Строительные машины и оборудование

Расчет нагрузок в элементах конструкции щековых дробилок

Прочностный расчет щековых дробилок сводится к определению действующих в деталях машины напряжений и сравнению их с допускаемыми напряжениями для материала этих деталей.

При расчете на прочность необходимо определить действую­щие в элементах машины нагрузки (величину, направление и характер действия) на основании известной мощности электродви­гателя привода дробилки или известного усилия дробления (сум­марной нагрузки на дробящую плиту). У большинства строитель­ных машин (в том числе и у щековых дробилок) усилия, дейст­вующие в деталях машин, изменяются по величине, что влечет за собой возникновение переменных во времени напряжений. Изве­стно, нто в условиях многократного действия переменных на­пряжений детали машин разрушаются при напряжениях, мень­ших не только предела прочности их материала (ав), но и часто меньших предела текучести (ат). Свойство металлов разрушать­ся под действием переменных напряжений через определенный промежуток времени называют усталостью металлов, а предель - 30

Таблица 2.1. Определение пределов выносливости для симметричного и пульсирующего циклов нагружения

Предел выносливости для циклов

Материал

Внд деформации

Симметричного

Пульсирующего

Сталь углероди­стая 4-2014

Изгиб

Растижеиие-сжатие Кручение

O_j = 0,43ів 1_ьр = 0,3зв Tj = 0,25ів

О0 = 0,65і„ «,.Р=0,45.в

VK ~ 0,35Jb

Сталь легиро­ванная

Изгиб

Растяжение-сжатие Кручение

E_j - 0,5eB в_, . = 0,3ів = 0,3ав

Io = 0,85Ib ®о, р = 0,45ов to, к = 0,45ів

Чугун серый

Изгиб

Растяжение-сжатие Кручение

== 0,45зв »-1,р = 0,25ов т _ | = 0,35і„

С0 = 0,65ів ®о, сж= 0,55ів ^о, к = 0,5ов

Примечание. Допускаемые напряжения [а] илн [т] определяются по формуле [а[=а^/й, где а — предел! иое напряжение для различных видов нагружения: п — коэффициент запаса.

Ное напряжение, которое деталь выдерживает без разрушения заданное число циклов, — пределом выносливости. Величина пре­дела выносливости для каждой марки металла определяется пу­тем непосредственных испытаний образцов этих металлов на вы­носливость или по эмпирическим зависимостям. В табл. 2.1 приве­дены зависимости, по которым определяют пределы выносливости для симметричного и пульсирующего циклов.

Одним из методов определения коэффициента запаса являет­ся метод частных коэффициентов или дифференцирование. Сущ­ность его заключается в том, что коэффициент запаса определя­ют как произведение ряда коэффициентов:

П=КІК2КЗКІКЬ,

Где Кі — коэффициент, учитывающий отношение (Тт/(Тв материала детали:

Чт/ав ... 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 Кх.... 1,12 1,2 1,28 1,36 1,4

Кг — коэффициент, учитывающий точность расчета. При высокой точности расчета /(2= 1. Если расчет приводит к заведомо зани­женным напряжениям, то /Є2>II и в этом случае можно реко­мендовать .К2 = 1,1 ... 1,2; Кз — коэффициент, учитывающий дина­мику нагрузки (табл. 2.2); Кь — коэффициент концентрации на­пряжений.

При переменных во времени нагружениях детали концентра­ция напряжений (как правило) понижает прочность деталей.

При расчете деталей строительных машин К^К/К/'К/", где К/ — коэффициент, учитывающий состояние поверхности детали;

Таблица 2.2. Определение значений коэффициента динамики

Машина

Характер работы

Значение К,

Токарные станки, вентиля­

С наибольшими толчками малой часто­

1,05

Торы

Ты и малой вибрацией

1,08

Поршневые машины

С толчками большой частоты и вибра­

Компрессоры, продольно-

Цией

1,12

Со значительными толчками и ударами

Строгальные станки

1,17

Лесопильные рамы

С резко меняющейся, неравномерной

Прокатные станы, землерой­

Нагрузкой

1,25

С резкими толчками и ударами

Ные машины, дробилки

/С4'=1+аа_і, а — показатель качества поверхности, a_i — предел выносливости при симметричном цикле, кг/мм2.

TOC o "1-3" h z Качество поверхности а

Полированная............................................................................... 0,000

Шлифованная............................................................................ 0,004

Обработанная резцом:

Чистовым.......................................................................... 0,006

Обдирочным...................................................................... 0,01

После ковки, проката, литья..................................................... 0,015

С коррозией.............................................................................. 0,02

К" — коэффициент, учитывающий радиусы закругления т при переходе одной поверхности детали в другую (при г/б=0,25 Кл"= 1,3; при г/б=0,3 Кі"=1,1, где S —толщина детали); Kt" — коэффициент, учитывающий влияние наложенных сварных швов на расчетное сечение детали.

Расчетное сечение основного материала К'4"

Вдали от сварных швов................................................................................................... 1,0

В точке перехода к стыковому или лобовому шву (шов обработан шлифоваль­ным кругом) 1,0

То же (шов обработан методом строгания)....................................................................... 1,1

В точке перехода к стыковому шву (без механической обработки последнего)........... 1,4 В точке перехода к лобовому шву (без обработки, но с плавным закруглени­ем при ручной сварке) ................................................................................. 2,0

Къ — коэффициент, учитывающий работу деталей в условиях вы­соких температур; Кь = оТ1ап, где оП—предел ползучести мате­риала. Ориентировочно значения коэффициента Ks принимаются по данным табл.' 2.3. Для инженерных расчетов деталей из чугуна и легких сплавов рекомендуется принимать п=3 ... 3,5.

Прочностной расчет деталей дробилки с простым качанием щеки выполняется исходя из известной мощности электродвига­теля привода машины. Схемы усилий, действующих в элементах дробилки, приведены на рис. 2.8.

Расчет шатуна. При движении шатуна от точки А к точке А' (по часовой стрелке) (рис. 2.8,а) в нем возникает растягива-

Таблица 2.3. Определение значений температурного коэффициента Kf

Материал

Температура, °С

Kt

Сталь марок от Ст1 до Стб Стальное литье

^ со ^ со о о о о о о оо. . со. . со. . О. • о. . о • • о

Слф. СЛ >0.

О о о о оо о о

1,0 1,6...2,2 2,2...4,3 1,0 1,2...1,8 1,8...2,9

Расчет нагрузок в элементах конструкции щековых дробилок

Качанием щеки:

А — общая схема; б — инерционные силы, действующие иа шатун; в — силы, действующие в распорных плитах; г —то же, в подвижной щеке; д — то же, в станине; е —углы поворота при деформации стенок станины

3—6258

Ющее усилие Pt, изменяющееся по линейному закону от О до Ртах - Исходным параметром для определения Pt является мощ­ность приводного двигателя. При этом работа, совершаемая элек­тродвигателем за один оборот приводного вала, должна равнять­ся работе, совершаемой за это же время шатуном. Среднее зна­чение усилия Pt за один оборот вала

Р ср = (0-|-Pmax)/2 = Pmax/2.

Следовательно,

A==N/a=PcP2r=Pmaxr,

Где N — мощность двигателя, Вт; ©—угловая скорость привод­ного вала, рад/с; г — эксцентриситет приводного вала, м; Рщах— наибольшее усилие в шатуне за один оборот приводного вала, Н.

Учитывая возможные перегрузки и динамику процесса из­мельчения, вводится коэффициент превышения номинальной на­грузки, равный 1,5, Т. е. Ррасч= l,5Pmax.

Напряжение в шатуне от действия растягивающих нагрузок (МПа)

0=Ррасч/ (2.7)

Где S —площадь поперечного сечения шатуна, м2; [а] Р —допу­скаемое напряжение материала шатуна на растяжение, МПа.

Кроме растягивающих усилий при движении шатуна от его качания возникают инерционные силы, вызывающие изгибающие усилия. Для их определения применяется упрощенный метод рас­чета со следующими допущениями: 1) масса шатуна распреде­лена равномерно по его длине; 2)" наибольшее значение изгиба­ющих нагрузок в шатуне возникает при расположении его пер­пендикулярно эксцентриковой части приводного вала; 3)' значе­ния ускорений точек шатуна изменяются вдоль длины по линей­ному закону. При этих допущениях расчет шатуна сводится к расчету двухопорной балки, нагруженной распределенной на­грузкой (рис. 2.8,6).

Угловое ускорение точки А шатуна /а = гсо2, а сила инерции в этой точке PitA=mi№2—Gm2/(glm), где mi — единичная масса шатуна, т. е. масса, приходящаяся на единицу его длины, кг/м; G — сила тяжести шатуна, Н; 1Ш — длина іпатуна, м; ю — угло­вая скорость шатуна в точке А, рад/с.

Равнодействующая сил инерции (Н) Яі=Рі, аіші2= = G/(2gm2). При инерционной нагрузке, распределенной по за­кону треугольника, наибольший изгибающий момент ЛГтах (Н-м)" будет в сечении, отстоящем от точки В на расстоянии z = = 0,577/ш:

Afmax = 0,!128/Wm. (2.8J

' Подставляя в формулу (2.8) значение Rt, получим

Мтах=0,064' ~ (2.9)

Суммарное напряжение, возникающее в опасном сечении шатуна (МПа),

O=Ppac4/S±M max iw, (2.10)

Где W — момент сопротивления поперечного сечения шатуна, м3.

Расчет распорных плит производится по наибольшему значе­нию сжимающего усилия Ттах и изгибающему моменту М, воз­никающему от внецентреиного приложения этой силы (рис. 2.8,в) при изменении положения опорных поверхностей сухарей или при износе распорных плит и сухарей. Сила (Н), возникающая в распорной плите при расположении шатуна в точке А' (рис. 2.8,а),

7,max = jPmax/t(2cOS Р),

Где р —угол между шатуном и распорной плитой (|3==80 ... 88°).

Напряжение в распорной плите (МПа)

О= Tma*lS±Tmaxa/WsS [а],

Где S — площадь расчетного сечения распорной плиты, м2; a — расстояние от продольной оси распорной плиты до линии дейст­вия силы Ушах, м; W — момент сопротивления сечения плиты, м3.

При использовании распорной плиты только как кинематиче­ского элемента машины она рассчитывается на выносливость в условиях пульсирующего цикла нагружения; если же она до­полнительно играет роль предохранительного устройства, расчет производится на предельную прочность материала. В первом слу­чае [а]=ао/я; во втором — [ст]=ств/и (сто — предел выносливо­сти материала плиты при пульсирующем цикле нагрузки; ств — предел прочности на изгиб; « — коэффициент запаса прочности)'.

Расчет подвижной щеки. Усилие Ттах, передаваемое распор­ной плитой подвижной щеке, можно разложить на две состав­ляющие (Н): Ті — нормальную к поверхности щеки и Т2, дей­ствующую вдоль щеки (рис. 2.8,г) : Ті = Tmaxcosy, Т2 = Tmax sin у, где у= (90—б) — (90—а) =а—б. Усилие дробления Q(H) опреде­ляется из условия равновесия системы действующих на щеку сил относительно точки С ее подвеса SAfc=Q^i—7'iZ.=0, где h — расстояние от точки приложения силы Q до точки С, м; L — дли­на подвижной щеки от точки С до точки соединения с распор­ной плитой, м. Отсюда Q = TiL/h = Tmayicos (a—8)L/h.

Суммарное напряжение в щеке (МПа)

CT=AfH/W±7yS<[CT], (2. Ill J

Где Мн — изгибающий момент в опасном сечении щеки, Н-м; W — момент сопротивления сечения щеки, м3; S — площадь по­перечного сечения щеки, м2.

Расчет станины. При работе дробилки поперечные стенки станины воспринимают нагрузки от дробящих щек, которые рав­ны по величине и приложены сосредоточенно (рис. 2.8,5)'. При 3* 35
упрощенном расчете станина рассматривается как упругая сим­метрично нагруженная рама прямоугольной формы, в жестких углах которой при изгибе возникают опорные моменты М0. Попе­речные стенки станины рассматриваются как балки на двух опо­рах, нагруженные силой Q и статически неопределимым моментом Мо. Продольные стенки станины рассматриваются как балки, на­груженные на концах моментом М0. Благодаря жесткости соедине­ния при изгибе стенок их углы поворотов 01 и Э2 (рис. 2.8,е) будут одинаковы, причем каждый из них равен опорной реакции от фиктивной нагрузки стенки, площади эпюры моментов, деленной на жесткость стенки (EJ).

Для поперечной стенки фиктивная нагрузка

QIb*

-MJ,

-MJ3

Qt3 і.


Опорная реакция от Fa RA = Fa/2=Ql32 /16—M0l3/2. Угол поворота (град) Qi=RA/(EJ1) = Qh2/(16EJ1)—M0hl(2EJ1). Для продольных стенок станины FB=M0U', Rb=MoU/2; 02 = —MqU/(2EJ2). Приравняв значения 0i и Q/з2/ (6EJi) —Molz/(2EJi)=MoU/(2EJ2). Откуда

= ------------- 1----- . (2.12)

8 f3 + Wi

Наибольший изгибающий момент в поперечной стенке (Н-м)

M„ar. max=Q/3/4—М0. (2.13) Напряжение в поперечной стенке (Па)

От Г = Л1 изг. шах (2.14)

Напряжение в продольной стенке (Па) a^Mo/Wa+Q/^Xta]. (2.15)

В приведенных формулах /3 и U — дли­ны поперечной и продольной стенок ста­нины соответственно, м; } и /2 — моменты инерции поперечной и продольной стенок соответственно, м4; Wi и W2 — моменты со­противления поперечной и продольной сте­нок, соответственно, м3.

Расчет маховиков заключается в опре­делении их суммарной массы т (кг) и диа­метра D (м) исходя из заданных значений неравномерности вращения маховиков б (обычно 6 = 0,015... 0,035). Во время холо­стого хода подвижной щеки происходит на-

Рис. 2.9. Схема к проч - растание угловой скорости маховиков с ностному расчету дро-

02, получим момент (Н-м)

Расчет нагрузок в элементах конструкции щековых дробилок

Билки СО СЛОЖНЫМ кача - ®mln ДО ©max И НакОПЛЄНИЄ ИХ КИНЄТИЧЄСКОИ нием щеки энергии, а во время рабочего хода накоп­
ленная энергия маховиков совместно с энергией двигателя расхо­дуются на дробление материала, при этом угловая скорость махо­виков снижается С Ютах ДО CЈ>min-

Энергия (Дж), накапливаем, ая маховиками за период холосто­го хода, 3„=/м('©2тах—ю2тіп)/2, где /м — момент инерции масс ма­ховиков, кг-м2. Приняв энергию, накопленную маховиками, равной половине работы дробления, т - е. Зм=Лдр/2, можно определить значение момента инерции масс маховиков по формуле /м= = Лдр/(©2тах—C02mln), кг-м2. При известной мощности двигателя дробилки N работа дробления (Дж) за один оборот вала A=Nr/ti, где г) — КПД дробилки; п — частота вращения приводного вала, об/с..Тогда

/м=Мі/(ю2тах—®2min)«. (2.16)

Проведя преобразования в формуле (2.36) и учтя, что 6=

= (Wmax—(t»min)/(Ocp И Юср = (tOmax + Wmin)/2, ПОЛучИМ

Зи=Ыц/ (2са2србл).

Зная, что JM=mD2/4 и а>ср=2згя, находим массу маховиков (кг):

Т=Мц/ (2n2D2n36). (2.17)

Диаметром маховиков можно задаться предварительно, с тем чтобы окружная скорость обода маховиков не превышала 25... ... 30 м/с. Значение т] для щековых дробилок равно 0,65 ... 0,85.

Прочностной расчет деталей дробилок со сложным качанием щеки основывается на нахождении усилия дробления Q (равно­действующей сил дробления), после чего на основании схемы действующих в машине усилий (рис. 2.9) находятся напряжения в отдельных деталях дробилки. На основании результатов экс­периментальных исследований (Б. В. Клушанцев) процесса из­мельчения в щековых дробилках усилие (мН)

Q=/(jt2aPSflP/8,

Где /( — коэффициент, учитывающий разрыхление и одновремен­ность разрушения кусков за одно качание щеки (/(=0,3); ар — предел прочности измельчаемого материала на растяжение, МПа (ар=6 ... 7 МПа); Sflp — активная площадь дробящей плиты (участвующей в измельчении материала), м2.

Выражение А'я2(Тр/8 представляет собой удельную нагрузку на дробящую плиту (МПа), и при дроблении материала с пре­делом прочности (тв=300 МПа оно равно 2,7 МПа. Учитывая возможность перегрузок и динамичность процесса, расчетное уси­лие дробления QPac4=l,5Q^1,5 • 2,75др=4,055др, где 5ДР опреде­ляется как произведение высоты дробящей плиты, по которой расположены куски материала, на ее длину.

Кроме усилия Q на подвижную щеку действуют силы Р — в точке А подвеса щеки на приводном валу и Г —в точке В со­единения щеки с распорной плитой. Эти силы раскладываются на составляющие Рі и Ті, нормальные к поверхности щеки, и Рг и Т2, действующие вдоль нее. Значения Рі и Ті определяются из условия равновесия системы действующих на щеку сил отно­сительно точек А и В: 2Мл = 0; TiL = Qlu откуда Ti=Qli/L, 2МВ = 0; PL=Qh Pi = Qh/L, где k и h — расстояние от точки приложения силы Q до точек Л и Б соответственно, м. Состав­ляющая Т2, численно равная Р2, определяется по зависимости

Где у—угол между подвижной щекой и распорной плитой, град.

Усилие, действующее в распорной плите,

T=Trll/cosy=Ql1/(Lcosy). (2.18)

Усилие, действующее на приводной вал и его подшипники,

Р = J/7V + 1П; + I* tg2 у. (2.19)

Напряжения в подвижной щеке, работающей на изгиб от дей­ствия усилия tQ, и в распорной плите, работающей на сжатие и продольный изгиб от действия усилия Т, рассчитываются анало­гично выше описанной методике для дробилок с простым кача­нием щеки.

Эксцентриковый вал дробилки подвергается изгибу и круче­нию. Напряжения изгиба и кручения определяются на основании построенных эпюр изгибающего (Л1изг) и крутящего (Мкр) мо­ментов и диаметра вала (d) в опасном сечении: анзг= =AW/(0,ld3) и т=AW(0,2d3).

Строительные машины и оборудование

Наша организация, помимо оказания такой популярной услуги, как передача в аренду автотехники для строительства, дополнительно специализируется на осуществлении

Наша организация, помимо оказания такой популярной услуги, как передача в аренду автотехники для строительства, дополнительно специализируется на осуществлении Строительная спецтехника – главный аспект выручки строительных организаций, так как за счет …

Щековая дробилка 4 тонны в час

Дробилка щековая ДЩ-4000 Оборудование для измельчения камней, скомканных сыпучих, щебня. Предназначение: Дробилка предназначена для дробленият оходов строительства, камней, мрамора, углей, окаменевших сыпучих материалов, кирпичей и т.д. на фракции от 10 …

Калибратор — рассев сыпучих

Рассев 3х ярусный Р-4ф Оборудование для рассева сыпучих на 4 фракции Принцип работы Рассева р-4ф Куски сыпучих материалов размерами до 10 мм засыпаются в верхнее приемное отделение и после обработки …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.