Учебное пособие 2244

C⁄Q=108∙104⁄302740,5=3,56.

При частоте вращения дебалансного вала 970 мин-1 значение долговечности подшипника L = 1600 ч. Из расчета видно, что долговечность подшипников при n = 970 мин-1 мала. Для увеличения L необходимо уменьшить массу дебалансов. В данном случае нужно снять сменные грузы. Другой способ увеличения L – уменьшить частоту вращения (в рассматриваемомварианте до n = 750 мин-1).

1.10.2. Расчет эксцентрикового грохота

Механика эксцентриковых гирационных грохотов очень близка к виброгрохотам с круговыми колебаниями. Принципиальным отличием является то, что в эксцентриковых грохотах амплитуда колебаний задается жесткими кинематическими связями, т.е. она постоянна и равна радиусу эксцентриситета вала независимо от условий его нагружения.

Другая положительная особенность этих грохотов − возможность в значительной степени или полностью уравновесить инерционные силы колеблющегося грохота (без нагрузки).

Наиболеепростоэтообеспечиваетсяустановкойпротивовесов(дебалансов)наего валу, которые создают противоположные по направлению инерционным нагрузкам от коробаиравныеимповеличинецентробежныесилыинерции,т.е.используютусловие

MКГ = myR,

откуда необходимая уравновешенная масса ту, кг, дебаланса с расстоянием R до центра тяжести от оси вращение вала

my MКГ / R,

где MКГ – масса короба грохота.

Эта зависимость является приближенной, поэтому для возможности корректировки уравновешивающей силы конструктивно узел уравновешивания решают так, чтобы можно было варьировать радиусом R.

Расчет вала. Вал эксцентрикового грохота – наиболее нагруженная деталь и изготавливается из качественных сталей. На рис. 44 представлена расчетная схема вала. Наибольшая нагрузка на вал – при нижнем положении короба грохота, когда подшипники воспринимают нагрузку от сил инерции и тяжести короба, направленных вниз. Вал рассчитывается на суммарное воздействие изгибающих нагрузок и крутящего момента Мкр и проверяется расчетом на выносливость. Методика расчета вала и других элементов аналогична той, которая использовалась при расчете инерционного грохота. В данном случае необходимо учесть еще и нагрузку на вал от натяженияремней клиноременнойпередачиQ.

Расчет мощности двигателя. В эксцентриковых грохотах при установившемся режиме работы, поскольку обеспечена их уравновешенность, мощность расходуется в основном на поддержание колебаний на преодоление тре-

90

ния в подшипниках (если не учитывать еще потери сопротивления о воздух и другие диссипативные сопротивления).

Рис. 44. Расчетная схема вала эксцентрикового грохота[5]

Подшипники подвески грохота нагружены силами тяжести короба, сит и материала на них, а также инерционной силой Ри от этих сил.

Сила трения, возникающая в подшипниках от действия указанных нагрузок, равна, Н,

F f G f Gω2r ,

где G – сила тяжести короба с ситами и материала на них, Н; f – коэффициент трения качения в подшипниках;

ω – угловая скорость эксцентрикового вала, рад/с; r – эксцентриситет вала, м.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипниках подвески, рассчитывается по формуле, кВт,

Мощность, затрачиваемая в коренных подшипниках, нагруженных силами тяжести короба и вала со всеми установленными на нем вращающимися деталями, равна, кВт,

91

В приведенных формулах:

G0 – сила тяжести всех деталей и материала, действующая на коренные подшипники;

r1, r2 – радиусы беговых дорожек внутренних колец подшипников, м;

n – КПД привода.

Все расчеты для эксцентрикового грохота осуществляются так же, как и для инерционного.

Контрольные вопросы

1.В ч м состоит рабочий процесс сортировки и какие технологические параметры его являются основными?

2.В ч м состоит различие кинематических схем эксцентрикового и инерционного грохотов?

3.От какихпараметровзависитпроизводительность вибрационногогрохота?

4.Как определяется статический момент дебалансов вибратора, которые выполнены в виде двух секторов, один из которых жестко закреплен на валу, а второй – может поворачиваться?

5.Какие технологические параметры грохота используются в формулах для определения мощности электродвигателей привода?

6.Какая зависимость существует между возмущающей силой вибраторов, вибрируемой массой, амплитудой колебаний и угловой скоростью вала?

7.Какая должна быть собственная частота колебаний виброгрохотов на опорных пружинах для обеспечения надежности виброизоляции?

8.Как рассчитывается долговечность работы подшипников качения при вибрационном нагружении и какие посадки рекомендуются при этом для внутреннего и наружного колец подшипника?

9.В ч м заключаются конструктивные особенности барабанных грохотов? Какие функции выполняют пружины вибратора?

10.Какие факторы учитываются при выводе формулы для определения производительности барабанного грохота?

11.Как определяется ж сткость пружин грохота при известных значениях вибрируемой массы и частоты колебаний короба?

12.Как определяется эффективность грохочения?

13.Какие типы просеивающих поверхностей используются в вибрационных грохотах?

14.Что означает время выбега при запуске грохота?

15.На какие типы опор могут устанавливаться грохоты?

92

2. Машины и оборудование для гидравлической классификации и оборудования строительных материалов

2.1. Общие сведения о процессе гидроклассификации

Значительное влияние на прочность и долговечность бетонных изделий оказывает качество заполнителей, в частности мелкого заполнителя – песка. Установлено, что использование чистого песка оптимального зернового состава не только повышает прочность и долговечность бетона, но и экономит 20 % цемента.

Природные пески чаще всего неоднородны по составу, содержат посторонние примеси и поэтому не могут быть использованы в качестве заполнителя бетона без предварительного обогащения. Подлежащей обогащению исходный материал обычно разделяют на две, три и более фракции в зависимости от требований и готовой песчаной смеси, а затем полученные фракции смешивают в определенных пропорциях, чтобы получить конечный продукт с желаемым зерновым составом.

Классификация мелкозернистых материалов, таких как строительный песок, на ситах становится нерациональной. Мелкие сита весьма быстро изнашиваются, а производительность процесса с уменьшением размеров отверстий сит резко падает. Поэтому для классификации мелкозернистых материалов применяют аппараты бесситовой классификации – гидравлические классификаторы.

Разделение на фракции строительных песков естественной влажности (4 – 7 %) почти всегда нарушает механическую связь между отдельными мелкими зернами вследствие присутствия в материале глинистых включений. Для диcпергации и удаления глины необходима промывка материала в воде. А поскольку вода может быть использована и как среда для разделения на фракции, то, как показала практика, наиболее экономичным и эффективным методом обогащения песков является гидравлическая классификации.

Гидравлической классификацией называют процесс разделения минеральных зерен в жидкости по скоростям их падения.

Крупность материала, подвергаемого гидравлической классификации, как правило, не превышает 5,0 мм. Процесс классификации может происходить в вертикальных и горизонтальных струях воды.

В классификационных аппаратах и машинах различного рода процесс разделения происходит под действием сил тяжести или центробежных сил. Для такого оборудования характерно использование физических свойств материала при осуществлении процесса классификации.

По конструктивному исполнению и характеру движения гидросмеси гидравлические классификаторы разделяют на аппараты горизонтального и вертикального типа, а по принципу действия на гидроклассификаторы свободного и стесненного падения.

93

К группе классификаторов относят также спиральные и реечные классификаторы, в которых используется механическое воздействие рабочего органа на материал в процессе разделения его на фракции.

Особую подгруппу составляют центробежные классификаторы, в которых материал разделяется на фракции под действием разницы центробежных сил, действующих на зерна разной крупности во вращательном потоке пульпы.

Процессы классификации и обогащения материалов могут быть осуществлены следующими методами:

–классификацией по крупности, позволяющей разделить исходный материал на требуемые классы (фракции). Эта операция осуществляется на грохотах (сухое и мокрое грохочение) или путем гидравлической классификации (в водной среде);

–промывкой, позволяющей повысить качество минерального сырья путем удаления из него загрязняющих зерен материала;

–гравитационным методом классификации (обогащения), основанным на различии объемной массы зерен материала;

–под действием центробежных сил;

–обогащением материала по упругости и трению.

2.2. Теоретические основы гидравлической классификации

Гидравлическая классификация основана на том, что жидкие составы, включающие твердые тела, склонны к разделению под действием силы тяжести. Если весовая плотность жидкой системы меньше плотности частиц, то последние оседают на дно сосуда.

Скорость оседания частиц зависит от их размера, удельного веса и формы. Таким образом, в конечном счете гидравлическая классификация основана на различной скорости падения частиц. Размеры частиц в указанной зависимости имеют решающее значение, так как они могут меняться в широких пределах, в то время как плотности их различаются не столь уж значительно. При падении тела в жидкости возникают два вида сопротивлений: сопротивление трению, вызываемое вязкостью жидкости, и сопротивление сил инерции (динамическое сопротивление).

Первый вид сопротивления является преобладающим при относительно малой скорости падения частиц (при ламинарном потоке среды) размером менее 175 мкм (для зерен кварца). При оседании частиц размером в 1,5 мм и более сопротивление трению резко уменьшается и главенствующим становится динамическое сопротивление, при этом поток среды

G – сила тяжести тела, Н.

Активный вес находящегося в жидкости тела, под действием которого ча-

где – плотность жидкости, кг/м3.

Возникающие при этом сопротивления тормозят опускание частиц. Сопротивление трения ср жидкой среды падению шарообразного тела,

выведенное Стоксом, равно, Н,

где μ – динамическая вязкость, H м/с2; d – диаметр частицы, м;

– скорость падения частицы, м/с. Условие равновесия частицы:

где ma – сила инерции частицы при ускорении, равном a.

При шарообразной форме частицы е объем определяется по формуле

V 6d3 ,

тогда

95

Из формулы (140) видно, что с увеличением скорости падения величина a уменьшается. Поэтому при достижении определенного значения скорости ускорение a будет равно нулю и тело будет двигаться с постоянной скоростью.

В этом случае

где с – коэффициент, зависящий от формы частицы;– скорость падения частицы;

– плотность жидкости;

F – проекция частицы на горизонтальную плоскость; при частице шарообразной формы

редукторов 4. Угловая скорость валов мешалок 0,130 – 0,132 рад/с. Мощность электродвигателя 1,7 или 2,8 кВт в зависимости от количества камер, а, следовательно, и мешалок.

Рис. 45. Многосекционный классификатор камерного типа:

1 – карман загрузочный;2 – корпус;3 – редуктор привода;4 – блокредукторов; 5 – электродвигатель;6 – лоток;7 – камера;8 – цилиндр;9 – клапан разгрузочный; 10 – шток;11 – лопасти;12 – вал пустотелый;13 – пороги[6]

Червячные или конические колеса редукторов предназначены также для периодического открывания и закрывания разгрузочного клапана 9 (ячейкового выгружателя). Клапан 9 с помощью резьбового соединения соединяется со штоком 10. Шток проходит внутри пустотелого вала мешалки. На верхнем конце штока укреплена ось с роликом, опирающимся на кулачковую втулку. Подъем и опускание штока происходит от червячного колеса редуктора. При вращении червячного колеса и втулки шток сначала поднимается, а затем под действием силы тяжести опускается.

Классификатор работает в такой последовательности. Пульпа (смесь песка с водой) подается в загрузочный карман 1. При движении пульпы вдоль корпуса частицы песка по крупности выпадают в соответствующие камеры классификатора. Одновременно через боковое отверстие цилиндра 8 подается восходящий потоком воды, который движется по касательной. Вследствие этого создается вращательное движение потока воды, которое улучшает классификацию. Осевший в камерах песок периодически выгружается, когда открываются клапаны 9. Камеры разделены порогами 13.

Поступившая в классификатор суспензия постепенно теряет скорость в направлении выходного штуцера. В первом сборнике оседает самая крупная или тяжелая фракция, а в каждом последующем – все более мелкие фракции.

98

В зависимости от ведения процесса самая мелкая фракция отделяется в последнем сборнике или выносится потоком через выходной карман по лотку 6 и отделяется от жидкого носителя в специальном устройстве.

Основные параметры гидравлического классификатора 0–80А представлены в технической характеристике.

В классификаторах этого типа материал можно разделить на число фракций, равное числу секций плюс единица, т.е. с учетом фракции, идущей в слив.

2.4. Конусные классификаторы

Конусные классификаторы предназначены для промывки песка. Конусный классификатор с непрерывной разгрузкой представлен на рис. 46. Пульпа, подаваемая по желобу 1, через приемник 2, снабженный трубой 3, поступает в металлический конус 4. Крупные, более тяжелые частицы материала оседают в нижней части конца. Мелкие, более легкие частицы удаляются вместе со сливом через кольцевой лоток 5. Крупные частицы материала непрерывно разгружаются через патрубок 6 и сифонную трубку 7. Для задержания таких материалов, как щепа, тряпки и т.д., в трубе 3 предусматривается сетка 8.

99