Щековая дробилка

    ,Вт                                                               (2.13)  

Зная, что  кВт, при КПД передачи , мощность потребляемая дробилкой [3]:

кВт.

Находим по формуле [3]:

МН.                                       (2.14)

Учитывая ударный характер нагрузки и возможность попадания в  дробилку не дробимых предметов принимаем (по практическим данным) величину расчетного усилия для шатуна в 3-4 раза больше чем  , т.е.

МН  МН.                                            (2.15)

Чтобы уменьшить неуравновешенность дробилки, вес шатуна должен быть как  можно меньшим. Для изготовления шатуна используем высококачественную сталь.

Площадь поперечного сечения шатуна при [ ]=110МПа будет равна:

                                                                      (2.16)

По конструктивным соображениям примем шатун с поперечным сечением ,имеющий значительно больший запас прочности. Длину головки шатуна примем равной 50см.

Крышку подшипника, охватывающую эксцентриковую часть вала, крепим шестью болтами  из стали Ст.5 с допускаемым усилием  на растяжение[ ]=130МПа.

 

2.3.2. Расчет болтов

 

Диаметр болтов определим из уравнения [4]:

.                                                                            (2.17)

 Отсюда

;

где =1,35 – коэффициент, учитывающий наличие напряжения от затяжки болтов;

      =1,5 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки на болты.

Принимаем диаметр болта 

 

2.3.4. Расчет распорных плит

 

  Усилие  действующее вдоль распорных плит, достигает максимальную величину, когда плиты находятся в крайнем верхнем положении.

,Н                                                                              (2.18)  

 С увеличением угла возрастает усилие , а при _, , т.е. при горизонтальном положении распорных плит, усилие неограниченно возрастает, следовательно, в щековой дробилке распорные плиты не должны располагаться в одну линию.

Угол  принимают примерно около . Сечения плит выбирают такими, чтобы они передавали нормальное расчетное усилие и, при попадании не дробимого материала, ломались раньше, чем какая-либо другая деталь дробилки. Но в нашем случае мы разработали гидравлическое предохранительное устройство, для того чтобы распорные плиты не ломались.

В дробилке с простым движением  подвижной щеки распорные плиты  работают на сжатие, поэтому их сечение можно определить из формулы.

,                                                                                    (2.19)

Принимая, что  ,определяем усилие, действующее вдоль распорных плит [4]:

.                                                      (2.20)

Распорные плиты обычно изготавливают  из чугуна, необходимая площадь поперечного  сечения плиты [4]:

                                                                                 (2.21)

Для чугуна [ ]=68,5МПа.

При ширине распорной плиты  толщина ее составляет [4]:

.                                                     (2.22)

Заднюю плиту изготовим аналогичную  передней, т.к. у нас будет применено  гидравлическое предохранительное  устройство.

 

2.3.5. Расчет подвижной щеки

 

На щеку действует сила , которую можно разложить на две составляющие и .

Сила  ,дробящая куски материала [4]:

,                                                   (2.23)

где .

Сила  ,изгибающая ось подвижной щеки, и оказывает давление на подшипник [4]:

.                                                     (2.24)

Сила  ,приложенная в точке соприкосновения щеки с дробимым куском наибольшего размера [4]:

.                                                                  (2.25)

Подвижная щека должна иметь небольшую  массу и быть достаточно прочной, поэтому она изготавливается с ребрами жесткости. При небольших размерах кусков материала будет максимальной.

Если щеку рассматривать как  балку на двух опорах с сосредоточенной  нагрузкой:

Рисунок 12 – Схема сил подвижной щеки

  будет равно:

,                                                                                    (2.26)

но так как      , то

Напряжение в опасном семении  подвижной щеки [4]:

,МПа;                                                                        (2.27)

где W – момент сопротивления для выбранного нами профиля подвижной щеки [4];

  ;                                                                                    (2.28)

где - момент инерции;

      - толщина профиля;

      - координата центра тяжести.

Рисунок 13 – Профиль подвижной щеки

           Центр  тяжести подвижной щеки лежит  на оси  , т.к. сечение щеки симметрично относительно нее. Возьмем оси координат ,как показано на рисунке  13. Тогда координаты центра тяжести определятся по формуле[5]:

;             (2.29)

где - , .

         Момент  инерции поперечного сечения  относительно оси  :

          (2.30)

  Момент сопротивления поперечного сечения:

.                                     (2.31)

        Напряжение  от изгиба:

;                                            (2.32)

 

Т.к. допускаемое напряжение [ ] для стального литья берется равным      115-130 МПа, то напряжение 30,8 МПа вполне допустимо т.к. .

 

2.3.6.Расчет оси подвижной щеки

 

  Ось подвижной щеки рассчитывают  как балку на двух опорах.

                 

Рисунок  14 – Схема нагрузок оси подвижной щеки

 

         Ширину  подшипников принимаем равной 180мм. В виду большой ширины подшипников считаем ,что реакции располагаются на половине их ширины от края и, что усилие непередаваемое.  Передаваемое усилие на ось распределяется равномерно в двух местах на расстоянии 200мм.

.                                    (2.33)

       Реакции опор:

.                                                                (2.34)

       Максимальный  изгибающий момент:

.                (2.35)

 

Рисунок 15 – Эпюра изгибающих моментов сил

 

        Определяем  изгибающий момент от веса  щеки вместе с броневой  плитой. Вес броневой плиты примерно равен .

.   (2.36)

Если считать, что моменты  и действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, то результирующий момент равен:

.            (2.37)

Рисунок 16 – Эпюра изгибающих моментов сил

 

Принимая диаметр оси подвижной  щеки равным получим[5]:

.                           (2.38)

         Следует  отметить, что валы и оси щековых  дробилок подвергаются действию значительных нагрузок и изготавливаются из специальных сталей с прочностью .

 

2.3.7. Расчет маховика

 

Размеры маховика определим из уравнения  махового момента[3]:

, кг/ ;                                           (2.39)

где m – масса маховика, кг;

      D – диаметр маховика, м;

      N – мощность щековой дробилки, кВт;

      – угловая скорость эксцентрикового вала, рад/с;

      =(0,01-0,03)  – коэффициент неравномерности.

 

Диаметр маховика определим из формулы[4]:

;                                                                        (2.40)

Принимаем , тогда:

.                                                                 (2.41)

Тогда масса обода маховика[4]:

,                                                                (2.42)

а с учетом массы спиц ,масса  обода равна[4]:

.                                                                         (2.43)

На эксцентриковом валу устанавливают  два маховика. Площадь сечения  обода каждого из маховиков найдем из уравнения[4]:

,кг;                                                                           (2.44)

где – плотность материала маховика.

  Тогда  

.                                                 (2.45)

Принимая, что один из маховиков  является шкивом, тогда ширину маховика-шкива берем равной 20см.

Тогда толщина обода равна:

.                                                                                 (2.46)

 

2.3.8. Расчет эксцентрикового вала

 

Эксцентриковый вал рассчитываем как балку, свободно лежащую на двух опорах.

На вал действуют силы:

а) сила ;

б) на консолях сила тяжести маховика ;

в) на одной консоли кроме веса маховика сила от натяжения ремней .

Рисунок 17 – Схема сил эксцентрикового вала

Для определения силы от натяжения  ремней , найдем крутящий момент на маховике-шкиве [5]:

                                                (2.47)

Окружное усилие на маховике [5]:

                                           (2.48) 

Натяжение ремней можно принять  приближенно равным утроенному окружному усилию [5]:

                                                      (2.49)

Для упрощения вычислений допустим, что сила направлена вертикально вверх.

По рисунку 17: а=810мм расстояние между подшипниками, b=250мм расстояние от подшипника до маховика.

Найдем реакцию  . Для этого составим сумму моментов всех сил относительно точки В:

.                       (2.50)

 Отсюда

            (2.51)

 

Максимальный изгибающий момент будет  находиться на середине вала.

    (2.52) 

 

Рисунок 18 – Эпюра изгибающих моментов на эксцентриковом валу

 

Кроме изгибающего момента вал  подвергается действию крутящего момента[5]:

                                            (2.53)

Тогда результирующий момент равен[5]:

.                 (2.54)

Принимаем диаметр эксцентрикового  вала , тогда:

.                                                   (2.55)

Это вполне соответствует , т.к. эксцентриковый вал изготавливают из стали с

.

Для определения диаметра коренной шейки вала определим изгибающий момент относительно опоры В:

.               (2.56)

Т.к. изгибающий момент незначительный , то шейку вала рассчитываем на кручение. Диаметр шейки вала примем .

Тогда:

,                                                  (2.57)

что для принятой стали вполне допустимо.

 

Определяем диаметр шейки из расчета на удельное давление. Допустимое давление для стали по баббиту  , тогда:

,                                                              (2.58)

где – длина шейки коренного подшипника.

         Оставляем  диаметр шейки равным  .