Расчет механизма поворота миксера

Цель работы: Изучение конструкции и назначение стационарного миксера, определение действующих нагрузок, мощности и подбор электродвигателя. Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Теоретическая часть

Реечный механизм поворота миксера (рис.2.1) состоит из двух реверсивных электродвигателей постоянного тока 1 (один их которых резервный), трехступенчатого редуктора 2, промежуточным валом 3, зубчатой парой 4. Приводная шестерня 6 связана с рейкой 7, которая шарнирно соединена с проушиной, закрепленной на кожухе. При вращении шестерни рейка перемещается вверх или вниз, поворачивая миксер; постоянное зацепление обеспечивается качающейся обоймой 5.

Привод механизма поворота миксера развивает крутящий момент, равный сумме следующих составляющих моментов: от веса жидкого металла и порожнего миксера, от веса подвижных роликовых обойм, от сил трения в роликовых опорах и динамических моментов в период неустановившегося движения привода.

Опрокидывающие моменты, создаваемые весом жидкого металла. Приближенно заменим объем металла в сферических торцах цилиндрической полости равновеликим по объему цилиндром длинной с сохранением внутреннего диаметра бочки миксера, тогда приведенная длина цилиндрической части с учетом основной длины равна .

Рис. 3.1 – Кинематическая схема привода.

Рассмотрим изменение опрокидывающего момента от веса жидкого металла в цилиндрической части (рис.3.2, а). Глубина ванны металла при угле поворота миксера составит

, (3.1)

где – радиус цилиндрической полости; – угол, определяющий начальное положение металла в носке миксера ( ).

Площадь, ограниченная дугой окружности и линией зеркала металла

Тогда вес металла в цилиндрической части при заданном угле поворота, :

,

г де – плотность жидкого чугуна ( ).

Рис. 3.2 – Расчетные схемы к определению моментов от жидкого металла в миксере

Опрокидывающий момент от веса металла в цилиндрической части миксера (рис. 2.2, б)

. (3.2)

Здесь плечо действия силы относительно оси вращения миксера

,

где – радиус смещения оси вращения от геометрической оси; - угол наклона между радиус-вектором и горизонталью; и – координаты смещенного центра вращения миксера.

Вес металла в сливном носке достаточно точно определяется аналитически, однако проще и достаточно точно изменение веса металла в сливном носке описывается эмпирическими зависимостями, например, при наклоне на слив формулу можно записать в таком виде

,

где – вес металла в носке при номинальном заполнении миксера; – вместимость миксера, .

Плечо приложения центра тяжести металла в носке миксера конструкции НКМЗ определяют по следующим формулам:

; (3.3)

для носка миксера конструкции УЗТМ

; (3.4)

После наклона миксера на слив и возврата в исходное положение вес металла в носке определяется следующими зависимостями: для носка миксера конструкции НКМЗ

, (3.5)

где – глубина ванны, выраженная в долях приведенного радиуса; для носка миксера конструкции УЗТМ

. (3.6)

Плечо веса металла в носке относительно оси вращения для рассматриваемого варианта находят по формуле

. (3.7)

Опрокидывающий момент от веса металла в носке

или . (3.8)

Полный опрокидывающий момент от веса металла в миксере

. (3.9)

Опрокидывающие моменты, создаваемые весом порожнего миксера. Общий вес порожнего миксера складывается из веса металлического корпуса и веса огнеупорной футеровки. Для нахождения опрокидывающих моментов от веса порожнего миксера необходимо знать вес отдельных частей миксера и координаты их центров тяжести. Тогда координаты общего центра тяжести миксера определяют известными из теоретической механики методами

; , (3.10)

где , – вес корпуса и футеровки; , , , – координаты их центров тяжести.

Опрокидывающий момент, создаваемый весом порожнего миксера, определяют относительно оси вращения О₁ (рис.3.2, в)

, (3.11)

где – вес порожнего миксера, ; - радиус-вектор центра тяжести миксера; - угол между радиусом-вектором и горизонтальной осью миксера; – угол поворота миксера.

, (3.12)

где , – координаты действительной оси вращения миксера в наклонном положении.

Момент, создаваемый весом подвижных роликовых обойм. При повороте миксера на угол роликовые обоймы перемещаются на угол . Смещение центра тяжести роликовых обойм относительно оси вращения миксера создается момент величина которого в функции угла поворота миксера

, (3.13)

г де – вес обойм с роликами, ; - угол между радиусом-вектором центра тяжести роликовой обоймы и горизонталь-ной осью (рис.3.3); – расстояние от центра тяжести ролико-вой обоймы до оси вращения миксера.

Рассматривая ролико-

вую обойму как часть кругового сегмента с центральным углом , находят расстоя-

ние от оси вращения

Рис. 3.3 – Схемы к определению нагрузок в опорно-пово- миксера до центра тя-

ротной части миксера: а – нахождение момента от всех жести кольца

роликовых обойм; б – график распределения усилий на

ролики.

, (3.14)

где , – наружный и внутренний радиусы роликовой обоймы ( – необходимо подставлять в радианах).

Момент от сил трения в роликовых опорах. Момент сил сопротивления от трения скольжения в цапфах роликовых обойм

, (3.15)

где – вес роликовых обойм, ; – диаметр цапфы ролика; – диаметр ролика; – коэффициент трения скольжения в цапфах роликов ( – для подшипников скольжения).

Момент, необходимый для преодоления сил сопротивления при качении роликов в обойме

, (3.16)

где – общая нагрузка, действующая на роликовые опоры миксера, ; – коэффициент трения качения роликов ( ); – коэффициент, учитывающий трение в ребордах роликов ( ); – диаметр беговой дорожки бандажа миксера

, (3.17)

где – число роликов в обойме ( ); .

Суммарный момент трения в роликовых опорах миксера

. (3.18)

Построение графика слива металла из миксера. Для определения опрокидывающих моментов необходимо знать, каков вес оставшегося металла в миксере после каждого поворота и как он распределяется между бочкой и носком. В связи с тем, что количество металла в носке и плечо приложения его центра тяжести в исходном и повернутом положении миксера неодинаковы, расчет количества металла производят для начала и конца поворота миксера на слив, а также при возврате его в исходное положение. На рис. 3.4 приведен график слива металла из миксера в функции угла поворота.

Зная вес металла в отдельных частях миксера для прямых углов наклона, а также плечи приложения сил, находят опрокидывающие моменты различных периодов работы миксера:

- начало наклона на слив

; (3.19)

конец наклона на слив

; (3.20)

начало возврата в исходное положение

; (3.21)

конец возврата в исходное положение

. (3.22)

Рис. 3.4, а – графики слива металла и опрокидывающих моментов;

б – нагрузочная диаграмма электродвигателя.

Момент, приведенный к валу электродвигателя

, (3.23)

где – общее передаточное число механизма ( ); - к.п.д. механизма ( ).

Определив отдельные составляющие крутящих моментов, действующих на привод механизма поворота, строят нагрузочную диаграмму электродвигателя. Кривая I показывает изменение веса металла (рис.3.4, а); II – изменение момента в начальной стадии наклона на слив при и соответствующем заполнении миксера, период 1, расчет по формуле (3.19); III – изменение момента в конечной стадии наклона, период 2, расчет по формуле (3.20); IV – изменение момента при начале возврата в исходное положение, период 3, расчет по формуле (3.21); V – изменение момента в конце возврата в исходное положение, период 4, расчет по формул (3.22). Точки 1 и 2 соответствуют опрокидывающим моментам в начале и в конце поворота миксера на слив металла в первый ковш, точки 3 и 4 – началу и концу возврата его в исходное положение.

При расчете мощности электродвигателя учитывают многократные включения его в процессе слива металла в ковш, как это показано на нагрузочной диаграмме (рис. 3.4, б).

Время работы электропривода по периодам цикла определяется по следующим зависимостям.

Средняя установившаяся угловая скорость вращения миксера

; , (3.24)

где – частота вращения двигателя ( ).

Угловое ускорение миксера составляет: при пуске ; при торможении ( ).

Угол поворота миксера: при пуске ; при торможении ; при установившемся движении ), где – угол поворота миксера, соответствующий наполнению чугуном первого ковша.

Время поворота миксера: при установившемся движении ; до начала слива металла .

Учитывая, что в период слива металла привод миксера работает в поворотно-кратковременном режиме (разгон-торможение-пауза), определим продолжительность работы электродвигателя при повороте миксера от до

, (3.25)

где – угол поворота миксера, соответствующий наполнению второго ковша.

Продолжительность работы привода за период наполнения ковша ; продолжительность слива металла в ковш , а продолжительность пауз во время слива металла в ковш: .

Продолжительность возврата миксера в нормальное положение при нормальной скорости вращения

. (3.26)

Продолжительность возврата миксера в исходное положение

. (3.27)

Учитывая, что в процессе слива металла осуществляют zв=5 включений электродвигателя, определяют время каждого включения: . Продолжительность пауз между каждым включением .

Динамические моменты при пуске и торможением, :

. (3.28)

Приведенный момент инерции, :

, (3.29)

где – число электродвигателей в приводе; – момент инерции электро-двигателя; – момент инерции муфты; – момент инерции передаточного механизма ( ); – момент инерции миксера.

При графическом суммировании кривых и получают нагрузочную диаграмму электродвигателя ) (рис. 3.4, б).

Эквивалентный момент электродвигателя в рабочий период

, (3.30)

где – время установившегося движения привода за цикл; – время неустановившегося движения; – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при неустановившемся движении привода.

Мощность электродвигателя

(3.31)

Фактическая продолжительность включений, %:

,

где и – общее время работы электродвигателя и время цикла при сливе металла в два ковша.

Номинальная мощность электродвигателя с учетом значений ПВ по каталогу

.

Для обеспечения безаварийной и безопасной эксплуатации миксера, как правило, устанавливают два электродвигателя расчетной мощности.

Отчет о работе должен содержать: тему и цель работы, кинематическую и все расчетные схемы, расчетную часть со всеми пояснениями. Для нахождения максимального опрокидывающего момента, заполните следующую таблицу:

параметр	период
	1	2	3	4	5	6	7	8
	8°30'	11°05'	11°05'	11°05'	11°05'	13°40'	13°40'	13°40'

учитывая, что периоды 1, 2, 3, 4 соответствуют периодам 5, 6, 7, 8 – соответствуют сливу во второй ковш. В конце работы необходимо сделать вывод. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Назовите оборудование входящие в состав миксерного отделения стали-

плавильного цеха.

2. Объясните принцип работы и конструкцию миксера.

3. Назовите типы применяемых миксеров на металлургических предприятиях.

Таблица 3.1. Исходные данные к работе №3:

вариант
	т	т	т	м	м	м	м	м	м	м	м	м	м	м	м	м	м
1	2500	1250	445	3,64	9,75	1,85	0,142	0,144	0,189	0,190	0,32	-0,19	5,4	4,7	0,2	0,7	11,0
2	2500	1240	440	3,64	9,80	1,80	0,143	0,145	0,190	0,191	0,32	-0,18	5,4	4,7	0,2	0,7	11,0
3	2500	1230	435	3,64	9,85	1,75	0,145	0,140	0,193	0,192	0,33	-0,18	5,4	4,7	0,2	0,7	11,0
4	2500	1220	430	3,62	9,90	1,70	0,148	0,142	0,196	0,195	0,34	-0,18	5,4	4,7	0,2	0,7	11,0
5	2500	1210	425	3,62	9,95	1,65	0,145	0,140	0,193	0,196	0,35	-0,18	5,4	4,7	0,2	0,7	11,0
6	2500	1200	420	3,62	9,90	1,65	0,140	0,142	0,186	0,190	0,32	-0,19	5,3	4,6	0,2	0,7	10,5
7	2500	1190	415	3,60	9,85	1,70	0,138	0,144	0,182	0,196	0,34	-0,19	5,3	4,6	0,2	0,7	10,5
8	2500	1185	410	3,60	9,80	1,75	0,136	0,140	0,181	0,194	0,36	-0,19	5,3	4,6	0,2	0,7	10,5
9	2500	1180	415	3,58	9,75	1,80	0,140	0,142	0,186	0,196	0,36	-0,18	5,3	4,6	0,2	0,7	10,5
10	2500	1195	420	3,58	9,70	1,85	0,142	0,140	0,189	0,198	0,35	-0,20	5,3	4,6	0,2	0,7	10,5
11	1300	655	180	2,80	6,55	1,24	0,10	0,09	0,13	0,14	0,25	-0,14	4,5	3,8	0,1	0,7	9,0
12	1300	650	185	2,83	6,60	1,22	0,10	0,11	0,14	0,13	0,26	-0,13	4,4	3,8	0,1	0,6	9,2
13	1300	650	180	2,82	6,62	1,20	0,11	0,10	0,13	0,13	0,24	-0,12	4,4	3,8	0,1	0,6	9,4
14	1300	645	180	2,84	6,64	1,18	0,10	0,10	0,13	0,12	0,25	-0,11	4,4	3,8	0,1	0,6	9,3
15	1300	650	185	2,80	6,68	1,22	0,09	0,10	0,12	0,13	0,24	-0,10	4,3	3,8	0,1	0,5	9,2
16	1300	655	175	2,85	6,58	1,16	0,10	0,10	0,13	0,12	0,24	-0,11	4,3	3,8	0,1	0,5	9,1
17	1300	640	180	2,84	6,62	1,20	0,10	0,09	0,13	0,12	0,23	-0,10	4,3	3,8	0,1	0,5	9,2
18	1300	635	170	2,82	6,60	1,18	0,09	0,10	0,12	0,13	0,23	-0,10	1,1	3,9	0,1	0,5	9,2
19	1300	630	165	2,80	6,56	1,20	0,08	0,09	0,13	0,13	0,23	-0,10	4,4	3,8	0,1	0,6	9,2
20	1300	640	170	2,84	6,58	1,16	0,09	0,10	0,12	0,13	0,22	-0,11	4,3	3,8	0,1	0,5	9,1
21	600	230	75	2,10	4,75	0,85	0,05	0,05	0,06	0,06	0,12	-0,05	3,4	3,1	0,06	0,3	7,0
22	600	235	88	2,05	4,78	0,90	0,04	0,04	0,06	0,07	0,11	-0,06	3,4	3,1	0,06	0,3	6,9
23	600	230	82	2,15	4,80	0,95	0,04	0,04	0,07	0,07	0,11	-0,06	3,4	3,0	0,06	0,4	6,9
24	600	225	78	2,05	4,76	0,84	0,04	0,04	0,07	0,07	0,11	-0,06	3,4	3,0	0,06	0,4	6,9
25	600	230	76	2,10	4,74	0,82	0,04	0,04	0,07	0,07	0,11	-0,07	3,5	3,1	0,06	0,4	7,1
26	600	235	74	2,05	4,72	0,80	0,05	0,04	0,06	0,07	0,12	-0,07	3,5	3,2	0,06	0,3	7,1
27	600	240	72	2,10	4,76	0,78	0,04	0,04	0,08	0,07	0,12	-0,08	3,5	3,1	0,05	0,4	7,1
28	600	245	70	2,00	4,80	0,74	0,04	0,04	0,07	0,08	0,12	-0,06	3,5	3,2	0,05	0,3	7,1
29	600	250	68	2,05	4,74	0,76	0,04	0,04	0,07	0,07	0,11	-0,06	3,4	3,0	0,06	0,4	7,0
30	600	255	72	2,10	4,70	0,78	0,04	0,04	0,06	0,07	0,11	-0,06	3,4	3,0	0,05	0,4	6,9

Параметр , а параметр определяется как .

Для четных вариантов носок конструкции НКМЗ, а для нечетных – носок конструкции УЗТМ.

Практическая работа №4