Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Калужский государственный университет им. К.Э.Циолковского

Реферат

«Обоснование конструкции сепарируще-калибрирующего модуля».

Студентки

Физико-математического факультета

Группы ФМ-51

Ильиной Е.Е.

Калуга, 2012

Оглавление

Введение

• 1. Расчет производительности сепарируще-калибрирующей поверхности
• 2. Расчет привода и потребной мощности сепарируще-калибрирующей поверхности
• 3. Расчет кинематических режимов
• 4. Расчет вибропараметров
• 4.1 Определение частоты колебаний ротационной поверхности
• 4.2 Определение амплитуды колебаний калибрующей поверхности
• 4.3 Расчёт количества воздействий на клубень при повороте ротора на угол 60⁰
• 5. Выбор типа и расчет виброизоляторов
• 6. Расчет долговечности роторно-пальцевого рабочего органа
• 7. Проверочный расчет вала роторно-пальцевого сепаратора
• Введение
• Сепарируще-калибровочный модуль служит для сепарации примесей и калибрования картофеля на три фракции и представляет собой набор параллельных валов, на которых в шахматном порядке без перекрытия установлены пальцевые роторы. Унифицированная роторно-пальцевая поверхность, установленная на общей раме, позволит из нескольких рядов роторов образовывать отдельные участки: 1-й сепарации просеивающихся примесей, II-й калибрования мелкой фракции 25-50г, III-й средней 50-80г и IV-й крупной, более 80г.

1. Расчет производительности сепарируще-калибрирующей поверхности

Необходимость изменения режима обработки вороха картофеля в зависимости от наличия примесей требует обоснования при выборе угловой скорости вращения роторов.

Режим угловой скорости вращения роторов должен быть выбран таким, чтобы перемещение клубней по рабочей поверхности было безотрывным, но устойчивым, для обеспечения производительности устройства и исключения подпружинивания вороха.

При угловой скорости вращения ротора щ = 3…6 с^-1 происходит безотрывное перемещение обрабатываемого вороха.

При угловой скорости вращения ротора щ = 3…6 с^-1 происходит безотрывное перемещение обрабатываемого вороха.

При угловой скорости вращения роторов щ = 7 с^-1 происходит перебрасывание вороха через роторы, что не может обеспечить требуемую эффективность сепарации примесей.

Анализ показанных режимов вращения показывает, что угловая скорость вращения роторов от щ = 3 с^-1 до щ = 6 с^-1 обеспечивает безотрывное перемещение обрабатываемого вороха и рассредоточение клубней по сепарирующей поверхности. Также указанные пределы кинематики роторов обеспечивают эффективность сепарации примесей порядка 94 - 98%.

Производительность ротационной рабочей поверхности определяется по формуле:

,

где - скорость перемещения клубней, м/с,

- насыпная плотность массы клубней, ,

- ширина ротационной поверхности, ,

- коэффициент заполнения клубнями ротационной поверхности ,

- высота слоя картофеля, м..

Принимаем угловая скорость вращения роторов

Найдем частоту вращения роторов n, об/мин:

Линейная скорость вращения ротора будет ровна:

Производительность ротационной рабочей поверхности будет равна

2. Расчет привода и потребной мощности сепарируще-калибрирующей поверхности

Мощность для привода рабочих органов можем найти по формуле:

где - момент, необходимый для привода рабочих органов,

- угловая скорость вращения роторов, с^-1.

Момент для привода рабочих органов ротационных поверхностей определим как момент трения перемещению вороха картофеля роторами:

где - коэффициент трения качения клубней и почвы по поверхности роторов. .

- радиус ротора. .

- усилие давления на поверхность роторов от вороха картофеля.

где - объём вороха, подающегося на роторы,

- насыпная плотность картофеля .

Тогда М будет:

При щ = 6с^-1:

Привод сепарируще-калибрирующей поверхности осуществляется через конический редуктор U=1,25. Привод сепаратора осуществляется через цепную передачу.

Зная необходимую угловую скорость роторов и скорость вращения выходного вала редуктора можно определить передаточное отношение цепной передачи по формуле:

где щ_р - угловая скорость вращения выходного вала редуктора, с^-1;

щ - угловая скорость вращения вала роторного сепаратора, с^-1.

Угловая скорость редуктора будет равна

Определим число оборотов на редукторе:

Зная передаточное отношение цепной передачи, число оборотов на выходном валу редуктора и роторного сепаратора можно определить ее основные параметры (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Расчет параметров цепной передачи

Параметры	Расчетные формулы
1	2
Определяемые параметры для построения профиля зубьев звездочек
Диаметр делительной окружности
Диаметр окружности выступов
Диаметр окружности впадин
Наибольшая хорда
Радиус впадин
Радиус сопряжения
Радиус головки зуба
Угол сопряжения
Половина угла зуба
Прямой участок профиля
Расстояние от центра дуги впадины до центра дуги выступа зуба
Смещение центров дуг впадин
Координаты точки О1
Координаты точки О2
Параметры для построения венца звездочки в поперечном сечении
Радиус закругления зуба (наименьший)
Расстояние от вершины зуба до линии центра дуг закругления
Диаметр обода (наименьший)
Радиус закруглений	r4=1,6 при t35мм r4=2,5 при t>35мм
Ширина зуба звездочки
Число звеньев цепи
Допустимое межосевое расстояние
Длина цепи

Для привода роторно-пальцевого сепаратора воспользуемся цепью ПР - 25,4 - 6000. Проектный расчет цепной передачи осуществим в программном пакете КОМПАС-GEARS 5.1.

Для передачи крутящего момента с ротора на ротор используем цепную передачу с передаточным отношением u=1, расчет которой ведется по схеме приведенной в таблице 5.1.

3. Расчет кинематических режимов

Параметры сепарируще-калибрирующей поверхности должны обеспечивать производительность 15 т/ч и 25 т/ч., это можно обеспечить, регулируя линейную скорость вращения ротора в пределах . Расчеты приведены ниже.

Найдём скорость полотна транспортёра исходя из производительности.

Производительность ротационной рабочей поверхности определяется по формуле:

,

где - скорость перемещения клубней, м/с,

- насыпная плотность массы клубней, ,

- ширина ротационной поверхности, ,

- коэффициент заполнения клубнями ротационной поверхности ,

- высота слоя картофеля, м..

Из формулы производительности находим скорость вращения роторов V, м/с:

при

при

По расчётному значению скорости определяем частоту вращения ротора, щ, с^-1:

где r - радиус ротора, r= 0,1

для Q = 15 т/ч

для Q = 25 т/ч

частота вращения n, об/мин:

для Q = 15 т/ч

для Q = 25 т/ч

4. Расчет вибропараметров

4.1 Определение частоты колебаний ротационной поверхности

При попадании тела на вибрирующую ротационную поверхность тело совершает сложное движение: переносное V^е с угловой скоростью щ и относительное движение

- вынужденные колебания ротора.

где - сила трения, - сила инерции. Составим дифференциальное уравнение относительного движения вдоль оси X:

,

где f = 0,7 - коэффициент трения картофеля о резиновую поверхность

при t₀=0, x₀=0,

Сделаем предположение, что за время одного размаха (половина периода) центр масс тела переместится на расстояние меньшее Н, т.е ,где H = 0,004 м - смещение центра масс клубня относительно калибрующего отверстия.

Время полупериода

отсюда

,

Следовательно

где p - частота колебаний.

При м, , что составляет 15 Гц.

4.2 Определение амплитуды колебаний калибрующей поверхности

,

где - масса сепарирующе-калибрующего блока;

- скорость того же блока при колебаниях;

- масса распределённого на поверхности блока картофеля;

- скорость клубней при колебаниях.

при частоте 15 Гц время одного колебания составляет , отсюда следует, что перемещение клубня за одно колебание будет размер калибрующего отверстия, отсюда следует вывод, что при таком значении амплитуды не происходит переброс клубней на соседние ряды роторов, следовательно, данные параметры могут быть приняты.

При той же амплитуде, но частоте 10Гц

при частоте 10 Гц время одного колебания составляет

перемещение клубня будет

при той же амплитуде, но частоте 20 Гц

при частоте 20 Гц время одного колебания составит

перемещение клубня будет

Проверим крайние значения частоты и амплитуды, а именно:

При частоте 10 Гц и амплитуде 0,004м , следовательно

При частоте 10 Гц время одного колебания

, что является крайним значением, за которым будет происходить переброс клубня на соседние ряды роторов.

При частоте 20 Гц и амплитуде 0,002м , следовательно

При частоте 20 Гц время одного колебания ,

, что удовлетворяет условию.

4.3 Расчёт количества воздействий на клубень при повороте ротора на угол 60⁰

Угол поворота ротора для осуществления процесса калибрования составляет 120⁰. При повороте ротора на угол 60⁰ должен произойти процесс поворота клубня в продольном направлении при вибрации поверхности. Для полного поворота, длинной осью эллипсоида вдоль калибрующего отверстия необходимо от 2-х до 4-х клубня. При перемещении ротора на оставшиеся 60⁰ за этот период должно осуществляться устойчивое перемещение клубня между роторами и его колебаний при ширине отверстия до 0,045 м и разовом перемещении равном 0,02 м. промеривание к калибрующему отверстию.

Поэтому произведём проверочный расчёт количества колебаний ротора за угол поворота в 60⁰ при частотах его колебаний 10 Гц, 15 Гц и 20 Гц.

Определим длину окружности ротора

Так как угловая скорость ротора и 1 радиан составляет 57,3⁰, то ротор за секунду делает оборот равный

Определим время, за которое ротор произведёт полный оборот из пропорции отсюда

Так как во время технологического процесса задействована часть ротора в 120⁰, то есть третья часть, то время прохождения этого угла будет , число колебаний ротора при частоте 15 Гц за 0,41 с составит , число колебаний ротора при частоте 10 Гц за 0,41с составит , число колебаний ротора при частоте 20 Гц за 0,41с составит

привод калибрирующий колебание ротор

5. Выбор типа и расчет виброизоляторов

Для снижения динамических сил, передаваемых вибрационной машиной на поддерживающие опоры, применяют виброизоляцию.

Виброизоляция должна обеспечивать возможность колебаний вибрационной машины с амплитудами, в несколько раз превышающими амплитуду колебаний в установившимся режиме. В качестве виброизоляторов используют металлические

винтовые пружины - витые и прорезные, резиновые элементы, пневмоболонные опоры с резинокордной оболочкой.

При использовании неподвижных узловых точек в качестве опор существенно уменьшаются паразитные колебания, передаваемые окружающей среде и конструкциям, снижает уровень шума, упрощается конструкция виброизоляторов.

Для удобства монтажа упругие элементы (УЭ) изготовляют совместно с металлическими частями.

Виды нагружения УЭ следует разделить на 2-е части:

- Сдвиг и кручение. Поле напряжения однородное или изменяется линейно.

- Сжатие (растяжение) и изгиб. В зависимости от того, на сколько сильно влияют краевые эффекты крепления резины к металлическим частям, следует различать четыре случая:

Стержни. Высота более чем в 5 раз больше поперечного размера. Расчетные формулы сопротивления материалов пригодны, если изменение высоты

Виброизоляторы. Высота меньше пяти поперечных размеров, но больше поперечного размера. Резину можно считать несжимаемой. Большое влияние на жесткую характеристику оказывают металлические части. Благодаря этому можно создать виброизоляторы практически с любой заранее заданной жесткой характеристики.

Низкие виброизоляторы. Если высота меньше поперечного размера, то существенное значение имеет сжимаемость, для определения которой требуется знать объемный модуль сжатия

Тонкослойные элементы. При высоте ( - поперечный размер)

доминирующую роль играет объемное сжатие и жесткость не зависит от условий на боковой поверхности.

Из выше сказанного выбираем Виброизоляторы «призматический виброизолятор», т.к. они при колебаниях с небольшой амплитудой не зависят от массы.

Параметры виброизолятора:

- высота виброизолятора

- длина виброизолятора

- ширина виброизолятора

- модуль сдвига стали, применяемой для изготовления упругих элементов (Среднеуглеродистая сталь)

Рассчитаем виброизолятор на действующие, на него силы.

Сжатие. Действует сила

где ;

Изгиб. Действует момент .

Сдвиг. Действует сила

Кручение. Действует момент .

Выбираем виброизолятор призматический виброизолятор такой конструкции Рис.5.1



Рис. 5.1 Призматический виброизолятор

6. Расчет долговечности роторно-пальцевого рабочего органа

Одним из важнейших вопросов при конструировании роторно-пальцевого сепаратора, является вопрос долговечности рабочих поверхностей.

Осуществим расчет напряжений, возникающих в рабочем органе с помощью программы COSMOSXpressStudy.

Перед началом расчета необходимо определить нагрузку, действующую на роторно - пальцевый диск, для чего воспользуемся схемой представленной на рис.5.2.

Рис. 5.2 Сила, действующая на палец диска.

Для определения давления q, действующего на палец определим силу веса пласта приходящегося на него по формуле:

;

где m - масса почвы, приходящаяся на палец, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

с - плотность клубней; кг/м³;

l - длина пальца, м;

s - толщина диска, м;

h - высота перемещаемого слоя картофеля, м.

Тогда давление на поверхность пальца определится по формуле, Н/м²:

;

Подставляя в получим:

;

Подставляя в q значения с=650 кг/м³, h=0,05м получаем:

Для пальца входящего в соприкосновение с картофелем необходимо ввести повышающий динамический коэффициент , тогда давление на эту поверхность составит, Н/м²:

Подставляя данные значения нагрузки в расчетную модель и вводя закрепление по центральному отверстию получаем картину распределения напряжений (рис. 5.3).

После проведения расчетов видно, что максимальные напряжения возникают у основания максимально нагруженного пальца и в месте присоединительного отверстия. Максимальные напряжения возникающие в модели составляют 114104 Н/м², что значительно ниже предела текучести материала 923700 Н/м², поэтому основным видом разрушения рабочих органов является усталостное разрушение материала диска.

Осуществим анализ деформированного состояния (рис.5.4) рабочего диска.

Максимальное перемещение, возникающее в диске, возникает на краю пальца и составляет 1,66 мм. Данная величина является незначительной и существенно не повлияет на работоспособность диска.

Рис.5.3 Распределение напряжений в нагруженном диске.

Рис.5.4 Анализ деформированного состояния рабочего органа

Анализируя вышесказанное, можно сделать вывод, что наиболее опасным является усталостное разрушение пальцевого диска.

При усталостном разрушении модель существенно усложняется. Даже в самом простом случае необходимо учитывать эффекты старения, влияния внешней среды, температуры, эффекты поверхностных повреждений и т. д. Следует четко разделять две фазы процесса разрушения: длительную фазу накопления повреждений, заканчивающуюся локальным разрушением некоторого характерного объема, и короткую фазу развития трещин вплоть до разрушения образца. Для данной резиновой конструкции рассмотрим лишь первый период локального или так называемого рассеянного разрушения. Экспериментальные исследования показали, что процесс деформирования резины неизбежно сопровождается диссипативным разогревом, поэтому для описания ее механического состояния целесообразно использовать идеи и методы термодинамики необратимых процессов. Применение этих методов к расчету резиновых конструкций накладывает некоторые ограничения, смысл которых сводится к следующему: 1) в каждом локальном объеме материала термодинамические функции являются функциями тех же параметров, что и в состоянии равновесия; 2) градиенты скоростей, температур, деформаций, напряжений достаточно малы; 3) полные изменения энтропии и энергии обладают свойством аддитивности; 4) в качестве термодинамической системы рассматривается элементарный объем, испытывающий малую деформацию; 5) материал считается изотропным и предполагается, что существует исходное недеформированное состояние при Т = Т о, в котором вводится, декартова система координат.

Используя данные допущения можно определить время до разрушения характерного объема:

,

где p_кр. - критический уровень повреждаемости;

- энергия активации, Дж/кмоль;

R - газовая постоянная, Дж/кмоль·°С;

- функция Бесселя первого рода нулевого порядка;

- удельная энергия образования повреждений, Дж·м²/(Н·кмоль);

- напряжения возникающие в модели, Н/м².

с - const, зависит от концентрации исходных компонентов и вида элементарных реакций;

- константа действия;

Критический уровень повреждаемости определяется по следующей формуле:

,

где - модуль упругости материала, Н/м²;

G - модуль сдвига, МН/м².

Подставляя в формулы (2.8), (2.9) следующие значения параметров: G=1,7 МН/м²; =109·10⁶ Дж/кмоль; г=0,17 Дж·м²/(Н·кмоль); =10¹⁰ 1/с; R= 8,32·10³ Дж/(кмоль·°С); =4·10⁵ Н/м²; Т₀=293 К; найдем критический уровень повреждаемости и продолжительность времени до разрушения характерного участка тела рабочего диска:

.

Таким образом, долговечность рабочего диска, рассчитанная по данной методике, составляет 1,4·10⁷ секунд или 3890 часов, что удовлетворяет необходимым требованиям по долговечности элементов сортировочных машин.

7. Проверочный расчет вала роторно-пальцевого сепаратора

Для проведения проверочного расчета вала роторно - пальцевого сепаратора необходимо определить систему сил действующих на вал.

Момент необходимый для вращения вала составляет М=60 Нм. При передаче крутящего момента на ведущую звездочку возникает изгибающая сила F, которая определится по формуле:

,

где Т - передаваемый крутящий момент, Нм;

k - поправочный коэффициент;

D - диаметр звездочки, м.

.

Определим реакции в опорах и построим эпюры изгибающего и крутящего моментов

:

Максимальный изгибающий момент равен:

.

Максимальный крутящий момент составляет

.

Тогда максимальные напряжения, возникающие в роторе, определятся по формуле:

,

где W - момент сопротивления в опасном сечении, мм³.

Полярный момент сопротивления для квадратного сечения трубы определится по формуле:

,

где Н - сторона квадрата, мм;

b - толщина стенки трубы, мм.

Рис. 5.5 Определение максимальных крутящего и изгибающего моментов, действующих на вал.

.

Тогда максимальные напряжения составят, МПа:

Максимальные напряжения меньше допускаемых (250МПа), следовательно, вал выдержит расчетную нагрузку.

Размещено на Allbest.ru