Механизмы электротехнологических установок. Учебное пособие

где m – коэффициент, зависящий от отношения меньшего к большему радиусов соприкасающихся поверхностей. Если радиус колеса Rк

меньше радиуса закругления опорного рельса Rp , то коэффициент m выбирается в зависимости от отношения Rк / Rp , если же Rp Rк , то коэффициент m выбирается в зависимости от отношения Rр / Rк .

Значения коэффициента m приведены в табл. 1.2, значение приведенного модуля упругости Eпр для колес из некоторых материалов,

работающих в контакте со стальными рельсами, и значение допускаемого напряжения местного смятия см приведены в табл. 1.3 [3, 4].

Таблица 1.2

Значения коэффициента m

Отношение радиусов колеса и закругления рельса 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 0,05

Rк / Rp (Rp / Rк)

Значения приведенного модуля упругости Eпр при работе колес

со стальным рельсом и допускаемого напряжения местного смятия [ см]

11

1.3. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГРУЗОВ С ПОМОЩЬЮ ГИБКОГО ТЯГОВОГО ОРГАНА

Гибкий тяговой орган (лента, канат, цепь или набор цепей), огибающий систему блоков, барабанов или звездочек, служит для передачи усилия с изменением его направления, а иногда и величины усилия. С помощью гибких тяговых органов перемещают груз по опорам под любым углом к горизонту или осуществляют вертикальный подъем и спуск груза. В механизмах печей гибкие тяговые органы нашли широкое применение. Простейший тип гибкого тягового органа – канат, перекинутый через блок.

Блоки разделяются на блоки с неподвижной в пространстве осью (направляющие) и на блоки с подвижной частью. Направляющие блоки служат для изменения направления гибкого органа (рис. 1.5, а). Гибкий элемент лишь огибает их обод на некоторый угол, а блок не передает крутящего момента на свою ось.

Естественно, абсолютно гибких тяговых органов не существует. Каждый тип тягового органа обладает определенной жесткостью. Жесткость канатов и лент обусловлена упругостью их материала, жесткость цепей – трением в шарнирах. В силу этого на изгибание или спрямление такого элемента затрачивается определенная работа. Будучи распределена на длину участка оси элемента, на которой меняет-

ся форма осевой линии, эта работа дает силу Fдеф, необходимую для этой деформации. Кроме того, имеются потери на трение Fтр в осях

блоков. Поэтому усилия набегающей и сбегающей ветвей, равные в состоянии покоя, т. е. G F0, не равны в состоянии движения. КПД

блока определяется отношением силы, удерживающей блок в состоянии покоя F0 , к величине силы F при перемещении груза. С учетом

сопротивления в подшипниках блоков Fтр и жесткости гибкого элемента Fдеф

F F0 Fтр Fдеф Gk ,

отсюда КПД направляющего блока

12

где k – коэффициент сопротивления одиночного блока (звездочки и т. п.).

Для ведущего блока коэффициент сопротивления на валу обычно учитывается в КПД привода, поэтому для ведущего блока (звездочки,

барабана) принимается коэффициент сопротивления k , обусловленный только жесткостью тягового органа (трос, цепь и т. д.).

Подвижные блоки применяются для выигрыша в силе (усилительный блок), рис. 1.5, б и для выигрыша в скорости (ускоряющий блок),

рис. 1.5, в.

Рис. 1.5. Типы блоков:

а – направляющий; б – усилительный; в – ускоряющий

При применении усилительного блока одновременно происходит проигрыш в пути в два раза, при применении ускоряющего блока – выигрыш в скорости в два раза.

Для усилительного блока в состоянии покоя F0 G2 . При подъеме

13

Сопоставление друг с другом КПД блоков всех трех вариантов показывает, что он имеет максимальное значение для усилительного блока и минимальное – для направляющего:

ηус.бл ηуск.бл ηнб .

В табл. 1.4 приводится величина коэффициента сопротивления k для одиночного блока [4]. КПД должен быть определен по формулам

(1.9а) – (1.9в).

Таблица 1.4

Значения коэффициента сопротивления k для одиночных блоков

14

Чтобы правильно выбрать тип механизма или разработать его, необходимо знать:

а) заданную производительность печи; б) форму траектории потока загрузки; в) ее погонный вес; г) характер перемещения.

Исходя из этих данных выбирают тип механизма, а по производительности печи и погонному весу находят среднюю скорость перемещения загрузки. Кроме того, необходимы:

а) рабочая температура и размер зон печи; б) состав ее атмосферы; в) вид загрузки (насыпная, штучная).

Это позволяет уточнить тип механизма, найти силовые характеристики (рабочее усилие, момент, мощность) рабочего органа и выбрать материалы для деталей механизма.

Расчет механизма целесообразно вести от рабочего органа к преобразователю.

2.1. ЛЕНТОЧНЫЙ ПЕЧНОЙ КОНВЕЙЕР

Лента печного конвейера – это, по существу, сложная пластинчатошарнирная цепь, набор таких цепей или шарнирная сеть, т. е. типичный гибкий тяговой орган. Тяговые цепи, кроме того, удобны для подъема узлов печей (сводов, дверец, крышек), для механизмов загрузки и в подобных им конструкциях. Такие цепи приводятся в движение от ведущего барабана (гладкого или снабженного зубьями), звездочки или ряда звездочек на общем валу. Для пары цепь–ведущий барабан (звездочка),

усилие, приложенное к набегающей ветви, Sнб Sсб Fдеф , так как сопротивление трения в цапфе Fтр обычно учитывается в КПД передачи.

Для цепей Fдеф (0,03...0,05)(Sнб Sсб) k1(Sнб Sсб). Для пары цепь–ведомый барабан (звездочка) [2]

Рассмотрим тяговой расчет (т. е. определение усилий для продвижения тяговой цепи или ленты с загрузкой) на примере ленточного печного конвейера. Его лента представляет сеть из витков жаропрочной проволоки на жаропрочных стержнях с бортовыми пластинами

16

либо (при крупной штучной загрузке) ряд параллельных независимых втулочно-роликовых цепей, либо панцирные звенья, литые или штампованные, нанизанные на общие стержни. Подробнее с конструкцией печных конвейеров можно ознакомиться в [5].

Сетчатые ленты легки, аккумулируют мало тепла, могут работать при t 1100°C, но не способны передавать значительные усилия, уступая в прочности пластинчато-шарнирным цепям.

Панцирные ленты предназначены для транспортировки мелкой штучной насыпной загрузки. Размеры и вес элементов лент для электропечей, выпускаемых электропечестроительными заводами, нормализованы. Выбор типа ленты при известной ее ширине позволяет

найти ее погонный вес gл и шаг звеньев t. Диаметр окружностей зацепления гладкого барабана Dб (10...12)t , звездочки или зубчатого барабана Dб 13t .

Момент на ведущем барабане

Mб 0,5DбFр ,

где Fр – рабочее усилие перемещения ленты с грузом. Мощность приводного двигателя

Pдв ηFрvл β , общ

где vл – скорость движения ленты, м/с; общ – КПД передачи от двигателя до барабана, учитывающий и потери в опорах вала барабана; β 1...3 – коэффициент запаса для горячих условий работы.

Для тягового расчета надо определить в зависимости от назначения конвейера, характера перемещаемых грузов контур ленты, характер ее опор, коэффициенты трения по участкам, размеры участков, радиусы барабанов, роликов, звездочек, погонный вес ленты и загрузки.

Простейший конвейер (рис. 2.1) представляет собой две горизонтальные ветви – рабочую (горячую) длиной Lг и холодную Lx , пере-

мещаемую по металлическому настилу или рельсам волоком, с соответствующим коэффициентами трения г и x . Погонный вес лен-

ты – qл , груза – qг .

17

Лента, многократно проходя рабочее пространство печи и нагреваясь при этом до той же температуры, что и загрузка, но находясь под растягивающим напряжением, со временем значительно увеличивается по длине. Для обеспечения условий непроскальзывания, если ведущий барабан – гладкий фрикционный, и во избежание провисания ленты между опорами ее всегда держат под некоторым предварительным

натяжением Sпр , которое создается не за счет энергии привода, а специальными натяжными станциями и поэтому в величину Fр не входит.

Усилие Fр существует в точке набегания ленты на ведущий бара-

бан и расходуется на преодоление сопротивлений перемещению ленты на ее характерных участках. В точках же сбега ленты с ведущего бара-

бана ее натяжение равно Sпр , обычно принимают Sпр 0,2Fx , где

Fx ( fхgл)Lх – усилие сопротивления перемещению холодной (холостой) ветви ленты.

В точке 3 добавляется усилие, затрачиваемое на деформацию ленты конвейера на ведомом барабане согласно (2.1):

S3 S2 Fдеф Fтр 1,05 1,1 S2 k2S2 k2 1,2Fх.

В точке 4 натяжение возрастает, во-первых, на величину трения горячей ветви: Fг fг(gг gл)Lг и, во-вторых, за счет огибания лентой

ведущего барабана:

Fдеф k1(S4 S1); S4 S3 Fг k1(S4 S1).

18

Подставляя значение S3 , с учетом того что S1 Sпр , и решая уравнение относительно S4 , получим

Fн (gг gл)H . В общем виде независимо от характера сопротивления усилие Fр определяется выражением Fр Fi Sпр .

Как целое лента работает на растяжение усилием S4 , максималь-

ным в точках набегания ее на ведущий барабан. Здесь находится опасное сечение, единственное в случае, если температура ленты в этой точке максимальная (барабан находится внутри печи со стороны выгрузки). Если же сечение с максимальной температурой не совпадает с сечением с максимальным натяжением, то опасными считают оба этих сечения, и лента проверяется на прочность в обоих сечениях.

Натяжные станции работают на принципе использования либо силы растяжения пружин, либо веса груза (рис. 2.2). Неприводной барабан обычно расположен со стороны загрузки печи. На своей оси 1 он имеет с обоих торцов опорные звездочки или зубчатые колеса 2, перекатывающиеся по рейкам 3, укрепленным на станине конвейера. К этой подвижной оси барабана приложено усилие груза 4, направленное в сторону растяжения ленты. В ходе эксплуатации лента вытягивается и под воздействием груза или пружины ось барабана перемещается вдоль рейки. Усилие пружин в процессе эксплуатации ослабевает, и их необходимо подтягивать, тогда как усилие воздействия груза остается постоянным. Поэтому грузовые натяжные станции более распространены, чем пружинные.

На подвижный узел «барабан–опорные катки» воздействует сила натяжения ветвей ленты Sнб и Sсб kSнб и натяжение каната Sк .

Уравнение моментов этих сил относительно точки касания катком (шестерней) опоры А

19

Величина k принимается равной 1,05...1,1.

Величина Sк позволяет выбрать сечение каната и вес рабочего груза. Для снижения веса груза обычно применяют двухплечные секторы

срадиусом плеч r1 и r2 .

2.2.МЕХАНИЗМ ВРАЩЕНИЯ ПОДА КАРУСЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Рабочее пространство карусельной печи имеет вид кольца, закрытого снизу футерованным вращающимся подом в виде тарелки или кольца. Зазор между стенками камеры печи, образующими рабочее пространство, и подом для снижения потерь тепла и подсоса холодного

20