Выбор и расчет бандажей и опорных роликов

 

3.4.1 Выбор бандажей, опорной и опорно-упорной станций

 

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей барабана на опорные ролики, а через них на фундамент установки. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения. Иногда бандажи небольших легких аппаратов выгибаются из рельса.

Бандажи изготавливаются из качественных высокоуглеродистых сталей для того, чтобы обеспечить их долговечность, т.к. смена бандажей тяжелых барабанов весьма трудоемка и дорога.

Существуют различные способы крепления бандажа к барабану. На заводе «Прогресс» практикуется способ, основанный на свободном креплении бандажей. В этом случае бандаж надевается на 12...24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажа. Под башмаки подкладываются усиливающая и две-три регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих прокладок добиваются совмещения центров бандажа и барабана.

Свободная посадка бандажей на барабаны предусматривает температурные зазоры для предупреждения возникновения краевых напряжений, особенно опасных во время разогрева барабана. Благодаря тому, что внутренний диаметр бандажа несколько больше внешнего диаметра барабана (с учетом башмаков) последний во время работы катится по бандажам. В результате бандажи раскатываются, их внутренний диаметр и зазор между барабаном (башмаками) и бандажом все время увеличивается, что является существенным недостатком такого способа крепления бандажей.

Выбор бандажей провели по заводской нормали Н441-56 по диаметру барабана. Обозначение соответствующих бандажей: Б1663.

Одновременно производится выбор опорных и опорно-упорных станций, т.к. их параметры входят в проверочный расчет на прочность бандажей. Обозначение роликовой опорной станции Б1661 (по нормали Н440-58), роликовой опорно-упорной станции Б1662 (по нормали Н439-58).

Упорно-опорная станция служит для того, чтобы препятствовать осевому смещению барабана. Упорные ролики монтируются на той же фундаментной плите, что и опорные. Подшипники упорных роликов соединяются между собой двумя стягивающими шпильками, рассчитанными на восприятие силы давления на ролик.

Для проверки механической прочности выбранных бандажей необходимо провести их проверочный расчет на контактное напряжение (в местах соприкосновения с опорными роликами) и на изгиб.

 

3.4.2 Данные для расчета

 

Для выбранного по заводской нормали бандажа имеются следую­щие размеры:

Ширина бандажа b = 135 мм = 0,135 м.

Радиус бандажа R = 995 мм = 0,995 м;

Радиус опорного ролика r = 200 мм = 0,2 м;

Высота сечения бандажа H = 115 мм = 0,115 м;

Угол между роликами 2φ = 60°.

По [5, стр.395, табл. 13.2.] приняли модуль продольной упругости для материала бандажей (углеродистая сталь): Е = 2·10⁵ МПа.

По [1, стр.37] приняли значение предела текучести для материала бандажей (углеродистая сталь): ₀₂ = 330 МПа.

 

3.4.3 Проверочный расчет бандажа на контактное напряжение

 

Нагрузка, приходящаяся на единицу длины контакта «бандаж – ролик»:

Определим максимальное контактное напряжение:

_МПа

Из теории сопротивления материалов известно, что расчетное напряжение в опасной точке, которая лежит на некоторой глубине контактирующих тел, по энергетической теории прочности составляет примерно 60% от максимального напряжения:

_МПа

На поверхности соприкосновения расчетное напряжение по той же теории прочности равно 40% максимального напряжения:

_МПа

Вычисленные напряжения не превосходят принятого значения предела текучести для выбранного материала ₀₂ = 330 МПа.

Остаточных деформаций при контакте ролика с бандажом происходить не должно. Выбранные стандартные бандажи и опорные ролики по прочности соответствуют требованиям установки.

 

3.4.4 Проверочный расчет бандажа на изгиб

 

После проверки бандажа на контактное напряжение, проведена его проверка на изгиб. Максимальный изгибающий момент возникает в бандаже в сечениях, находящихся против опор. Величина изгибающего момента зависит от действующих сил, вида насадки, радиуса бандажа и угла между опорными роликами.

Вычислили внутренний диаметр бандажа:

Н_вн =995-80 = 915 мм = 0,915 м.

Для свободно опирающегося бандажа приняли по [1, стр.38] коэффициент А = 0,08 для свободно опирающегося бандажа.

Определили максимальный изгибающий момент в сечениях бандажа, находящихся против опор: Н_*см =3,5_*10⁵

Нашли максимальное изгибающее напряжение в указанных сечениях:

_МПа

Полученное значение максимального изгибающего напряжения не превосходит принятого значения предела текучести для выбранного материала ₀₂ = 330 МПа.

Остаточного изгиба бандажа происходить не должно. Выбранные стандартные бандажи по прочности на изгиб соответствуют требованиям установки.

 

3.4.5 Расчет опорной станции

 

По нормали Н413-56 завода «Прогресс» определили расстояние между опорной и опорно-упорной станциями l = 4,7 м.

Принятая рабочая температура стенки барабана t_вн = 40°С.

Взяли коэффициент линейного удлинения для материала барабана (сталь) по [10, стр.33] при данной температуре:

α_t = 1,1·10^-5+0,8·10^-8·t_ВН =1,1·10^-5+0,8·10^-8·40 = 1,132·10^-5м/м·⁰С

Найдем величину термического удлинения барабана по [10, стр.33]:

Δl = 1,132·10^-5·(40-17,5)·4,7 = 0,001197 м = 1,19 мм.

Вычислили ширину ролика с запасом для удобства монтажа:

B = b +Δl + (30...40 мм) = 13,5+1,19+35 = 49,7 мм.

Принимаем ширину ролика В =50 мм.

 

3.5 Выбор и расчет зубчатого венца и привода барабана

 

Вращение барабана осуществляется за счет передачи ему вращательного момента. Он передается от электродвигателя через редуктор с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Зубчатая пара состоит из малой шестерни, установленной на выходном валу редуктора, и зубчатого венца, крепящегося на барабане. Для снижения радиального биения венец устанавливают, как можно ближе к опорно-упорной станции.

На основании принятой скорости вращения барабана и рассчитанной ранее мощности на вращение барабана выбрали моторно-редукторную группу 720031 мощность электродвигателя 13.2 кВт.

Во избежание попадания посторонних предметов в зубчатую передачу венцовая пара закрыта кожухом (обозначение Б1671 по Н444-58).

Венцовую зубчатую пару выбрали по нормали Н442-56. Обозначение Б1671.

 

 

3.6 Расчет сушильного барабана

 

Механический расчет вращающегося барабана включает проверку стандартной толщины стенки барабана на прочность и жесткость.

По нормали стандартная толщина стенки барабана составляет δ = 10мм = 0,01 м. Допускаемое напряжение на изгиб для материала барабана приняли по [5, стр.409] равным .

Модуль упругости материала барабана по [5, стр.395, табл.13.2] составляет: Е = 2·10^-5 МПа.

 

3.6.1 Расчет барабана на прочность по напряжению на изгиб

 

Для определения величины напряжения на изгиб, возникающего в материале барабана, рассмотрели его как балку, установленную на двух опорах. Вес барабана (нагрузку балки) приняли как равномерно-распределенную нагрузку.

Определили величину распределенной нагрузки по [5, стр. 409]:

Вычислили изгибающий момент в наиболее опасном сечении барабана (между опорами) по [5, стр. 409, ф.(13.56)]:

м

где l₀ = 0,585·L = 0,585·8 = 4,68 м.

Нашли крутящий момент от привода с учетом выбранного электродвигателя по [5, стр.409, ф.(13.57)]:

М_кр м

Вычислили приведенный момент по формуле Сен-Венана (по теории наибольших удлинений) [5, стр.409, ф.(13.59)]:

м Рассчитали напряжение на изгиб в стенках барабана по [5, стр.409, ф.(13.58)]:

Момент сопротивления кольцевого сечения барабана:

W = 0,785·D_б²·δ = 0,785·1,6²·0,01 = 0,02 м³.

Полученное значение напряжения на изгиб в стенках барабана не превосходит допустимого значения. Выбранной толщины стенки барабана достаточно для обеспечения достаточной прочности барабана.

 

3.6.2 Расчет барабана на прогиб

Определили экваториальный момент инерции кольцевого сечения барабана по [5, стр.410, ф.(13.62)]:

м⁴

Нашли прогиб барабана по [5, стр.410, ф.(13,61)]:

Допустимым для сушильных барабанов является прогиб, не превышающий 1/3 мм на метр длины барабана.

Рассчитали максимальный допустимый прогиб барабана по [5, стр.410, ф.13.60)]:

Величина прогиба барабана много меньше допустимой. Условие жесткости барабана соблюдается.

 

3.7 Выбор уплотнения сушильного барабана

 

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под небольшим разряжением, что позволяет избежать попадания в производственное помещение через не плотности барабана горячего сушильного агента, содержащего пыль (частицы высушиваемого материала). При работе барабана под разряжением, напротив, обеспечивается небольшой подсос воздуха в установку. Для того, чтобы этот воздух не изменял заметно параметров сушильного агента, устраивают уплотнения в местах соединения движущихся (барабан) и неподвижных (загрузочная и разгрузочная камеры) частей установки.

Наиболее распространенными видами уплотнений являются торцевое и лабиринтное. Торцевое уплотнение является аналогом сальникового уплотнения вращающихся валов. Его недостатком является то, что часть энергии привода расходуется на преодоление трения в этом виде уплотнения.

Другим видом уплотнения является лабиринтное, в котором протекающий газ постоянно переходит из узких каналов в широкие камеры, причем направление потока резко изменяется. Это приводит к снижению кинетической энергии потока и, следовательно, высокому гидравлическому сопротивлению соединения. Этот вид уплотнения наиболее надежен, хотя обеспечивает меньшую герметичность барабана.

В качестве уплотнения выбрали лабиринтное аксиальное уплотнение по нормали Н422-56, обозначенное Б1632.

 

3.8 Выбор насадки

 

На первых 1...1,5 м сушильного барабана устанавливают приемно-винтовую насадку с целью равномерной подачи материала в основную часть барабана, где устанавливают основную насадку. Между основной и приемной насадкой предусматривают зазор равный 5% от диаметра барабана.

По нормалям завода «Прогресс» выбрали приемно-винтовую насадку Б1652 длиной 1100 мм. В качестве основной насадки выбрали подъемно-лопастную насадку Б1657 (по Н436-56). Между основной и приемной насадкой оставить зазор 100 мм.

 

3.9 Выбор загрузочной камеры

 

Загрузочная камера служит для подачи высушиваемого материала, а сушильный барабан и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием (циклон и т.п.). На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, питающая течка, штуцер ввода материала и штуцер вывода отработанного сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри и люк для выгрузки остатков материала.

По нормали Н425-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует противоточная загрузочная камера Б1642.

 

3.10 Выбор разгрузочной камеры

 

Разгрузочная камера служит для подачи высушенного материала на ленточный транспортер и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием. На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, штуцер вывода материала и штуцер сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри.

По нормали Н426-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует прямоточная разгрузочная камера Б1643.