Нехай шматок подрібнюваного матеріалу, діаметр якого e + при

максимальному зближенні рухомої і нерухомої  щік контактує з ними в місці, яке  відповідає своєму розміру, тобто  на відстані h від вихідної щілини. За час відходу рухомої щоки від  нерухомої  шматок під дією сили тяжіння повинен встигнути опуститись на відстань h і вийти з камери подрібнення.

         Якщо ексцентриковий вал здійснює n обертів в секунду, а час  відходу щоки рівний часу половини  оберта, то

t=

;   

 

Рис. 3.1  Розрахункова схема для визначення частоти обертання ексцентрикового вала 

    З рис. 3.1    випливає, що , де - кут захвату.

Шлях  h , який пройшло тіло за час t:

h=gt²/2;

Прирівнявши значення h, отримаємо:

 

звідки     

     

h=27/tg20=74.4мм; 

Довжина завантажувального отвору: 

       

   П- продуктивність, П=60 м³/год;

 n- частота обертання , n=4,1об/с;

d_max- максимальний розмір готового продукту, d_max=113 мм;

S_н- хід рухомої щоки; S_н=27 мм;

 μ- поправочний  коефіцієнт, μ=0.4; 

 

Рекомендується  L=(1.5…3.5)B= (1,5...3,5)415=622,5...1452,5

Приймаємо L=1400мм;

   Потужність  приводного двигуна щокової дробарки.

   

          Професор Л.Б.Левінсон пропонує вираз для визначення потужності двигуна щокової дробарки з простим рухом щоки, яка застосовується для подрібненнях високоміцних матеріалів с.62[3].

        (2.13) 

  σ_ст- межа міцності на стиск ,[σ]=950мПа;

n-частота  обертання=4,1 с^-1;

 L- довжина завантажувального отвору=900 мм;

 В- ширина  прийомного отвору=530 мм;

b- ширина вихідної  щілини=73 мм;

 Е- модуль  пружності, Е=8.5·10^-4 МПа

Приймаємо  N=87кВт; 

3.2.КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК ДРОБАРКИ.

3.2.1.РОЗРАХУНОК РОЗПІРНИХ ПЛИТ.

Зусилля, яке діє вздовж розпірних плит, досягає максимального значення в той момент, коли вони займають крайнє верхнє положення.

Рівнодійна  сил подрібнення:

Q=1.5qLH; 

Q=1.5·11.7·10⁶· 0,9·1=15,8мН;

 

Рис.3.2.Розрахункова схема для визначення зусиль в узлах дробарки 

   На  розпірні плити діє нецентровий  стиск, так як в загальному випадку  лінія дії сили S не співпадає  з віссю поперечного перерізу плити. 

S=Ql/(l₁-l₂)cosγ;

S=7.2·10⁶·0.360/(0.787)cos10=4.4 мН;

При розпірних  плитах із чавуну СЧ 18-36

[σ_ст]=700МПа;

Площа поперечного  перерізу. 

S_п=S/[σ_ст];        

S_п=4.4·10⁶/700=5285 мм²;

 

При довжині  плити L=900мм її товщина

h=5285/900=5.8мм; 

3.2.2.РОЗРАХУНОК РУХОМОЇ ЩОКИ.

      Рухома  щока розраховується на згин під дією сили Т, як балка на двох опорах, одна з яких шарнірна.

Довжина рухомої щоки. 

       (3.17)

   В-ширина завантажувального отвору, мм;

b_p-ширина розвантажувального отвору, мм;

 α-кут  захвату; 

=1089,5мм; 

Приймаємо l=1090 мм; 

T=Scosγ,  мH;           

T=4.4·10⁶cos10=2.4 мH; 

Кут γ  між T i S рівний: 

γ=β+α-90;     

γ=80+20-90=10˚;

Відстань  до місця прикладення навантаження:

l₁=0.33l;

l₁=0.33·1090=360; 

Максимальний  згинаючий момент:

M_max=Tl₂=T(l-l₁);

M_max=4.4·10⁶·0.73=3,5 мHм;

При виготовленні щоки із чавуну СЧ18-36

[σ_зг]=360 МПа;

Визначимо площу поперечного перерізу рухомої  щоки

При довжині  щоки 900мм її товщина має бути не меншою

h=3460/600=6мм;

Приймаємо h=8мм. 

2.2.3.РОЗРАХУНОК  ШАТУНА.

     При  робочому русі рухомої щоки, коли  проходить подрібнення матеріалу,  шатун рухається із нижнього  в верхнє положення і в ньому  виникає розтягуюче зусилля Р.

P_ш=Tcosβ;      (3.22)

   β-кут між плитою і шатуном; β=80˚;

  Т-сила яка діє вздовж плити;

 

 

Р_ш=5200·cos80˚=563 кН

    Розтягуюче зусилля в шатуні, при визначенні його профілю і розмірів перерізу, внаслідок ударної дії і можливості попадання в дробарку  неподрібнюваних включень приймають в 4 рази більше: 

   Р_р=4Р_ш=4·563=2251кН; 

При виконанні  шатуна із сталі 40Х     [σ]=900МПа;

Площа поперечного перерізу шатуна рівна

F=P_p/[σ_p]; 

F=225100/900=2508мм²; 

Робота  за один цикл с.94[3]:

A=0.3qLHS_cp;

0.3qLHS_cp=Nη/n;

звідки       q=Nη/(0.3LHS_cpn);

q=87·10³·0.9/(0.3·0.9·1,0·0.015·4.1)=11.7МПа;

     q-тиск  який діє на робочу поверхню  щоки.

3.2.4.РОЗРАХУНОК ОСІ РУХОМОЇ ЩОКИ.

Зусилля що діє на вісь

 

R=Q(l-l₁)/l;     

 

R=15,8·10⁶(1090-694)/1090=0.9мH; 

Реакції в опорних підшипниках:

R₁=R₂=R/2=0.9/2=0.45MH;

Згинаючий момент:

М_зг=R₁l₁/2;

М_зг=0.45·10⁶·0.787/2=177.1кНм;

Вісь  виконано із сталі 45Х в якої допустиме  граничне напруження на згин рівне

[σ_зг]=[ σ_гр]/k_з=1030/3=344МПа; 

Діаметр осі 

       

Приймаємо вісь діаметром d₀=0.17м. 

3.2.5. РОЗРАХУНОК МАХОВИКА.

      За  один оберт, кутова швидкість маховика змінюється від ω_min до ω_max. Коливання кутової швидкості обмежується степенем нерівномірності обертання маховика δ, яка для щокових дробарок приймається рівною 0.015…0.035.

      Приймаємо δ=0.02.

       Енергія яка накопичується маховиком  за час холостого ходу , рівна  половині роботи подрібнення:

Е=А/2=Nη/2n;

E=107·0.85/(2·4.5)=10.1кДж;

З іншого боку:

Е=I·4·π²·n²·δ;

I-момент інерції маховика,кг·м²;

  

I=10.1/(4·π²·4.1²·0.02)=632кг·м²;

Задамося  діаметром маховика.

Приймаємо D=1.2м;

тоді  з виразу

I=mD²/4;

знайдемо  масу маховика

m=4I/D²;

m=4·632/1.2=98,7кг; 

При виконанні  маховика із чавуну СЧ24-44 густина якого γ=7300кг/м³,

площа поперечного перерізу

S=m/(πDγ);

S=98,7/(π·1.2·7300)=0.027м²;

3.2.6.РОЗРАХУНОК ЕКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА.

     Вал розраховується як вільно  лежача двохопорна балка, яка  сприймає складне колихальне  навантаження: згинаюче від Р_р на консолях маховика G_м, навантаження кручення від шківа –маховика та згину від натягу пасів Т_р. 

Крутний момент від шківа маховика:

М_кр=N/ω;

М_кр=87/(π·4.1·2)=3.4кН; 

Колове  зусилля на шківу-маховику:

Р_к=2М_кр/D;

P_к=2·3.4/1.2=5,6кН;

Сила натягу пасів клинопасової передачі приймається рівною:

Т_р=3Р_к;

Т_р=3·5.6=16.8кН; 

   Рис.3.3. Розрахункова  схема ексцентрикового вала

     Для знаходження реакції опори R_a запишемо суму  моментів всіх сил відносно опори В;

-G_м(В₂+а₂)+R_aa₂-P_pa₂/2+G_мB₂-T_pB₂=0;

R_a=[G_м(B₂+a₂)+P_pa₂/2-G_мB₂+T_pB₂]a₂^-1; 

R_a=[9.9·0.72+563·0.3-9.9·0.12+14.2·0.12]0.6^-1=294.2кН;