Рузаль Галиакбаров закрыт / 1 / 4. Конструкторская часть 1

^{2. Конструкторская часть}

2.1. Определение сопротивления на рабочем органе снеготаялки

2.1.1. Тепловой расчет и выбор горелки.

Исходя из традиционного метода расчета тепловой расчет будем проводить, приняв несколько необходимых допущений, так, например теплопередача в данной машине СТМ-11 будет происходить по законам конвективного теплообмена и с учетом факторов влияющих на процесс теплоотдачи при этом режиме, таких как:

- природа возникновения движения жидкости вдоль стенки;

- режим движения жидкости;

- физические свойства жидкостей;

-форма, размеры и состояния поверхности стенки, омываемой жидкостью.

Поэтому необходимо принять допущения:

- теплообмен происходит теплопроводностью;

- режим теплообмена - стационарный;

- температура сгорания топлива является постоянной.

Тепловой расчет необходим для определения количества топлива необходимого для расплавления данного объема снежно ледяной массы и времени необходимого на эту операцию, эти цифры необходимы для расчета экономической эффективности машины.

Массу топлива определяем по формуле[7]:

, кг, (2.1)

где: − масса топлива, кг;

Q− количество теплоты необходимое для растапливания данного объема снежно - ледяной массы, Дж;

− теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Для нахождения времени необходимого на один цикл составляем уравнение теплового баланса с учетом тепловых потерь через стенки емкости, уравнение будет выглядеть так:

(2.2)

где: − теплоемкость снега, Дж/кг град;

− масса снега, кг;

− температура снега при загрузке, град;

− температура окружающей среды, град;

− удельная теплота фазового перехода снег вода, Дж/кг;

, − соответственно толщина внутренней и наружной стенок емкости, м;

, − соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК);

− время цикла, c;

− внутренняя площадь стенок емкости, м²;

− длина жаровых труб, м;

− коэффициент теплопроводности стенок жаровых труб, Вт/(мК);

− температура горения топлива, град;

− внутренний и наружный диаметр жаровых труб, м;

Из формулы (2.2) получим[7]:

( 2.3)

Количество теплоты необходимое для расплавления данной массы снега определим по формуле[7]:

(2.4)

Количество теплоты (кДж), потребное на расплавление 1 м³ средней плотности снега определим по формуле:

(2.5)

где k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·⁰С);

- площадь поверхности цистерны, м²;

- средняя температура воды после загрузки нега,

- температура воды при погрузке снега, .

Нами подсчитано при плавлении снега с использованием снеготаялки СТМ-11 при плотности снежной массы в 300 кг/м³ потребная энергия составит 11025.1кДж

Выбираем горелку ротационную газо-мазутную РГМГ-7

2.1.1.2.Описание выбранной горелки

Ротационные газомазутные горелки РГМГ-7 предназначены для работы на снеготаялок СТМ-11. Горелочные устройства этого типа хорошо работают как на газе так и на жидком топливе. Причем в качестве жидкого топлива может применятся практически любое топливо которое соответствует характеристикам. Как правило на таких горелках в качестве жидкого топлива используется мазут, в силу его стоимости, но так же можно использовать и нефть, дизельное топливо, печное топливо и так далее.

Горелочные устройства этой серии просты в использовании. Конструкция этих моделей горелочного оборудования состоит из двух основных узлов- это ротационная форсунка Р-700 и газовоздушная часть ГГ-7. Требуется наличие в системе дымососа, так как работать они должны под разрежением в топке.

В автоматику входит пульт управления и газовые блоки. В режиме газовая горелка, оборудование работает в трёхступенчатом режиме, в режиме мазутной горелки (дизельная) мощность регулируется в ручную оператором с пульта управления.

2.1.2.Расчет шнекового механизма

2.1.2.1.Исходные данные для расчета шнекового механизма

Основными исходными данными для расчета шнекового механизма:

а) характеристика снега;

б) производительность;

в) режим и условия работы;

г) параметры поверхности трения снега.

Насыпная плотность ρ_н=750 кг/м³. Длина дна снеготаялки L=5м.Производительность

Q=50 м³/ч. Угол наклона дна снеготаялки φ=0^°.

Транспортируемый материал – снег увлажненный (ρ_н=0,75т/м³).

Определение диаметра винта

Необходимый диаметр винта определяется по формуле :

(2.6)

где: Д- диаметр винта, м;

Q=800 т/сутки=800/24=33.3 т/ч (при непрерывной круглосуточной работе);

Е- отношение шага винта к его диаметру (для неабразивных грузов Е=1.0);

n- частота вращения винта, об/мин;

ρ_н=1570 кг/м³=1.57т/м³- насыпная плотность груза;

R_β- коэффициент уменьшения производительности от наклона конвейера;

φ- коэффициент заполнения желоба;

Для тяжелых малоабразивных и неабразивных грузов φ=0.25.

при φ=+5^· находим R_β= 0.9. Для известняка с размером кусков менее 60 принимаем n=60 об/мин.

Отсюда находим:

(2.7)

Частоту вращения проверяем по формуле :

(2.8)

коэффициентА=45 (тяжелые малоабразивные грузы);

Отсюда:

(2.9)

Следовательно, частота выбрана допустимая. Далее проверяем диаметр винта

Д ≤ a_max· k; (2.10)

где: a_max- наибольший размер кусков, мм;

k - коэффициент (для рядового груза k=4). Для порошкообразного материала a_max= 0.5 мм; Откуда a_max· k = 0.5· 4 =2 мм < Д=432 мм; далее из стандартного ряда выбираем диаметр Д=500 мм и шаг S=500 мм (как для хорошо сыпучих материалов) винта.

Затем уточняем частоту оборотов:

(2.11)

Проверяем частоту

(2.12)

Таким образом, n=51.9 об/мин – допустимая частота вращения винта.

Определение мощности на валу винта

Мощность на валу винта определяется :

;(2.13)

где: N₀- мощность на валу винта, кВт;

L_г- горизонтальная проекция длины конвейера, м;

Н - высота подъема, мм;

w – коэффициент сопротивления перемещению груза;

К=0.2 – коэффициент, учитывающий характер перемещения винта;

g_К- погонная масса вращающихся частей конвейера, кг/м;

υ- осевая скорость движения груза, м/мин;

w_В- коэффициент сопротивления движению вращающихся частей конвейера. Для подшипников скольжения w_В=0.16;

L=Lcos5°= 5cos5=4,981м;

Н=Lsin5°=5sin5°=0,436м;

Для тяжелых малоабразивных грузов w=2.5; g_К =80Д= 80·0.5= 40 кг/м;

Осевая скорость движения груза: υ = S·n = 0.5·51,9 = 25,95м/мин = 0,4325м/с;

Откуда мощность на валу винта:

Определение мощности двигателя для привода шнекового конвейера

Мощность двигателя определяется:

(2.14)

где: К- коэффициент запаса мощности;

η- КПД привода (0,6-0,85);

Для приводов шнеков принимают К=1,25.

Примем η=0,85;

Тогда мощность двигателя:

(2.15)

2.1.2.1. Расчет шпонки

Для соединения муфты свалом используем шпонку призматическую для вала диаметром 45 мм.[5]

Принимаем размеры шпонки: в = 8мм.; h = 7 мм.; 1р = 80 мм.;

в - ширина шпонки; мм.

h - высота шпонки; мм.

lР - рабочая длина шпонки; мм.

Проверим шпонку на смятие и на срез:

Итак, принимаем шпонку 7031-0193 МИ 372 - 60.

2.1.2.1. Расчет и выбор подшипников

Частота вращения вала n=52 об/мин. Требуемый ресурс при вероятности безотказной работы 90%. L'10ah= 11000 ч. Диаметр посадочных поверхностей вала d=30 мм. Максимально длительно действующие силы:

Fmax = 1,17 (КН).

Возможны кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки. Условия эксплуатации обычные.

Режим нагружения II (средней равновероятности).

1. Для типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности КЕ=0,63

Fr 1= КЕ *Fr1max = 0,63 *1,17=0,74 (кН).

2. Предварительно назначаем шариковые радиально-упорные легкой серии 36306.Схема установки подшипников - в распор.

3. Для принятых подшипников находим13300 Н.

4.Для сферических шарикоподшипников

x = 0.45 ; y = 1.13 ; e = 0.262

6.Отношение FA/(VFr)=90/540 = 0.28, что больше е = 0,262 окончательно принимаем x = 0.45; y = 1.13

7. Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка.

8. Расчетный скорректированный ресурс подшипника при ai = 1 (вероятность безотказной работы 90%), а23 = 0,7 (обычные условия применения), к = 3 (шариковый подшипник).

9. Так как расчетный ресурс больше требуемого:

(251828>25000), то предварительно назначенный подшипник 1220 ГОСТ 28428-90 пригоден. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.

2.2.2.3.Параметры рассчитанной снеготаялки

Производительность снеготаялки – 50 м³/ч;

винт - однозаходный;

число подшипниковых опор –2;

тип подшипников – подшипники скольжения;

длина конвейера- 5м;

угол наклона- +5^°;

расстояние между опорами вала – 2,5м;

диаметр винта – 500 мм;

шаг винта – 500 мм;

частота вращения винта – 51,9 об/мин;

осевая скорость движения груза – 0,4325м/с;

высота подъема – 436 мм;

мощность на валу винта – 1,3кВт;

требуемая мощность приводного двигателя – 1,91 кВт;

характер работы механизма –сменная.