Вибрационные машины получают всё более широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности. Расширяется область применения зарекомендовавших себя ранее вибромашин, вновь создают вибромашины, для осуществления новых операций. Это обусловлено конструктивной простотой вибромашин во многих случаях более высокой, чем у обычных машин, технологической эффективностью.

При всей своей конструктивной простоте вибромашины представляют большие сложности для расчёта, большое внимание уделяют разработке методов их расчёта. Условиями процесса грохочения являются перемещение материала по разделительной перегородке и его перемешивании, чтобы крупные частицы не препятствовали мелким проходить сквозь отверстия. В современных грохотах эти условия выполняются за счёт вибрации разделительных перегородок. В зависимости от типа вибратора траектория движения точек разделительной перегородки близка к круговой или прямолинейной. Одним из основных элементов вибрационных грохотов является короб, на котором смонтированы сита или колосники. Короб снабжается либо одновальным вибратором, обеспечивающим круговое движение, либо двухвальным (самобалансным) вибратором, возбуждающим направление колебания. Для увеличения скорости перемещения материала по разделительной перегородке и соответственно производительности грохота короб обычно устанавливается под углом к горизонту.

При прохождении материала по разделительной перегородки не все мелкие части проходят сквозь отверстия. Под коэффициентом качества грохочения понимают отношение весового количества материала прошедшего сквозь разделительную перегородку, к весовому количеству мелкой фракций, содержащейся в исходном материале. Иногда этот коэффициент выражается в процентах.

Производительность, приходящаяся на единицу поверхности грохота, взаимосвязана с коэффициентом качества грохочения. Чем выше производительность, тем ниже коэффициент качества грохочения. При расчете оптимального угла наклона короба и производительности грохота обычно учитывается ожидаемое качество грохочения.

По способу установки грохоты могут быть либо закрепленными на фундаменте, либо подвешиваемые к перекрытию. Изготовляются и универсальные грохоты, пригодные для любого установки

Применение вибрационной техники в промышленности в ряде случаев позволяют коренным образом усовершенствовать технические процессы. Примером могут служить вибровыпуск руды, повысивший безопасность и эффективность труда.

Излагая новые достижения в области практики и теории вибрационных машин, робота будет способствовать успешному внедрению вибротехники в промышленность.

1. Обзор литературы

Грохоты предназначены для разделения материалов по крупности кусков или частиц. Принцип работы грохотов заключается в пропускании материала через разделительную перегородку с определенным размером отверстия. Частицы, размером которых меньше размера отверстия в сите, проходят сквозь него, а более крупные задерживаются. Применяя перегородки с разными отверстиями, можно разделять зернистый материал практически новое число фракций.

В качестве разделительных перегородок обычно применяются сотка или колосники. Наибольшее распространение получила стальная сетка (ГОСТ 3306-70). Для классификации тонко измельченных материалов применяется также сетка из цветных металлов, щёлка и капрона. Весьма перспективно применение резиновой сетки, долговечность которой, по данным промышленности, существенно выше стальной. Колосники обычно применяются для классификации материала, содержащие крупные куски.

По принципу действия, виду и типу грохоты делятся на: ситовые грохоты; валковые грохоты; гириционные грохоты; вибрационные грохоты; барабанные грохоты; грохоты самобалансные.

Наклонные грохоты с круговым движением короба стандартизованы - ГОСТ 10745-69 “ Грохоты инерционные наклонные “

Грохоты с двухвальным вибратором стандартизованы - ГОСТ 15103-69 “Грохоты самобалансные “.

1.1. Сиповые грохоты простого качения

Из всех известных грохотов наиболее распространенным являются ситовые (рис 1). Сиповые грохоты применяются как для классификации, так и для промывки, обезвоживания или кусковых и зернистых материалов от шлама.

Рис 1. Схема ситовых грохотов

а - односитовый

б - многоситовый с вертикальной компоновкой сит

в - многоситовый с горизонтальной компоновкой сит

1 - короб

2 - сито

3 - подвеска

4 - опорная рама

5 - привод

Подлежащий грохочению материал поступает на грохот и под действием гравитационных и инерционных сил продвигается по ситу к выходному концу короба. При этом в зависимости от технологического назначения грохота происходит деление материалов на фракций, промывка водой, обезвоживание и освобождение от шлама.

При классификации на ситовом грохоте материал делиться на число фракций, равное числу сит, плюс единица, т.е. число получаемых фракций на единицу больше числа сит. Границы раздела сыпучего материала на фракций определяются размером отверстий в ситах грохота. В случае промывки, обезвоживания и обесшламивания кускового материала (без классификаций) применяют штампованные сита с небольшими отверстиями щелевидной формы, назначение которых пропускать воду шлам и задерживать куски.

Для разделения материала на несколько фракции изготовляют многоситовые грохоты. При этом сита компонуются либо по высоте (рис 1, б), либо по длине (рис 1, в). В обоих случаях эффективность классификации и производительность грохота примерно одинакова, на вертикальная компоновка сит занимает меньше места в плане, на больше по высоте, а при горизонтальной наоборот.

Ситовые грохоты по конструктивным особенностям и устройству привода делятся на качающиеся, гирационные и вибрационные.

2. Описание устройства и работы грохота

Состоит из неподвижной рамы, устанавливаемой на фундаменте, и короба, снабженного пружиной подвесной и вибратором. Рама и короб изготовлены из листовой стали и стандартного проката. Грохот имеет два яруса сит и работает по способу грохочения " от крупного к мелкому ". Сито состоит из стальной рамы и стальной сетки. Верхнее сито закрепляется при помощи деревянных реек и деревянных клиньев, а нижнее - скобами и натяжными болтами. Для уменьшения износа все опорные поверхности рам и сеток футированны листовой резиной.

Вибратор двухвальный самобалансный. Дебалансы изготовлены заодно целое с валами. Валы для синхронизации вращения соединены парой цилиндрических шестерен.

Привод состоит из электродвигателя, установленного на неподвижной раме, шкивов и клиновых ремней.

Заодно целое с валами . обалансный . ерхности рам и сеток футированны листовой резиной . скобами авновешивала центробежную силу

2.1. Принципиальная схема самобалансного грохота

1 - короб грохота; 2 - упругий элемент (пружина); 3 - сито; 4 - дебалансные валы; 5 - зубчатая передача; 6 - клиноремённая передача;

7 - электродвигатель.

3. Расчётная часть

При расчёте вибрационного грохота определяют зависимости между весом грохота, радиусом, весом и частотой вращения дебаланса, а так же между параметрами грохота и потребляемой мощностью.

Исходные данные:

Размеры сит, мм; верхнего 3280 x 1142

нижнего 3280 x 1250

Частота колебаний, 1/мин (n) 900

Амплитуда колебаний, мм (l) 5

Масса колеблющихся частей, кг (m) 1500

Габаритные размеры, мм:

длина 3870

ширина 2050

высота 1415

Масса с эл. двигателем, кг (m) 2200

Мощность эл. двигателя, кВт (N) 7

3.1. Определение параметров дебалансного груза

Из выражения:

, где

mg - масса дебалансного груза, кг.

r - радиус центра масс дебалансного груза, м

Z - число дебалансненых грузов Z = 2;

Из чертежа грохота r = 0.008 м.

3.2. Расчёт вала грохота

На вал действуют реакции короба, центробежная сила от дебалансов вала, натяжение ремня, собственные веса вала, шкив и дебалансные грузы.

3.3. Определяем центробежные силы от дебалансного груза:

, где

mg - масса дебалансного груза, кг.

r - радиус центра масс дебалансного груза, м

- угловая скоростьдебалансного вала

g - вес дебалансного груза

с-1

g = 470 H

3.4. Расчёт потребляемой мощности

Потребляемая грохотом мощность расходуется на преодоление трения в подшипниках вала.

, где

Т - действующая на подшипник сила трения

Р - центробежная сила от дебалансного груза

- коэффициент трения вала в подшипниках

Работа трения

, где

d - диаметр вала

n - частота вращения вала

Дж

Потребляемая мощность на один дебаланс

Потребляемая мощность грохота

Мощность двигателя определяют, разделив результат, полученный по выше указанной формуле, на к. п. д. приводного механизма, который составляет обычно

Другими потерями в вибрационном грохоте пренебрегают, в виду их малости.

3.5. Определение производительности грохота

Производительность вибрационных грохотов точному расчёту не поддаётся и является величиной опытной, однако можно указать, что она пропорциональна ширине грохота, высоте слоя материала на грохоте и скорости его движения вдоль сита. Последняя в свою очередь зависит от угла наклона грохота, частоты вибрации и амплитуды колебаний сита. Ориентировочно её можно определять следующим образом. Находящаяся на наклонном сите частица в результате его вибрации подбрасывается на высоту, равную амплитуде вибрации, т.е.2e, затем под действием силы тяжести падает вертикально, смещаясь вдоль сита на величину, равную

Ориентировочно производительность грохота в (г/ч) можно определить по формуле:

, где

В - ширина просеивающей поверхности В = 1,142 м.

h - высота слоя материала

, где

d - размер наиболее крупных кусков материала d = 0.15 [3. c 26]

- коэффициент разрыхления движущегося материала = 0,6 [2. c 265]

е - амплитуда вибрации грохота е = 0,005 м. [3 c.26]

- плотность просеиваемого материала = 2650 [2 c.364]

n - частота вращения вала n = 900 [3 c.26]

- угол наклона короба [2 c.279]

Q = 25 м3/ч

3.6. Расчёт клиноремённой передачи

а) Передаточное число клиноремённой передачи определяем по отношению диаметров шкивов

б) Максимальная потребляемая мощность N = 7 кВт

в) Фактическое среднее межосевое расстояние а = 765 мм

г) Угол наклона передачи к горизонту

Подбор электродвигателя

Необходимая мощность электродвигателя

, где

Nгр - максимальная мощность потребляемая грохотом

- к. п. д. ремённой передачи [1 c.23]

Применяем электродвигатель типа

4А13254У3

Номинальная мощность 7,5кВт

Номинальная частота вращения 1455 об/мин

Кинематическая схема ремённой передачи

Подбор ремня

По рекомендации принимаем клиновой ремень профиля Б [1 c.216]

Lр - ширина ремня 14 мм

W - максимальная ширина ремня 17 мм

Т0 - высота профиля 10,5 мм

Lр - расчётная длинна ремня принятая для определения номинальной мощности на один ремень 2240 мм

Существующий шкив d1 = 250 мм, что d1 > 125 мм [1 c.263] значит расчёт передачи будем проводить при частоте вращения ротора nр=1458 об/мин

Существующий шкив d2 (на грохоте) равен d2 = 375 мм

Определяем длину ремня

, где

А - межосевое расстояние между осями двух шкивов А = 765 мм

Принимаем Lp = 2500 мм [1 c.263]

Определение расчётной мощности:

, где

Ро - номинальная мощность

- коэффициент учитывающий угол обхвата

СL - коэффициент учитывающий длину ремня

Сp - коэффициент динамичности и режима работы

При обхвате = 1 [1 c.267]

При Lp = 2500 мм СL = 1,03 [1 c.268]

Сp = 1,5 [1 табл.9.7]

Скорость ремня

При скорости ремня V = 19 м/с диаметре шкива d1 = 250 мм и профиле ремня Б

Р0 = 6,6 кВт [1 c.265]

Расчётная мощность на один ремень

Учитывая, что передача включает три ремня, то Рр = 13,2 кВт, а это больше фактической мощности Nгр = 7 кВт

3.7. Определение опорных реакций

Реакции опор

, где

Рц - центробежные силы от дебалансного груза

Исходные данные к построению эпюр изгибающих и крутящих моментов

а = 0,08 м с = 0,12 м в = 1,3

Максимальный изгибающий момент возникает посередине вала

Крутящий момент

При прочностных расчётах вала Мкр можно пренебречь

Условия прочности

Из условия прочности определяем необходимый момент сопротивления не симметричного опасного сечения вала

, где

- предел прочности для данного вала сталь 40X ГОСТ 4543-71

Wн - момент сопротивления не симметричного опасного сечения вала

Ми max - максимальный изгибающий момент

- 65МПа - допустимые напряжения на изгиб

Расчетная схема вала

3.8. Проверочный расчёт зубчатой передачи

Исходные данные и чертежа грохота [3 c.26]

Частота колебаний n = 900 1/мин

Амплитуда е = 5 мм

Мощность электродвигателя Nдв = 7 кВт

Угловая скорость = 94,2 с-1

Определяем мощность на дебалансном валу

, где

- КПД ремённой и зубчатой передачи [4 c.21]

Определяем крутящий момент на валу

Определяем модуль и число зубьев и колёс, учитывая что колёса не коррегированны, передаточное число U = 1, а межосевое расстояние aw=240мм

Задаваясь модулем m = 4 мм, определим что

Назначаем материал колёс сталь 40X, термическая обработка - улучшение. Для него допустимые контактные напряжения =441 МПа, напряжения изгиба =267 МПа.

Проверим зубья колёс на изгибную и контактную усталость

Изгибная усталость

[4 c.69] , где

КFB - коэффициент концентрации нагрузки [4 c.52] КFB = 1.04

КFV - коэффициент динамической нагрузки [4 c.69] КFV = 1.1, при окружной скорости

Ки - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона зуба на изгибную прочность [4 c.67 рис.4.7] Ки = 1

- коэффициент, учитывающий напряжение на зубьях [4 с.67] = 1

YF - коэффициент формы зубьев [4, табл.4.22] YF = 1,05

- коэффициент осевого перекрытия [4, табл.4. 20] = 3,28

Контактная усталость

[4 c.59] , где

Z = 310 - для прямозубых передач

[4 c.51]

Ширина колеса

[4 c.56]

3.8 Расчёт шпоночного соединения

Для соединения вала со шкивом и зубчатыми колёсами применяем соединение призматической шпонкой ГОСТ 23360-78. Призматические шпонки проверяют на сжатие при и на срез

Дебалансный вал d = 72 vv Мкр = 74Нм

- шпонка под шкив

, где

Мкр - момент передаваемый шпоночным соединением

d - диаметр вала

h - высота шпонки

lp - рабочая длинна шпонки

[5 c.144 рис.5.4] тогда

4. Допуски и посадки

Посадки с зазором:

Шкив на валу

Корпус подшипника в корпусе вибратора

Уплотнение на валу

Переходные посадки:

Вал - подшипник

Зубчатое колесо на валу

Посадка с натягом:

Подшипник в корпусе

Средний класс точности резьбового соединения М20 -

Грубый класс точности резьбового соединения

Неуказанные предельные отклонения размеров + t; - t;

5. Список использованных ГОСТов

1. ГОСТ 18498 - 73 Термины определения обозначения для зубчатых передач.

2. . ГОСТ 2185 - 66 Придаточные числа зубчатых передач.

3. ГОСТ 19672 - 74 Модули зубчатых передач.

4. ГОСТ 24705 - 81 Основные элементы метрических резьб общего назначения.

5. ГОСТ 24705 - 81 Метрическая резьба.

6. ГОСТ 7798 - 70 Длина болтов.

7. ГОСТ 5915 - 70 Размеры гаек шестигранных, нормальной точности.

8. ГОСТ 23360 78 Размеры шпонок призматических и пазов для них.

9. ГОСТ 1050 - 88 Сталь 40Х.

10. ГОСТ 2501 - 88 Складывание чертежей.

11. ГОСТ 2789 - 73 Шероховатость поверхностей.

6. Заключение

В процессе выполнения курсового проекта по расчету грохота самобалансного получены следующие результаты:

- потребляема мощность грохота Nгр=2,4 Квт

- мощность электродвигателя Nдв=7 Квт

- частота вращения вала электродвигателя n=900мин

- по этим данным выбран электродвигатель типа: 4А13254У3

- производительность грохота Q= 67,6 т/час

- передаточное отношение клиноременной передачи i=1,5

- произведен проверочный расчет зубчатой передачи

- подобраны шпонки 20х12х70 которая обеспечивает запас прочности на орез и смятие

Основные требования, предъявляемых к рассчитываемой машине; высокая производительность, надежность, технологичность, минимальные габариты и масса выполнены.

Список литературы

1. Чернявский С.А., Кузнецов Б.С. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие для вузов - 5-е изд. перериб. и доп. - М.: Химия 1984 - 560 с. ил.

2. Сиденко П.М. Изменение в хим. промышленности. - М.: Химия 1977 - 368 с. ил.

3. Чернилевсий Д.В. Детали машин и механизмов. Учебное пособие - 2-е изд. перероб. и доп. - К.: Выща шк. Головное изд-во 1987г. - 328 с.

4. Батурин А.Т. Цецкович Г.М. Панич.Б. Б. Чернин П.М. Детали машин - 6-е изд. машиностроение - М: 1971 - 467 с.