МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Горные машины» П. В. Цыбуленко Н. И. Березовский МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ Методическое пособие по практическим занятиям Минск БНТУ 2013 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Горные машины» П. В. Цыбуленко Н. И. Березовский МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ Методическое пособие по практическим занятиям для студентов специальностей 1-36 10 01 «Горные машины и оборудование» и 1-36 13 01 «Технология и оборудование торфяного производства» Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области горнодобывающей промышленности Минск БНТУ 2013 2 УДК 622.73(076.5) ББК 34.7я73 Ц93 Рецензенты: А. А. Кологривко, В. В. Борисейко Цыбуленко, П. В. Машины и оборудование обогатительных и перерабатывающих производств : методическое пособие по практическим занятиям для студентов специальностей 1-36 10 01 «Горные машины и обору- дование» и 1-36 13 01 «Технология и оборудование торфяного про- изводства / П.В. Цыбуленко, Н.И. Березовский. – Минск : БНТУ, 2013. – 35 с. ISBN 978-985-550-307-2. Изложена методика расчета оборудования и машин обогащения и пере- работки горных пород на примерах решения конкретных задач. Приведены примеры расчетов машин и оборудования общего назначения, затворов, пи- тателей и дозаторов сыпучих материалов горных пород. Учебно-методическое пособие предназначено для практического усвое- ния теоретического материала по дисциплинам «Машины и оборудование обогатительных и перерабатывающих производств» и «Машины и обору- дование переработки торфа». УДК 622.73(076.5) ББК 34.7я73 ISBN 978-985-550-307-2 © Цыбуленко П.В., Березовский Н.И., 2013 © Белорусский национальный технический университет, 2013 Ц93 3 С О Д Е Р Ж А Н И Е ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………… 4 1. РАСЧЕТ ПИРАМИДАЛЬНОГО БУНКЕРА……………. 4 2. РАСЧЕТ ШИБЕРНОГО ЗАТВОРА БУНКЕРА…….…… 11 3. РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ПИТАТЕЛЯ…………….. 15 4. РАСЧЕТ ШЛЮЗОВОГО ПИТАТЕЛЯ...………………… 18 5. РАСЧЕТ ДИСКОВОГО ДОЗАТОРА……………………. 22 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА……………………….. 25 4 В В Е Д Е Н И Е Основная цель пособия: помочь студентам усвоить основ- ные принципы расчета и проектирования перерабатывающих машин и оборудования, навыки решения инженерных задач. Обогащение полезных ископаемых представляет собой со- вокупность операций по первичной переработке руды, угля, торфа и других ископаемых с целью удаления пустой породы, воды, разделения минералов, что приводит к повышению ка- чественных характеристик обогащаемых материалов. Для это- го на обогатительно-перерабатывающих производствах при- меняется комплекс машин и оборудования: – машины и оборудование общего назначения (бункеры, бункерные установки, затворы бункеров, питатели, вагоно- опрокидыватели); – машины и оборудование подготовительных процессов (грохоты, дозаторы, смесители, классификаторы и др.); – машины для дробления и измельчения горных пород (ще- ковые, конусные, молотковые, валковые дробилки, мельницы); – машины и оборудование для уплотнения горных пород (прессы, грануляторы, формователи); – машины для обезвоживания сыпучих материалов (цен- трифуги, гидроциклоны, сгустители, фильтры, сушилки); – машины по хранению и упаковке готовой продукции. 5 1. РАСЧЕТ ПИРАМИДАЛЬНОГО БУНКЕРА Исходные данные: − форма бункера – пирамидальный, равносторонний; − производительность бункера ܳ, т/ч; − насыпная плотность материала ρн, кг/м3; − угол естественного откоса материала φ, град; − максимальный размер куска материала в смеси ܦ୫ୟ୶, м; − время сработки полного объема бункера ݐ, ч. Расчет выполняется по зависимостям, изложенным в лите- ратуре [1], [2]. На рис. 1.1 представлена схема бункера с указанием разме- ров: ܽ – сторона выпускного отверстия; ܾ – сторона верхней кромки бункера; ܪ – высота бункера; ܪଵ – высота стенки бун-кера; α – угол наклона бункера. Рисунок 1.1 – Схема пирамидального бункера 6 1.1. Определим объемную производительность бункера: ܳ௏ ൌ ܳߩн , м ଷ ч. ሺ1.1ሻ⁄ 1.2. Необходимый объем бункера с учетом запаса сыпучего материала на время ݐ: ܸ ൌ ܳ௏ ∙ ݐ, мଷ. ሺ1.2ሻ 1.3. Размер стороны выпускного отверстия бункера: ܽ ൌ 2,4 ሺ0,01 ܦ୫ୟ୶ ൅ 0,08ሻ tgφ, м. ሺ1.3ሻ 1.4. Примем размер стороны ܾ (стороны верхней кромки бункера) по зависимости ܾ ൌ ሺ8 ൊ 12ሻ ܽ, м. ሺ1.4ሻ 1.5. Определим высоту бункера ܪ ൌ 6ܸሺ2ܾ ൅ ܽሻܾ ൅ ሺ2ܽ ൅ ܾሻܽ , м. ሺ1.5ሻ 1.6. Угол наклона стенки бункера ߙ ൌ arctg 2ܪܾ െ ܽ , град. ሺ1.6ሻ 1.7. Для самотечной разгрузки бункера необходимо соблю- дение условия α ൐ φ. ሺ1.7ሻ Если условие не соблюдается, принимается меньшее значе- ние стороны бункера ܾ. 7 1.8. Высота стенки бункера ܪଵ ൌ ܪsin α , м. ሺ1.8ሻ 1.9. Определим гидравлический радиус выпускного отвер- стия бункера ܴ ൌ ܵП , м, ሺ1.9ሻ где ܵ – площадь выпускного отверстия бункера, м2; П – периметр, м. 1.10. Скорость истечения материала из выпускного отвер- стия бункера ϑ ൌ 5,65 μ √ܴ, м/с, ሺ1.10ሻ где μ – коэффициент истечения материала (0,6…0,7 – для хо- рошо сыпучих материалов; 0,4…0,5 – для материалов, склон- ных к слипанию). 1.11. Производительность по истечению материала через выпускное отверстие бункера ܳист ൌ ߴ ∙ ܵ, мଷ с, или ܳ ൌ 3600ߴ ∙ ܵ, ⁄ мଷ ч.⁄ ሺ1.11ሻ 1.12. Для обеспечения требуемой производительности бун- кера необходимо соблюдать условие ܳист ൐ ܳ. ሺ1.12ሻ 1.13. Вертикальное давление от массы материала, действу- ющее на нижнюю кромку бункера (рис. 1.2): ௬ܲ ൌ ߩн ݃ ܪ ܭз, Па, ሺ1.13ሻ где ܭз – коэффициент зависания материала (0,7…0,9); ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2. 8 Рисунок 1.2 – Расчетная схема давлений на наклонную стенку бункера 1.14. Боковое давление, действующее на вертикальную плос- кость у нижней кромки бункера: ௫ܲ ൌ ௬ܲ ∙ ε, Па, ሺ1.14ሻ где ε – коэффициент бокового давления: ε ൌ 1 െ sin ଶφ 1 ൅ sinଶφ. ሺ1.15ሻ 1.15. Определим полное пܲ, нормальное нܲ и тангенциаль-ное ఛܲ давления на наклонную стенку бункера (рис. 1.2) гра-фическим методом. Для этого проведем горизонтальную линию кромки бунке- ра ܤܣ и под углом наклона стенки бункера α линию ܣС. 9 Затем в выбранном масштабе определим длины векторов вертикального и горизонтального давлений: തܲ௬ ൌ ௬ܲ μ௣⁄ , мм, и തܲ௫ ൌ ௫ܲ μ௣⁄ , (1.16) где μ௣ ൌ ܲ ݈⁄ , Па/мм, – масштабный коэффициент, ݈ – выбранная длина вектора, мм. Отложим их из точки ܣ на вертикальную и горизонтальную плоскость. Проведем из точки ܣ нормаль ሺ݊ሻ к наклонной стенке. Отложим на нормаль векторы തܲ௬ и തܲ௫. Получим точки ܧ и ܭ. Из точки ܧ проведем линию, параллельную തܲ௫, а из точ- ки ܭ – линию, параллельную തܲ௬. Пересечение этих линий дает точку ܰ. Соединив точку ܰ с точкой ܣ, получим вектор полно- го давления തܲп, действующего на наклонную стенку в точке ܣ. По правилу параллелограмма разложим его на вектор нормаль- ного давления തܲн и вектор тангенциального давления തܲఛ. Величины этих давлений: пܲ ൌ തܲп ∙ μр, Па; нܲ ൌ തܲн ∙ μр, Па; ఛܲ ൌ തܲఛ ∙ μр, Па. ሺ1.17ሻ 1.16. Для трапецеидальной степени бункера (рис. 1.3) най- дем эквивалентное равномерное давление, действующее по всей высоте стенки бункера: эܲ ൌ ܾ ∙ 2 нܲ ൅ ܽ ∙ нܲ3ሺܾ ൅ ܽሻ , Па. ሺ1.18ሻ 1.17. Условно преобразуем трапецеидальную стенку бунке- ра в прямоугольную и определим размеры сторон преобразо- ванного прямоугольного листа (рис. 1.3): ܽп ൌ 23ܾ ൬ ܾ ൅ 2ܽ ܾ ൅ ܽ ൰ , м; ܾп ൌ ܪଵ െ 1 6ቆ ܾଶ െ ܾܽ ܾ ൅ ܽ ቇ , м. ሺ1.19ሻ 10 Рисунок 1.3 – Схема преобразования формы листа стенки бункера 1.18. Определим максимальный изгибающий момент на бо- ковой стенке бункера ܯи ൌ β ∙ эܲ ∙ ܽпଶ ∙ ܾп, Н ∙ м, ሺ1.20ሻ где β – коэффициент, зависящий от размеров преобразован- ного прямоугольного листа (выбирается по таблице 1.1). Таблица 1.1 ܾп ܽп 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 β 0,0513 0,0665 0,0757 0,0813 0,0829 0,0833 11 1.19. Толщина стенки бункера δ ൌ ඨ 6ܯиܾп ∙ ሾߪиሿ ൅ ܭ, м, ሺ1.21ሻ где ሾσиሿ – предел прочности на изгиб материала стенки бун-кера, Па (для ст. 2 – ሾσиሿ = 110…120 МПа, ст. 3 – ሾσиሿ = = 130…140 МПа); ܭ – коэффициент, учитывающий дефект от коррозии метал- ла (0,001…0,0015 м). 1.20. Определим массу материала в полностью заполнен- ном бункере ݉м ൌ ρн ∙ ܸ, кг. ሺ1.22ሻ 1.21. Определим массу самого бункера ݉б ൌ 4൬ܽ ൅ ܾ2 ൰ܪଵ ∙ δ ∙ ρст, кг, ሺ1.23ሻ где ρст – плотность стали, кг/м3 (можно принять ρст = 7850 кг/м3). 1.22. Приняв число опор бункера, определим нагрузку на одну опору: оܲп ൌ ሺ݉м ൅݉бሻ݃݊ , Н, ሺ1.24ሻ где ݊ – число опор; ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2. 1.23. Площадь опоры, устанавливаемой на фундамент: ܨ ൌ оܲпൣσф൧ , м ଶ, ሺ1.25ሻ 12 где ൣσф൧ – допускаемое напряжение сжатия для материала фундамента, Па (ൣσф൧ для бетонов – 2 МПа, для кирпичной кладки ൣσф൧ = 0,7…0,8 МПа). Исходные данные для выполнения расчетов приведены в таб- лице 1.2. Таблица 1.2 № варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 Производительность бункера ܳ, т/ч 3 4,5 7 9,5 12 14 17 13 Насыпная плотность материала ρн, кг/м3 280 300 520 1100 1500 1500 1550 1600 Угол естественного от- коса материала φ, град 38 39 42 41 40 36 40 39 Максимальный размер куска материала в сме- си ܦ୫ୟ୶, м 0,12 0,13 0,08 0,09 0,1 0,12 0,11 0,09 Время сработки полно- го объема бункера ݐ, ч 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,4 0,3 0,45 13 2. РАСЧЕТ ШИБЕРНОГО ЗАТВОРА БУНКЕРА Исходные данные: − максимальный размер частиц материала ܦ୫ୟ୶, м; − насыпная плотность материала ρн, кг/м3; − высота насыпки материала в бункере ܪ, м; − время открывания затвора ݐ, с; − угол естественного откоса материала φ, град. Расчет выполняется в соответствии с рекомендациями [1] для шибера, перемещающегося в направляющих скольжения и качения. На рис. 2.1 представлена схема затвора на направляющих скольжения с указанием размеров сторон выпускного отвер- стия бункера ܽ и ܾ, высоты насыпки материала в бункере ܪ и сил, действующих при перемещении шибера ܲ, ܨଵ, ܨଶ. Рисунок 2.1 – Схема затвора на направляющих скольжения 14 2.1. Определим размер стороны выпускного отверстия бун- кера ܽ ൌ 2,4ሺ0,01 ܦ୫ୟ୶ ൅ 0,08ሻtgφ, м. ሺ2.1ሻ 2.2. Примем форму выпускного отверстия квадратной, тогда ܽ ൌ ܾ. ሺ2.2ሻ 2.3. Вертикальное давление, действующее на шибер: ௬ܲ ൌ ρн ∙ ݃ ∙ ܪ ∙ ܭз, Н, ሺ2.3ሻ где ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2; ܭз – коэффициент зависания материала (0,8…0,9). 2.4. Определим максимальный изгибающий момент на ши- берную заслонку ܯи ൌ β ∙ ௬ܲ ∙ ܽଶ ∙ ܾ, Н ∙ м, ሺ2.4ሻ где β – коэффициент, зависящий от отношения ܾ ܽ⁄ , выбира- ется по таблице 1.1. 2.5. Толщина шибера δ ൌ ඨ 6ܯиሾσиሿ ∙ ܾ , м, ሺ2.5ሻ где ሾσиሿ – предел прочности на изгиб материала, из которого выполнен шибер, Па (для ст. 3 ሾσиሿ = 130·106 Па). 2.6. Масса шибера ݉ш ൌ ܽ ∙ ܾ ∙ δ ∙ ρ, кг, ሺ2.6ሻ где ρ – плотность материала шибера, кг/м3 (для ст. 3 ρ = = 7850 кг/м3). 15 2.7. Определим силу трения материала по шиберу ܨଵ ൌ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܾ ∙ ଵ݂, Н, ሺ2.7ሻ где ଵ݂ – коэффициент трения материала по шиберу (0,6…0,8). 2.8. Сила трения шибера по направляющим скольжения ܨଶ ൌ ൫ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܾ ൅ ݉ш ∙ ݃൯ ∙ ଶ݂, Н, ሺ2.8ሻ где ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2; ଶ݂ – коэффициент трения шибера по направляющим сколь-жения (0,5…0,6). 2.9. Сила сопротивления перемещению шибера ܲ ൌ ሺܨଵ ൅ ܨଶሻ ∙ ܭз, Н, ሺ2.9) где ܭз – коэффициент запаса, учитывающий возможность пе-рекоса затвора (1,25…1,5). 2.10. Скорость перемещения шибера ߴ ൌ ܽݐ , м/с. ሺ2.10ሻ 2.11. Мощность, затрачиваемая на привод шибера на на- правляющих скольжения: ܰ ൌ ܲ ∙ ߴ1000 ∙ η , кВт, ሺ2.11ሻ где η – КПД привода. 2.12. При перемещении шибера на направляющих качения (рис. 2.2) определим силу сопротивления качению шибера по роликам: ܨଷ ൌ ൫ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܾ ൅ ݉ш ∙ ݃൯ ∙ ݇, Н, ሺ2.12ሻ где ݇ – коэффициент сопротивления качению (0,003…0,004). 16 Рисунок 2.2 – Схема затвора на направляющих качения 2.13. Сила сопротивления качению ролика в цапфе ܨସ ൌ ൫ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܾ ൅ ݉ш ∙ ݃ ൅ ݉р ∙ ݃൯ ∙ ц݂, Н, ሺ2.13ሻ где ݉р – масса роликов, кг (принимается 0,6…0,7 от массы шибера); ц݂ – коэффициент сопротивления в оси ролика (для подшип- ника качения принимается 0,003…0,004, для подшипника сколь- жения – 0,03…0,04). 2.14. Сила сопротивления перемещению шибера на направ- ляющих качения ௞ܲ ൌ ܨଵ ൅ ܨଷ ൅ ܨସ ∙ ݀ܦ , Н, ሺ2.14ሻ где ݀ и ܦ – диаметры цапфы и ролика, м. 2.15. Мощность, затрачиваемая на привод шибера на направ- ляющих качения: ܰ ൌ ௞ܲ ∙ ߴ1000 ∙ η , кВт, ሺ2.15ሻ 17 Исходные данные для выполнения расчетов приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 7 Высота насыпки мате- риала в бункере ܪ, м 4 3,5 5 4,5 3,0 4,8 3,7 Насыпная плотность материала ρн, кг/м3 2700 2800 400 2200 1200 1600 1800 Максимальный размер частиц материала ܦ୫ୟ୶, м 0,1 0,08 0,06 0,12 0,08 0,1 0,09 Время открывания затвора ݐ, с 5 8 6 4 8 7 6 Угол естественного от- коса материала φ, град 42 40 39 43 40 38 41 Диаметр ролика ܦ, м 0,06 0,05 0,04 0,06 0,05 0,06 0,07 Диаметр цапфы ݀, м 0,02 0,015 0,012 0,03 0,02 0,018 0,03 18 3. РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ПИТАТЕЛЯ Исходные данные: – назначение питателя – выдача материала из бункера сырья; – производительность питателя ܳ, т/ч; – длина бункера ܮ, м; – насыпная плотность материала ρн, кг/м3; – высота засыпки материала в бункере ܪ, м; – угол естественного откоса материала φ, град; – высота расположения шиберной заслонки ݄, м. При расчетах использованы зависимости и рекомендации, изложенные в [1] и [3]. Расчетная схема с указанием основных размеров и действующих сил представлена на рис. 3.1. Рисунок 3.1 – Расчетная схема пластинчатого питателя 3.1. Ширина настила питателя ܤ ൌ ܳ3,6 ∙ ݄ ∙ ߴн ∙ ܭзп ∙ ρн , м, ሺ3.1ሻ где ߴн – скорость перемещения настила, м/с (0,02…0,15); ܭзп – коэффициент заполнения разгрузочной щели питателя, зависит от физико-механических свойств материала (0,85…0,95 – 19 для хорошо сыпучих материалов; 0,75…0,85 – для склонных к слипанию). 3.2. Вертикальное давление на подвижный настил ௬ܲ ൌ ρн ∙ ݃ ∙ ܪ ∙ ܭз, Па, ሺ3.2ሻ где ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2; ܭз – коэффициент зависания, учитывающий зависание ма-териала на стенках горловины питателя (0,7…0,9). 3.3. Боковое давление, действующее на боковые стенки пи- тателя: хܲ ൌ ௬ܲ ∙ ε, Па, ሺ3.3ሻ где ε – коэффициент бокового давления: ε ൌ 1 െ sin ଶφ 1 ൅ sinଶφ. ሺ3.4ሻ 3.4. Сила трения подвижного слоя материала о неподвижный ܨଵ ൌ ௬ܲ ∙ ܤ ∙ ܮ ∙ в݂н, Н, ሺ3.5ሻ где в݂н – коэффициент внутреннего трения материала ( в݂н ൌ tgφሻ. 3.5. Сила трения подвижного материала о две боковые стенки питателя ܨଶ ൌ 2 хܲ ∙ ܮ ∙ ݄ ∙ ݂ ൌ 2 ௬ܲ ∙ ε ∙ ܮ ∙ ݄ ∙ ݂, Н, ሺ3.6ሻ где ݂ – коэффициент трения материала о боковую стенку (0,6…0,8). 3.6. Сопротивление движению грузовой ветви питателя гܹр ൌ ൫ ௬ܲ ∙ ܤ ൅ ݍ୭݃൯ ∙ ܮ ∙ ω, Н, ሺ3.7ሻ 20 где ݍ୭ – масса 1 м длины движущего настила, кг/м (выбирает-ся по справочной литературе или с небольшой погрешностью по зависимости ݍ୭ ൌ 25B, кг/м); ω – коэффициент сопротивления движению катков цепей питателя по направляющим: ω ൌ к݂ ൅ ц݂ ݀цܦр , ሺ3.8ሻ где к݂ ൌ ሺ0,05…0,2ሻ ∙ 10ିଶ – коэффициент трения качения ко-лес по направляющим; ц݂ ൌ ሺ0.03…0,06ሻ – коэффициент трения в цапфах на под- шипниках качения; ݀ц и ܦр – диаметр цапфы и колеса-ролика соответственно, м (задается или выбирается по таблицам). 3.7. Сопротивление движению холостой ветви пܹ ൌ ݍ୭ ∙ ݃ ∙ ܮ ∙ ω, Н. ሺ3.9ሻ 3.8. Сопротивление от перегиба цепей на звездочках зܹ ൌ 0,15൫ тܹр ൅ пܹ൯, Н. ሺ3.10ሻ 3.9. Тяговое усилие на звездочках ܶ ൌ ܨଵ ൅ ܨଶ ൅ гܹр ൅ пܹ ൅ зܹ, Н. ሺ3.11ሻ 3.10. Мощность двигателя привода питателя ܰ ൌ ܶ ∙ ߴн1000 ∙ ηпр , кВт, ሺ3.12ሻ где ηпр – КПД привода (0,85…0,9). 21 Исходные данные для выполнения расчетов приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 7 Производительность питателя ܳ, т/ч 28 32 18 24 10 26 30 Длина бункера ܮ, м 6 5 7 5 8 5 6 Насыпная плотность материала ρн, кг/м3 1200 600 1600 800 400 110 2700 Высота засыпки мате- риала в бункере ܪ, м 3 4 5 4 4,5 5 3 Угол естественного от- коса материала φ, град 42 38 44 40 39 41 42 Высота расположения шиберной заслонки ݄, м 0,2 0,15 0,25 0,3 0,32 0,19 0,3 Коэффициент полезного действия привода ηпр 0,85 0,9 0,92 0,8 0,86 0,9 0,8 Диаметр ролика ܦр, м 0,04 0,05 0,04 0,04 0,03 0,04 0,06 Диаметр цапфы ݀ц, м 0,01 0,015 0,01 0,016 0,01 0,015 0,2 22 4. РАСЧЕТ ШЛЮЗОВОГО ПИТАТЕЛЯ Исходные данные: – назначение питателя – выдача материала из бункера в пе- рерабатывающую машину; – производительность питателя ܳ, т/ч; – насыпная плотность материала ρн, кг/м3; – высота засыпки материала в бункере ܪ, м; – длина питателя, ܤ, м; – угол естественного откоса материала φ, град; – частота вращения барабана ݊, с–1; – число ячеек барабана ݖ, шт. При расчетах использованы зависимости и рекомендации, изложенные в [1] и [3]. Расчетная схема питателя представлена на рис. 4.1. Рисунок 4.1 – Расчетная схема шлюзового питателя 23 4.1. Из формулы производительности питателя ܳ ൌ 3,6 ∙ ୭ܸ ∙ ݊ ∙ ρ ∙ ݖ ∙ φ, т/ч, находим объем одной ячейки: ୭ܸ ൌ ܳ3,6 ݊ ∙ ρ ∙ ݖ ∙ φ , м ଷ, ሺ4.1ሻ где φ – коэффициент использования объема ячейки (0,7…0,8). 4.2. Определим диаметр барабана ݀ ൌ ݖ ∙ ݈π , м, ሺ4.2ሻ где ݈ – длина дуги по месту установки лопастей, м. Принимается по конструктивным соображениям с учетом возможности установки лопастей на барабане (݈୫୧୬ = 0,03 м). 4.3. Определим рабочий объем питателя с учетом толщины лопастей рܸ ൌ ݖ ∙ ୭ܸܭ , м ଷ, ሺ4.3ሻ где ܭ – коэффициент, учитывающий уменьшение рабочего объема за счет толщины лопастей (0,9…0,95). 4.4. Из формулы объема полого цилиндра ܸ ൌ ቆπ ܦ ଶ 4 െ π ݀ଶ 4 ቇ ܤ найдем диаметр ротора по концам лопастей ܦ ൌ ඨπ ݀ ଶ ൅ 4 рܸ π ∙ ܤ , м. ሺ4.4ሻ 24 4.5. Определим ширину загрузочной и выпускной горлови- ны питателя ܽ ൌ ሺ0,6…0,7ሻ ܦ, м. ሺ4.5ሻ 4.6. Скорость истечения материала из бункера в питатель ߴ ൌ 5,65 μ ∙ ඥܴг , м/с, ሺ4.6ሻ где μ – коэффициент истечения материала зависит от сыпуче- сти материала (0,4…0,5 – для слабосыпучих материалов; 0,6…0,7 – для хорошо сыпучих материалов); ܴг – гидравлический радиус загрузочной горловины: ܴг ൌ ܽ ∙ ܤ2 ܽ ൅ 2ܤ , м. 4.7. Производительность по истечению материала через за- грузочную горловину ܳист ൌ ߴ ∙ ܽ ∙ ܤ, мଷ с⁄ . ሺ4.7ሻ 4.8. Для обеспечения требуемой производительности пита- теля необходимо соблюдение условия ܳист ൐ ܳ3,6 ∙ ρн , м ଷ с. ሺ4.8ሻ⁄ 4.9. Вертикальное давление от массы материала, действую- щее в загрузочной горловине питателя: ௬ܲ ൌ ρн ∙ ݃ ∙ ܪ ∙ ܭз, Па, ሺ4.9ሻ где ܭз – коэффициент зависания материала (0,8…0,9). 25 4.10. Боковое давление, действующее на торцевые крышки питателя, хܲ ൌ ௬ܲ ∙ ε, Па, ሺ4.10ሻ где ε – коэффициент бокового давления: ε ൌ 1 െ sin ଶφ 1 ൅ sinଶφ. 4.11. Сила сдвига материала по концам лопастей барабана ܨଵ ൌ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܤ ∙ в݂н, Н, ሺ4.11ሻ где в݂н – коэффициент внутреннего трения материала ሺ в݂н ൌ tgφሻ. 4.12. Сила трения материала о боковые стенки питателя ܨଶ ൌ 2ቆ хܲ ߨ ሺܦଶ െ ݀ଶሻ 4 ൅ 3 4 ௢ܸ ∙ ݖ ∙ ρн ∙ ݃ ∙ εቇ ݂, Н, ሺ4.12ሻ где ݂ – коэффициент трения материала о стенки питателя (0,6…0,8); ݃ – ускорение силы тяжести, м2/с. 4.13. Масса барабана питателя ݉б ൌ ቆπ݀ ଶ 4 െ πሺ݀ െ ݐстሻଶ 4 ቇܤ ∙ ρст ൅ ൅ݖ ൬ܦ െ ݀2 ∙ ܤ ∙ ݐл൰ ρст, кг, ሺ4.13ሻ где ݐст – толщина стенки барабана, м (принимается конструк-тивно); ρст – плотность стали (ρст = 7850 кг/м3); ݐл – толщина лопасти, м (принимается конструктивно). 4.14. Сила сопротивления в подшипниковых опорах барабана ܨଷ ൌ ൫ ௬ܲ ∙ ܽ ∙ ܤ ൅ ݖ ௢ܸ ∙ ρн ∙ ݃ ൅ ݉б ∙ ݃൯ ц݂, Н, ሺ4.14ሻ 26 где ц݂ – коэффициент сопротивления в подшипниках качения (0,03…0,06). 4.15. Момент сопротивления вращению ротора питателя ܯ ൌ ܨଵ ܦ2 ൅ ܨଶ ൬ ܦ െ ݀ 4 ൅ ݀ 2൰ ൅ ܨଷ ݀ц 2 , Н ∙ м. ሺ4.15ሻ 4.16. Угловая скорость вращения барабана ω ൌ 2 π ݊, сିଵ. ሺ4.16ሻ 4.17. Мощность, необходимая на привод питателя: ܰ ൌ ܯ ∙ ω1000 ∙ ηпр , кВт, где ηпр – КПД привода (0,85…0,9). Исходные данные для выполнения расчетов приведены в таблице 4.1. Таблица 4.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 Производительность пита- теля ܳ, т/ч 4,8 6 10 15 20 16 Насыпная плотность мате- риала ρн, кг/м3 320 420 1200 1800 2700 1900 Высота засыпки материала в бункере ܪ, м 3 2,5 3,5 2,9 3,6 2,4 Угол естественного откоса материала φ, град 42 38 44 42 39 41 Частота вращения бараба- на ݊, с–1 0,5 0,8 0,4 0,7 0,9 1,0 Число ячеек барабана ݖ, шт. 6 8 8 6 8 8 Длина питателя ܤ, м 0,35 0,4 0,38 0,42 0,4 0,30 27 5. РАСЧЕТ ДИСКОВОГО ДОЗАТОРА Исходные данные: – производительность дозатора ܳ, т/ч; – насыпная плотность материала ρн, т/ч; – угол естественного откоса материала φ, град; – высота установки манжеты ݄, м; – длина питателя ܤ, м; – время сработки полного объема бункера ݐ, с; – угол установки скребка β, град. Расчет выполнен по методике и рекомендациям, изложен- ным в [1] и [3]. Расчетная схема дозатора представлена на рис. 5.1. Рисунок 5.1 – Расчетная схема дозатора 5.1. Объемная производительность дозатора ܳ௏ ൌ ܳ3,6ρн , м ଷ с⁄ . ሺ5.1ሻ 28 5.2. Необходимый объем цилиндрического бункера с уче- том запаса сыпучего материала на время ݐ: ܸ ൌ ܳ௏ ∙ ݐ, мଷ. ሺ5.2ሻ 5.3. Задавшись рекомендуемым соотношением высоты бун- кера и его диаметра ܪ ൌ ሺ2…3ሻ ܦ определим диаметр бункера: ܦ ൌ ඨ 4ܸሺ2…3ሻπ , м. ሺ5.3ሻ 5.4. Диаметр кольца материала ܦଵ ൌ ܦ ൅ 2݄tgφ , м . ሺ5.4ሻ 5.5. Высота бункера ܪ ൌ 4ܸπܦଶ , м. ሺ5.5ሻ 5.6. Объем материала, снимаемого скребком за один оборот диска: ୭ܸ ൌ ݄ ଶ 2 tgφ ∙ πܦ୭, м ଷ, ሺ5.6ሻ где ܦ௢ – диаметр по центрам тяжести сечений кольца, м: ܦ୭ ൌ ܦ ൅ 2݄3tgφ. 5.7. Частота вращения диска ݊ ൌ ܳ௏ ௢ܸ , сିଵ. ሺ5.7ሻ 29 5.8. Расчетная частота вращения диска должна соответст- вовать условию ݊ ൑ ඨ ݃ ∙ ݂2 ߨଶ ∙ ܦ௢ , с ିଵ, ሺ5.8ሻ где ݂ – коэффициент трения материала по диску (0,6…0,8). 5.9. Диаметр диска ܦଶ ൌ 1,1 ∙ ܦଵ, м. ሺ5.9ሻ 5.10. Вертикальное давление, действующее на уровне сдви- га подвижного и неподвижного слоя материала: ௬ܲଵ ൌ ߩн ∙ ݃ሺܪ െ ݄ሻ ∙ ܭз, Па, ሺ5.10ሻ где ܭз – коэффициент зависания материала (0,7…0,9); ݃ – ускорение силы тяжести, м/с2. 5.11. Сила сопротивления сдвигу материала на уровне ниж- ней кромки кольца ܨ ൌ ௬ܲଵ ∙ πܦ ଶ 4 ∙ в݂н, Н, ሺ5.11ሻ где в݂н – коэффициент внутреннего трения материала ( в݂н ൌ tgφሻ. 5.12. Момент силы трения ܨ: ܯ ൌ ܨ ∙ ܦ4 , Н ∙ м. ሺ5.12ሻ 5.13. Мощность, затраченная на сопротивление сдвигу ма- териала: ଵܰ ൌ ܯ ∙ 2π݊, Вт. ሺ5.13ሻ 30 5.14. Сила трения материала при его сбрасывании по по- верхности диска ܨଵ ൌ ୭ܸ ∙ ߩн ∙ ݃ ∙ ଵ݂, Н, ሺ5.14ሻ где ଵ݂ – коэффициент трения материала по диску (0,6…0,8). 5.15. Скорость перемещения материала вдоль скребка ߴм ൌ 2π݊ ܦ୭2 , м/с. ሺ5.15ሻ 5.16. Мощность на трение материала по диску ଶܰ ൌ ܨଵ ∙ ߴм, Вт. ሺ5.16ሻ 5.17. Нормальная к скребку сила ܨଶ ൌ ܨଵ ∙ cos β, Н. ሺ5.17ሻ 5.18. Сила трения материала по скребку ܨଷ ൌ ܨଶ ∙ ଶ݂ ,Н. ሺ5.18ሻ где ଶ݂ – коэффициент трения материала по скребку (0,6…0,8). 5.19. Мощность, затраченная на трение материала по скребку: зܰ ൌ ܨଷ ∙ ߴм, Вт. ሺ5.19ሻ 5.20. Мощность на привод дозатора ܰ ൌ ଵܰ ൅ ଶܰ ൅ ଷܰ1000 ∙ ηпр , кВт, ሺ5.20ሻ где ηпр – КПД привода (0,85…0,9). 31 Исходные данные для выполнения расчетов приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 Производительность дозатора ܳ, т/ч 6 3 4 5 7 8 Насыпная плотность материала ρн, т/ч 1300 600 1000 700 1200 1500 Угол естественного от- коса материала φ, град 42 38 40 44 39 41 Высота установки ман- жеты ݄, м 0,15 0,09 0,1 0,12 0,15 0,18 Время сработки полно- го объема бункера ݐ, с 1200 800 900 700 1300 900 Угол установки скреб- ка β, град 60 68 70 75 65 72 32 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Горфин, О. С. Машины и оборудование по переработке торфа / О. С. Горфин. – М. : Недра, 1990. – 206 с. 2. Борщев, В. Я. Оборудование для переработки сыпучих материалов / В. Я. Борщев, Ю. И. Гусев, М. А. Промтов. – М. : Машиностроение-1, 2006. – 208 с. 3. Каталымов, А. В. Дозирование сыпучих материалов / А. В. Каталымов. – Л. : Химия, 1990. – 240 с.