Расчет смешивающих литейных бегунов с вертикально-вращающимися катками

1. Расчет смешивающих литейных бегунов с вертикально-вращающимися катками

Расчет смешивающих литейных
бегунов с вертикальновращающимися катками
Исходные данные
1.
2.
3.
Производительность смесителя – П, м3/с
Прочность смеси во влажном состоянии - , МПа
Технологически необходимое время перемешивания – tпер, с
Задача расчета: определить основные конструктивные параметры и
мощность привода

2.

Схема установки

3.

Методика расчета:
1. Размер чащи смесителя
4Vзам
Dч 0,8 0,85
, м
h1 h2
где , Vзам = П*tпер – объем замеса, м3, h1 = 0,02 … 0,025 м – зазор (высота слоя
смеси) между крайней нижней точкой катка и днищем чаши; h2=0,06 … 0,08 м
– высота слоя смеси, захватываемой под каток
Vзам = S зам * H зам
S зам = D2/4
H зам= h1+h2

4.

Коэффициент 0,8 … 0,85 учитывает, что под катки попадает часть
смеси, а остальная поднимается плужками выше слоя h1
Рабочая высота чаши принимается из условия удобства обслуживания:
Для открытых смесителей - Нч=0,7 … 0,8 м
Для закрытых смесителей – Нч=0,4 … 0,5 м.

5.

2. Определение размера катка
Диаметр катка – Dк определяется из условия затягивания
смеси под каток
Nf cos N sin
где N – сила нормального давления катка на
смесь; f – коэффициент трения смеси о
поверхность катка; - угол захвата смеси
катком.
Из данного уравнения
sin
f
tg
cos
Обычно f принимают равным 0,7, тогда tg =0,7 и =350
Из геометрического
построения находим:
Dk
h2 1 cos
2
2h2
0
Dk
; при 35
1 cos
Dk (11 12)h2 , м

6.

Ширина катка bк у большинства смесителей находится в следующей
зависимости от Dк и Dч
1
1
bk
Dk
3,25 5
1 1
bk Dч
10 12
Нажатие катка на смеь:
Gк=g*bk
где g – допускаемая нагрузка на единицу ширины катка, кН/м (зависит от
объема смеси)
Объем
замеса, V м3
0,25
0,4
0,6
1,0
1,26
1,6
Допускаемая
удельная
нагрузка на
смесь, кН/м
20
25
32
40
56
80

7.

3. Частота вращения катка
60 k
nk
, об / мин
Dk
где к = 1,4 …2,2 м/с – линейная скорость точек, лежащих на образующей катка.
4. Частота вращения вертикального вала смесителя
Dk
nв nk
, об / мин
Dср
где Dср – средний диаметр качения катка,
Dср l1 l2 l1/ l2/ bk
l1 bk 0,5
l2 (1,15 1,25)l1
При несимметричном расположении катков,

8.

5. Мощность привода смесителя
N N кач N ск N пл
Мощность, необходимая для качения катков
N кач
Gk nb Dср Vзам
60rk S зам
где rк – радиус катка, м;
Sзам – площадь замеса, м2;
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние свойств смеси
на сопротивление качению по ней катков (0,8 +32 );
Gк – сила прижима смеси катком, кН;
nb – число оборотов вертикального вала смесителя, об/мин.

9.

Мощность, расходуемая на скольжение катков относительно смеси
N ск
Gk nbbk f
, кВт
60
где f=0.2…0,4 – коэффициент трения катка о смесь
Мощность, затрачиваемая для перемещения смеси плужками
N пл Gзам n b К , кВт
2
где
Gзам – вес замеса, кН,
Gзам=Vзам* , кН
- объемный вес рыхлой смеси, (11- 12 кН/м3)
к – коэффициент, учитывающий зависимость мощность привода от свойств
формовочной смеси (0,7+ 30 ) с/см2

10.

- геометрический параметр плужков:
1 / 3
i h1 r12 r113 h2/ r223 r213 h3/ r323 r313 ,
3
где h – высота плужков,
r – расстояние от оси вращения до границ
соответствующих участков плужков
h1=0.02-0.03 м, h2=h3=0.08-0.1 м, r1,1=0,1Rч
r1,2=r2,1=0,3Rч, r2,2=r3,1=0,6Rч r3,2=0,9Rч
Мощность двигателя смесителя:
N дв К у N кач N ск N пл , кВт
1
Ку – коэффициент установочной мощности (1,04 … 1,2)
- КПД привода смесителя (0,8 … 0,95)
При работе сдвоенных бегунов каждая чаша рассматривается независимо
м4

11.

Мощность привода катков по приближенной формуле
N дв N хх N кач N ск N пл /
Nхх = 2,5-3,0 кВт
Nпл = 3,0-4,0 кВт
Nкач = 15-30 кВт
Nск = 1,5-3,0 кВт
1
1 отн
, кВт

12. Расчет центробежного смесителя

Исходные данные
1.
2.
3.
Производительность смесителя – П, м3/ч
Прочность смеси во влажном состоянии - , МПа
Технологически необходимое время перемешивания – tпер, мин
Задача расчета: определить основные конструктивные параметры и
мощность привода

13.

Схема установки

14.

Методика расчета:
1. Размеры чаши смесителя
4Vч
Dч
, м
H ч
где , Vч =3,2Vзам - объем чаши смесителя, м3; Vзам = Пtпер – емкость замеса, м3;
Нч=0,45 … 0,55 м – высота чаши
2. Размер катка смесителя
Dч
a
Dк
e ,
2
2
м
где е – зазор между катком и внутренней поверхностью чаши (0,02 … 0,03), м;
а – расстояние между катками -0,25 м.
Ширина катков смесителя выбирается из конструктивных соображений в
пределах bк=0,1 … 0,2 м

15.

3. Определение скорости движения смеси по стенкам чаши
абс
отн
абс
отн
окр
sin cos
cos 1 sin 1
Смеситель имеет 2 плужка:
Первый с =600, 1=300
Второй с =450, 1=450
Абсолютная скорость движения смеси для плужка 1 принимают
равной 6,3 м/с
Тогда
окр
абс60
sin 60
Далее находим все остальные скорости.
7,3,
м/с

16.

4. Число оборотов ротора смесителя – определяется из
уравнения переносной скорости частиц смеси
nр
60 окр
( Dк 2 )
, об / мин
где - зазор между кромками плужков и внутренней поверхностью
чаши (0,025 м)
Общее передаточное отношение привода смесителя
iобщ
nр
nдв
nр
z1 z3
; iобщ iкон iцикл
1460
z2 z4
Число оборотов катка
( Dч 2e)
nк n р
, об / мин
Dк
Угловая скорость вращения ротора
р
n p
30
, рад / с

17.

5. Мощность потребляемая смесителем
Расходуется на перемещение плужков Nпл, катков N
потерь N пот
кат
и преодоление
N пл K p Gзам , кВт
где к – коэффициент учитывающий свойства смеси
К 0,7 30 , с / м
3
Gзам – вес замеса, кH (Vзам ) ( = 11-13кН/м3)
– геометрический параметр плужков
,
3 h 45 r 3 r 3 h 45 r 3 r 3
1
2
1
2
3
2
0
60
h
1 1
3
r2
0
3
r1
60 0
h2
3
r3
0
3
r2
м
4

18.

Где радиусы и высоты плужков берутся из следующих соотношений
r1=0,6Rч, r2=0,8Rч, r3=Rч- e, Rч=Dч/2,
60 0
h1
60 0
0,12 м, h2
0,06 м,
45 0
h1
45 0
0,08 м, h2
0,025 м

19.

N кат Fтр.кач * к * iк , кВт
i – количество катков;
Fтр.кач – сила трения качения, возникающая при перекатывании
катков по боковой поверхности, кН
Fтр.кач
f тр.кач * Fцб
Rк
, H
f – коэффициент трения, 0,028
F – центробежная сила, прижимающая катки к смеси, кН
Fцб
2
mk р R,
a
R Dk , м
2
кВт

20.

mк – вес катка (2750 Н); к – окружная скорость катка
k
Dk nk
60
,
м/с
Мощность двигателя
N дв
N пл N кат
, кВт
- КПД привода машины, учитывающий также потери мощности на трение
ротора о смесь (0.8 … 0,9).

21. Расчет лопастного смесителя

Исходные данные
1.
2.
3.
Производительность смесителя – П, м3/ч
Прочность смеси во влажном состоянии - , МПа
Технологически необходимое время перемешивания – tпер, мин
Задача расчета: определить основные конструктивные параметры и
мощность привода

22.

Схема установки

23.

Методика расчета:
1. Объемная емкость смесителя
П
1
1
Vсм
; Z зам
, м3
z зам
tобщ t загр tпер tвыгр
где , z – число замесов, производимых смесителем в час;
2. Размер корпуса смесителя
Радиус корпуса смесителя
Vсм
R 3
, м
cos 2 iл
=40 … 600 – угол наклона лопастей к горизонту;
=0,8 … 1,0 – коэффициент наполнения корпуса смесителя;
i=14 … 20 (18 … 32) – число парных лопаток на одном валу

24.

Общая ширина корпуса смесителя
Рабочая длина корпуса
В=2R(cos +1), м
L=(0,12 … 0,14) iлВ, м
Высота корпуса H=(2,0 … 2,2)R – период. действия
Н=(2,3 … 2,4)R
Число оборотов вала смесителя
96
nв
52 , об / мин
Gсм
Gсм 10 Vсм
Передаточное отношение редуктора
i ред
nв
nдв
где nдв=750; 1000; 1500; 3000 – число оборотов двигателя, об/мин

25.

Мощность двигателя смесителя
N дв К у
2 К 2 Gсм iсм
Ку – коэффициент установочной мощности (1,1 …1,2); К – расчетный
параметр К=0,7+30 , с/м3; – геометрический параметр плужков
1
3
3
hл sin r2 r1
3
hл – ширина горизонтальной проекции лопасти смесителя (0,05 … 0,10), м;
hл = е cos , м где е – ширина лопатки (0,1 – 0,3 м)
r1 и r2 – расстояние от оси вращения до границ соответствующих участков
лопасти, м (r1 = R, r2 = 0,5R)
- угловая скорость вращения валов, с-1
nв
30
- КПД редуктора и передач (0,85 … 0,95)

26.

27.

Силовой расчет смесителя
Крутящий момент на каждом валу
M кр
N дв
, кН м
P
Окружное усилие или сила изгибающая вал
M кр
Наибольший изгибающий момент, действующий на вал
M изг
Расчетный момент
r2
P L
4
2
2
M расч М изг
0,75 М кр
, кН м
Диаметры валов смесителя
dв 3
М расч
0,1 изг
, см
Допустимое напряжение на изгиб, кПа. Для углеродистых сталей – 15*104 – 27*104 кПа