МинистерствоОбразования РФБелгородскийгосударственный технологический университет им. В.Г. ШуховаКафедра Механического ОборудованияРасчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине: ППСМ
на тему: “Исследованиепроцесса измельчения в бегунах мокрого помола СМ – 365”
Белгород 2010
Содержание
Введение
1. Общиесведения и классификация бегунов
2.Конструкция, принцип действия и описание процессов, происходящих в машине
3. Расчётосновных параметров
4. Проведениеэкспериментальных исследований зависимости функции от варьируемых параметров
Заключение
Списокиспользуемой литературы
Приложение
Введение
Многообразие измельчаемых материалов поих свойствам ипреследуемым промышленным целям этого процесса приводит к большому количествуразличных конструкций дробильно-помольных машин и установок.
Все применяемые машины для измельчения материалов разделяютна две группы: дробилки и мельницы.
Дробилки — это машины, которые применяются для дроблениясравнительно 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 длякрупного, среднего и мелкого дробления различных горных пород. Степеньизмельчения в дробилках находится в пределах 3-20.
Мельницы предназначаются для получения тонко измельченногопорошкообразного материала. Они применяются при грубом, тонком и сверхтонкомпомоле 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 видыдробилок: щековые (дробление происходит между подвижной и неподвижной щеками),конусные (раздавливание материала и частичное его изгибание происходят междудвумя конусами), валковые (материал раздавливается между двумя валками,вращающимися навстречу друг другу), бегуны (измельчение материала происходит между вращающимися каткамии чашей (подвижной или неподвижной) путем раздавливания и истирания.), дробилкиударного действия.
По сравнению с другими машинами для измельчения материала,например валковыми дробилками, в общем случае бегуны менее эффективны. Поэтомуих следует применять только тогда, когда это вызывается специальнымитехнологическими требованиями, когда наряду с измельчением необходимообеспечить уплотнение, растирание, обезвоздушивание массы (например, припереработке глины).
1. Общие сведения и классификациябегунов
Бегуны применяются для мелкогодробления (конечный размер частиц 3...8 мм) и грубого помола (0,2...0,5 мм)извести, глины и других материалов. Кроме того, бегуны могут также обеспечитьрастирание, гомогенизацию, уплотнение и обезвоздушивание материала. Припроизводстве строительной керамики бегуны используют для мелкого и тонкогодробления сухой и увлажнённой глины, полевого шпата, фарфорового боя, угля,доломита и других материалов.
Бегуны классифицируют по следующим основнымпризнакам.
По способу действия: периодического инепрерывного действия.
По технологическому назначению: длямокрого, сухого и полусухого измельчения; для измельчения и перемешивания итолько перемешивания; для брикетирования сырьевой смеси; с металлическимикатками и металлическим подом; с каменными катками и каменным подом.
По конструктивному оформлению: снеподвижной чашей; с вращающейся; с верхним и нижним приводом (при нижнемприводе сложнее разборка, длительнее ремонт, но масса не загрязняется); с катками,опирающимися на материал своей массой или с дополнительным гидравлическим,пневматическим или с пружинным нажатием на катки.
По способу разгрузки: с ручной разгрузкой;продавливанием через подовую решетку; с центробежной разгрузкой; с разгрузкой черезпериферическую подовую решетку и с разгрузкой по опускающемуся в чашу отвалу. Вбегунах с вращающимися катками вокруг вертикальной оси центробежные силыстремятся сорвать катки, а в случае их неуравновешенности вертикальный валможет изогнуться, но центробежные силы при этом не оказывают влияния наматериал, находящийся в чаше.
У бегунов с вращающейся чашей болееспокойный ход, но центробежные силы отбрасывают материал к периферии, крометого, у этих бегунов большая нагрузка на упорный подшипник (массы катков ичаши).
Достоинства бегунов по сравнению свалковыми дробилками: можно загружать значительно большие куски материала;проще регулировать тонкость измельчения; улучшаются пластические свойстваглиняных материалов из-за многократного воздействия катков. Недостатки бегунов:громоздкость; более сложный ремонт; повышенный удельный расход энергии наединицу массы перерабатываемого материала.
2. Конструкция, принцип действия иописание процессов, происходящих в машине
Бегуны мокрого помола (материал влажностьюболее 15 %) с вращающимися катками (рис. 1) имеют нижнее расположение привода.При вращении вертикального вала 1 катки 5, установленные на подшипниках наводилах 6, перекатываются по поддону 4 и одновременно вращаются вокругсобственных осей. Коленчатые водила, шарнирно закрепленные в цапфе 7, позволяюткаткам подниматься или опускаться в зависимости от толщины слоя материала ипреодолевать недробимые предметы. Катки устанавливают на разных радиусах отцентра поддона, чтобы они перекрывали большую площадь. Поддон укладываютплитами, имеющими овальные отверстия размером от 6×30 до 12×40мм. Измельченный материал продавливается сквозь отверстия в поддоне и попадаетна вращающуюся тарелку 8, с которой сбрасывается скребком 3 в разгрузочныйлоток 2. К валу 1 прикреплены поводки со скребками 9, которые очищают борта иповерхность чаши от налипшего материала и равномерно направляют его под катки.
/>
Рисунок 1
Применяют также верхний приводкатков, бегуны с вращающейся чашей, бегуны с пружинным, гидравлическим илипневматическим прижимом катков. Использование последних позволяет снизитьметаллоемкость машины.
В бегунах массивные катки,перекатываясь по слою материала, находящемуся на поддоне, измельчают егораздавливанием и истиранием. Это происходит вследствие того, что широкие катки,перемещаясь по окружности небольшого радиуса, непрерывно разворачиваютсяотносительно 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 диаметр D и ширина b катков. Для мокрого помола выпускаютбегуны с размерами D х b от 1200 х 300 до 1800 х 800 мм с катками массой,соответственно 2...9 т. Для сухого помола изготавливают бегуны с D х b от 600 х 200до 1800 х 450 мм.
Бегуны мокрого помола СМ – 365предназначены для тонкого помола, перемешивания, растирания и увлажнениякерамических масс. Чугунное кольцо станины состоит из шести секций, скреплённыхболтами. Стальная литая чаша бегунов, укреплённая на станине, имеет формуусечённого конуса, расширяющегося к верху. Отливка чаши выполнена без днища,днищем служат сегментообразные дырчатые плиты, образующие дорожку, по которойперекатываются катки.
Перерабатываемый материал загружаетсяв загрузочную воронку, и далее через течку попадает под каток, раздавливается иистирается. Далее материал продавливается через отверстия решётчатых плит ипросыпается под чашу на тарель, с которой сбрасывается на течку дляизмельчённого материала. Отверстия в дырчатых плитах конические,увеличивающиеся к низу для обеспечения свободного просыпания продавленных вотверстия кусочков материала.
На вертикальном валу бегуновукреплена 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. Бегуныполучают 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 бегуныоснащают вращающейся загрузочной воронкой.
3. Расчёт основных параметров
1) Определение угла захвата.
Углом захвата называют угол, образованный плоскостью чаши икасательными, проведёнными через точки соприкосновения куска материала споверхностью катка.
/>
Рисунок 2
В момент захвата куска материала в точке А возникает силанормального давления Р и сила F=P/>f, где f –коэффициент трения (рис.2, схема а).
Возникает также сила противодействия P1 и сила трения P1/>f. При равновесии куска имеем:
∑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 коэффициентатрения
f=tg2 φ,
где φ – угол трения:
tgα=2tg φ/(1 – tg2 φ)=tg2 φ (2)
α
Следовательно, угол захвата долженбыть меньше двойного угла трения. Коэффициент трения может колебаться впределах 0,3 – 0,5, что соответствует углу захвата 30 – 50 ˚.
2) Определение соотношений междудиаметром 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 угле α = 30˚:
/>
D = (4,6…14) d. (6)
При D =1800 мм возможная крупность дробимого материала:
dmax = />.
При переработке влажных глин отношениеD/d составляет 5…6,
следовательно для бегунов СМ – 365максимальная крупность исходного материала составляет:
dmax = />.
Для обеспечения надёжного захватаматериала 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 – пределпрочности материала при сжатии, H/м2,
для мягких пород σсж = 80МПа, для прочных σсж ≥ 150МПа
(1 H/м2 = 10-6МПа); F – площадь дробления, м2;
Kρ -коэффициентразрыхления материала (для прочных пород
Kρ = 0,2… 0,3, для глины Kρ = 0,4 … 0,6).
Полагая, что F=b/>l = b/>R/>β,
где l – длина дуги на участкеизмельчения 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 ичисла оборотов вертикального вала бегунов.
На вращающейся чаше материалнаходится 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 скоростьвращения вертикального вала; /> — линейная скорость.).
Чтобы материал не отбрасывался кборту чаши должно соблюдаться условие:
Gf/> m/>ω2/>r;
Gf/> m/>v2/r,
где ω – угловая скоростьвращения 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 вращениявертикального вала:
ω/>=2,4 рад/с
Частота вращения вала:
n/> = 23,3 об/мин.
5) Определение производительностибегунов.
Для ориентировочного расчётапроизводительности 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, перекрываемыхкатком за один оборот вертикального вала;
ω – угловая скоростьвертикального вала, рад/с;
n – частота вращения вертикальноговала, об/мин;
λ – поправочный коэффициент,λ = 0,8 – 0,9.
Исходные данные для бегунов мокрого помолаСМ – 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.
При плотности глины (влажностью 20%)γ = 1450 кг/м3 получим:
Q = 22,4 />1450 = 38480 кг/ч = 38,4 т/ч.
6) Определение мощности двигателя.
Мощность двигателя может бытьопределена как сумма мощностей, необходимых в основном для преодоления силтрения 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 тренияскольжения катков.
η – КПД установки, η = 0,5– 0,8.
Мощность, необходимая для преодолениясил трения качения
N1 = /> (кВт), (15)
где G – вес (сила тяжести катка), Н;
/> - коэффициент трения качения;
vср – средняя окружная скорость качениякатка, м/с:
R – радиус катка, м.
Подставляя в формулу значение среднейокружной 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 преодолениясил 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 мощностьэлектродвигателя:
N = kN/> /> , (20)
где kN – коэффициент мощности двигателя напреодоление пускового момента, kN = 1,1 – 1,5.
N = 1,1/> /> = 60,48 кВт.
4.Проведение экспериментальных исследований зависимости функции от варьируемыхпараметров
1) Проведёмисследование 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, перекрываемыхкатками за один оборот вертикального вала a = 920;
Поправочный коэффициент λ = 0,8.
Варьируемый параметр изменяется впределах: 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)
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).
2) Проведёмисследование влияния изменения частоты вращения вертикального вала n на мощность двигателя.
N = kN/> /> (кВт)
Постоянные параметры:
Коэффициент увеличения мощностидвигателя 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 впределах: 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= 1,1/> />=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,
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 влиянияизменения 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 впределах: 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 влиянияизменения силы давления катка на мощность электродвигателя установки.
N = kN/> /> (кВт)
Постоянные параметры:
Коэффициент увеличения мощностидвигателя kN = 1,1;
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 впределах:
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 строимграфики.
Заключение
В результате проведённых вычислений были выявлены следующиезависимости:
1) С повышениемчастоты вращения вертикального вала увеличивается производительность бегунов;
2) С увеличениемчастоты вращения вала повышается мощность двигателя;
3) С увеличениемчисла отверстий в решётчатых плитах увеличивается производительность;
4) С увеличениемсилы давления катка на измельчаемый материал повышается мощность двигателя.
Список использованной литературы
1. Сапожников В.А. идр. «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий иконструкций». М., «Высшая школа». 1971. – 382 с.
2. Ильевич А.П.«Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров». М.,«Высшая школа», 1979. – 343 с.
3. Сапожников Н. Я.«Атлас механического оборудования»
4. Уваров В.А.,Семикопенко И.А., Чемеричко Г.И., «Процессы в производстве строительных материалов и изделий». БелГТАСМ, 2002. –121с.