2  Вал шнека; 3  сито; 4  отжимной шнек; 5  цилиндрическое

сито; 6  регулировочное приспособление; 7  отверстие для выгрузки жома; 8  коническое сито; 9  штуцер; 10  отверстие для удаления воды; 11  дополнительная поверхность фильтрования; 12  штуцер для отвода воды

Рассмотрим силы, действующие на нагнетательный шнек (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Схема к определению нагрузок, действующих на шнек: а – давление по длине шнека; б – силы, действующие на виток шнека (R= 0,5D – наружный радиус шнека, r – радиус вала шнека, м; Н – шаг витков шнека, м; α – угол подъема шнека, отнесенный к среднему диаметру, град)

Тогда распределенные нагрузки шнека можно определить по формулам:

(3.4)

где – максимальное нормальное давление на винтовую поверхность, действующее в последнем витке шнека, МПа; – нормальное давление на винтовую поверхность шнека, МПа; x – расстояние, на котором действует сила , м; L – длина развертки витка шнека, м; , , – составляющие нормального давления , действующие соответственно по оси X, Y, Z, МПа; – интенсивность осевой нагрузки , МПа м; , – интенсивность распределенной по длине шнека поперечной нагрузки, действующей соответственно в плоскости YX и ZX, МПа м; – интенсивность распределенного крутящего момента, МПа м²; , – интенсивность распределенного изгибающего момента относительно соответственно оси Z и Y, МПа м²; R – наружный радиус шнека, м; r – радиус вала шнека, м; Н – шаг витков шнека, м; α – угол подъема шнека, отнесенный к среднему диаметру, град.

Перечисленные нагрузки уравновешиваются реакциями на опорах шнека и крутящим моментом приводного вала. Суммарное осевое усилие S и крутящий момент М_кр при известном максимальном давлении p_max ориентировочно равны:

, (3.5)

и

, (3.6)

где n – число рабочих витков шнека.

Зная S и М_кр, находят нормальное и касательное напряжения:

и , (3.7)

где F – площадь поперечного сечения вала шнека, м²; W_p – полярный момент сопротивления сечения вала, W_p=0.4r³, м³.

Тогда запас прочности шнека равен

, (3.8)

где – предел текучести материала шнека, МПа.

Последний виток шнека должен быть рассчитан на прочность. С небольшим допущением виток шнека можно рассматривать как кольцевую пластинку, защемленную по внутреннему контуру в теле вала шнека и нагруженную равномерно распределенным давлением p_max [14, 26].

В этом случае толщина витка шнека

, (3.9)

где – допускаемое напряжение при изгибе материала шнека, МПа; М_и – максимальный изгибающий момент в витке шнека, Н м.

, (3.10)

где а=R/r.

§ 2. Расчетно-проектная работа № 1. Расчет барабана сушилки на прочность

Цель работы: приобретение практических навыков расчета корпуса барабанной сушилки на прочность и жесткость.

З а д а н и е: произвести расчет барабана (рис.3.1) сушилки на прочность и жесткость, если заданы: наружный диаметр барабана D_н, мм; длина барабана L, мм; l₁ мм; l₂ мм; коэффициент заполнения барабана ψ, насыпная плотность обрабатываемого материала ρ_м, кг/м³; масса корпуса барабана с насадкой m_к, кг; нагрузка от венцовой шестерни Q_в, Н; материал барабана Ст 3, допускаемое напряжение [σ]=10 МПа; барабан не футерован, модуль упругости материала корпуса E=1,87 10⁵ МПа.

Методика расчета

Расчет барабана на прочность. Толщина стенки барабана, мм,

, (3.11)

Округляем полученное значение S_б до ближайшего размера, рекомендуемого действующим стандартом.

Внутренний диаметр барабана, мм,

(3.12)

Масса обрабатываемого материала, находящегося в сушилке, кг,

. (3.13)

Суммарная масса барабана и материала, кг,

. (3.14)

Линейная нагрузка, Н/м,

. (3.15)

Реакции опор от действия q и Q_в (рис. 3.4)

. (3.16)

Рис. 3.4. Распределение нагрузок на барабан

Максимальный изгибающий момент, действующий на барабан, находящийся на двух опорах,

. (3.17)

Момент сопротивления сечения барабана, м³ ,

. (3.18)

_{Напряжение в корпусе барабана, МПа,}

. (3.19)

Расчет барабана на жесткость. Суммарный максимальный прогиб от действующих нагрузок

. (3.20)

где – линейная нагрузка от массы обрабатываемого материала, Н/м; – линейная нагрузка от массы барабана, Н/м; – момент инерции единичного кольца барабана, м³; Е – модуль упругости материала корпуса, Па.

Относительный прогиб

, (3.21)

где – допускаемый прогиб нефутерованного барабана.

Если , то условие жесткости выполнено.

Порядок оформления отчета: Отчет о расчетно-проектной работе выполняется в соответствии с требованиями, изложенными в и включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– теоретическую часть, в которой указываются назначение и устройство барабанной сушилки, особенности методики расчета на прочность и жесткость барабана;

– расчетную часть, в которой приводится расчет барабана сушилки на прочность и жесткость по предлагаемому варианту (табл. 3.1);

– графическую часть, содержащую чертеж общего вида барабанной сушилки и спецификацию к нему.