Расчет щековой дробилки

Значение  p рекомендуется определять из выражения:

,                                                                      (22)

где s - предел прочности (временное сопротивление сжатию) исходной горной

       породы на сжатие, Н/м²;

       К_a - коэффициент, учитывающий изменение p в зависимости от изменения

       угла захвата  дробилки,  при a = 19º К_a = 0,99 .

Н/м²

 Н

Расчетное (максимальное) значение усилия дробления принимается  с учетом коэффициента запаса на случай попадания недробимых тел:

,                                                                                               (23)

где К_зап – коэффициент запаса, К_зап = 1,4¸1,5.

 Н

 Равнодействующая сил дробления для дробилок со сложным движением щеки ориентировочно прикладывается в точке, расположенной на расстоянии (0,3¸0,4)Н от низа камеры дробления, и направлена перпендикулярно к биссектрисе угла захвата.

Схема действующих усилий в элементах дробилки показана на (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная  схема щековой дробилки

 

Составляя далее  уравнения равновесия сил относительно выбранной системы координат, найдем неизвестные усилия, действующие  в элементах дробилки.

 ,                                                                                       (24)

где  y – угол между положительным направлением оси проекции и вектором проектируемой силы.

Н

                                                                                (25)

 Н

7. Определение габаритных, установочных  и присоединительных размеров дробилки

 

На (рис. 5) изображен общий вид дробилки со сложным движением щеки. Габаритные, установочные и присоединительные размеры ориентировочно определены по аналогии с существующими моделями дробилок :

h1 = 1514 мм	a4 = 1560 мм
h2 = 365 мм	B1 = 2150 мм
h4 = 850 мм	b = 1020 мм
h5 = 1610 мм	b1 =3085 мм
h6 = 2490 мм	b2 = 1514 мм
H1= 2520 мм	b3 = 550 мм
A1= 2050 мм	b4 = 350 мм
a1 = 1216 мм	D = 1820 мм
a3 = 3350 мм	D1 = 315 мм

Рис. 5. Общий  вид и основные размеры дробилки

 

8. Выбор материала деталей дробилки

 

Назначение  материала деталей дробилки производится по общепринятым рекомендациям в  зависимости от условий работы. Результат  выбора материала  деталей дробилки представлен в (таблице 3).

Таблица 3. Материал деталей щековой дробилки

Наименование деталей	Материал
Станина	Сталь 35Л-1. ГОСТ 977-65
Подвижная щека	Сталь 35Л-1. ГОСТ 977-65
Дробящие плиты	Сталь 110Г13Л. ГОСТ 2176-90
Боковая броня	Сталь 110Г13Л. ГОСТ 2176-90
Ось подвижной щеки	Сталь 45. ГОСТ 1050-60
Эксцентриковый вал	Сталь 45. ГОСТ 1050-60
Распорные плиты	Чугун СЧ18-36. ГОСТ 1412-70
Опоры качения распорных плит	Сталь 45. ГОСТ 1050-60
Вкладыши распорных плит (сухари)	Сталь 45. ГОСТ 1050-60
Шкив и маховик	Чугун СЧ18-36. ГОСТ 1412-70
Упор регулировочного устройства	Сталь 35Л-1. ГОСТ 977-65
Тяга замыкающего устройства	Сталь Ст 3. ГОСТ 380-71
Пружина замыкающего устройства	Сталь 35Г. ГОСТ 1050-60
Корпус фрикционной муфты	Сталь 35Л-1. ГОСТ 977-65
Вкладыши подшипников подъемной  щеки	Бр. ОЦС 6-6-3
Вкладыши шатуна	Баббит Б6. ГОСТ 1320-55

 

9. Расчет основных деталей дробилки на прочность

 

Все детали дробилки должны выдерживать без  поломок и большой деформации те максимальные усилия, которые в  них развиваются при нормальной работе.

Прочностной расчет щековых дробилок сводится к  определению действующих в деталях  машины напряжений и сравнению их с допускаемыми напряжениями для  материала этих деталей.

 

        9.1. Расчет станины

 

При работе дробилки поперечные стенки станины  воспринимают нагрузки от дробящих щек.

Станину дробилки рассчитывают как жесткую раму, передняя и задняя стенки которой равномерно нагружены нагрузкой Р_max., в жестких углах которой при изгибе возникают опорные моменты М_о. Поперечные стенки станины рассматриваются как балки на двух опорах, нагруженные силой Q и статически неопределимым моментом М₀. Продольные стенки станины рассматриваются как балки, нагруженные на концах моментом М₀. Благодаря жесткости соединения при изгибе стенок их углы поворотов q₁ и q₂ будут одинаковы, причем каждый из них равен опорной реакции от фиктивной нагрузки стенки, площади эпюры моментов, деленной на жесткость стенки (ЕJ).

Для поперечной стенки фиктивная нагрузка :

                                                                              (26)

Из данной формулы получим момент (Н м):

                                                                     (27)

Наибольший  изгибающий момент в поперечной стенке (Н м):

                                                                                (28)

Напряжение  в поперечной стенке (Па):

                                                                                    (29)

Напряжение  в продольной стенке (Па):

                                                                  (30)

В приведенных  формулах:

l₃ и l₄ – длины поперечной и продольной стенок соответственно,

 l₃ = 2800 мм, l₄ = 4600 мм;

J₁ и J₂ – моменты инерции поперченной и продольной стенок соответственно, J₁= 6,3×10⁹ мм⁴, J₂ = 7,875×10⁹ мм⁴;

W₁ и W₂ – моменты сопротивления поперечной и продольной стенок, соответственно, W₁= 42×10⁶ мм³, W₂ = 52,5×10⁶  мм³.

 МН×м

МН×м

МПа

 МПа

 

        9.2. Расчет подвижной щеки

 

Расчетная схема  подвижной дробящей щеки дробилки со сложным движением щеки приведена  на рисунке 6 и представляет собой балку, опирающуюся с одной стороны на распорную плиту и с другой – на плиту, закрепленную на шарнире. Как видно из схемы, подвижная щека подвергается изгибу и растяжению.

Для дробилок крупного дробления нагрузку, передающуюся на щеку со стороны дробящей плиты, можно принимать сосредоточенной.

Суммарное напряжение в рассматриваемом сечении определяется по формуле:

                                                                                       (31)

 

 

Напряжения  от изгиба определяются по формуле:

                                                                                              (32)

Рис. 6. Расчетная  схема подвижной щеки дробилки

 

На участке I изгибающий момент изменяется по закону квадратной параболы:

                                                                                   (33)

Нм

Нм

На участке II изгибающий момент изменяется по линейному закону:

                                                                                                 (34)

Максимальный  изгибающий момент будет в сечении, где поперечная сила равна нулю. Мmax=1,24*10⁶ Нм

 

W=b*h²/6=0,36²*1,02/6=0,022 м³

         σ_и=1,24*10⁶/0,022=56,57 МПа

 

Напряжение  от растяжения определяется по формуле:

,                                                                                                 

где F – площадь расчетного сечения.

 МПа

 МПа

σ_т =[σ]=295 МПа для стали Сталь 35Л-1 ГОСТ 977-65

Коэффициент запаса прочности.

s=[σ]/ σ=295/62,4=4,73  ≥ [s] = 2.5

 

        9.3. Расчет распорных плит

 

Распорная плита  работает в условиях пульсирующего  цикла нагружения при рабочей  нагрузке и мгновенно возрастающих нагрузок при попадании в дробилку инородного недробимого тела. В связи с этим расчет распорной плиты производится на предельную прочность и на выносливость.

Суммарное напряжение в распорной плите определяется по формуле:

,                                                                                (36)

где Р_рп – усилие, сжимающее плиту;

      F – расчетная  площадь сечения плиты;

      W – момент сопротивления сечения;

      М_и – момент, изгибающий плиту:

,                                                                                                (37)

где r₁ – эксцентриситет в приложении сжимающих сил,  r₁=(0,1¸0,15)×S_н.

 Нм

 МПа

Расчет на предельную прочность производится по формуле:

,                                                                                                   (38)

где s_b - предел прочности материала на изгиб, Нм²;

     [n] – требуемый коэффициент запаса прочности,

              [n] = 2¸2,5 – при рабочей нагрузке,

              [n] = 1,5¸1,6 – для предохранительных распорных плит.

Распорные плиты  рассчитываются на выносливость по формуле:

,                                                                                                 (39)

где s_-1 – предел выносливости материала при пульсирующей нагрузке, МПа.

Значения s_-1 для чугуна марки СЧ18-36 принимается в следующих пределах: s_-1 = 400 МПа – при сжатии, s_-1 = 60¸80 МПа – при растяжении.

Коэффициент запаса по пределу выносливости при  расчете распорных плит принимается  равным [n] =1,5¸2,5.

 

        9.4. Расчет эксцентрикового вала

 

Эксцентриковый  вал дробилки подвергается изгибу и  кручению. Напряжения изгиба  определяются на основании построенных эпюр изгибающего (М_изг) момента и диаметра вала (d) в опасном сечении.

 

l=1,032 м; l₁=1,02 м

Определим максимальные моменты.

P_п = P_ш= R_о=1,13*10⁶ H

М_иmax= (P_ш/2)* l=(1,13*10⁶/2)*1,032=0,58*10⁶ Нм

М_кр.max= P_ш*е=1,13*10⁶*0,02=0,023*10⁶ Нм

Напряжения изгиба:

σ_и= М_иmax /(0,1*d_в³)=0,58*10⁶/0,1*0,3³=214,8 МПа

Напряжения  кручения:

σ_кр= М_кр.маx /(0,2*d_в³)=0,023*10⁶/(0,2*0,3³)=4,26 МПа

σ_т =[σ]=540 МПа для стали 40Х (ГОСТ 2176-67)

σ_макс= (σ_и²+4* σ_т²)^0,5=(214,8 ²+4* 4,26 ²)^0,5=215 МПа

Коэффициент запаса прочности.

s=[σ]/ σ=540/215=2,51  ≥ [s] = 2.5

 

        9.5. Расчет подшипников

 

Нагрузка на подшипники вала изменяется практически по тому же закону, что  и усилие дробления.

Срок службы подшипника определяется из выражения:

,                                                                           (44)

где n – число оборотов вала дробилки;

       h – срок службы подшипников;

      С – коэффициент  работоспособности подшипника;

      Q_экв – эквивалентная нагрузка на подшипники;

      К_s - коэффициент, учитывающий влияние характера нагрузки на срок

             службы подшипника;

     К_Т – коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы.

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:

,                                                                   (45)

где  R_max – максимальная радиальная нагрузка на подшипник;

       A_max – максимальная осевая нагрузка;

      m – коэффициент, учитывающий неодинаковое влияние радиальной и осевой

              нагрузок на срок службы подшипника;

      k_к – коэффициент, учитывающий зависимость срока службы подшипника от

             того, какое кольцо вращается  относительно вектора нагрузки;

      k_э – коэффициент, учитывающий непостоянство действия максимальной

             нагрузки.

Для щековых дробилок характерны следующие  значения коэффициентов:

k_к=1, К_s =2, К_Т= 1; для коренных подшипников k_э = 0,14¸0,18.

МН

Подшипники скольжения рассчитываются по величине удельного давления и  показателю q₀ × u₀ .

Среднее удельное давление в опоре  шатуна определяется по формуле:

,                                                                                        (46)

где z – количество опор скольжения;

      d_в и l_в – диаметр и длина опоры вала под подшипник;

      [q] – допускаемое удельное давление.

 МПа

Критерием работоспособности опор скольжения служит зависимость:

[q₀ × u₀]³ q × u₀,                                                                                               (47)

где u₀ – скорость скольжения вала в опоре.