Министерство Образования РФ
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Кафедра Механического Оборудования
Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине: ППСМ
на тему: “Исследование процесса измельчения в бегунах мокрого помола СМ – 365”
Белгород 2010
Содержание
Введение
1. Общие сведения и классификация бегунов
2. Конструкция, принцип действия и описание процессов, происходящих в машине
3. Расчёт основных параметров
4. Проведение экспериментальных исследований зависимости функции от варьируемых параметров
Заключение
Список используемой литературы
Приложение
Введение
Многообразие измельчаемых материалов поих свойствам и преследуемым промышленным целям этого процесса приводит к большому количеству различных конструкций дробильно-помольных машин и установок.
Все применяемые машины для измельчения материалов разделяют на две группы: дробилки и мельницы.
Дробилки — это машины, которые применяются для дробления сравнительно крупных кусков материала, начальный размер 100-1200 мм, размер кусков конечного продукта 250-3 мм. Дробилки применяются в горнодобывающей, горнорудной, строительной, химической и других отраслях промышленности для крупного, среднего и мелкого дробления различных горных пород. Степень измельчения в дробилках находится в пределах 3-20.
Мельницы предназначаются для получения тонко измельченного порошкообразного материала. Они применяются при грубом, тонком и сверхтонком помоле известняка, мела, мрамора, глины, угля, клинкера и других материалов, при этом размер начальных кусков равен 2-20 мм, а размер частиц конечного продукта составляет от 0,1-0,3 мм до долей микрометра.
По конструкции и принципу действия различаются следующие виды дробилок: щековые (дробление происходит между подвижной и неподвижной щеками), конусные (раздавливание материала и частичное его изгибание происходят между двумя конусами), валковые (материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу), бегуны (измельчение материала происходит между вращающимися катками и чашей (подвижной или неподвижной) путем раздавливания и истирания.), дробилки ударного действия.
По сравнению с другими машинами для измельчения материала, например валковыми дробилками, в общем случае бегуны менее эффективны. Поэтому их следует применять только тогда, когда это вызывается специальными технологическими требованиями, когда наряду с измельчением необходимо обеспечить уплотнение, растирание, обезвоздушивание массы (например, при переработке глины).
1. Общие сведения и классификация бегунов
Бегуны применяются для мелкого дробления (конечный размер частиц 3...8 мм) и грубого помола (0,2...0,5 мм) извести, глины и других материалов. Кроме того, бегуны могут также обеспечить растирание, гомогенизацию, уплотнение и обезвоздушивание материала. При производстве строительной керамики бегуны используют для мелкого и тонкого дробления сухой и увлажнённой глины, полевого шпата, фарфорового боя, угля, доломита и других материалов.
Бегуны классифицируют по следующим основным признакам.
По способу действия: периодического и непрерывного действия.
По технологическому назначению: для мокрого, сухого и полусухого измельчения; для измельчения и перемешивания и только перемешивания; для брикетирования сырьевой смеси; с металлическими катками и металлическим подом; с каменными катками и каменным подом.
По конструктивному оформлению: с неподвижной чашей; с вращающейся; с верхним и нижним приводом (при нижнем приводе сложнее разборка, длительнее ремонт, но масса не загрязняется); с катками, опирающимися на материал своей массой илисдополнительным гидравлическим, пневматическим или с пружинным нажатием на катки.
По способу разгрузки: с ручной разгрузкой; продавливанием через подовую решетку; с центробежной разгрузкой; с разгрузкой через периферическую подовую решетку и с разгрузкой по опускающемуся в чашу отвалу. В бегунах с вращающимися катками вокруг вертикальной оси центробежные силы стремятся сорвать катки, а в случае их неуравновешенности вертикальный вал может изогнуться, но центробежные силы при этом не оказывают влияния на материал, находящийся в чаше.
У бегунов с вращающейся чашей более спокойный ход, но центробежные силы отбрасывают материал к периферии, кроме того, у этих бегунов большая нагрузка на упорный подшипник (массы катков и чаши).
Достоинства бегунов по сравнению с валковыми дробилками: можно загружать значительно большие куски материала; проще регулировать тонкость измельчения; улучшаются пластические свойства глиняных материалов из-за многократного воздействия катков. Недостатки бегунов: громоздкость; более сложный ремонт; повышенный удельный расход энергии на единицу массы перерабатываемого материала.
2. Конструкция, принцип действия и описание процессов, происходящих в машине
Бегуны мокрого помола (материал влажностью более 15 %) с вращающимися катками (рис. 1) имеют нижнее расположение привода. При вращении вертикального вала 1 катки 5, установленные на подшипниках на водилах 6, перекатываются по поддону 4 и одновременно вращаются вокруг собственных осей. Коленчатые водила, шарнирно закрепленные в цапфе 7, позволяют каткам подниматься или опускаться в зависимости от толщины слоя материала и преодолевать недробимые предметы. Катки устанавливают на разных радиусах от центра поддона, чтобы они перекрывали большую площадь. Поддон укладывают плитами, имеющими овальные отверстия размером от 6×30 до 12×40 мм. Измельченный материал продавливается сквозь отверстия в поддоне и попадает на вращающуюся тарелку 8, с которой сбрасывается скребком 3 в разгрузочный лоток 2. К валу 1 прикреплены поводки со скребками 9, которые очищают борта и поверхность чаши от налипшего материала и равномерно направляют его под катки.
/>
Рисунок 1
Применяют также верхний привод катков, бегуны с вращающейся чашей, бегуны с пружинным, гидравлическим или пневматическим прижимом катков. Использование последних позволяет снизить металлоемкость машины.
В бегунах массивные катки, перекатываясь по слою материала, находящемуся на поддоне, измельчают его раздавливанием и истиранием. Это происходит вследствие того, что широкие катки, перемещаясь по окружности небольшого радиуса, непрерывно разворачиваются относительно поддона и их внешняя сторона скользит юзом, а внутренняя буксует. В бегунах может осуществляться как сухой, так и мокрый помол материалов. Главным параметром бегунов является диаметрDи ширина bкатков. Для мокрого помола выпускают бегуны с размерамиD х bот 1200 х 300до1800 х 800мм с катками массой, соответственно 2...9 т. Для сухого помола изготавливают бегуны сD х bот600 х 200до1800 х 450 мм.
Бегуны мокрого помола СМ – 365 предназначены для тонкого помола, перемешивания, растирания и увлажнения керамических масс. Чугунное кольцо станины состоит из шести секций, скреплённых болтами. Стальная литая чаша бегунов, укреплённая на станине, имеет форму усечённого конуса, расширяющегося к верху. Отливка чаши выполнена без днища, днищем служат сегментообразные дырчатые плиты, образующие дорожку, по которой перекатываются катки.
Перерабатываемый материал загружается в загрузочную воронку, и далее через течку попадает под каток, раздавливается и истирается. Далее материал продавливается через отверстия решётчатых плит и просыпается под чашу на тарель, с которой сбрасывается на течку для измельчённого материала. Отверстия в дырчатых плитах конические, увеличивающиеся к низу для обеспечения свободного просыпания продавленных в отверстия кусочков материала.
На вертикальном валу бегунов укреплена крестовина с горизонтальными полуосями, на которых вращаются катки. Катки для более эффективного помола снабжены специальными пружинными прижимами. Для регулирования силы прижима катков имеются регулировочные гайки.
Катки бегунов состоят из двух частей: чугунного корпуса и прочно насаженного на него стального бандажа. Бегуны получают движение от электродвигателя через фрикционную муфту, редуктор, горизонтальный приводной вал с конической шестерней. Коническое колесо, входящее в зацепление с шестерней, насажено на вертикальный вал.
Для равномерности загрузки бегуны оснащают вращающейся загрузочной воронкой.
3.Расчёт основных параметров
1) Определение угла захвата.
Углом захвата называют угол, образованный плоскостью чаши и касательными, проведёнными через точки соприкосновения куска материала с поверхностью катка.
/>
Рисунок 2
В момент захвата куска материала в точке А возникает сила нормального давления Р и сила F=P/>f, где f– коэффициент трения (рис.2, схема а).
Возникает также сила противодействия P1и сила трения P1/>f. При равновесии куска имеем:--PAGE_BREAK--
∑x=0, P/>sinα– P/>f/>cosα— P1/>f=0,
P/>sinα= P1/>f+ P/>f/>cosα
∑y=0, P1 – P/>f/>sinα– P/>cosα
P1= P/>f/>sinα+ P/>cosα
Получаем:
P/>sinα=f/>P/>cosα+ f/>P/>(cosα+ fsinα). (1)
tgα= 2/>f/(1 – f2)
Подставим значение коэффициента трения
f=tg2φ,
где φ – угол трения:
tgα=2tgφ/(1 – tg2φ)=tg2φ(2)
α
Следовательно, угол захвата должен быть меньше двойного угла трения. Коэффициент трения может колебаться в пределах 0,3 – 0,5, что соответствует углу захвата 30 – 50 ˚.
2) Определение соотношений между диаметром катка бегунов и диаметром дробимого материала (рис.2, схема б).
/>
где D– диаметр катка,
d– диаметр куска дробимого материала.
/>
При угле α = 50˚ получаем:
/>
При углеα = 30˚:
/>
D= (4,6…14) d. (6)
При D=1800 мм возможная крупность дробимого материала:
dmax= />.
При переработке влажных глин отношение D/dсоставляет 5…6,
следовательно для бегунов СМ – 365 максимальная крупность исходного материала составляет:
dmax= />.
Для обеспечения надёжного захвата материала максимальная крупность кусков принимается на 20% меньше.
d= 0,8/>dmax=0,8 />(360…300) = 288…240 мм.
3) Сила нормального давления, действующая на
материал (усилие раздавливание), H:
Pср= σсж/>F />Kρ(7)
где σсж– предел прочности материала при сжатии, H/м2,
для мягких пород σсж= 80МПа, для прочных σсж≥ 150МПа
(1 H/м2 = 10-6МПа); F – площадь дробления, м2;
Kρ-коэффициент разрыхления материала (для прочных пород
Kρ= 0,2 … 0,3, для глины Kρ= 0,4 … 0,6).
Полагая, что F=b/>l = b/>R/>β, продолжение
--PAGE_BREAK--
где l – длина дуги на участке измельчения материала, м;
R=D/2 — радиус катка, м;
b– ширина катков, м;
β — угол дуги, рад, β = α /2.
Формула (7) принимает следующий вид
При дроблении твердых пород (β=16°40’ ):
Pср= 0,04/>σсж/>b/>D, (8)
при дроблении глин (β = 24°20’ ):
Pср= 0,1 />σсж/>b/>D (9)
Для бегунов СМ – 365:
σсж= 80 МПа = 800000 Н.
B= 0,8 м;
D= 1,8 м.
Pср=0,1/>8000000/>0,8/>1,8=152000 Н.
4) Определение угловой скорости и числа оборотов вертикального вала бегунов.
На вращающейся чаше материал находится под действием двух сил: силы трения G/>f, удерживающей материал на чаше, и центробежной сил mω2/>стремящейся отбросить материал
(где r– наружный радиус качения катка; ω– угловая скорость вращения вертикального вала; />— линейная скорость.).
Чтобы материал не отбрасывался к борту чаши должно соблюдаться условие:
Gf/>m/>ω2/>r;
Gf/>m/>v2/r,
где ω– угловая скорость вращения вертикального вала;
m=G/g; v=/>r/>n/30.
Тогда:
Gf/>ω2/>r;
Gf/>,
где n– частота вращения вала.
ω/>(рад/с); (10)
n/>(об/мин). (11)
Приняв для увлажнённых глин f=0,5 получаем:
Угловая скорость вращения вертикального вала:
ω/>=2,4 рад/с
Частота вращения вала:
n/>= 23,3 об/мин.
5) Определение производительности бегунов.
Для ориентировочного расчёта производительности бегунов с решётчатым подом используют следующую формулу:
Q =/>(м3/с); (12)
Q = S/>l/>a/>n />60/>/>(м3/ч); (13)
где S– площадь отверстия в решётчатой плите, м2;
l– длина глиняного прутка, м, продавливаемого при каждом набегании катка (l= 25 – 35 мм для глин влажностью 20 – 22%);
а – число отверстий, перекрываемых катком за один оборот вертикального вала;
ω – угловая скорость вертикального вала, рад/с;
n– частота вращения вертикального вала, об/мин;
λ – поправочный коэффициент, λ = 0,8 – 0,9.
Исходные данные для бегунов мокрого помола СМ – 365:
S= 34 />2/>8 + 2/>= 745 мм2 =0,000745 м2;
а = 920;
l= 30мм = 0,03м;
λ = 0,8;
n= 22,7 об/мин.
Q= 0,000745 />0,03 />920/>22,7/>60/>0,8 = 22,4 м3/ч. продолжение
--PAGE_BREAK--
При плотности глины (влажностью 20%) γ = 1450 кг/м3получим:
Q= 22,4 />1450 = 38480 кг/ч = 38,4 т/ч.
6) Определение мощности двигателя.
Мощность двигателя может быть определена как сумма мощностей, необходимых в основном для преодоления сил трения качения и трения скольжения катков.
N= (N1+ N2)/ η, (14)
где N1– мощность, необходимая для преодоления сил трения качения;
N2– мощность, необходимая для преодоления сил трения скольжения катков.
η – КПД установки, η = 0,5 – 0,8.
Мощность, необходимая для преодоления сил трения качения
N1= />(кВт), (15)
где G– вес (сила тяжести катка), Н;
/>— коэффициент трения качения;
vср– средняя окружная скорость качения катка, м/с:
R– радиус катка, м.
Подставляя в формулу значение средней окружной скорости
vср=/>r/>n/30,
получаем
N1= />; (16)
N1= />= />(кВт), (17)
где i– число катков.
Исходные данные:
G= 90000 Н;
/>= 0,03;
r= 0,9 м;
n= 22,7 об/мин ;
i= 2;
R= 0,9 м.
N1 = />= 12,8 кВт.
Мощность, необходимая для преодоления сил трения скольжения катков:
N2= />(кВт); (18)
N2= />= />(кВт), (19)
где />— коэффициент трения скольжения;
b– ширина катка.
Для бегунов СМ – 365:
fск= 0,3;
b= 0,8 м.
N2= />= 25,7 кВт.
Необходимая мощность электродвигателя:
N = kN/>/>, (20)
где kN– коэффициент мощности двигателя на преодоление пускового момента, kN= 1,1 – 1,5.
N= 1,1/>/>= 60,48 кВт.
4.Проведение экспериментальных исследований зависимости функции от варьируемых параметров
Проведём исследование влияния изменения частоты вращения вертикального вала n на производительность.
Q= S/>l/>a/>n/>60/>/>(м3/ч).
Постоянные параметры:
Площадь отверстия в дырчатой плите S= 0,000745 м2;
Длина глиняного прутка l= 0,03 м;
Число отверстий, перекрываемых катками за один оборот вертикального вала a= 920;
Поправочный коэффициент λ = 0,8.
Варьируемый параметр изменяется в пределах: n= 22,7±5%.
Минимальное значение: nmin= 21,565 мин-1
Максимальное значение: nmax= 23,835 мин-1
Шаг варьирования: p= />= 0,227 мин-1.
Q1 = 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>21,565= 21,284 (м3/ч)
Q2= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>=21,508 (м3/ч)
Q3= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>22,019=21.733 (м3/ч)
Q4= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>22,246 =21,956 (м3/ч)
Q5= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>22,473=22,181 (м3/ч) продолжение
--PAGE_BREAK--
Q6= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>= 22,4 (м3/ч)
Q7= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>22,927 =22,629 (м3/ч)
Q8= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>=22,853 (м3/ч)
Q9= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>=23,077 (м3/ч)
Q10= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>23,301 (м3/ч)
Q11= 0,000745 />0,03 />920/>60/>0,8/>23,835 = 23,525 (м3/ч)
Таблица 1
n, мин-1
21,565
21,792
22,019
22,246
22,473
22,7
22,927
23,154
23,381
23,608
23,835
Q,
м3/ч
21,284
21,508
21.733
21,956
22,181
22,4
22,629
22,853
23,077
23,301
23,525
Q = f(n).
Проведём исследование влияния изменения частоты вращения вертикального вала n на мощность двигателя.
N = kN/>/>(кВт)
Постоянные параметры:
Коэффициент увеличения мощности двигателя kN= 1,1;
Сила нажатия катка G= 90000 H;
Число катков i= 2;
КПД установки η= 0,7;
Радиус качения катков r= 0,9 м;
Коэффициент трения качения fk= 0,03;
Коэффициент трения скольжения fск= 0,3;
Ширина катка b= 0,8 м;
Радиус катка R= 0,9 м.
Варьируемый параметр изменяется в пределах: n= 22,7±5% мин-1.
Минимальное значение: nmin= 21,565 об/мин
Максимальное значение: nmax= 23,835 об/мин
Шаг варьирования p= 0,227.
N1= 1,1/>/>=57,45 (кВт)
N2= 1,1/>/>=58,05 (кВт)
N3= 1,1/>/>=58,66 (кВт)
N4= 1,1/>/>=59,26 (кВт)
N5= 1,1/>/>=59,87 (кВт)
N6= 1,1/>/>=60,5 (кВт)
N7= 1,1/>/>=61,07 (кВт)
N8= 1,1/>/>=61,68 (кВт)
N9= 1,1/>/>=62,28 (кВт)
N10= 1,1/>/>=62,89 (кВт)
N11= 1,190000·23,835·20,7·/>/>=63,49(кВт)
Таблица 2
n, мин-1
21,565
21,792
22,019
22,246
22,473
22,7
22,927
23,154
23,381
23,608
23,835
N, продолжение
--PAGE_BREAK--
кВт
57,45
58,05
58,66
59,26
59,87
60,5
61,07
61,68
62,28
62,89
63,49
N = f(n).
3) Проведём исследование влияния изменения числа отверстий в решётчатых плитах, перекрываемых катками на производительность.
Q= S/>l/>a/>n/>60/>/>(м3/ч).
Постоянные параметры:
Площадь отверстия в дырчатой плите S= 0,000745 м2;
Длина глиняного прутка l= 0,03 м;
Частота вращения вертикального вала n= 22,7 об/мин;
Поправочный коэффициент λ = 0,8.
Варьируемый параметр изменяется в пределах: а = 920±5%.
Минимальное значение: amin= 875
Максимальное значение: amax= 965
Шаг варьирования: p= />= 9 шт.
Q1= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />875 =21,262 (м3/ч)
Q2= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />=21,481 (м3/ч)
Q3= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />= 21,699 (м3/ч)
Q4= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />902 = 21,918 (м3/ч)
Q5= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />=22,137 (м3/ч)
Q6= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />920 = 22,356 (м3/ч)
Q7= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />=22,574 (м3/ч)
Q8= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />938 =22,793 (м3/ч)
Q9= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />947 = 23,012 (м3/ч)
Q10= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />956 = 23,23 (м3/ч)
Q11= 0,000745 />0,03/>22,7 />60/>0,8 />965 = 23,449 (м3/ч)
Таблица 3
а,
шт
875
884
893
902
911
920
929
938
947
956
965
Q,
м3/ч
21,262
21,481
21,699
21,918
22,137
22,356
22,574
22,793
23,012
23,23
23,449
Q= f(a).
4)Проведём исследование влияния изменения силы давления катка на мощность электродвигателя установки.
N = kN/>/>(кВт)
Постоянные параметры:
Коэффициент увеличения мощности двигателя kN= 1,1; продолжение
--PAGE_BREAK--
Частота вращения вертикального вала n= 22,7 мин-1;
Число катков i= 2;
КПД установки η= 0,7;
Радиус качения катков r= 0,9 м;
Коэффициент трения качения fk= 0,03;
Коэффициент трения скольжения fск= 0,3;
Ширина катка b= 0,8 м;
Радиус катка R= 0,9 м.
Варьируемый параметр изменяется в пределах:
G= 90 000±5% мин-1.
Минимальное значение: Gmin= 85500 H
Максимальное значение: Gmax= 94500H
Шаг варьирования: p= />= 900 Н.
N1= 1,1/>/>= 57,45 (кВт)
N2= 1,1/>/>= 58,06 (кВт)
N3= 1,1/>/>= 58,66 (кВт)
N4= 1,1/>/>= 59,27 (кВт)
N5= 1,1/>/>= 59,87 (кВт)
N6= 1,1/>/>= 60,48 (кВт)
N7= 1,1/>/>= 61,08 (кВт)
N8= 1,1/>/>= 61,69 (кВт)
N9= 1,1/>/>= 62,29 (кВт)
N10= 1,1/>/>= 62,89 (кВт)
N11= 1,1/>/>= 63,5 (кВт)
Таблица 2
G,
H
85500
86400
87300
88200
89100
90000
90900
91800
92700
93600
94500
N,
кВт
57,45
58,06
58,66
59,27
59,87
60,48
61,08
61,69
62,29
62,89
63,5
N = f(G).
По результатам вычислений строим графики.
Заключение
В результате проведённых вычислений были выявлены следующие зависимости:
С повышением частоты вращения вертикального вала увеличивается производительность бегунов;
С увеличением частоты вращения вала повышается мощность двигателя;
С увеличением числа отверстий в решётчатых плитах увеличивается производительность;
С увеличением силы давления катка на измельчаемый материал повышается мощность двигателя.
Список использованной литературы
Сапожников В.А. и др. «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций». М., «Высшая школа». 1971. – 382 с.
Ильевич А.П. «Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров». М., «Высшая школа», 1979. – 343 с.
Сапожников Н. Я. «Атлас механического оборудования»
Уваров В.А., Семикопенко И.А., Чемеричко Г.И., «Процессы в производстве строительных материалов и изделий». БелГТАСМ, 2002. – 121с.