двумя валками вращающимися навстречу один другому где глиняная масса разминается растирается благодаря разной окружной скорости валков и продавливается сквозь отверстия валков. Далее она попадает на отводящий конвейер. При этом твердые включения дробятся так как сила предварительного натяжения пружин тихоходного валка рассчитана на такие усилия.
В некоторых литературных источниках двухвалковую зубчатую дробилку СМД-153 (рис. 7) называют дискозубчатой. Применяют ее обычно для грубого дробления угля в системе топливоподачи электростанций а также для дробления других материалов с пределом прочности при сжатии до 45 МПа в которых могут попадаться отдельные включения горных пород с пределом прочности при сжатии до 60 Мпа. Эксплуатация дробилки допускается как в закрытых помещениях так и на открытых площадках при
температуре окружающего воздуха от —40 до 40 °С.
Для удобства демонтажа валков корпус дробилки выполнен разъемным и состоит из нижней 5 и верхней 4 частей. В боковых частях корпуса дробилки предусмотрены люки 11 для осмотра и ремонта рабочих органов дробилки. К верхней части корпуса прикреплена загрузочная воронка 3. Места разъемов уплотнены резиновыми прокладками.
Для устранения напряжений от изгиба в раме и разгрузки болтов крепления подшипников их корпуса в верхней части соединены между собой стяжками 1.
Каждый валок диаметром 1100 мм и длиной 1000 мм имеет индивидуальный привод от асинхронного двигателя. Крутящий момент от электродвигателя валкам передается с помощью клиноременной передачи 2.
Для исключения поломки механизмов дробилки при попадании недробимых тел в камеру дробления приводы дробилки снабжены такими же предохранительными устройствами как и приводы щековых дробилок.
Зубчатые валки расположены в горизонтальной плоскости вращаются навстречу один другому с различной частотой (170 и 200 обмин). Зубчатый валок представляет собой вал 9 квадратного сечения со смонтированными на нем зубчатыми дисками состоящими из двух полузвездочек: б и 7 соединенных между собой болтами 10 из стали 40Х что обеспечивает возможность замены дисков без демонтажа валка.
Рисунок 7. Двухвалковая зубчатая дробилка СМД-153
Материал поступает в дробилку сверху через загрузочную воронку 3 дробится и выходит через разгрузочное отверстие. В средней части станины дробилки под валками установлена балка 8 препятствующая прохождению кусков материала более 250 мм. Для обогрева дробилки в холодное время года чтобы устранить намерзание материала на стенки корпуса в раме дробилки смонтированы змеевики в которые подается теплоноситель. На конце вала закреплен шкив с вмонтированным в него предохранительным устройством.
Для привода дробилки установлены два трехфазных короткозамкнутых электродвигателя мощностью 30 кВт которые питаются от сети переменного тока (380В; 50Гц). Электросхемой предусмотрен раздельный пуск электродвигателей с помощью реле времени. Управление электроприводом дробилки дистанционное кнопочное. С помощью постов управления дробилки ее можно пустить с различных точек производственного помещения. Пусковая электроаппаратура смонтирована на отдельной панели открытого исполнения которую устанавливают в электрошкаф.
Валково-зубчатые дробилки надежны в работе и имеют высокую производительность при сравнительно небольших габаритах и массе.
Трехвалковые дробилки
Рисунок 8. Трехвалковая дробилка СМД-130
Отечественная трехвалковая дробилка СМД-130 (рис. 8) валки которой имеют диаметр 600 мм и длину 1000 мм сделана специально для переработки сельскохозяйственных удобрений (нитроамофоски) от начальной крупности 80 мм до конечной 3 мм. Но ее можно применять для дробления и других материалов склонных к налипанию с малым пределом прочности при сжатии с теми же размерами начального и конечного продуктов.
Дробилку устанавливают в закрытых помещениях имеющих системы аспирации и обеспечивающих эксплуатацию дробилки при положительной температуре окружающей среды (1-40 °С).
Сварной корпус дробилки состоит из трех частей: основания средней части и кожуха. Части соединены между собою болтовыми креплениями. На основании 1 имеются опорные площадки на которых смонтированы корпуса подшипников нижнего валка 2 и опоры для шарнирного крепления рычага 11 в сборе. На боковых стенках средней части корпуса расположены опорные площадки для установки корпусов подшипников верхнего валка 7 и кронштейна натяжного ролика 6. Сверху к средней части прикреплен сварной кожух 8 имеющий загрузочную воронку и аспирационную горловину с фланцем для присоединения к внешней аспирационной системе.
Рычаг 11 внизу шарниром 12 соединен с основанием дробилки вверху с амортизирующим устройством состоящим из двух тяг 5 пружин 4 и маховиков 3 для регулирования натяжения пружин. К средней части рычага прикреплены корпуса подшипников среднего валка 10. К средней части корпуса также прикреплен механизм 9 регулирования размера щели между валками.
Рычаг в сборе прижат к клиновым гайкам механизма регулирования размера щели пружинами амортизирующих устройств что дает возможность при попадании недробимых предметов рычагу отклониться в сторону увеличив тем самым зазор между валками. После прохода недробимого предмета пружины возвращают рычаг в рабочее положение а именно: зазор между верхним и средним валком 10 мм между средним и нижним 4 мм.
Механизм регулирования размера щели представляет собой клиновые гайки перемещаемые винтом с правой и левой резьбой. Винт вращается вручную с помощью рукоятки и одноступенчатого редуктора. Этот механизм в принципе аналогичен механизму регулирования щели в щековых дробилках.
Для удобства демонтажа валка и других ремонтных работ рычаг в сборе имеет возможность отклоняться занимая почти горизонтальное положение. Для этого необходимо отсоединить тяги амортизационного устройства и используя грузоподъемные средства опустить рычаг на специальную опору на основании дробилки.
Все валки литой конструкции насажены на валы по скользящей посадке и закреплены от продольного смещения гайками с двух сторон. Нижний валок на рабочей поверхности имеет кольцевые и продольные канавки. На один конец вала насажены два шкива один из которых получает вращение от электродвигателя со второго шкива с помощью клиноременной передачи передается вращение на верхний валок. Натяжение клиноременной передачи осуществляется натяжным роликом.
Средний валок также имеет кольцевые н продольные канавки однако кольцевые канавки смещены относительно канавок нижнего валка. Вал среднего валка приводится во вращение от индивидуального двигателя.
Рабочая поверхность верхнего валка выполнена рифленой. Применение валков с гофрированными поверхностями позволяет очищать валки путем их сближения.
Валы валков вращаются на роликоподшипниках смонтированных в литых корпусах с соответствующими уплотнениями которые предотвращают попадание пыли в подшипники. Подшипники валков и натяжного ролика заполняют смазкой. На свободных концах валов насажены специальные втулки с отверстиями для возможности проворачивания валков рычагом при заклинивании или ремонтных работах.
На торцовой части корпуса дробилки и рычага имеется по две дверки (люки) с резиновыми уплотнениями служащие для осмотра очистки и ремонта дробилки.
Привод дробилки осуществляется двумя электродвигателями: один мощностью 30 кВт для среднего валка и другой мощностью 55 кВт для нижнего и верхнего валков. Элементы привода дробилки закрыты ограждениями.
Управление дробилкой может быть местным н дистанционным причем схемой управления предусмотрена блокировка со смежными механизмами — питателем и разгрузочным конвейером а также защита от перегрузки.
Рисунок 9. Трехвалковая дробилка для пород малой прочности.
Следует отметить что трехвалковые дробилки применяют сравнительно давно например дробилка (рис. 9) выпуска двадцатых годов предназначенная для дробления материалов малой прочности. Подлежащий дроблению материал подается сверху и попадает сразу в камеру дробления образованную длиннозубчатым валком н неподвижной стенкой. Далее уже частично раздробленный материал попадает на нижнюю пару короткозубчатых валков где окончательно измельчается. Такие дробилки изготовлялись в Германии 10 типоразмеров с валками диаметром 50—750 мм и длиной 500—1200 мм производительностью 5—80 тч и массой 18—105 т.
Четырехвалковые дробилки
Дробилки выполненные по схеме 7 (см. рис. 1) представляют собой две пары валков расположенных одна над другой т. е. их можно рассматривать как две двухвалковые дробилки смонтированные в одном корпусе. Верхнюю пару валков выполняют чаще с рифленой или зубчатой поверхностью нижнюю пару как правило гладкой. Этим достигается высокая степень дробления дробилки в целом. Подобную дробилку применяют на агломерационных фабриках для дробления коксика и угля.
`Четырехвалковая дробилка по данной схеме со всеми гладкими валками диаметром 900 мм и длиной 700 мм изготовляется отечественной промышленностью и применяется в металлургии.
Дробилка (рис. 10) состоит из рамы 7 ленточного питателя 2 верхней 8 и нижней 4 пары валков и электродвигателей. Верхний правый валок и нижний левый имеют пружинную амортизацию и отходят от неподвижных валков пропуская недробимые предметы. Дробилка оборудована специальными механизмами для обтачивания бандажей (по одному на каждую пару валков).
Рисунок 10. Четырехвалковая дробилка.
При этом частота вращения валков составляет 585 обмин а перемещение
суппорта с наждачным камнем за один оборот валка составляет 03мм.
Материал подлежащий дроблению загружается в бункер и далее ленточным питателем-дозатором подается непосредственно на верхнюю пару валков.
Анализ конструкции дробилок и их основных узлов
Основные конструктивные элементы валковых дробилок — это сами валки представляющие собой вал со ступицей и износостойким бандажом из стали 110Г1ЗЛ рама или станина как правило сварной конструкции пружинная или гидравлическая система предохранения от перегрузок и система привода — одна на оба валка с редукторами и карданными передачами или раздельная на каждый валок.
Некоторые понятия о конструкции элементов дробилки были даны выше при описании конкретных машин. Здесь мы остановимся на конструкции отдельных узлов и деталей имеющих различные исполнения в зависимости от назначения машины а также на вариантах исполнения самого главного рабочего органа дробилки — бандажа.
Приведенный ряд валковых дробилок отражал сложившийся ранее принцип создания данных машин а именно: диаметр больше длины валка. Это считалось вполне оправданным так как от диаметра валка зависит максимально возможный размер (диаметр d) куска материала поступающего на дробление: для гладких валков это соотношение принимают d= D20 для дробилок с одним рифленым валком d= D10. Таким образом чем больше диаметр валка тем больше кусок исходного материала и тем больше как правило степень дробления. Чем меньше длина валка тем равномернее износ рабочей поверхности и меньше нагрузка на детали дробилки.
В последнее время требования промышленности привели к нарушению упомянутого принципа и в зарубежной и отечественной практике появились валковые дробилки с валком длиной равной и большей чем диаметр. Так при создании описанной специализированной валковой дробилки для химической промышленности требовалась высокая производительность при сравнительно малом диаметре кусков исходного материала. Новая трехвалковая дробилка СМД-130 разработанная ВНИИстройдормашем с учетом этих требований имеет валки диаметром 600 мм и длиной 1000 мм. До последнего времени самым распространенным конструктивным решением передачи вращения с одного валка на другой была шестерня с удлиненными зубьями допускающими расхождение валков при попадании недробимых предметов (рис. 11). Такое решение довольно сложно кроме того трудно обеспечить нормальную работу шестерен с удлиненными зубьями в условиях динамических нагрузок и абразивной выли даже с учетом того что работают они в масляной ванне.
Теперь появились новые более удачные решения узлов привода и передачи вращения с одного валка на другой делающие конструкцию дробилки более надежной и удобной для обслуживания. Это решения которые для передачи вращения в двух- трех- и четырехвалковых дробилках применяют комплектные автомобильные колеса обеспечивающие за счет деформации шин надежное сцепление при изменении расстояния между осями
Рисунок 11. Гладкий валок в сборе с шестерней с удлиненными зубьями.
Также применяет цепную передачу или раздельный привод также допускающие изменение расстояния между осями валков без нарушения заданного режима вращения валков.
Последние конструктивные решения отечественных валковых дробилок предусматривают индивидуальный привод каждого валка что также имеет ряд положительных особенностей.
Рабочим органом валковой дробилки является бандаж имеющий гладкую рифленую или зубчатую поверхность (рис. 12). Бандажи отливают из стали 110Г1ЗЛ имеющей высокую износостойкость.
Рисунок 12. Варианты конструкции бандажей:
а-рифленый; б-гладкий.
Один из вариантов крепления бандажа показан на рис. 13. На вал 1 жестко посажена ступица 2 которая с одной стороны упирается в бурт на валу с другой — фиксируется планкой с болтом. Бандаж 3 на внутренней поверхности имеет две расточки — цилиндрическую и коническую. Цилиндрической расточкой бандаж надевается на ступицу упираясь в ее бурт а коническая расточка расклинивается распорным конусом 4 притягиваемым болтами 5 к ступице. Распорный конус может состоять из нескольких отдельных сегментов. Для снятия распорного конуса служат отжимные винты 6.
При разработке конструкции бандажа и его крепления наименьший внутренний диаметр бандажа обычно выбирают таким чтобы при замене бандажа в результате изнашивания не приходилось снимать с вала также подшипники.
Рисунок 13. Вариант крепления бандажа.
Для увеличения срока службы бандажа удобства и быстроты замены износившихся частей бандажа применяют различные конструктивные решения. Во-первых в конструкции дробилки существует деталь (уголок пластина) или даже узел (питатель) назначение которых равномерно распределять по длине валка поступающий на дробление материал. Тем не менее избежать неравномерности изнашивания практически не удается и средняя часть бандажа изнашивается быстрее. Поэтому в некоторых конструкциях валковых дробилок с гладкими валками предусмотрено периодическое (во время профилактических ремонтов) грубое шлифование поверхности бандажа без демонтажа валка установкой с наждачным кругом монтируемой прямо на раму дробилки. Во-вторых сам бандаж изготовляют или из отдельных колец что позволяет заменять изношенные части новыми менять кольца местами добиваясь равномерного изнашивания валка по длине
(рис. 14 а) или из отдельных сегментов закрепляемых болтами на многогранном барабане (рис. 14 6). Бандаж из отдельных колец надежен но требует разборки дробилки так как трудно обеспечить гладкую поверхность по длине валка и поэтому такое решение пригодно видимо лишь при зубчатых валках.
Рисунок 14. Конструкция бандажа из отдельных колец (а) отдельных сегментов (б).
То же самое следует сказать и о сегментах так как добиться точных отливок обеспечивающих отсутствие «ступенек» на поверхности валка практически невозможно хотя эта конструкция достаточно удобная так как позволяет заменять износившиеся части без разборки дробилки.
Для проектирования выбираем двухвалковую дробилку с гладкими дырчатыми валками с приводом от электродвигателя на валок через ременную передачу. Валки связаны между собой шестернями с удлиненными зубьями.
Дробимый материал: вязкая глина без каменистых вложений.
Степень измельчения: 10
d куска на входе в дробилку: 30 мм
Определение угла захвата:
Для простоты расчетов допустим что поступающие на дробление куски имеют форму шара.
В момент втягивания куска валками действуют следующие силы:
m – масса куска (из-за малой величины она практически незначительно влияет на работу вальцов поэтому ею можно пренебречь);
P – давление валков на кусок дробимого материала;
Pf – сила трения (f – коэффициент трения дробимого материала о валки).
Сила Р и вызываемая ею сила Pf действуют в обеих точках касания.
Рисунок 1 Схема действия различных сил при дроблении
Кусок дробимого материала втягивается валками при условии:
Разделив правую и левую части формулы на 2Pcosα получаем
Заменив коэффициент трения f углом трения φ получим
Определение соотношения между диаметром валка и размером поступающего куска:
Для определения соотношения между размерами поступающего куска и диаметром валка также воспользуемся схемой представленной на рисунке 1
а – ширина выходной щели.
Преобразуем уравнение разделив правую и левую части его на d:
Так как степень измельчения в валковых дробилках в среднем равна 4 тогда ad = 025. Сделав необходимые преобразования в уравнении получим
Для влажной глины принимают кэоэффициент трения f=045. При таком значении f угол захвата 24°20.
Таким образом отношение Dd будет равно:
при дроблении влажной глины
Исходя из этого отношения D валка равен:
Ширина выходной щели a:
Частота вращения валка n определяет надежный захват куска материала без повышенного скольжения.
Частота вращения валков (обс):
где f- коэффициент трения материала о валок; d- диаметр куска исходного материала м; p- плотность дробимого материала тм3
Значит частота вращения валка должна быть тем меньше чем больше его диаметр чем больше диаметр поступающих кусков и их плотность и чем меньше коэффициент трения между куском материала и валками. По данной формуле определяют максимально возможную частоту вращения валков.
Обычно конструктивно предусматривают минимальную и максимальную частоту вращения которую затем выбирают по конкретным условиям эксплуатации (например при дроблении материалов с малым пределом прочности при сжатии можно принять более высокую частоту чем при дроблении материалов средней прочности).
Для определения минимальной nmin и максимальной nmax частоты вращения (обс) валков рекомендуется следующая простая эмпирическая зависимость:
При этом окружная скорость для рабочей поверхности валков всех дробилок получается в пределах 3-6 мс что обеспечивает спокойную и устойчивую работу машины и соответствует сложившейся практике эксплуатации валковых дробилок.
Принимаем частоту вращения валков n= 6 мс
Нагрузки в основных элементах:
Усилия в деталях валковой дробилки определяются нагрузкой которая создается пружинами предохранительного устройства. Эта нагрузка зависит от многих факторов и может быть вычислена лишь приближенно.
Предположим что среднее суммарное усилие между валками при дроблении материала равно (Н).
Площадь на которой будет действовать это усилие:
где L- длина валков м; α- угол соответствующей дуге длинной l рад). При переработке глин l=043R
Длина равна 04—10 диаметра (длина зубчатых валков может быть больше чем диаметр). Длину принимаем 180 мм
Среднее значение силы Р (Н) дробления:
где сж – предел прочности материала на сжатие Па; коэффициент разрыхления материала для глины =04-06
При захвате валками кусков материала Рср вызывает силу трения Ртр:
Производительность дробилки:
Производительность валковых дробилок можно вычислить если представить процесс дробления как движение ленты материала шириной равной длине L валка и толщиной равной ширине а выходной щели. Тогда за один оборот вала объем (м3) ленты материала прошедший через выходную щель
Значит при n (обc) производительность (м3с) дробилки:
где D- диаметр валка м; L- длина валка м; а- ширина выходной щели м.
Так как обычно длина валка используется не полностью и материал выходит из дробилки в разрыхленном виде а не плотной лентой то в формулу производительности вводят коэффициент учитывающий степень разрыхленности материала для влажных вязких глин =04-06.
Часто в формулу вводят также плотность дробимого материала p (тм3 ) плотность влажной глины 17 тм3 .
Тогда окончательно производительность (тс) валковой дробилки:
Мощность двигателя. Необходимую установочную мощность Nдв электродвигателя валковой дробилки можно определить если учесть затраты мощности на дробление материала и трение в подшипниках т.е. на преодоление всех сопротивлений при работе машины:
Где N1 N2- мощности расходуемые соответственно на дробление с учетом трения материала о валок и на трение в подшипниках; - КПД передачи =095
Мощность необходимая для дробления (Вт):
Мощность необходимая на преодоление трения в подшипниках двух валков (Вт):
где dш – диаметр шейки валка dш=140мм; f1- коэффициент трения качения приведенный к валу f1= 0001; G- нагрузка на подшипники (Н):
где Q- сила тяжести валка (Н):
В результате работы над курсовым проектом были рассчитаны основные характеристики валковой дробилки выполнены чертежи и схемы изучены конструкции валковых дробилок принцип их действия назначение и область применения. Были выявлены достоинства и недостатки валковых дробилок.
Из достоинств валковых дробилок выделяют: простоту устройства надёжность небольшой расход энергии возможность измельчать влажные и вязкие материалы.
К недостаткам относят повышенный износ средней части валков (для чего необходима непрерывная равномерная загрузка материала по все длина валков) наличие вибраций при использовании гладких валов крупность загружаемого материала не велика.
Дорожно-строительные машины и комплексы. Баловнев В.И. Ермилов А.Б. Новиков и др.1988. 380с.
Дробилки. Конструкция расчет особенности эксплуатации Клушанцев Б.В. Косарев А.И. Муйземнек Ю.А. 1990. 316 с.