Расчет щековой дробилки с простым движением щеки

Спецификация Общий вид.cdw

Клиновый ремень ГОСТ 1284-68
Электродвигатель АИР355МВ8
0265.СДМ034.КП.00.00.000 ПЗ
Пояснительная записка
0265.СДМ.03.КП.00.00.000
Электродвигатель АИР355S8

Спецификация СБ.cdw

Щековая дробилка в сборе
Подшипник 7315 Гост 27365-87
Подшипник 7312 Гост 27365-87
0265.СДМ.03.КП.01.00.000

Общий вид.cdw

Техническая характеристика дробилки
Размеры приемного отверстия
Тип дробилки с простым движением щеки
Максимальная крупность кусков материала
Ширина выходной щели
Частота вращения эксцентрикового вала
АИР355МВ8 (основной)
АИР355S8 (вспомогательный)
Мощность электродвигателей
основного привода 200
вспомогательного 160

Маховик.cdw

Сборочный чертеж.cdw

Технические требования
На деталях и сборках заусенцы
и другие повреждения не допускаются.
Все детали поступающие на сборку
должны быть чистыми. При сборке
обеспечить чистоту внутренних полостей.
Перед сборкой резьбовые соединения
смазать смазкой ЛИТОЛ-24 ГОСТ 21150-87
Щеовая дробилка в сборе

СДМ.DOC

Обзор: дробильные машины3
Определение основных параметров щековых дробилок 13
1 Определение частоты вращения эксцентрикового вала 14
2 Производительность щековой дробилки 15
3 Мощность привода 15
Расчет основных элементов на прочность 17
1 Расчет и подбор размеров шатуна 17
2 Расчет распортной плиты 18
3 Расчет подвижной щеки 20
4 Расчет оси подвижной щеки 24
5 Расчет маховика 26
6 Расчет эксцентрикового вала 27
8 Расчет ременной передачи 32
Список используемой источников
ОБЗОР: ДРОБИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Механический процесс разрушения или измельчения кусков каменной породы называется дроблением и производится при помощи дробильных машин — камнедробилок.
Дробление осуществляется методами раздавливания (сжатия) раскалывания и истирания. В дробильных машинах применяют различные сочетания этих способов с учетом физико-механических свойств дробимой породы и крупности дробления. Крупные куски обычно дробят методом сжатия; куски средней величины а также мелкие — методом удара или сжатия с ударом. Проводятся исследовательские работы по применению для дробления вибрации ультразвуковых колебаний а также взрывного и электрогидравлического эффектов.
Материал поступающий в дробилку называют исходным материалом или продуктом питания. Раздробленный материал выходящий из дробилки называется продуктом дробления или готовым продуктом.
Различают крупное среднее мелкое и тонкое дробление. Крупным дроблением называется измельчение на куски размером 70—300 мм; средним дроблением—на куски 20—70 мм; мелким — на куски 1—20 мм и тонким (помол)—до размеров в долях миллиметра.
Дробление ведется в несколько приемов (стадий) с постепенным уменьшением размеров кусков. Различают дробление одно-стадийное двухстадийное и т. д.
В соответствии с этим дробильные машины условно подразделяют «а дробилки крупного (первичного) дробления среднего (вторичного) и мелкого дробления.
В зависимости от назначения и физико-механических свойств дробильных пород применяемые в строительном производстве дробилки подразделяются на щековые (челюстные) конусные валковые молотковые и роторные (рис. 1 а—е). Для тонкого измельчения применяют различного типа мельницы: шаровые стержневые вибрационные и бегуны (рис. 1 ж—и).
Рис. 1. Схемы дробильных машин:
а — щековая дробилка с простым качанием; б — щековая дробилка со сложным качанием; в — конусная дробилка с крутым конусом; г — конусная дробилка с пологим конусом; д — молотковая дробилка с шарнирно закрепленными молотками; е — валковая дробилка; ж — шаровая мельница; з — бегуны; и — вибрационная мельница
Процесс дробления материала в щековых дробилках осуществляется между двумя дробящими плитами прикрепленными к неподвижной и качающейся щекам дробилки. Разрушение дробимого материала происходит при периодическом нажатиигна него качающейся щеки.
Щековые дробилки по принципу действия делят на дробилки с простым сложным и комбинированным движением подвижной щеки. Первые дробят материал в основном методом сжатия и частично за счет изгиба; их применяют главным образом для первичного крупного дробления. Дробилки со сложным движением щеки дробят материал методом сжатия в сочетании с истиранием и скалыванием; их применяют преимущественно для среднего и мелкого дробления.
Первая щековая дробилка была изобретена в начале второй половины прошлого столетия. Принципиальная схема известная под названием двухрычажной дробилки с простым движением щеки применяется при конструировании щековых дробилок и до настоящего времени. Широкое распространение щековых дробилок такого типа объясняется простотой их конструкции и высокой надежностью в работе.
Щековая дробилка с простым движением щеки показана на рис. 2. Рабочим органом дробилки являются неподвижная и подвижная дробящие плиты укрепленные соответственно на стенке станины и качающейся щеке которая смонтирована на оси. Дробящие плиты в нижней части имеют криволинейную форму и образуют зону с параллельными поверхностями которая обеспечивает выдачу более равномерного щебня.
Подвижная щека и передняя стенка станины образуют камеру дробления. Расстояние между дробящими плитами в нижней части камеры дробления называется выходной (разгрузочной) щелью; ширина ее регулируется специальным регулирующим механизмом во всех дробилках кроме крупных где этого не требуется по условиям дробления. Качание подвижной щеки осуществляется при помощи шарнирно-рычажного механизма состоящего из эксцентрикового вала 6 шатуна и двух распорных плит. По концам эксцентрикового вала смонтированы маховики один из которых служит ведущим шкивом. Боковые стенки станины дробилки футеруются в рабочей зоне стальными плитами в виде клиньев.
Поддержание элементов системы в положении необходимом для обеспечения заданной кинематики движения всех элементов дробилки обеспечивается тягой и пружиной.
В кинематическую цепь привода дробилки входят две муфты включаемые и выключаемые при помощи гидропривода. Жидкость в муфты подается по трубкам. При попадании в дробилку недробимых предметов происходит проскальзывание муфт и детали дробилки таким образом предохраняются от поломки. Кроме того фрикционные муфты дают возможность пускать дробилку с поочередным включением движущихся масс — шкива подвижной щеки и маховика.
Рис. 2. Щековая дробилка с простым движением щеки
В дробилках предусмотрена жидкая циркуляционная смазка для коренных подшипников главного вала и шатуна.
При холостом ходе щеки часть энергии расходуется на преодоление вредных сопротивлений а избыточная часть поглощается маховиками т. е. превращается в кинетическую энергию. При рабочем ходе маховики отдают эту накопленную энергию помогая двигателю преодолевать сопротивление камня дроблению.
Экспериментальные исследования показали что разрушение камня в щековой дробилке происходит главным образом в результате растягивающих напряжений возникающих при действии на камень двух сосредоточенных нагрузок.
Рис. 3. Щековая дробилка со сложным движением щеки
Щековая дробилка с однорычажным механизмом и сложным движением щеки показана на рис. 3. Дробилка состоит из станины эксцентрикового вала с клиноременным шкивом маховика подвижной щеки; неподвижной щеки распорной плиты боковых клиньев узла регулирования ширины разгрузочной щели 9 и тяги с оттяжной пружиной. Подвижная щека совершает сложные движения относительно оси подвеса. При этом каждая точка щеки описывает траекторию по овалу; в верхней части щеки эти овалы по форме приближаются к окружности а в нижней они имеют форму сильно вытянутых эллипсов. Такое движение щеки ускоряет продвижение материала вниз в сторону разгрузки и тем самым способствует повышению производительности дробилки на 20—30% по сравнению с дробилками с простым движением.
Основные параметры щековых дробилок — ширина и длина загрузочного отверстия. Первый из них ограничивает наибольший размер загружаемого камня (он не должен превышать 09 ширины отверстия) второй в значительной мере определяет производительность дробилки.
Ширина разгрузочного отверстия (при наибольшем удалении подвижной щеки от неподвижной) определяет в основном зерновой состав готового продукта. Для предварительных расчетов пользуются графиками (рис. 4) составленными на основе экспериментальных данных. По оси ординат графика откладываются размеры кусков готового продукта по оси абсцисс — их процентное содержание. Каждый из лучей на графике соответствует определенной ширине загрузочного отверстия.
Дробящие плиты изготовляют из износоустойчивого материала — литой марганцовистой стали с содержанием марганца до 10—16%. Рабочая поверхность дробящих плит имеет вертикальное рифление; противолежащие плиты расположены в дробилке так чтобы выступы рифления одной плиты приходились против впадин другой. Благодаря этому разрушение камня происходит в значительной мере под действием изгиба которому горные породы сопротивляются слабо. В поперечном сечении рифли имеют вид треугольника со скругленной вершиной.
Дробящие плиты обычно симметричны относительно горизонтальной оси; это позволяет переставлять плиту нижней более быстро изнашивающейся частью вверх. Изношенные дробящие плиты восстанавливают наплавкой твердыми сплавами.
Тяга с оттяжной пружиной обеспечивает требуемый для открытия разгрузочного отверстия отход подвижной щеки и вместе с тем стягивает всю систему шарниров подвижной щеки и распорных плит с регулировочным механизмом и задней стенкой предотвращая выпадение распорной плиты.
Главный вал преобразует вращательное движение в качание шатуна (у дробилок с простым качанием) или подвижной щеки (у дробилок со сложным качанием). Вал испытывает значительные ударные нагрузки; он выполняется из легированной стали (обычно хромоникелевой) и подвергается термической обработке.
Рис. 4. График гранулометрического состава продукта дробления
Станины дробилок выполняют цельными (стального или чугунного литья) сборными на болтах или сварными.
Шарнирно-рычажный механизм положенный в основу конструкции щековых дробилок чрезвычайно выгоден в механическом отношении так как дает возможность получить огромные раздавливающие силы (в крупных дробилках свыше 1000 тс) превосходящие во много раз окружные усилия на главном валу дробилки.
Дробилки с простым движением щеки имеют небольшую вертикальную составляющую хода сжатия поэтому дробящие плиты у них служат в 4—5 раз дольше чем у дробилок со сложным движением где величина этого хода значительно больше. В этом заключается преимущество кинематической схемы дробилок с простым движением щеки. Другим достоинством этих дробилок является обеспечение большого выигрыша в силе верхней части зева что очень важно при дроблении кусков горной массы больших размеров и высокой прочности.
Недостатком такого типа дробилок является малая величина хода сжатия в верхней части загрузочного отверстия между тем как ход сжатия должен быть тем больше чем крупнее кусок дробимого материала. В дробилках с простым движением щеки усилие действующее по распорным плитам примерно в 15 раз больше чем усилие по шатуну вследствие чего создаются невыгодные условия надежного захвата и дробления материала в верхней части загрузочного отверстия.
Дробилки со сложным движением щеки конструктивно проще дробилок с простым движением щеки; кроме того они имеют меньшие габариты и менее металлоемки. Однако вследствие большой вертикальной составляющей хода в нижней части зева этих дробилок происходит интенсивное истирание камня что при дроблении прочного и абразивного материала приводит к более интенсивному износу дробящих плит.
В СССР типажем на щековые дробилки с простым движением щеки предусмотрены следующие типоразмеры: 400 X 600 600 X 900 900 X 1200 1200 X 1500 1500 X 2100 и 2100 X 2500 мм.
Пределом для дробилок со сложным движением щеки принято считать размер зева 1000 X 1200 мм. Однако имеются дробилки с размером зева 1400 X 1800 мм (Швеция).
Типажом на щековые дробилки со сложным движением щеки предусмотрены следующие типоразмеры: 160 X 250 250 X 400 400 X 600 600 X 900 900 X 1200 1200 X 1500 мм.
За последнее время появились различные конструкции дробилок с двумя; подвижными щеками каждая из которых имеет сложное движение. Эти дробилки сочетают преимущества обычных дробилок со сложным движением щеки—компактность и высокую производительность — с основным достоинством дробилок с простым движением — малой степенью износа дробящих плит. Удельная производительность их выше чем у обычных дробилок со сложным движением щеки а металлоемкость ниже.
Ведутся также значительные работы по модернизации щековых дробилок.
При строительстве автомобильных дорог важным критерием определяющим надежность их работы является качество щебня используемого в конструктивных слоях дорожной одежды. До 2010 года дорожникам необходимо около 10 млн куб. метров кубовидного щебня для отсыпки верхнего слоя дорог.
Практически весь щебень используемый в дорожном строительстве получается путем дробления горных пород на специализированном оборудовании объединенном единым понятием – дробилки. Под этим единым названием подразумеваются машины принцип действия которых отличается по существу. Единственно что их объединяет – это функциональное назначение – превратить фрагмент карьерного камня в полезный для строительства продукт.
Различают три базовых типа дробилок и в основании этих различий лежат три типа воздействия рабочего дробящего органа на обрабатываемый материал. Появившаяся по хронологии первой щековая дробилка использует эффект раздавливания материала между двумя поверхностями при сравнительно медленном нарастании давления. Конусная дробилка использует и истирание и сжатие материала между двумя движущимися поверхностями. Дробилка ударного действия (и в первую очередь роторная появившаяся в середине ХХ века) измельчает материал путем ударов: либо по куску материала лежащему на поверхности либо ударом быстро движущейся детали (до 70 мсек.) по куску материала либо ударом куска материала движущегося с большой скоростью о неподвижную плиту.
Основными параметрами характеризующими щековую дробилку являются максимальные размеры загрузочного и разгрузочного отверстий. Шириной загрузочного отверстия определяется наибольший размер загружаемых кусков материала. Размер максимального куска принимается равным 08–085 ширины загрузочного отверстия. От равномерности подачи материала и равномерности распределения его по длине загрузочного отверстия зависит производительность дробилки.
Все существующие типы щековых дробилок делятся по характеру движения подвижной щеки на два больших класса – на дробилки с простым или сложным качанием. Дробилки со сложным качанием щеки обеспечивают дробление материала не только за счет сжатия но и за счет его истирания между обжимающими поверхностями так как величина вертикальной составляющей хода щеки в этих дробилках существенно выше. Однако ценой этого повышения эффективности является снижение срока службы защитных футеровок за счет повышенного износа их материала.
В настоящее время около 15 импортных технологических линий по производству щебня работают в нашей стране. Каждая из дробилок имеет свою нишу применения и как правило подбирается под конкретные условия работы карьера.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК
Рисунок 1 – Схема щековой дробилки
Ширина загрузочной щели
где- крупность кусков =600 мм.
Ширина выходной щели
- степень дробления =4 мм.
Нижний ход подвижной щеки мм.
Минимальное расстояние между щеками
где- угол трения =85°
Высота объема высыпаемого материала за один ход щеки
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА
Число оборотов эксцентрикового вала
g- ускорение свободного падения (g=9.8)
- ход подвижной щеки
КД – коэффициент динамичности для проектируемой дробилки КД=
КСТ- коэффициент учитывающий стесненное падение дробимого материала из камеры дробилки КСТ=(09095);
Принимаем 130 обмин.
Объем призмы выпадающего материала за 1 ход подвижной щеки из камеры дробления
где- зазор между щеками;
2 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ
Производительность щековой дробилки определяется
где- число оборотов;
- коэффициент разрыхления.
- плотность дробимого материала =1600кгм3
Мощность привода определяется по формуле
где- предел прочности;
- длина приемного отверстия;
- ширина приемного отверстия;
- модуль упругости исходного материала.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРОЧНОСТЬ
1 РАСЧЕТ И ПОДБОР РАЗМЕРОВ ШАТУНА
Максимальное усилие действующее вдоль шатуна
где- мощность привода;
- эксцентриситет =004 мм.
Расчетное усилие определяется по формуле
где 1.5 – коэффициент превышения номинальной нагрузки
Принимаем конструктивный размер поперечного сечения шатуна мм.
Площадь поперечного сечения
Шатун можно изготовить из стали марки 35Л с допускаемыми напряжением
Площадь болтов крепления головки шатуна
где- число болтов =10;
2 РАСЧЕТ РАСПОРТНОЙ ПЛИТЫ
Рисунок 2 – Схема распорной плиты
Усилие действующее на распорную плиту
где- усилие действующее вдоль шатуна;
Материал распорной плиты: серый чугун марки СЧ15-32.
Принимаем поперечную плиту по длине =900 мм.
Принимаем толщину распорной плиты a=70 мм.
Напряжение в распорной плите (МПа):
Поперечная площадь плиты:
Момент сопротивления сечения плиты:
Радиус инерции поперечного сечения плиты:
Гибкость распорной плиты
Площадь поперечного сечения заклепок
где- предельное касательное напряжение.
где- предел текучести металла;
- коэффициент запаса прочности заклепок Ст3 08;
где- число заклепок 18.
Принимаем диаметр заклепки d3=46мм
3 РАСЧЕТ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ
Рисунок 3 – Схема расчета подвижной щеки
где- ширина загрузочного отверстия;
- расстояние между щеками.
Расстояние от места приложения нагрузки
-90º=(80+17)-90=7º(2.29)
Усилие действующее на подвижную щеку
Усилие действующее на щеку со стороны камня
Максимальный изгибающий момент
Рисунок 4 – Схема к определению размеров поперечного
сечения подвижной щеки
Принимаем: мм.;мм.; мм.; мм.
Расстояние от центров тяжести сечений до оси Х-Х:
Расстояние от края сечения до оси Х-Х:
Момент инерции относительно Х-Х
Основной момент сопротивления
Материал щеки Ст 65Л []=550 МПа ≥=374 МПа
4 РАСЧЕТ ОСИ ПОДВИЖНОЙ ЩЕКИ
Рисунок 5 – Схема к расчету оси подвижной щеки
Нагрузка действующая на ось подвижной щеки
Принимаем длину шейки оси мм.
Нагрузка на ось передается через подшипники находящиеся от опор на расстоянии:
Длина щеки с головкой
где- площадь поперечного сечения щеки.
где= 7800 - объемный вес материала кгм3
С небольшим запасом прочности считаем что направления действия сил RQ и GЩ взаимно перпендикулярны тогда общая сила действующая на ось подвижной щеки равна:
Предел прочности на изгиб
где- запас прочности =3.
Диаметр оси подвижной щеки
Рисунок 6 – Поперечное сечение маховика
где- скорость вращения необходимо задаться окружной скоростью на ободе маховика v= (5 20) мс =10 мс.;
- число оборотов 130 обмин.
где- коэффициент неравномерности вращения =(0015-0035)
- КПД дробилки = (065-085)
Площадь поперечного сечения обода маховика
где- плотность материала кгм3.
Толщина обода при ширине мм.
6 РАСЧЕТ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА
Рисунок 7 Усилия действующие вдоль шатуна
Рисунок 8 Схема к расчету вала
Усилие действующее на вал оси
Усилие действующее на вал
Принимаем: мм.; 200 мм.; +=400 мм.; мм.
Момент изгибающий шейку вала
Рисунок 9 - Схема станины
При работе дробилки поперечные стенки станины воспринимают нагрузки от дробящих щек.
Станину дробилки рассчитывают как жесткую раму передняя и задняя стенки которой равномерно нагружены нагрузкой Рmax. в жестких углах которой при изгибе возникают опорные моменты Мо. Поперечные стенки станины рассматриваются как балки на двух опорах нагруженные силой Q и статически неопределимым моментом М0. Продольные стенки станины рассматриваются как балки нагруженные на концах моментом М0. Благодаря жесткости соединения при изгибе стенок их углы поворотов q1 и q2 будут одинаковы причем каждый из них равен опорной реакции от фиктивной нагрузки стенки площади эпюры моментов деленной на жесткость стенки
Для поперечной стенки фиктивная нагрузка:
Из данной формулы получим момент (Н м):
Наибольший изгибающий момент в поперечной стенке (Н м):
Напряжение в поперечной стенке (Па):
Напряжение в продольной стенке (Па):
В приведенных формулах:
l3 и l4 – длины поперечной и продольной стенок соответственно
J1 и J2 – моменты инерции поперченной и продольной стенок соответственно J1= 63×109 мм4 J2 = 7875×109 мм4;
W1 и W2 – моменты сопротивления поперечной и продольной стенок соответственно W1= 42×106 мм3 W2 = 525×106 мм3.
Принимаем материал для станины Сталь 35Л-1
8 РАСЧЕТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Расчет начинаем с выбора сечения ремня по мощности и скорости.
Тип ремня – Д при 190 кВт; 10 мсек.
Клиновый ремень ГОСТ 1284-68.
=38 мм; 235 мм; =32 мм.
Рисунок 1.15 Клиновый ремень
Общее передаточное отношение определяется из выражения:
где nдв – число оборотов электродвигателя;
n – число оборотов эксцентрикового вала.
Принимаем электродвигатель АИР355МВ8 *
Полученное значение округляем до стандартного iобщ = 6.
Диаметры шкивов определяются из соотношения:
Диаметр ведущего шкива.
Оптимальное межосевое расстояние определяем по формуле
Определяем длину ремня:
Выбираем стандартную длину ремня 7000 мм.
Мощность передаваемая одним ремнем с учетом условий работы:
где k1 – коэффициент учитывающий угол обхвата шкива k1=086;
k2 – коэффициент учитывающий условия работы k2=087.
Np=83×086×087=62 кВт.
Количество необходимых ремней:
Принимаем число ремней равное Z=5
В результате проектирования была получена щековая дробилка с простым движением щеки которую целесообразно использовать на стационарных дробильных установках.
Стационарные дробильные установки применяются на крупных разработках горных пород в фиксированном месте установки. Такие установки целесообразно использовать на площадках работа на которых будет вестись не менее 20 лет.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Барсов И.П. Строительные машины и оборудование. – М.: Стройиздат 1978.
Гальперин М.И. Домбровский Н.Г. Строительные машины: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа 1980.
Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов Под общей редакцией В.И. Баловнева. – М: Машиностроение 1988.
Крутницкий И.Н. Справочник по строительным машинам и оборудованию. – М.: Воениздат 1980.
Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа 1987.
Строительные машины: Справочник в двух томах. - М.: Машиностроение 1991.
Строительные и дорожные машины: Методические указания к выполнению курсового проекта: Учеб.-метод. пособие. – Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ 2006.
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие. – М.: Высшая школа 1991.
Балагула В. Я.: Стационарные дробильные комплексы для производства щебня. Режим доступа:
Бердин А.: Дробильные машины. Режим доступа: