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 по их 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 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 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 6Ч30 до 12Ч40 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 диаметр D и ширина b катков. Для мокрого помола выпускают бегуны 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 200 до 1800 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=Pf, где f – коэффициент трения (рис.2,схема а).

Возникает также сила противодействия P1 и сила трения P1f. При равновесии куска имеем:

∑x=0, Psinα – Pfcosα - P1f=0,

Psinα= P1f+ Pfcosα

∑y=0, P1 – Pfsinα – Pcosα

P1= Pfsinα + Pcosα

Получаем:

Psinα=f Pcosα + fP (cosα + fsinα). (1)

tgα= 2f/(1 – f2)

Подставим значение коэффициента трения

f=tg2 φ,

где φ – угол трения:

tgα=2tg φ/(1 – tg2 φ)=tg2 φ (2)

α<2 φ (3)

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 угле α = 30˚:

D = (4,6…14) d. (6)

При D =1800 мм возможная крупность дробимого материала:

dmax = .

При переработке влажных глин отношение D/d составляет 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 = 10-6 МПа); 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=bl = bRβ,

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 bD, (8)

при дроблении глин (β = 24°20’ ):

Pср = 0,1 σсж bD (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 Gf, 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 mω2r;

Gf mv2/r,

где ω – угловая скорость вращения вертикального вала;

m=G/g; v=rn/30.

Тогда:

Gfω2r;

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 28 + 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 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 0,822,246 =21,956 (м3/ч)

Q5 = 0,000745 0,03 920 60 0,822,473=22,181 (м3/ч)

Q6 = 0,000745 0,03 920 60 0,8 = 22,4 (м3/ч)

Q7 = 0,000745 0,03 920 60 0,822,927 =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 0,823,835 = 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, 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;

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.