НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Объем производства различных строительных материалов возрастает из года в год. Увеличивается выпуск нерудных материалов, сборных железобетонных изделий и конструкций при значительном повышении их качества.

Для производства строительных материалов машиностроительные заводы выпускают самые разнообразные машины и оборудование, причем наряду с созданием новых происходит непрерывное изменение и совершенствование существующих конструкций машин и общее увеличение объема их выпуска.

Исходное сырье для производства основных строительных материалов в процессе переработки подвергается неоднократному измельчению, сортированию, перемешиванию и уплотнению. Эти процессы относятся к наиболее энергоемким и трудоемким. Эффективность процессов переработки планомерно повышается путем создания и внедрения прогрессивных машин и технологии.

Большое внимание при создании машин и технологических линий отводится вопросам улучшения условий труда обслуживающего персонала, а именно: механизации и автоматизации трудоемких процессов, обеспечению действующих санитарных норм по допустимому уровню шума, вибрации и запыленности. Автоматизация производственных процессов – самый действенный и перспективный способ повышения качества готовой продукции и увеличения производительности оборудования, поэтому основные машины для производства строительных материалов могут быть использованы в автоматических линиях.

Внедрение прогрессивных роторных дробилок, быстроходных мельниц и других машин позволило снизить число стадий дробления, повысить производительность процессов дробления и помола, снизить их энергоемкость, автоматизировать трудоемкие работы. Для приготовления бетонных смесей и строительных растворов созданы заводы-автоматы, на которых роль обслуживающего персонала сводится к наблюдению за работой машин и поддержанию их в работоспособном состоянии.

Курсовой проект по дисциплине «Строительные машины и монтажное оборудование» является важной частью подготовки инженеров-механиков. Он подводит итог и закрепляет полученные теоретические знания, развивает конструкторские навыки, умение работать с различной специализированной литературой.

НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ

МАШИНЫ

Роликомаятниковые мельницы применяются для тонкого помола мягких и среднепрочных материалов (каолин, полевой шпат, мел, магнезит и др.). С уменьшением крупности зерен исходного материала возрастает их относительная прочность, что объясняется уменьшением числа участков с нарушенной предварительным измельчением структурой. Поэтому для эффективного разрушения материала в данной мельнице значительно увеличена скорость приложения нагрузок и частота воздействия импульсов сил. В роликомаятниковой мельнице (рисунок 1) измельчение достигается раздавливанием и частичным истиранием материала.

Рисунок 1 – Роткомаятниковая мельница

В роликомаятниковой мельнице, изображенной на рисунке 1, измельчение происходит между неподвижным размольным кольцом 1 и обкатывающимися по нему роликами 2. Прижим роликов к кольцу происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении крестовины 4, закрепленной на вертикальном валу 3. Привод осуществляется посредством конической зубчатой передачи 5 [2, с. 80].

АНАЛИЗ УРОВНЯ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ

РОЛИКОМАЯТНИКОВЫХ МЕЛЬНИЦ. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ

ЧАСТЬ ПРОЕКТА (ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА). ВЫБОР

ПРОТОТИПА

Анализ уровня техники

На сегодняшний день существуют различные конструкции роликомаятнико-вых мельниц, различающихся своими техническими характеристиками. Выпускают мельницы с диаметром размольного кольца 800 – 1800 мм и производительностью 0, 2 – 12 т/ч в зависимости от материала и тонкости помола. В таблице 1 представлены технические характеристики роликомаятниковой мельницы СМ-493А.

Таблица 1 – Технические характеристики роликомаятниковой мельницы СМ-493А

Параметр	Значение
Производительность (в зависимости от материала и тонкости помола), т/ч	0, 2 – 10
Крупность загружаемых кусков, мм	6 – 20
Общая установленная мощность, кВт
Габаритные размеры установки (с сепаратором), мм: длина ширина высота
Мельница: диаметр кольца, мм число маятников частота вращения вертикального вала, об/мин масса мельницы, кг мощность электродвигателя, кВт
Сепаратор: частота вращения центрифуги число лопаток мощность электродвигателя масса	100 – 250
Мощность электродвигателя питателя

Патентная проработка

Для решения по модификации мельницы проведем патентно-технический анализ.

Существует роликомаятниковая мельница (рисунок 2), которая содержит вал крестовины 1, крестовину 2, размольное кольцо 3, бочкообразные ролики 4, маятниковый подвес 5, образующий с плоскостью вращения крестовины острый угол, причем оси маятникового подвеса и вала мельницы не пересекаются, обеспечивая перекатывание со скольжением бочкообразных роликов по размольному кольцу с внутренней конической поверхностью.

Рисунок 2 – Роликомаятниковая мельница

Преимущества данной конструкции следующие:

- простота конструкции;

- высокое качество измельчения, т.к. присутствует одновременное раздавливание и истирание материала;

- эллипсоидная поверхность бочкообразных роликов обеспечивает линейный контакт между поверхностями роликов и размольного кольца.

Недостатки:

- повышенный износ роликов и размольного кольца из-за трения, вызванного наклоном оси ролика к вертикальной оси;

- небольшая производительность, т.к. из-за бочкообразных роликов площадь их контакта с размольным кольцом небольшая.

На рисунке 3 изображен общий вид и вид сверху другой конструкции мельницы. Мельница содержит корпус 1 с установленным в нем вертикальным валом 2, связанным с приводом и несущим муфты 3 и 4, соединенные жестко с балками 5 и 6, в которых закреплены вертикальные оси основных валков 7 и 8. На оси валка 8 установлены поворотные рычаги 9 и 10 с осью дополнительного валка 11, а на оси валка 7 установлены поворотные рычаги 12 и 13 с осью дополнительного валка 14. Корпус 1 снабжен выгрузочным отверстием 15, загрузочным отверстием 16 и имеет конусообразную форму.

Мельница работает следующим образом. Подлежащий размолу материал загружается через отверстие 16 в корпус 1 и затем включается привод. При вращении вала 2 основные валки 7 и 8, вращаясь вместе с балками 5 и 6, образующими ротор, вокруг оси вала 2 и своих осей производят процесс измельчения материала, находящегося между стенками корпуса 1 и поверхностью валков 7 и 8. В свою очередь дополнительные валки 11 и 14, установленные на поворотных рычагах действием центробежных сил прижимаются к стенке корпуса 1, совершая одновременно вращение вокруг своих осей. В результате материал, находящийся между стенкой корпуса и поверхностью катков, мелется и тем качественнее, чем больше скорость вращения вала 2. Измельченный материал скатывается по наклонной стенке корпуса к выгрузочному отверстию.

Рисунок 3 – Роликомаятниковая мельницы

К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:

- повышенное качество измельченного продукта;

- высокая степень измельчения.

К недостаткам:

- сложность конструкции;

- большая материалоемкость.

Еще одна конструкция мельницы представлена на рисунке 4. Мельница содержит корпус 1 с шарнирно открывающимся люком 2, вертикальный питатель 3, жестко соединенный с корпусом 1 и установленный в подшипнике 4, камеру измельчения, выполненную в виде конической чаши 5, армированной защитными плитами 6, размольные ролики 7, где каждый ролик имеет ось 8, установленную в подшипнике 9 и соединенную шарниром 10 с кронштейном, составленным из соединенных шарниром 11 полуоси 12 и крестовины 13, жестко насаженной на вертикальном пустотелом валу 14 с перфорированным сферообразным наконечником 15 с отверстиями 16 и защитным козырьком 17, при этом вал 14 соосно с корпусом 1 установлен в подшипнике 18 с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси и сопряжен с воздуховодной системой 19 с шибером 20.

Вращение корпусу 1 и вертикальному пустотелому валу 14 передается через клиноременную передачу от индивидуальных приводов на шкивы 21 и 22.

Рисунок 4 – Роликомаятниковая мельницы

Мельница работает следующим образом. Исходный материал через загрузочный питатель 3 поступает в мельницу и по защитному козырьку 17 стекает на дно чаши 5, предварительно ударившись о ролики 7. Под действием центробежной силы материал перемещается поперек чаши 5 и попадает под ролики 7. Крестовина 13, вращаясь вокруг вертикальной оси, приводит ролики 7 во вращательное движение также и вокруг своих осей за счет силы трения между роликами 7 и чашей 5 непосредственно или через материал. При этом необходимым условием является разность числа оборотов вращения корпуса 1 и крестовины 13. При вращении чаши 5 и роликов 7 материал, попадая между ними, разрушается. Измельчающее действие вращающихся роликов 7 носит давяще-истирающий характер, обусловленный собственной массой роликов и центробежной силой, которая благодаря консольному соединению роликов 7 шарнирами с полуосями 12 прижимает их к боковине чаши 5. В данном случае центробежные силы усиливают измельчающее действие вращающихся роликов 7. С целью повышения эффективности разрушения кускового материала ролики 7 со стороны торцов выполняются относительно рабочей поверхности чаши 5 с угловым зазором, например, яйцевидной формы. В случае попадания металла или очень прочных кусков, имея с обеих сторон шарнирное крепление полуосей 12, ролики 7 перекатываются через них и устройство не получает повреждений. Количество роликов определяется расчетным путем в зависимости от производительности мельницы, крупности и прочности исходного материала. Конструкция центробежной мельницы предусматривает регулирование времени прохождения материала и измельчающих усилий за счет изменения скоростей вращения корпуса 1 и крестовины 13 с роликами 7 с помощью приводов с регулируемым числом оборотов. Кроме этого, в случае изгиба полуосей 12 во время вращения крестовины 13 они могут быть взаимосвязаны шарнирно тягами по периметру линии горизонтальных осей шарниров 10.

В процессе разрушения материал увлекается центробежными силами вверх по боковой поверхности чаши 5 и, дойдя до критической точки, отрывается от корпуса 1 и вновь стекает на дно чаши 5, ударяясь о ролики. Цикл измельчения повторяется до заданной тонины помола. При этом размол материала дополнительно осуществляется и по способу динамического самоизмельчения за счет энергии, сообщаемой частицам (кускам) во вращающейся чаше 5 центробежными силами.

Пыль и мелкие частицы, образующиеся во время дробления и измельчения материала, через отверстия 16 сферического наконечника 15 по вертикальному пустотелому валу уносятся воздушным потоком через воздушную систему 19 в пылеосадительное устройство, например циклон или классификационную камеру с фильтрующими сетками, где происходит разделение частиц по классам крупности. Тонина продукта, отсасываемого потоком воздуха из камеры измельчения, регулируется скоростью воздушного потока с помощью шибера 20 и диаметром отверстий 16 наконечника 15.

К достоинствам этой конструкции можно отнести следующее:

- высокая производительность;

- высокая степень дробления;

- повышенное качество помола.

К недостаткам:

- сложность конструкции;

- большие энергозатраты на индивидуальный привод корпуса 1, вала 14 и насоса воздушной системы 19.

Выбор прототипа

На основании проведенного анализа можно предложить новую конструкцию роликомаятниковой мельницы, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5 – Роликомаятниковая мельница

Мельница состоит из помольной камеры 1 в виде конусообразной чаши, распределительной тарели 2, роликов 3, крестовины 4, пальцеобразных скребков 5, вертикального вала 6, осей-маятников 7, разгрузочного патрубка 8, защитного кожуха 9, привода 10. корпуса 11, крышки 12.

Распределительная тарель 2, крестовина 4 и защитный кожух 9 жестко закреплены на вертикальном валу 6, совместно с ним вращаются от привода 10. Скребки 5 могут быть шарнирно закреплены на крестовине 4 или крепиться шарнирно к защитному кожуху 9. На осях-маятниках 7. закрепленных шарнирно к крестовине, устанавливаются ролики 3. Ролики 3 образованы соединенными большими основаниями конусами. Такое соединение конусов позволяет нижнему конусу находиться в соприкосновении с конической поверхностью помольной камеры, а верхний конус ролика и указанная поверхность образуют расходящийся кверху зазор, угол которого составляет 4 – 8°. Таким образом, коническая форма роликов обеспечивает измельчение материала с перетиранием, т. е. за счет разницы значений окружных скоростей в различных точках поверхности вращающегося ролика происходит перетирание материала с одновременным проскальзыванием и измельчением. Кроме того, измельчаемая масса скользит по наклонной рабочей поверхности помольной камеры и ролика, что обеспечивает большое число соприкосновений ролика с измельчаемым материалом. Чтобы увеличить интенсивность помола и время прохождения материала по стенкам камеры к разгрузочному патрубку, конусная поверхность направлена вниз меньшим основанием, в результате чего между рабочими поверхностями ролика и камеры возникают раздавливающие и сдвигающие силы в вертикальной плоскости. Образующая конусной поверхности камеры 1 составляет с вертикальной осью угол 5 – 10°. Уменьшение этого угла снижает качество помола, а увеличенные выше 10° снижает производительность. Защитный кожух, расположенный между роликами, препятствует попаданию непомолотого материала в середину между роликами к центральной оси.

Мельница работает следующим образом. Материал измельчается между конусной поверхностью помольной камеры 1 и роликами 3, которые перекатываются по ней при вращении крестовины 4, закрепленной на вертикальном валу 6. При вращении крестовины ролики под действием центробежных сил отклоняются на осях-маятниках 7 и прижимаются к конусной поверхности помольной камеры. Происходит постепенное измельчение материала в зазоре между верхним конусом ролика и поверхностью помольной камеры, а затем его раздавливание и истирание между нижним конусом ролика и камерой. Скребки 5 очищают корпус от залипания продуктами помола. Измельченный материал под действием гравитационных сил попадает в разгрузочный патрубок 8.

К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:

- способность измельчать материал с повышенной влажностью;

- высокое качество помола и однородность измельченного материала;

- высокая степень измельчения;

- малая энергоемкость;

- равномерный износ трущихся поверхностей, обеспечиваемый распределительной тарелью;

- высокая производительность.

К недостаткам можно отнести лишь повышенную материалоемкость конструкции.

РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Производительности

Определим фактические значения кинематических параметров:

по формуле (6) фактическая угловая скорость вала мельницы (крестовины)

рад/с;

по формуле (7) фактическая окружная скорость ролика

м/с;

фактическая угловая скорость вращения ролика вокруг своей оси

рад/с;

фактическая частота вращения ролика вокруг своей оси

об/мин.

Тогда производительность разработанной мельницы по формуле (1)

кг/с т/ч.

Конструктивный расчет

КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ

Вал мельницы устанавливается в упорный подшипник, который крепится в основании мельницы. Таким образом, подшипник воспринимает весь вес рабочих органов мельницы. Другим концом вал соединяется с приводом через муфту. Привод устанавливается на крышке мельницы. Крышка имеет отверстия с резьбой для установки элементов привода. На рисунке 12 изображен привод с деталями его крепления к крышке мельницы.

Электродвигатель 1 крепится к крышке 6 мельницы своими лапами посредством четырех шпилечных соединений (вид Б на рисунке), в которые входят: Шпилька М20× 50 ГОСТ 22038-76 (позиция 11), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).

Через муфту 2 электродвигатель 1 соединен с редуктором 3, который своими лапами опирается на два швеллера (позиция 7). Редуктор соединен со швеллерами четырьмя болтовыми соединениями (вид В), включающими: Болт М20× 85 ГОСТ 15589-70 (позиция 8), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).

Швеллера 7 установлены на плиту 5, которая имеет двойное назначение: во-первых, служит подкладкой между крышкой мельницы и швеллерами для обеспечения соосности валов редуктора и двигателя, во-вторых, не дает материалу, загружаемому в мельницу через отверстие в крышке, попадать в место соединения редуктора с валом мельницы (муфта 4) и другие рабочие органы машины.

Редуктор 3 через швеллера 7 и плиту 5 крепится к крышке мельницы с помощью четырех шпилечных соединений (вид А), в которые входят: Шпилька М20× 60 ГОСТ 22038-76 (позиция 12), Гайка М20 ГОСТ 15526-70 (позиция 9) и Шайба 20Н ГОСТ 6402-70 (позиция 10).

Зазоры между подвижными и неподвижными деталями мельницы делаются небольшими, чтобы избежать попадание частиц размалываемого материала в трущиеся пары, что вызывает быстрый абразивный износ и заклинивание.

Рисунок 12 – Привод мельницы

РАБОТЕ МАШИНЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана новая конструкция роликомаятниковой мельницы, которая имеет ряд достоинств по сравнению с существующими аналогами: производительность машины примерно в 1, 5 раза превышает производительность существующих мельниц такой же мощности; новая форма профиля роликов позволяет увеличить размер загружаемых кусков материала практически в два раза; в отличие от аналогов мельница имеет возможность измельчения влажных материалов, таким образом, исчезают затраты на сушку, если она не предусмотрена технологией изготовления строительного материала; рабочие органы машины изготовлены из износостойких материалов, что увеличивает их срок службы.

ВВЕДЕНИЕ

НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ

МАШИНЫ

Рисунок 1 – Роткомаятниковая мельница

12 3 Следующая ⇒