Проектирование и расчет вальцового станка

 

Цель работы: приобретение практических навыков расчёта и проектирования вальцового станка.

Задание: определить основные параметры рабочих органов вальцового станка, установленного в системе для измельчения пшеницы, производительностью Q, кг/ч.

Из приложения 1 определяем геометрические размеры зерен пшеницы. Диаметр частицы составляет d, мм. Межвальцовый зазор b, мм выбираем из задания.

Производительность станка, степень измельчения и расход энергии взаимосвязаны и определяются отношением окружных скоростей вальцов, диаметром и правильностью геометрической формы вальцов, профилем и характеристикой рифлей. Увеличение окружных скоростей вальцов существенно повышает производительность при незначительном увеличении расхода энергии.

Диаметр вальца определяют из условия затягивания частицы материала в зазор между вальцами. Частица (рис.3.1), находящаяся между гладкими вальцами, вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями, будет увлекаться силами трения F в зазор (диаметры вальцов одинаковые). Однако войти в зазор, не деформировавшись, частица не может. Оказывая сопротивление, частица воспринимает со стороны вальцов нормальные усилия P.

Если при этом разность вертикальных составляющих будет направлена к зазору (вниз), то частица, разрушаясь, попадает в зазор, если эта разность направлена от зазора (вверх), то вальцы не смогут захватить частицу и увлечь ее в зазор.

 

Рис.3.1 – Схема к определению диаметра вальца

Определяем минимальный диаметр вальцов D_min, мм из условия захвата частицы вальцами из формулы:

 

(3.1)

 

где α – угол острия (α =20…30° ).

Применяемый на практике минимальный диаметр вальцов равен 150 мм, а наиболее широко распространенный – 250 мм, что вызвано требованиями высокой жесткости вальцов.

Вальцовый станок имеет две пары вальцов, следовательно, одна пара вальцов имеет производительность Q_B = Q/2.

Длину вальцов L_р, м ориентировочно определяем по формуле (3.2), при этом удельную нагрузку для первой драной системы определяем по приложению 2, q, кг/(м ч). Отсюда:

 

(3.2)

 

По приложению 2 выбираем вальцы с параметрами: количество рифлей на 1 см; уклон рифлей, %.

Проверяем правильность расчета рабочей длины вальцов L_р, м из формулы (3.5), предварительно определив скорость обработки зерна V_з, м/с по формуле (3.4), при этом принимаем скорость быстровращающегося вальца V_б, м/с. В настоящее время при размоле зерна в сортовую муку принимают V_б=5, 5...6, 5 м/с, при размоле зерна в обойную муку V_б = 8...12 м/с. В первом случае соотношение скоростей выбирают: для драных систем К= 2, 5 и для размольных систем К = 1, 1...1, 6 (Приложение 1).

Тогда V_м , м/c равно:

 

V_м = V_б /K (3.3)

 

(3.4)

(3.5)

 

где b – зазор между вальцами, м;

Q_B – производительность станка, кг/ч;

ρ – объемная масса измельчаемого продукта, кг/м³;

V_З – скорость обработки зерна в зазоре между вальцами, м/с;

k₁– коэффициент полезного использования зоны измельчения, который всегда меньше единицы (k₁ =0, 2...0, 3).

Определяем величину рабочего прогиба по формуле (3.7).

Предварительно определяем момент инерции сечения вальца J, м⁴ по формуле (3.6):

 

(3.6)

 

где D – диаметр вальца, м.

Отсюда прогиб y, м равен:

 

(3.7)

 

где q₁ – удельная нагрузка, q₁ = 3000 кгс/м;

L – расстояние между опорами, м; L = L_p + 2 Δ L;

Δ L – расстояние от торца вальца до середины подшипникового узла, Δ L =0, 06м;

Е – модуль упругости материала вальца, Е = 1, 6 10¹⁰кгс/м²;

J – момент инерции сечения вальцов, м

Проверяем условие y < [y] = 1·10^-5 м

Частоту вращения вальцов n (с^-1) определяем по формуле:

 

(3.8)

 

где V_б – скорость быстровращающегося вальца, м/с;

D – диаметр вальца, м.

Мощность, потребную для привода одной пары вальцов
N (кВт) определяем по формуле:

 

(3.9)

 

где L_р – рабочая длина вальцов, м;

D – диаметр вальца, м;

n – частота вращения вальцов, с ^-1;

d – диаметр частицы исходного материала, м.

Для обеспечения вращения быстровращающегося вальца с частотой n, мин^-1 разработаем кинематическую схему привода. Кинематическая схема представлена на рис. 3.2.

Для разработки кинематической схемы привода вальцов необходимо рассчитать общее передаточное число, которое определяем по формуле:

 

. (3.10)

 

Для рассчитанного передаточного отношения достаточно установить ременную передачу, которая обеспечит точную частоту вращения ротора.

Общий коэффициент полезного действия является произведением всех КПД передач привода и определяется по формуле:

 

, (3.11)

 

Ременная передача рассчитывается по стандартной методике.

ƞ _рп. – КПД ременной передачи, ƞ _рп = 0, 95;

ƞ _зп – КПД зубчатой передачи, ƞ _зп = 0, 95.

Установленную мощность привода N_np (кВт) определяем по формуле:

 

(3.12)

 

По приложению 3 для привода шнека выбираем электродвигатель с N_эд, кВт, n_эд =1500 мин ^-1. Циркуляционную мощность N_ц, кВт определяем по формуле:

 

(3.13)

 

Крутящий момент на валу вальцов М_к (Н м) определяем по формуле:

 

. (3.14)

 

где n – частота вращения вальцов, с ^-1;

Силы Т и R (H) определяются из технологического расчета по формулам:

 

, (3.15)

 

, (3.16)

 

где q – равномерно распределенная нагрузка в межвальцовом зазоре (при измельчении q = 3·10⁴ Н/м, при плющении
q=2, 5·10⁵ Н/м);

L_p – рабочая длина вальцов, м;

β – угол наклона оси вальцов, β =45º.

 

 

Рис. 3.2. Кинематическая схема привода вальцовой пары:

1- быстровращающийся валок; 2 - медленновращающийся валок;
3 - первая зубчатая передача; 4 - вторая ременная передача;
5- первая ременная передача; 6 - электродвигатель; 7 - распределительный валок; 8 - дозировочный валок; 9 - вторая зубчатая передача

 

Вальцовые устройства снабжают механизмами питания и очистки поверхности вальцов. Механизм питания должен обеспечивать регулируемую равномерную по всей длине вальца подачу заданного количества продукта. В настоящее время чаще всего применяют двухвалковый питающий механизм (рис.3.3), верхний питающий валик называют дозировочным, а нижний – распределительным. Дозировочный валик имеет продольные рифли, а распределительный валик имеет поперечные рифли.

Механизм питания должен подавать продукт в зону измельчения со скоростью, равной или близкой к скорости медленновращающегося вальца.

Диаметром питающего валка D_п = 2r задаемся конструктивно, D_п = 80 мм.

 

 

Рис.3.3. Питающий механизм вальцового станка:

1 – быстровращающийся валок; 2 – медленновращающийся валок;

3 – распределительный валок; 4 – дозировочный валок.

М – точка отрыва частицы от распределительного валка; А – расстояние, отделяющее точку отрыва частицы от горизонтального диаметра валка; В – высота падения частицы; r – радиус распределительного валка;
b – точка касания частицы медленновращающегося валка; Q – сила тяжести частицы

 

Максимальную окружную скорость распределительного питающего валка V_рв, м/с определяем по формуле (3.17), при этом А = r, где А – расстояние от точки падения частицы до оси вращения распределительного валка.

 

(3.17)

 

 

Высоту падения частицы В (м) определяем из формулы (3.18), зная конечную скорость падения частицы V_k = V_м.

Тогда:

(3.18)

Частоту вращения питающего валка n_рв, мин^-1 определяем по формуле:

 

(3.19)

 

Вращение питающего валка производится через ременную передачу от быстровращающегося вальца, а вращение дозировочного валка производится от питающего через зубчатую передачу в том же направлении со скоростью 1, 5…2 раза меньше, чем скорость питающего валка. Отсюда скорость дозировочного валка n_доз.в., мин^-1составляет:

 

(3.20)

 

где n_рв – частота вращения питающего валка, мин^-1.

Частоту вращения быстровращающегося валка n_бв, мин^-1 определяем по формуле:

 

(3.21)

 

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-практической работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в [10], и включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– расчетную часть, в которой приводится расчет вальцового станка согласно предлагаемому варианту (прил. 1);

– графическую часть, в которой даются чертеж схемы определения диаметра вальца и кинематическая схема вальцового станка с указанием рассчитанных параметров передач.

 

Приложение 1

 

Таблица 3.1– Исходные данные для расчета вальцовых устройств

 

Номер варианта	Производи­тельность Q, кг/ч	Система	Окружная скорость быстровращающегося вальца Vб, м/с	Коэффициент соотношения скоростей, К	Диаметр частицы d, мм	Межвальцовый зазор b, мм
		1 -я размольная	6, 5	1, 5
		2-я шлифовочная	6, 5	2, 5		1, 5
		10-я размольная	5, 5	1, 5
		2-я сходовая	5, 5	1, 6		1, 5
		VI драная	6, 5	2, 5
		III драная	6, 5	2, 5		2, 5
		V драная	6, 5	2, 5
		6-я размольная	6, 5	1, 1		2, 5
		1-я сходовая		2, 5
		I драная	6, 5	2, 5		1, 5
		9-я размольная		2, 5		1, 5
		II драная крупная	6, 5	2, 5
		V драная	6, 5	1, 5
		10-я размольная	5, 5	1, 8		2, 5
		2-я сходовая	5, 5	1, 4		2, 5

 

 

Приложение 2

 

Таблица 3.2– Некоторые параметры вальцовых станков

Системы	Удельная Нагрузка, кг/(см·сут)	Удельная потребная мощность, кВт/см	Количество рифлей на 1 см длины окружности вальцов	Уклон рифлей. %
I драная	800-1200	0.185-1.200	3.5-4.5	4-6
II драная крупная	600-900	0.225-0.240	4.0-5.5	4-6
II драная мелкая	600-900	0.135-0.155	4.0-5.5	4-6
III драная	400-600	0.205-0.225	5.0-6.5	4-6
IV драная крупная	250-300	0.175-0.210	5.5-6.5	6-8
IV драная мелкая	300-400	0.145-0.160	5.5-6.5	6-8
V драная	200-300	0, 140-0, 155	6.5-8.0	7-8
VI драная	120-150	0.115-0.125	7.5-8.5	7-8
VII драная	-	0.135-0.155	7.5-8.5	8-9
1-я шлифовочная	300-400	0.070-0.080	9.0	6-8
2-я шлифовочная	300-350	0.070-0.080	9.0	6-8
3-я шлифовочная	300-350	0.080-0.085	9.5	6-8
4-я шлифовочная	200-300	0.080-0.095	10.0	6-8
5 и 6-я шлифовочные	-	0.080-0.095	9.5-10.0	7-10
Вымольные	-	0.080-0.090	10.0	8-10
1.2.3.4 и 5-я размольные	180-300	0, 105-0, 115	10-11	6-8
6.7 и 8-я размольные	125-200	0.105-0.115	10-11	8-10
9 и 10-я размольные	125-150	0.105-0.115	10-11	8-10
1-я сходовая	180-250	0.100-0.110		8-10
2-я сходовая	140-200	0.100-0.110		8-10

 

Приложение 3

 

Таблица 3.3– Технические данные двигателей серии АИР

(тип/асинхронная частота вращения, мин ^-1)

Мощность Рдв, кВт	Синхронная частота, мин -1
0, 37 0, 55 0, 75 1, 1 1, 5 2, 2 5, 5 7, 5 18, 5	- 63В2/2730 71А2/2820 71В2/2805 80А2/2850 80В2/2850 90L2/2850 100S2/2850 100L2/2850 112M2/2895 132M2/2910 160S2/2910 (1) 160M2/2910 (1) 180S2/2919 (1) 180M2/2925 (1)	- 71A4/1357 71B4/1350 80A4/1395 80B4/1395 90L4/1395 100S4/1410 100L4/1410 112M4/1432 132S4/1440 132M4/1447 160S4/1455 (2) 160M4/1455(2) 180S4/1462(3) 180M4/1470(1)	71A6/915 71B6/915 80A6/920 80B6/920 90L6/925 100L6/945 112MA6/950 112MB6/950 132S6/960 132M6/960 160S6/970 (4) 160M6/970 (5) 180M6/980 (3) - -	- 80В8/700 90LA8/695 90LB8/695 100L8/702 112MA8/709 112MB8/709 132S8/716 132M8/712 160S8/727 (3) 160M8/727 (3) 180M8/731 (3) - - -
Примечания: 1. Отношение максимального вращающего момента к номинальному Тmax /Т = 2, 2; для отмеченных (в скобках) 1) 2, 7; 2) 2, 9; 3) 2, 4; 4) 2, 5; 5) 2, 6. 2. Пример обозначения двигателя: Двигатель АИР100L2 ТУ 16-525.564-84.

 

Практическая работа №4

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: