 |
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 Dmin, 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;
QB – производительность станка, кг/ч;
ρ – объемная масса измельчаемого продукта, кг/м3;
V З – скорость обработки зерна в зазоре между вальцами, м/с;
k 1– коэффициент полезного использования зоны измельчения, который всегда меньше единицы (k 1 =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 q 1 – удельная нагрузка, q 1 = 3000 кгс/м;
L – расстояние между опорами, м; L = Lp + 2 ΔL;
ΔL – расстояние от торца вальца до середины подшипникового узла, ΔL = 0,06м;
Е – модуль упругости материала вальца, Е = 1,6 1010кгс/м 2;
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 = 2 r 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 Vk = Vм.
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 V б, 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 Р дв, 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
|
|
|
