Повышение качества смеси в бегунах с вертикально-вращающимися катками

Вращение  рыхлителя осуществляется за счёт ременной передачи (см. чертеж КП ОЛЦ 05.11.00.03) от центрального вала. Под действием этих сил рыхлитель будет вращаться в сторону противоположную движению катка и интенсивно взрыхлять смесь. К тому же не зависимо от равномерности 
 

распределения смеси по поверхности днища. Это позволит четко контролировать процесс смесеприготовления, и качество смеси будет постоянным в разных замесах (при прочих равных условиях). При вращении траверсы штыри рыхлителя получают сложное движение вследствие совмещения двух движений: вращения вала бегунов и вала рыхлителя. Таким образом, в результате интенсивного ворошения смеси, выравнивается содержание компонентов смеси по всему ее объему, что повышает литейно-гидравлические свойства смеси, а также благодаря давлению со стороны катка получается смесь повышенного качество при значительной производительности бегунов (до 100 м /ч).

    Ещё одним достоинством такого смесителя  являются обрезиненные катки. Анализ рабочего процесса модернизированных смешивающих  бегунов с ВВК показывает также, что при скольжении и буксовании отдельных точек обрезиненной цилиндрической поверхности катка относительно поверхности смеси касательные силы трения оказываются большими, чем силы трения по гладкой поверхности, вследствие чего каток увлекает за собой частицы смеси, непосредственно находящиеся в зоне контакта катков со смесью. Это объясняется тем, что коэффициент трения резиновой поверхности катка по смеси больше, чем коэффициент внутреннего трения смеси. Поэтому скольжение обрезиненных катков относительно слоев смеси, по которой эти катки катятся, обусловленное кинематикой их движения, вызывает эффект перетирания смеси.

    Если  рассмотреть схему бегунов с  точки зрения нагружения различных  элементов и теории прочности, то можно выделить следующие наиболее нагруженные элементы: вал ворошилки, шпонка, соединяющая вал и диск ворошилки, а также валы и шпонки привода бегунов, траверса. 
 
 
 
 
 
 

. Расчёт  элементов, узлов и агрегатов

 
    Исходя  из конструктивной схемы (см. рис. 3.1) наиболее нагруженными элементами являются валы приводного редуктора, шпонки креплений зубчатых колёс, иглы рыхлителя. Поэтому для обеспечения надёжности работы бегунов следует провести расчёт на прочность соответствующих элементов. Кроме того, необходимо рассчитать ременной привод рыхлителя и выбрать подходящий ремень с необходимым запасом прочности.

    Расчет  вала редуктора необходимо выполнить  в связи с тем, что нагрузка на привод изменилась. Это объясняется  тем, что сопротивление двух катков отличается от сопротивления катка и рыхлителя.

 

Рис. 4 Л Эпюры  распределения нагрузок на промежуточном  валу

4.1 Прочностной расчёт  промежуточного вала  редуктора.

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

 
 

 

    

    где: К_т —коэффициент концентрации напряжений, для стали 40Х К_т=1,75[4,табл.13.2]

         е* - масштабный фактор для вала диаметром 80 ММ Е^ — 3,63 [4, табл. 13.3];

    т_т = 38 — средние напряжения циклов нормальных напряженнй[4, табл. 13.3];

Общий коэффициент  запаса прочности:

_л=   ^п*'^пт   ₌     5,56-7,83     ₌₁₅₃

4п1+п1     д/5,56²+7,83²       " ⁽⁴'²⁹⁾

    Промежуточный вал, является одним из самых нагруженных в приводе, именно поэтому и был приведён расчёт этого вала.

    Проведённый расчёт показал, что проведённая  модернизация ни как не скажется на нагрузках приложенных к валам. Из расчёта видно, что нормальные и касательные напряжения, которые составили соответственно 156,97 МПа и 77,3 МПа, не превышают допускаемых и следовательно в процессе эксплуатации разрушение этого вала не произойдёт. Для обеспечения прочности — коэффициент запаса должен быть в пределах 1,5 — 2,5, а для жёсткости 2,5 - 4. Из приведённых выше расчётов видно, что в механизме обеспечивается и прочность, и жёсткость.

 
4.2 Расчёт иглы рыхлителя

    Анализируя  рыхлитель можно предположить, что  он будет вращаться из-за действия на него силы сопротивления смеси. Вращение будет обусловлено разностью радиусов на которых отстоят иглы. Для расчёта на прочность необходимо сделать определённые приближения: допустим что уровень смеси в бегунах одинаков на всём протяжении от центра к периферии и примем что иглы рыхлителя имеют форму цилиндра. 
 
 
 

 

 

 

                                               

    

      М       916000 ⁰⁼ЩГ⁼ 1 227-Ю^{4 = ?4}"^{64 М7а <} ^^=270МПа &> ^с" ²⁶⁶^      (⁴³⁵>

    где ^х - осевой момент сопротивления, определяем по выражению [4, с. 295]:

ж-ё^г     ж-50³    3.14125000 _{4      3} „ ^,

 
 
Коэффициент запаса прочности при изгибе [4, с. 295]:

«_ст = ———^  у— = 4.785 ₉ (4.37)

-"-с  + Ч_а-а_т    — -74.639 + 0,25-0

е_а *     ^т      2.5

    где: К₀ -коэффициент концентрации напряжений, для стали 5 1^=1,75[4, табл. 13.2]

          е^ - масштабный фактор для вала диаметром 35 мм е₀ = 2,73 [4, табл. 13.3];

    о_т — 0 - средние напряжения циклов нормальных напряжений [4, табл. 13.3];

    Если  принять во внимание возможность  вращения рыхлителя, то необходимо определить момент который препятствует вращению, т.е. тот же момент от сопротивления смеси только направленный в противоположную сторону.

    Т.к. иглы рыхлителя расположены симметрично  только относительно одной оси. то в  пооцессе работы наступает момент, когда на дальней стороне рыхлителя  остаётся три иглы, а на ближней — четыре (см. рис. 4.3). Это самый неблагоприятный момент для вращения, для него и проведём расчёт.

     Диск, на котором  установлены иглы, можно привести к балке с центральной опорой (см. рис. 4.3)

    Крутящие  моменты приложенные к рыхлителю  должны удовлетворять условию:

М\ + 2М2 > 2М4 + 2М6 (4.38) 
 
 
 
 

Рис. 4.3 Схема  действия моментов на рыхлителе

Решаем это  неравенство

М1 + 2М2 = 2М4+2М6 (4.39)

Подставляем в это выражение значения моментов:

Ж = Р-г_х =2176-252.5 = 549.4 кН-мм

М2^Р-2_г =2176460 = 345.6 кЫ-мм

М4 = ^-2₃ =2176-49 = 106.6 кН-мм

Мв^Р-2, =2176-234 = 509.2 кН-мм

549.4+2 - 345.6 = 2-106.6+2 - 509.2

1240.6 > 1231.6

    Из  последнего выражения следует, что  даже в таком положении сумма  моментов, которая вращает рыхлитель  по часовой стрелке, больше, чем сумма моментов, вращающих против часовой стрелки. Таким образом, рыхлитель будет непрерывно вращаться по часовой стрелке. Это вращение может прекратиться в том случае если моменты вращающие рыхлитель против часовой стрелки возрастут. Такое произойдёт если количество смеси со стороны меньшего радиуса окажется больше чем с противоположного.

    В этом случае рыхлитель может либо вращаться против часовой стрелки, либо просто стоять.

 
43 Расчёт вала катка

    В процессе работы кроме рыхлителя  высокие нагрузки приходятся на вал катка. Для безупречной работы вала необходимо обеспечить его прочность и жёсткость. Анализируя кинематическую схему крепления вала его можно представить в виде балки с защемлённым концом (см. рис. 4.4). Сила действующая на каток

^ = #.^ = 25320-0.558 = 14128.6 н (4.40)

8 — площадь  катка взаимодействующая со смесью

Р — сопротивление  смеси было определена выше (4.30)

5 = 78-325-25320мм²

Изгибающий момент действующий на валу равен:

 
М = ^-2 = 14128.6-181.5 = 2564.3 кН-мм (4.41) 
 

 
 
 

    

    где: К₀ -коэффициент концентрации напряжений, для стали 45 К<г=1,7 [4, табл. 13.2]

          е^ - масштабный фактор для вала диаметром 80 мм е_е = 2,73 [4, табл. 13.3];

    ®т  ⁼ 0 - средние напряжения циклов нормальных напряжений [4, табл. 13.3];

                                                                                 Как   и   промежуточный,   вал   катка   обладает   достаточно   большим

коэффициентом запаса прочности. Для обеспечения  прочности необходим

коэффициент   запаса    1,5-2,5,   для   жёсткости   2,5-4.   Вал   катка   имеет

коэффициент    запаса    7,86    что    обеспечит    в    процессе    эксплуатации

бесперебойную   работу   бегунов.   Испытываемые   этим   валом   крутящие

нагрузки   настолько    не   велики   что    ими    пренебрегают.    Проведённая

модернизация  не оказала пагубного влияния  на работоспособность бегунов.

 
4А Расчет шпонок.

    Анализируя  конструктивную схему привода бегунов  необходимо отметить что, такой массивный  привод испытывает большие нагрузки поэтому необходимо уделить внимание креплению зубчатых колёс на валах  редуктора т.к. именно эти детали испытывают наибольшее нагружение при работе.

    Произведём  расчёт шпонки установленной на тихоходном валу под зубчатым колесом, т.к. именно этот вал передаёт наибольший крутящий момент: при расчёте шпонок принимают, что нагрузка со стороны втулки на шпонку равномерно распределена как по высоте так и по длине шпонки.

Из условия  прочности по смятию [4, с. 63]

^асы'_ж.1   .*.(*-,) ^М™ ⁽⁴-⁴⁵⁾

Р

где 2-числошпонокг=1; а_см - напряжение смятия; 

 

 

 
 

Условие прочности  по нормальным напряжениям выполняется, Условие прочности из расчёта на срез шпонки [4, с. 64]

 
       2-М       2-764.340³     _с^ 
ср    х-Ъ-1-й    1-20-80-170 мца.Щср

Условие прочности  по касательным напряжениям выполняется.

    Проведённый прочностной расчёт шпонок показал, что ни нормальные, ни касательные напряжения не превышают допустимых. Шпонка установленная на тихоходном валу под зубчатым колесом обеспечивает необходимую прочность на смятие и на срез, а шпонка установленная на том же валу под траверсой оказалась слишком велика для передаваемых нагрузок. Поэтому был проведён уточнённый расчёт и выбрана шпонка меньших размеров. Выбранная мною шпонка хоть и меньше, но полностью исключает возможность выхода из строя бегунов вследствие смятия или среза шпонки.