Материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц валковых дробилок.
Станина (рама), защитные кожухи Ст3;
Валы валков, валы промежуточной передачи Сталь 45, Сталь 45Х;
Ступицы валков Чугун СЧ15, СЧ18,
Сталь30Л;
Бандажи, зубья Сталь 119ГЛ или
легированные
стали или легированные
чугуны
с идентичной
износостойкостью;
Корпуса подшипников скольжения и вкладыши Чугун СЧ18 с заливкой
вкладышей баббитом Б-16;
Шкивы Чугун СЧ15, СЧ18;
Спиральные пружины Сталь 60С.
Технические характеристики валковых дробилок по данным заводов-изготовителей приведены в табл.10.
Таблица 10
Основные расчеты валковых дробилок.
Определение угла захвата α.
Известно, что щековые, конусные, валковые дробилки и бегуны имеют различные по форме и траектории движения рабочие органы, но силовое взаимодействие между ними и дробимым материалом одинаково, поскольку все они разрушают этот материал путем сжатия.
Условие захвата валками дробимого материала: силы выталкивания Рвыталк дробимого материала не должны превышать силы трения материала о валки.
Проекция сил выталкивания на вертикаль:
Рвыталк=2∙Р∙sin(α/2), где Р – сила дробления, α – угол захвата.
Проекция сил трения на вертикаль: 2∙f∙Р ∙cos(α./2), где f – коэффициент внешнего трения дробимого материала о валки.
Условие захвата: 2∙Р∙sin(α/2)≤ 2∙f∙Р ∙cos(α./2),
,
тогда 2φ≥α, т.е. угол захвата α не должен быть больше двойного угла внутреннего трения дробимого материала.
Определение диаметра валка D.
Диаметр валка D находят из геометрических соображений: полагая, что начальный диаметр куска дробимого материала dн известен, а ширина выпускной щели между валками равна диаметру кусков измельченного материала dк, из прямоугольного треугольника АВС получим:
(D/2 + dн/2)·cos(α./2) = D/2 + dк/2 , (D + dн)· cos(α./2) = D + dк .
Делим левую и правую часть уравнения на dн, получаем:
(D/dн + 1) ·cos(α./2) = D/dн + dк/dн ;
D/dн· cos(α./2) + cos(α./2) = D/dн + 1/i, где dк/dн = 1/i, тогда:
D/dн· cos(α./2) - D/dн = 1/i - cos(α./2); D/dн·[ cos(α./2) – 1] = 1/i - cos(α./2);
D/dн = [1/i - cos(α./2)] / [cos(α./2) - 1] =
= [cos(α./2)- 1/i] / [1 - cos(α./2)] .
На практике имеем: i≈4; α/2=φ≈15°. При этих условиях 1/i≈0,25,
для гладких валков D/dн≈17÷20;
для рифленых валков D/dн≈10÷12;
для зубчатых валков D/dн≈2÷4.
Примечание: в зубчатых и рифленых валках захват кусков осуществляется не за счет трения, а затягиванием.
Для дробилок с гладкими и рифлеными валками длину валков L принимают L=(0,2÷0,5)D – при измельчении твердых материалов;
L=0,2D – при измельчении мягких материалов.
Эти соотношения обусловлены значительными перегрузками элементов дробилки при возникновении неравномерной подачи дробимого материала в зазор между валками по их длине.
Определение числа оборотов валков n[об/сек].
Частота вращения валков валковых дробилок не должна превышать некоторого значения, при котором создаются неустойчивые условия захвата материала. Эти неустойчивые условия возникают при отбрасывании материала от валков под действием центробежных сил. На основании проведенных экспериментальных исследований Л.Б. Левенсон рекомендует эмпирическую формулу:
где f – коэффициент внешнего трения материала о валок;
ρ– плотность материала [кг/м³].
На практике окружная скорость валков V≈3÷6[м/сек].
Определение производительности валковой дробилки.
Производительность рассчитывают в предположении, что из выпускной щели выходит непрерывная “лента” измельченного материала толщиной dк и шириной, равной рабочей (эффективной) длине валка Lp≈0,9L, где L – геометрическая длина валка.
Определим: объем V [м³] материала, покидающего дробилку при одном обороте валков: V=π∙D∙Lp∙dк;
Производительность Q:
Q = V·n = 1,25·π·D·Lp·dk·ρ·n·µ ,
где μ – коэффициент разрыхления (для прочных материалов μ=0,2÷0,3; для пластичных материалов μ=0,4÷0,6);
1,25 – коэффициент, учитывающий возможное расхождение валков из-за деформации предохранительных пружин.
Определение усилия дробления, действующего на валки.
Усилие дробления
Р, действующее на валки, зависит от
площади дуги контакта валка с дробимым
материалом F=Lp∙ℓ;
где ℓ– длина дуги контакта, ℓ=α∙D/4
[м] и пределом прочности материала σсж
[МПа]. ℓ рассчитывается из условия:
периметр окружности валка π∙D
соответствует 2π радиан, а ℓ соответствует
радиан из пропорции:
С учетом коэффициента разрыхленности μ, усилие дробления Р:
Р = σсж·F·µ = 1/4· σсж · α ·D·Lp· µ = 0,25· σсж · α ·D·Lp· µ.
Суммарное усилие пружин Ро = (1,2÷1,3)∙Р, по этому усилию рассчитывают на прочность валы, опоры, тяги и пружины. Это усилие замыкается в большинстве конструкций валковых дробилок через раму или станину.
Определение мощности привода валковых дробилок по методу В.А. Баумана.
Мощность двигателя Nдв определяется энергетическими затратами на дробление материала Nдр и энергетическими затратами на преодоление сил трения в подшипниках машины Nтр, т.е. с учетом общего КПД η получаем:
Мощность дробления Nдр равна мощности сил трения материала о валки:
Nдр = P·f ·υокр , где υокр = π·D·n; n-число оборотов [об/сек];
Р – усилие дробления; f – коэффициент трения материала о валок.
Суммарная мощность сил трения в подшипниках:
Nтр = R·f ·υокр 1 ,
где R – реакция в опорах подшипников,
Gв – вес валка;
f1 – приведенный коэффициент трения в подшипниках.
Vокр 1 = π∙dп∙n – окружная скорость вала в подшипнике, dп – диаметр вала в подшипнике.
Подставляя в формулу Nдв значения Nдр и Nтр, получаем:
