Изучение и анализ сведений о конструкциях машин для измельчения и процессах, происходящих в них

ИТОК

Факультет : Механическое оборудование строительной индустрии

Специальность: 171600

Специализация: 171603

Кафедра : Механическое оборудование

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Технические основы создания машин»

на тему:

Разработка технического предложения на модернизацию конусной дробилки среднего дробления КСД-900

Разработал: Доронина Н.А.

группа МОМ-35

Проверил: Харин А.И.

Белгород 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

1 Изучение и анализ сведений о конструкциях машин для измельчения и процессах, происходящих в них......................... 3

1.1 Назначение и область применения машин для измельчения 3

1.2 Классификация машин для дробления.............................. 7

1.3 Сущность и основные закономерности технологических процессов, происходящих в машинах данной группы............................. 9

1.4 Показатели оценки качества конечной продукции, производимой дробилкой КСД – 900................................... 12

1.5 Критерии технического уровня машин данного ряда типоразмера........................................................................ 14

1.6 Анализ конструкции и принципа действия конусной дробилки для среднего дробления КСД – 900..................................... 16

1.7 Заключение.................................................................... 21

2 Проведение патентных исследований и анализ их результатов 22

2.1 Область техники............................................................ 24

2.2 Разработка задания на проведение патентных исследований............................................................................................ 25

2.3 Разработка регламента поиска информации................... 26

2.4 Поиск и отбор патентной и другой научно-технической информации......................................................................... 27

2.5 Выводы о выполненном регламенте поиска.................... 28

3. Проведение экспериментального исследования влияния рабочих параметров на технико-экономические показатели конусной дробилки КСД-900..................................................... 29

4. Художественно – конструкторский анализ создаваемой
машины........................................................................................ 31

Техническое предложение.......................................................... 34

Список литературы..................................................................... 35

Изучение и анализ сведений о конструкциях машин для измельчения и процессах, происходящих в них

1.1 Назначение и область применения машин для измельчения

Изобретение относится к оборудованию для измельчения и сортирования строительных материалов. Измельчение – это процесс последовательного уменьшения размеров кусков твердого материала от первоначальной (исходной) крупности до требуемой. В некоторых случаях этот процесс является подготовительным, и получаемый продукт направляется на дальнейшую переработку.

В зависимости от конечной крупности кусков материала различают следующие основные виды измельчения, мм.

Дробление:

крупное.................................. 100…350

среднее..................................... 40…100

мелкое.......................................... 5…40

Помол:

грубый........................................ 5…0,1

тонкий.................................... 0,1…0,05

сверхтонкий.......................... менее 0,05

Основным сырьем для этого вида оборудования являются горные породы. При создании и выборе оборудования при переработке этих пород необходимо учитывать их основные физико-механические свойства: прочность, хрупкость, абразивность, крупность и др.

Процесс измельчения характеризуется крупностью материала, поступающего на измельчение, крупностью и зерновым составом готового продукта измельчения и степенью измельчения.

1.2 Классификация машин для дробления

По принципу действия различают дробилки:

· Щековые, в которых материал дробится под действием раздавливания, раскалывания и частичного истирания в пространстве между двумя щеками при их периодическом сближении.

· Конусные, в которых материал дробится раздавливанием, изломом, частичным истиранием между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя тем самым непрерывное дробление материала.

· Валковые, в которых материал раздавливается между двумя валками. Валки вращаются навстречу друг другу. Нередко валки вращаются с разными частотами и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием.

· Молотковые дробилки измельчают материал в основном ударами шарнирно подвешенных молотков, а так же истиранием.

· В роторных дробилках дробление достигается ударами по материалу жестко закрепленных на роторе бил, ударами материала об отражательные плиты и соударениями кусков материала.

Принципиальные схемы измельчителей показаны на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Принципиальные схемы дробилок:

а – щековая; б – конусная; в – валковая; д – молотковая;

Конусные дробилки являются высокопроизводительными машинами при переработке различных горных пород на всех стадиях дробления. В зависимости от назначения разделяют конусные дробилки для крупного дробления (ККД), среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления.

Отечественная промышленность выпускает следующий ряд дробилок ККД: 500, 900, 1200, 1500 мм (по ширине приемного отверстия). Дробилки КСД и КМД характеризуются диаметром основания подвижного корпуса и выпускаются размером 600, 900 мм (КСД); 1200, 1750, 2200 мм (КСД и КМД). Проводятся работы по созданию дробилок с диаметром конуса 2500 и 3000 мм.

Конусные дробилки можно встретить на промышленных заводах по производству кирпича и других стройматериалов. Их применяют на горно-обогатительных комбинатах и фабриках. Для производства нерудных материалов (щебня, гравия, песка) используют конусные дробилки среднего и мелкого дробления. В конструктивном исполнении эти дробилки мало отличаются друг от друга.

В таблице 1 показаны основные отличительные особенности этих машин.

Рассмотрим некоторые дробилки зарубежных фирм. Американская фирма Аллис-Чалмерс выпускает для среднего и мелкого дробления дробилки типа «Гидроконе», представленных на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Дробилка типа «Гидроконе» фирмы Аллис-Чалмерс:

1 – наклонный лоток, 2 – верхняя опора, 3 – втулка, 4 – крестовина, 5 – верхняя часть корпуса, 6 – подвижный конус, 7 – верхний конец вала, 8 – нижняя часть конуса, 9 – эксцентриковая втулка, 10 – стакан, 11 – коническая пара, 12 – горизонтальный приводной вал, 13– упорный подшипник, 14 – гидравлический плунжер.

Если сравнивать различные конусные дробилки для среднего дробления, то следует отметить, что дробилки с двумя опорами (верхней и нижней) имеют по сравнению с дробилками с консольным валом следующие преимущества: лучшее распределения нагрузки, а следовательно, возможность развивать большие усилия дробления; возможность выполнения камеры дробления более крутой (угол наклона образующей к основанию конуса 55 – 60⁰), что способствует повышению производительности и снижает трение материала о футеровку при его движении вниз.

Дробилки с консольным валом должны иметь более острый угол наклона образующей (до 40 – 45⁰), чтобы ограничить момент от консольной нагрузки. Вместе с тем дробилки с двумя опорами подвижного конуса значительно сложнее, чем с консольным валом, кроме того, они больше по габаритным размерам.

Многие фирмы предприняли попытки повысить работоспособность эксцентрикового узла конусных дробилок применением подшипников качения. Так, например, в эксцентриковом узле конусных дробилок фирмы «Драгон» (Франция) установлены подшипники качения. Амортизирующее и регулирующее устройство этих дробилок выполнено в виде гидравлических цилиндров, расположенных по внешней окружности корпуса дробилки и связанных с окружным конусом, который может перемещаться по вертикальной оси.

В последнее время большое распространение получила дробилка ККД «Эш-Верке» (ФРГ).

1.3 Сущность и основные закономерности технологических процессов, происходящих в машинах данной группы

На рисунке 1.3 проведена кинематическая схема конусной дробилки, на которой показано рабочее пространство дробилки, образованное подвижным 4 и неподвижным 5 дробящими конусами.

Рисунок 1.3 Схема конусной дробилки: 1– ось неподвижного конуса, 2– ось подвижного конуса, 3– точка гирации, 4– подвижный конус, 5– неподвижный конус, 6– эксцентрик, 7– центральная рас-точка корпуса дробилки, 8– траек-тория точки при ( )=0, 9– то-же на холостом ходу, 10– тоже при дроблении.

Подвижный конус дробилки имеет две степени свободы и при дроблении может совершать сложное вращение,

состоящее из собственного вращения вокруг собственной оси и переменного вращения оси

подвижного конуса относительно оси дробилки . В теории такой случай движения называют движением тела, имеющего одну неподвижную точку,– случай Эйлера. Вектор мгновенной угловой скорости подвижного конуса будет равен векторной сумме векторов скоростей переменного и собственного движения: . Вектор переменной угловой скорости подвижного конуса равен угловой скорости эксцентрика, что следует непосредственно из кинематической схемы дробилки. Вектор угловой скорости собственного вращения подвижного конуса зависит от соотношения сил трения в опорах подвижного конуса и сил трения, которые возникают в камере дробления на рабочей поверхности подвижного конуса от взаимодействия с дробимым материалом. Эти силы в одном случае способствуют вращению подвижного конуса относительно собственной оси, в другом препятствуют. Соотношения этих сил в разных режимах эксплуатации оказываются переменными, на всегда реализуется условие минимизации их работы. Таким образом, скорости взаимного движения точек контакта разрушаемого материала с рабочими поверхностями подвижных конусов оказываются зависимыми от рабочего процесса. Такое движение подвижного конуса создает условия для разрушения в камере дробления материала, который подается под давлением гравитационных сил сверху. Попадая в рабочее пространство, материал подвергается неоднократному сжатию дробящими конусами, разрушается и под действием гравитационных сил опускается вглубь камеры дробления до тех пор,

пока размеры его кусков не окажутся меньше ширины разгрузочной щели и не создадутся условия для удаления его из дробилки.

При отсутствии собственного вращения подвижный конус будет совершать круговые качения, и траектории точек на рабочей поверхности его будет иметь вид замкнутых кривых, близких к эллипсам 8. При возникновении вращения подвижного конуса вокруг собственной оси замкнутые траектории превратятся в спиральные кривые, форма которых следует из сложения двух вращений – собственного и переменного. При работе на холостом ходу, когда в камере дробления отсутствует разрушаемый материал, силы трения в эксцентриковом узле увлекают во вращение подвижный конус, и траектории точек рабочей поверхности подвижного конуса будут иметь вид 9. При дроблении силы трения между материалами и дробящими конусами будут препятствовать вращению конуса и траектории точек рабочей поверхности его примут вид 10, показанные на рисунке 1.1.

1.4 Показатели оценки качества конечной продукции, производимой дробилкой КСД – 900

Процесс измельчения характеризуется крупностью материала, поступающего на измельчение, крупностью и зерновым составом готового продукта измельчения и степенью измельчения.

Крупность кусков обозначают линейными размерами: длиной «а», шириной «b» и толщиной «с». Чаще всего приводится однозначная характеристика крупности материала по его диаметру «d», причем эта величина определяется разными способами:

;

– среднеарифметическое этих величин;

– диаметр окружности, описанной вокруг ширины и толщины куска.

Зерновой состав продукта измельчения определяют рассевом пробы на наборе сит с круглыми отверстиями. Масса пробы (кг) при оценки продукта дробления связана с максимальной крупностью кусков (зерен) опробуемого материала следующей зависимостью:

. (1.1)

Крупность исходной породы определяется вычислением минимальной массы пробы по формуле (1), что приводит к необходимости рассева (разбора) больших по массе проб.

Под степенью измельчения понимают отношение размеров кусков исходного материала к размерам кусков готового продукта:

. (1.2)

Наиболее точно степень измельчения определяется отношением средневзвешенных кусков:

(1.3)

Средневзвешенный размер

, (1.4)

где d₁, d₂,…,d_n – средний размер классов;

m₁, m₂,…, m_n – содержание данных классов, %.

Металлоемкость рассчитывается по формуле:

, (1.5)

где М – металлоемкость,

G – масса дробилки,

П – производительность.

Для конусной дробилки производительность вычисляется по формуле:

, (1.6)

где V – объем кольца материала, выпадающий за один оборот
втулки, м³,

m – коэффициент разрыхления материала (0,45)

n – частота вращения втулки.

Определим степень дробления для КСД – 900 по формуле:

,

где B – ширина приемного отверстия;

b – ширина выходной щели.

Для КСД – 900:

В = 220 мм;

b = 30 мм, тогда: .

1.5 Критерии технического уровня машин данного ряда типоразмера

Таблица 1.1 Основные показатели КСД.

Производим сравнение технического уровня данных конусных дробилок среднего дробления. Для этого определим удельную энергоемкость и удельную металлоемкость.

1. Удельная энергоемкость:

,

где Р – мощность двигателя, кВт;

Q – производительность, м³/ч.

а) определяем энергоемкость для КСД – 600:

.

б) определяем энергоемкость для КСД – 900:

.

в) определяем энергоемкость для КСД – 1200:

.

г) определяем энергоемкость для КСД – 1750:

.

д) определяем энергоемкость для КСД – 2200:

.

2. Удельная металлоемкость:

,

где m – масса дробилки без электродвигателя, т;

Q – производительность, м³/ч.

а) КСД – 600: ;

б) КСД – 900: ;

в) КСД – 1200: ;

г) КСД – 1750: ;

д) КСД – 2200: ;

1.6 Анализ конструкции и принципа действия конусной дробилки для среднего дробления КСД – 900

На рисунке 1.4 показана конусная дробилка для среднего дробления
КСД– 900. К консольной части вала 1 жестко прикреплен корпус конуса 2, футерованный дробящим конусом 3 из высокомарганцовистой стали. Зазоры между поверхностью корпуса конуса и дробящего конуса залиты цинком или цементным раствором. Это делается для того, чтобы при дроблении материала дробящий конус не прогибался и узел подвижного конуса работал как единое целое, иначе часть хода сжатия будет затрачиваться на деформирование дробящего конуса, а не на дробление материала, что ухудшит технико-эксплуатационные показатели машины. Дробящий конус прикреплен к корпуса или гайкой со сферической головкой, или устройством с распределительной тарелкой. Корпус подвижного конуса опирается через бронзовое кольцо 11 на сферический подпятник 12, воспринимающий массу конуса и вала и усилия дробления.

Нижний конец вала (хвостовик) свободно вставлен в эксцентриковую втулку 15 с наклоненной конической расточкой. Наклон оси вала по отношению к оси дробилки, т.е. угол гирации, составляет для КСД примерно 2 – 2,5⁰. эксцентриковый стакан 16 расположен в середине нижней части дробилки и вместе с корпусом представляет одну литую деталь – станину машины.

В эксцентриковый стакан запрессована бронзовая втулка 17, служащая опорой трения скольжения для эксцентриковой втулки. В наклонную расточку эксцентриковой втулки так же запрессована втулка 18,

которая сопрягается с хвостовиком вала подвижного конуса. К эксцентриковой втулке 15 крепится коническая шестерня 13,
Находящаяся в зацеплении с конической шестерней приводного вала 14. Вертикальные нагрузки в эксцентриковом узле, в частности,

Рисунок 1.4 Конусная дробилка среднего дробления: 1 – вал, 2 – корпус конуса, 3 – дробящий конус, 4 – распределительная тарелка, 5 – приемная воронка, 6 – неподвижный дробящий конус, 7 – корпус неподвижного дробящего конуса, 8 – опорное кольцо, 9 – фланец, 10 – пружина, 11 – бронзовое кольцо, 12 – сферический подпятник, 13 – коническая шестерня, 14 – приводной вал, 15 – эксцентриковая втулка, 16 – эксцентриковый стакан, 17 – бронзовая втулка, 18 – запрессованная втулка, 19 – подпятник.

нагрузки от массы втулки и приводной шестерни воспринимаются подпятником 19, состоящим из стальных и бронзовых (иногда пластмассовых) колец вращающихся под действием сил трения в масляной ванне. Нагрузки от узла подвижного конуса воспринимаются сферическим подпятником. Необходимо отметить, что если вертикальные составляющие усилий дробления целиком воспринимаются сферическим подпятником, то горизонтальные составляющие этих усилий вызывают соответствующие реакции в эксцентриковом узле. Эти силы значительны, поэтому эксцентриковый узел работает в напряженных условиях, опорные поверхности узла (бронзовые втулки) подвержены изнашиванию. Их заменяют при капитальном ремонте дробилки. Зазоры в подшипниках трения скольжения эксцентрикового узла имеют значительно большие размеры по сравнению с принятыми. Такое решение приводит к образованию между трущимися поверхностями масляной подушки, хорошо воспринимающей динамические нагрузки от усилий дробления.

В верхней части станины имеется фланец 9, на который устанавливается опорное кольцо 8. Кольцо прижимается к фланцу станины при помощи пружин 10, равномерно расположенных по окружности кольца. В зависимости от типоразмера дробилки таких пружин может быть 20 – 30 штук. На внутренней цилиндрической поверхности опорного кольца имеется резьба, в которую ввинчивается корпус неподвижного конуса 7. К внутренней конической поверхности корпуса прикреплен сменный неподвижный дробящий конус 6 из марганцовистой стали. Зазоры между опорными поверхностями конусов так же, как в узле подвижного конуса, заполнены цинковой или цементной заливкой.

Корпус неподвижного конуса можно перемещать вниз или вверх, поворачивая по резьбе и регулируя тем самым выходную щель дробилки. Корпус неподвижного конуса поворачивают специальным храповым механизмом. Когда установлен необходимый размер выходной щели, корпус фиксируют стопорным устройством и затем стяжными болтами фиксируют зазоры в резьбе, т.е. корпус неподвижного конуса плотно прижимают к опорному кольцу.

Таким образом, максимальное усилие сжатия дробимого материала в камере дробления машины определяется упругой силой амортизационных пружин 10, выполняющих функцию предохранительного устройства. Для больших типоразмеров дробилок сила прижатия пружинами опорного кольца к фланцу станины составляет 4 – 6 МН.

Если усилия дробления превышают расчетные, например, при попадании в камеру не дробимых предметов, то пружины дополнительно сжимаются, опорное кольцо вместе с неподвижным конусом приподнимаются, выходная щель увеличивается и не дробимый предмет выходит из дробилки.

Дробилка КСД – 900 имеет систему жидкой циркуляционной смазки. Масло под давлением подается специальным насосом в нижнюю часть эксцентрикового стакана, смазывает подпятник и поднимается по зазорам между трущимися поверхностями эксцентрикового узла, обильно смазывая их. Одновременно масло поступает в осевое отверстие вала подвижного конуса и далее по радиальному каналу к сферическому подпятнику. После смазки и охлаждения этих поверхностей масло сливается на конические шестерни, смазывает их и по сливной трубке поступает в бак-отстойник. Отстойник выполнен с электронагревателями для масла в холодное время года.

Масляная система имеет контрольные приборы, регистрирующие расход масса, его давление и температуру. При отклонении показателей от заданных для нормального режима работы привод дробилки автоматически отключается. Во время работы подлежащий дроблению материал подается сверху в приемную воронку 5 и поступает далее на распределительную тарелку 4. Работая, распределительная тарелка покачивается, тем самым равномерно распределяя материал по загрузочному отверстию дробилки.

В дробилке КСД – 900 – щель необходимо часто регулировать для компенсации износа конусов и поддержания постоянной крупности готового продукта. В связи с этим, устройства для регулирования щели в конусной дробилке должны обеспечивать минимальную трудоемкость процесса регулирования, безопасность и простоту в эксплуатации, возможность дистанционного и автоматического дробления.

1.7 Заключение

В результате проведенного исследования можно сделать вывод, что данная машина (КСД – 900) удовлетворяет всем требованиям, которые распространяются на эти дробилки, т.е. простота конструкции, удобство и безопасность ее обслуживания; минимальное число изнашиваемых деталей, а так же возможность их легкой замены; наличие предохранительных устройств, которые при превышении допустимых нагрузок разрушались бы (распорные плиты, болты и т.д.) или деформировались (пружины); соблюдение санитарно-гигиенических норм по шуму, вибрации и запыленности воздуха.

Однако, совершенно очевидно, что применение гидравлики и гидро-пневматики повышает надежность работы предохранительного устройства, значительно упрощает и облегчает регулирование размера выходной щели, обеспечивает дистанционное управление дробилкой, т.е. делает ее более приспособленной к работе в автоматизированных линиях. Поэтому я считаю, что такие конструктивные решения следует внедрять в эти дробилки.