124468 (Техніко-економічне обґрунтування модернізації щокової дробарки), страница 3

Всі існуючі теорії процесу подрібнення практично являються досить наближеними, що базуються на ряді спрощень та допущень. Але не дивлячись на значні складності, теоретичні та експериментальні дослідження дозволили розробити теорію розрахунку дробильних машин, достатнього для загального інженерного розрахунку технологічних і конструктивних параметрів машин. Ця теорія безперервно покращується і доповнюється.

Відправними даними для розрахунку щокових дробарок є максимальна крупність кусків D_max у вихідному матеріалі, потрібна максимальна крупність кусків d_max в готовому продукті на продуктивність Q.

Ширина приймального отвору В дробарки повинна забезпечити вільний прийом кусків максимальної крупності. В більшості випадків B=D_max/0.85. Для дробарок, що працюють в автоматичних лініях без нагляду оператора, рекомендується збільшити ширину приймального отвору, а саме: B=D_max/0.5.

Ширина «b » вихідної щілини при застосуванні стандартних дробильних плит пов’язана з максимальною крупністю кусків в готовому продукті наступною залежністю: b=0.85 d_max.

Призначивши ширину В і користуючись рекомендованим рядом розмірів дробарок, робимо попередній вибір головного параметра дробарки «BxL ».

Далі визначаємо геометричні параметри камери подрібнення і в першу чергу кут захвату, тобто кут між нерухомою і рухомою щоками.

1. Кут захвату

Кут захвату повинен бути таким, щоб матеріал, що знаходиться між щоками при натисненні руйнувався, а не виштовхувався доверху.

Тиск рухомих щок на кусок рівний P, причому тиск перпендикулярний щоці. Сила тертя fP перпендикулярна силі Р, завжди діє на ксок проти його відносної швидкості v. Тому при виштовхуванні куска вверх вони будуть направлені так, як показано на схемі.

Масою куска, значно меншою, ніж роздушуюче зусилля, можна практично знехтувати. Оскільки матеріал дроблячи плит однаковий, то коефіцієнт тертя буде однаковий і рівний f.

При стисненні кусок матеріалу не буде виштовхуватись вверх, якщо сили F, що викликані силами тертя будуть більші або рівні виштовхувальній сили R:

; ;

; ;

Коефіцієнт f тертя рівний tg φ (де φ – кут тертя):

або

Значить нормальне подрібнення можливе, якщо кут захвату дорівнює або менший подвійного кута тертя. Визначений в лабораторних умовах коефіцієнт тертя кам’яних матеріалів по сталі f=0.3 (тоді φ=16º40' і α=33º20') не повністю враховує фактичний характер дії сил в камері подрібнення. Спеціальні дослідження показали, що кут в 18º - 89º є оптимальним, так як забезпечує надійну роботу щокових дробарок в самих тяжких умовах, як наприклад, подрібнення міцних матеріалів окатної форми (валунів, гальки). Збільшення кута захвату в порівнянні з оптимальним може привести до падіння продуктивності; зниження кута захвату викликає неоправдані збільшення габаритних розмірів, а значить і маси дробарки.

1. Хід списку

Теоретично, розглядають рух в щоковій дробарці матеріалу в нижній частині камери подрібнення при роботі щокової дробарки. Якщо ексцентриковий вал здійснює «n» обертів в секунду, а час відходу щоки рівний часу половини оберта, то

Де α – кут захвату.

На основі закону вільного падіння тіла, шлях пройдений ним за час «t»,

,

Де g – прискорення вільного падіння.

Прирівнявши значення h, отримаємо

звідки

І в кінцевому результаті частота обертання вала в секунду

об/с.

По рекомендаціям ВНІІбуддормаша хід щоки знизу (мм) дробарки, як відмічалось раніше визначається

Де b – найбільша ширина вихідної щілини, мм. При використанні стандартних дробильних плит ширина вихідної щілини «b» зв’язана з максимальною крупністю кусків в готовому продукті залежністю:

Звідси ,

Тоді S=7+0,10*0,75=24,5мм.

1. Частота обертання ексцентрикового вала

Остаточна частота обертання ексцентричного вала в щоковій дробарці становить:

об/с.

У формулі визначення частоти обертання ексцентрикового вала не враховані деякі фактори, що сприяють процесу подрібнення, а також конструктивні особливості машини. Наприклад, не враховані сили тертя кусків матеріалу один по одному і по дробильних плитах, що виникають по опусканню кусків.

Отримані значення частоти обертання ексцентрикового вала коректуються з врахуванням необхідної довговічності підшипників ексцентрикового вузла і гранично допустимої незрівноваженої сили інерції.

1. Об'єм призми подрібненого матеріалу

Об'єм призми подрібненого матеріалу за кожний відхід щоки визначається:

.

Де L – довжина камери подрібнення дробарки, м;

F – площа поперечного перерізу ви падаючої призми, м².

З врахуванням вказаних вище даних площа призми трапецевидного перерізу становить

Об'єм

При «n» повних коливань рухомої щоки в секунду продуктивність дробарки (м³/год)

,

Де μ – коефіцієнт роз рихлення ви падаючої з вихідної щілини сипучої маси продукту.

В залежності від розміру дробарки і густоти матеріалу може бути прийнятий μ=0,3…0,65. Якщо прийняти , середній розмір продукту подрібнення

d=126+24.5=150.5мм

Тоді

1. Потужність електродвигуна

Формули для розрахунку потужності двигуна щокової дробарки можна розділити на три групи.

Перша група об’єднує емпіричні формули, запропоновані на основі емпіричної обробки статистичних даних по заміру витрат енергії при роботі щокових дробарок в промислових умовах.

До другої групи відносять аналітичні формули, що включають формули зусиль подрібнення. Це формули придатні лише для орієнтовного визначення енергії, що витрачається на подрібнення.

До третьої категорії відносять формули, що виведені на основі одного з основних енергетичних законів подрібнення. Л.Б.Левенсон вивів формулу витрат енергії (в Вт), беручи до уваги закон Кірпічова-Кіка, яка остаточно має вигляд:

Де σ_сш – границя міцності матеріалу, що подрібнюється, σ_сш=150 МПа;

L – довжина камери подрібнення, м;

n – частота обертання ексцентричного вала, об/с;

D – максимальна крупність кусків продукту подрібнення, м;

E – модуль пружності другого роду, Е=46000 МПа [1, ст. 9];

η – механічний ккд дробарки, η=0,65…0,85 [6, ст. 50];

1. Розрахунок навантаження в основних елементах щокової дробарки

Для визначення зусиль в елементах дробарки необхідно визначити рівнодійну сил подрібнення Р, місце її прикладання. На силу подрібнення впливає вид руйнування куска породи при його подрібненні: руйнування від напруження стиску, розтягу, згину, удара. При подрібненні має місце руйнування від всіх видів напруження, але, як показали експерименти, основним видом є руйнування від виникаючих напружень розтягу. Пояснюється це тим, що дробильний кусок зажимається між ребрами рифлення дробильних плит, а при такому характері навантаження в куску виникають розтягуючи напруження, направлені перпендикулярно силам стиснення і які викликають його руйнування.

1. Максимальне зусилля подрібнення

Значення максимального зусилля Q_max визначають з виразу роботи подрібнення. При цьому приймається до уваги, що дроблячи зусилля змінюється на протязі ходу щоки від Q=0 в початковий момент до Q= Q_max до кінця ходу:

Де S₁ – хід рухомої щоки в місці прикладання дробильного зусилля, м.

З цієї формули:

Найбільшого зусилля подрібнення можна очікувати при подрібненні крупних кусків у верхній частині приймального отвору. По даним А.А.Баумана (ВНІІбуддормаша) можна прийняти, що точка прикладання зусилля Q_max розміщена на 1/3Н (тут Н – висота камери подрібнення, рахуючи від верхньої кромки щоки).

Хід рухомої щоки, S₁ в точці прикладання зусилля в такому випадку може бути визначена графічним або аналітичним методом.

В дробарці з складним рухом рухомої щоки графічний метод складає деякі труднощі, тому що кожна точка щоки описує свою траєкторію.

Визначимо хід рухомої щоки із подібності трикутників А₁ОВ₁, АОВ:

Звідси

Де А – робота подрібнення згідно гіпотези В.П.Кірпічова за один оберт головного вала, Дж.

Де N – потужність електродвигуни, Вт;

n – число обертів ексцентрикового вала, об/с.

Деталі на міцність розраховуються по максимальним зусиллям, що виникають при подрібненні матеріалу. Кусок матеріалу в робочій камері дробарки руйнується під дією розтягуючи напружень, що виникають при стисненні і направлених перпендикулярно силам стиснення:

,

Де Q_max – сила стиснення, Н;

F – площа розривання куска матеріалу, м².

Сумарне навантаження, що діє на дробильну плиту:

Де К – коефіцієнт, що враховує роз рихлення і одночасність роздавлювання в межах одного коливання щоки;

F_gα – активна площа дробильної плити (що приймає участь в подрібненні), м²;

σ_р – напруження розтягу, σ_р = 6…7 МПа [2, ст.. 42].

Так як в основному дробарки застосовують для порід з границею міцності не вище 300 МПа, то для їх розрахунку можна прийняти максимальне навантаження, рівне 2,7 МПа.

В зв’язку з запобіганням помилкового спрацювання запобіжного пристрою встановлений коефіцієнт підвищеного номінального навантаження, що дорівнює 1,5 , в зв’язку з цим розрахункове навантаження:

Де k_g – коефіцієнт, що враховує динамічність навантаження, k_g=1,5