Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Цех экзометрических шлакообразующих смесей состоит в группе основных цехов ОАО «Северсталь». Цеху в этом году исполнится 25 лет. За все это время цех рос, увеличивал свою мощность, а значит, требовалось увеличение скорости производства и увеличение качества производства, уменьшение времени простоев по вине оборудования. Цех постоянно модернизировал своё оборудование. Для увеличения скорости производства необходимо было пересчитывать редуктора, увеличивать мощность приводов оборудования. На определённом этапе модернизаций приводов возникли проблемы. Они заключаются в уменьшении межремонтного периода приводов, что существенно отобразилось на количестве ремонтов. Также увеличились аварийные простои из-за поломок привода. Было принято решение о реконструкции оборудования для производства шлакообразующих смесей.

Упаковочный полуавтомат служит для упаковки шлакообразующих смесей в мешкотару от 10 до 50 кг

Первоначально упаковка производилась в коробки по три тонны. Материал ссыпали на прямую из бункера в контейнер. Но при хранении и транспортировке смесей из-за разной плотности материалов входящих в состав, происходило расслоение смеси в контейнере. При засыпки смесей в сталь-ковш или при таркетированиии конвертера происходили прорывы и прогары металла. Это приводило к остановке машин для непрерывного литья заготовок и ремонту сталь- ковшей, а остановка приводит к большим убыткам цеха. Чтобы снизить этот вид убытков необходим новый привод, который будет на более длительный срок времени работать без поломок и не требовать к себе контроля и смог повысить качество смей. Упаковочный полуавтомат состоит из нескольких узлов, узла горизонтального шнека предназначенного для набора смеси в мешкотару, узла рыхлителя для ворошения материала при остановках оборудования, узла опрокидывателя для сброса заполненных мешков на конвейер. Установка полуавтомата позволит повысить качество смесей за счет уменьшения объема материла. Упаковка производится в клапанные мешки объемом от 10до 50кг.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Анализ состояния вопроса

Применение шлаковых смесей. Чаще других используют два технологических приема:

- подачу на струю металла порошка, состоящего из извести, плавикового шпата и алюминия;

- присадку десульфурирующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, на дно ковша перед выпуском металла; при этом одновременно на дно ковша присаживают все требуемое для раскисления количество ферросилиция. Температура металла при использовании для десульфурации синтетических смесей в твердом виде должна быть выше обычной на 10-15 °С.

Так, например, твердые шлаковые смеси (сокращенно ТШС) использовали в конвертерном цехе комбината "Азовсталь" при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов (сталь должна была содержать не более 0,010% S). Использовали ТШС следующего состава, %: известь 60; плавиковый шпат 20; магнезитовый порошок 10; отходы, содержащие алюминий, 10. При этом ввод в состав ТШС магнезитового порошка (используемого для торкретирования конвертеров или заправки мартеновских печей) обусловлен тем, что MgO при содержании его в шлаке до 10-12% снижает температуру ликвидуса системы CaO-SiO2-Al2O3-MgO и вязкость таких шлаков, повышая коэффициент активности СаО и коэффициент распределения серы.

Отходы алюминия и алюминиевых сплавов (алюмошлак) представляют собой механическую смесь, состоящую из 85% металлической части (корольки, всплески, не расплавившаяся часть алюминиевого лома) и 15% шлаковой части (состоящей в основном из A12O3). В составе металлической части содержится до 75% А. Металлический алюминий в составе алюмошлака выполняет двоякую роль: во-первых, обеспечивает дополнительное раскисление металла, во-вторых, образующийся после окисления алюминия А12О3, остается в шлаке и является дополнительным разжижителем шлаковой смеси, находящейся в сталеразливочном ковше.

Обработку стали ТШС проводили в ковше во время выпуска металла из конвертера. Порядок присадки смеси был следующий. Известь и плавиковый шпат, предварительно смешанные, подавали в ковш емкостью 350 т по тракту сыпучих. Магнезитовый порошок и алюмошлак без предварительного смешивания присаживали в ковш с рабочей площадки конвертерного отделения из переносного бункера одновременно с известью и плавиковым шпатом. Очередность подачи в ковш материалов во время выпуска соответствовала существующей: 1-я порция чушкового алюминия, ТШС, наутлероживатель и ферросплав; 2-я порция чушкового алюминия, алюминиевый слиток. В результате получали сталь, содержащую 0,009% S.

В тех случаях, когда по условиям производства (например, цех старой постройки с отсутствием свободных площадей) нет возможности разместить, оборудование для расплавления синтетического шлака, используют метод обработки металла на выпуске твердыми синтетическими шлаками. Обычно в состав таких смесей вводят СаО и CaF2. Расход таких смесей колеблется от 3 до 10 кг/т (иногда и более). И в этом случае наилучшие результаты по десульфурации и получению стали с минимальным содержанием неметаллических включений, получают при одновременном воздействии на металл с десульфурирующей синтетической смеси и раскислителей. Чаще других используют три технологических приема:

1) Подача на струю металла порошка, состоящего из извести, плавикового шпата и алюминия.

2) Присадка десульфурирующей смеси, состоящей из извести и плавикового плата, на дно ковша перед выпуском металла; при этом одновременно на дно ковша присаживается все требуемое для раскисления количество ферросилиция.

Температура металла при использовании для десульфурации синтетических смесей в твердом виде должна быть выше обычной на 10-15 °С. В некоторых случаях для облегчения условий быстрого образования активного шлака ковш вовремя покачивают или перемещают вперед и назад. Обработка таким методом стали с повышенным содержанием углерода позволяет снизить содержание серы (по сравнению с последней пробой из конвертера) почти вдвое; при обработке менее углеродистого металла (ванна более раскислена) степень десульфурации уменьшается.

3) Подача порошкообразной смеси извести, плавикового шпата и кальцинированной соды при помощи бункера-дозатора на поверхность струи металла, стекающего по выпускном) желобу в ковш. При падении струи и ударе ее о дно ковш или об уже накопившийся в нем слой жидкого металла проходит перемешивание обеих фаз и быстрая десульфурация металла. Расход смеси составляет 1,2-1,6%.

В России в последние годы проведен ряд исследований, имеющих целью определить рациональные и экономичные обоснованные пути использования твердых шлакообразующих смесей (ТШС).

С целью выбора более эффективных схем внепечного рафинирования ЦНИИЧМ совместно с металлургическим комбинатом "Азовсталь" выполнен технико-экономический анализ затрат на производство трубных сталей при частичной или полной замене синтетического шлака ТШС, которая содержала известь и плавиковый шпат фракции 50-20 мкм в соотношении 4: 1. Технологическую присадку этой смеси осуществляли с использованием средств механизированной подачи в сталеразливочный ковш, в начале выпуска плавки из конвертера непосредственно на струю сливаемого металла. Удельный расход ТШС составлял 5-6 кг/т стали в случае частичной замены синтетического шлака. При полной замене синтетического шлака ТШС удельный расход увеличивался, до 12-14 кг/т стали. Анализу подвергали технико-экономические показатели трех вариантов внепечного рафинирования трубных сталей группы ГФБ (09Г2ФБ, 10Г2ФБУ, 10Г2ФБ). В первом варианте десульфурация металла проводилась известково-глиноземистым шлаком в 350-т сталеразливочном ковше с кислой набивной или шамотной кирпичной футеровкой. Во втором варианте ее осуществляли в 350-т сталеразливочном ковше с кислой набивкой или шамотной кирпичной футеровкой с уменьшенным (на 15-20%) удельным расходом известково-глиноземистого шлака и добавками ТШС.

Благодаря производству трубного металла в конвертерном Цехе с использованием ТШС и ковшей с футеровкой из основного огнеупорного материала нижний предел по содержанию серы в трубной стали дополнительно уменьшился до 0,004%, повысилась усвояемость алюминия, марганца и кремния, в жидкой стали в процессе корректировки ее химического состава, а стойкость футеровки ковшей увеличилась более чем в 2,8 раза. Наряду с указанными преимуществами необходимо обратить внимание на уровень изменения тепловых потерь и способы их компенсации.

Уменьшение количества синтетического шлака на плавку и обвалку в ковш ТШС (второй вариант) увеличивают потери 1епла на нагрев и расплавление ТШС. Отмечено также сниже-11116 температуры металла в ковше с 10 (в первом и втором) *) 5°С (в третьем варианте).

В условиях кислородно-конвертерного цеха комбината повышенные потери тепла компенсируются путем подогрева огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша до 800 °С. Для этого стенды в ковшовом пролете были оборудованы высокотемпературными горелками, а сталеразливочные ковши снабжены специальными крышками для утепления. Использование указанных мероприятий снижает до минимума потери тепла по третьему варианту и повышает эффективность внепечного рафинирования стали.

В мартеновском цехе ОАО "Азовсталь" усовершенствовали технологию производства рельсовой стали путем обработки ее в ковше шлаком ЭШП с добавкой доломитизированной извести при одновременной продувке металла аргоном. Такая внепечная обработка позволила снизить среднее содержание серы с 0,036 до 0,026%, стабилизировать температуру металла, повысить чистоту металла по неметаллическим включениям и увеличить выход рельсов I сорта.

На РусМЗ проведены плавки трубной стали с десульфурацией металла в сталеразливочном ковше на выпуске смесью извести и отходов производства вторичного алюминия, содержащих 65-70%. А12О3; 2-4% SiO2; 2,8-3,2% СаО. Смеси в ковш подавали одновременно с раскислителями при заполнении его металлом на 1/8 высоты в течение 2-3 мин. Применение твердой шлакообразующей смеси значительно увеличивает степень десульфурации металла; при этом снижается угар кремния и марганца в ковше соответственно на 9,9 и 4,7%, расход алюминия в слитках уменьшается. Новая технология позволила увеличить выход труб первого сорта

В России над проблемой разработки эффективной технологи" обработки стали ТШС, длительное время работает донецкий институт. Разрабатывая технологию применения условий мартеновского цеха металлургического комбината им. Дзержинского установили, что условия десульфурации изменяются в зависимости от продолжительности (интенсивности) выпуска плавки. Для улучшения условий шлакообразования и физико-химических свойств рафинировочного шлака в состав обычной смеси (60-65% извести и 35-40% плавикового шпата) ввели отсевы алюминиевой стружки (отвальный продукт), содержащей 15-20% А12О3; 0,5-2,0% СаО; 10-12% SiO2; Добавка 10% отсевов алюминиевой стружки способствует снижению вязкости шлака в интервале 1550-1600 °С на 25%, а также плавкости смеси на 60 °С, что свидетельствует об улучшении тепловых условий формирования шлака.

Провели оценку продолжительности прогрева кусочков смеси до температуры металла с учетом плавления легкоплавких (Составляющих. Расчеты показали, что при гидродинамических условиях наполнения ковша до 1/3 его высоты период полного прогрева тугоплавких кусочков смеси размером до 20 мм не превышает 50 С, что составляет не более 5-10% общей продолжительности выпуска металла из 240-т мартеновской печи. В связи с высокими значениями коэффициентов турбулентного массообмена в этот период наполнения ковша существует возможность получения жидкой шлаковой фазы при наличии тугоплавких кусочков извести размером до 20 мм.

Выбор оптимальных значений гидродинамических параметров расхода металла в струе при его сливе в ковш и режима присадки смеси в рафинируемый расплав проводили по Результатам промышленных экспериментов и теоретических Расчетов. Момент ввода смеси в ковш был определен однозначно, так как из-за необходимости проведения в ковше окончательного раскисления стали подача смеси может быть начата спустя 2-2,5 мин после начала выпуска. Скорость подачи смеси на струю металла была задана из расчета обеспечения равномерного прогрева кусочков смеси до температуры расплава за период времени, ограниченный наполнением ковша от 1/4 до 1/3 его высоты. Результаты тепло-Вь1х расчетов показали, что этого времени достаточно для одного прогрева кусочков смеси размером до 20 мм.

В результате обработки массива плавок, на которых смесь присаживали рассредоточено на струю металла по разработанному режиму, определили оптимальный расход металла в струе, при котором достигаются наиболее высокие значения степени десульфурации стали в 240-т ковше

Другим вариантом обработки металла в ковше шлаковыми смесями является технология использования экзотермических самоплавких шлакообразующих смесей (СШС), которые содержат шлакообразующие (известь, А12О3, плавиковый шпат), окислитель (натриевую селитру) и "топливо" (алюминиевый порошок). Работы, показали, что во время горения и плавления экзотермической смеси ковш необходимо накрывать зонтом с отводом дыма, улавливания пыли и ядовитых оксидов азота. В настоящее время металлургический комбинат им. Ильича (МКИ) и разработали и внедрили в опытно-промышленном режиме технологию рафинирования конвертерной стали 09Г2С жидкими синтетическими шлаками, получаемыми из СШС. Установка для получения шлака малогабаритна и занимает небольшую площадь в разливочном пролете, а газоочистка вынесена на территорию цеха.

Производство экзотермической СШС организовано в специализированном отделении, характеризуется высокой степенью механизации. Условия работы соответствуют требованиям техники безопасности. При изготовлении смеси используют отходы производства (отсевы алюминиевой стружки, некондиционную известь). Для транспортировки исходных материалов и готовой смеси служит автотранспорт со специализированными саморазгружающимися контейнерами. Предусмотрена также возможность получения рафинировочного шлака непосредственно в сталеразливочном ковше, что значительно экономичнее.

В обычных условиях в производимой на МКИ стали 09Г2С содержится в среднем 0,027% S. После обработки СШС содержание серы в готовой стали составляет 0,023% при расходе СШС 18; 4кг/1 стали и 0,013% при расходе СШС 32,5 кг/т стали.

Обработка металла в ковше (ТШС) имеет два основных недостатка: малая (по современным требованиям к качеству металла) степень десульфурации и нестабильность получаемых при обработке результатов (в случае, если используют только один этот метод). Значительным достоинством метода является его простота и доступность, а также возможность эффективно использовать отходы различных производств. Так, институтом УНИИМ совместно с КМК разработана и внедрена технология обработки рельсовой мартеновской стали ТШС, состоящей из извести и отходов производства алюминия, содержащих до 70% глинозема и некоторое количество плавней (К2О + Na2O). После сушки и просеивания (ячейки 50x50 мм) ТШС загружают в контейнеры и присаживают в ковш сразу после введения раскислителей. В результате в ковше формируется достаточно подвижный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и адгезионной способностью по отношению к включениям. В результате среднее содержание серы в готовом металле снизилось с 0,026 до 0,021%, увеличился выход 25-м рельсов 1-го сор-та, уменьшился перевод рельсов во II сорт по неметаллическим включениям и т.д.

По мере развития таких способов внепечной обработки стали, как нагрев металла в процессе его внепечной обработки на установке ковш - печь при одновременной продувке инертными газами ситуация изменяется. Метод расплавления в отдельном агрегате синтетического шлака для последующего слива этого шлака в сталеразливочный ковш постепенно уступает место методу наведения шлака требуемого состава в агрегате внепечной обработки при одновременном перемешивании и металла и шлака (инертными газами, в вакуумной камере, электромагнитным и др.), при этих условиях метод использования ТШС получает самое широкое развитие.

Наиболее эффективный современный метод ускорения процесса выгорания углерода. Его преимущества по сравнению с присадками руды.

1.2 Цель и задачи разработки

В настоящее время в условиях цеха ЭШОС конверторного производства ОАО «Северсталь» применяется метод фасовки шлакообразующих смесей, в контейнеры объемом 3 метра кубических.

Однако в процессе производства и эксплуатации возникает ряд недостатков:

- невозможность фасовать необходимое количество смеси;

- неудобство использования в условиях цеха;

- сложность транспортировки и хранения;

- в процессе хранения и транспортировки из-за разной плотности и массы материалов в смеси, происходит расслоение, что приводит к потере смесью её свойств;

- контейнера изготовлены из стали, что в холодное время года приводит к образования конденсата на стенках контейнеров. В состав некоторых смесей входит цемент, при наборе влаги цемент застывает и смеси теряют свои свойства, также происходит потеря материала;

- потеря свойств смеси привод к прогару сталь ковшей, прорыву расплавленного метала через кристаллизатор МНЛЗ, а также к значительным затратам на ремонт, потере прибыли из-за простоя оборудования;

Поэтому целью дипломного проекта является установка упаковочного полуавтомата, которая позволит использовать для фасовки тару меньшего объема (клапанные мешки до 25кг.). т.к.:

- удобное использование;

- простота набора смеси;

- возможность точного набора необходимого количества смеси;

- меньшее расслоение смеси внутри тары;

- защита от влаги;

- простота применения;

- меньшие потери материала;

- лучшее качество смеси;

Исходя из поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассчитать и спроектировать привод конвейера для транспортировки смеси;

- рассчитать и спроектировать пневмопривод;

- рассчитать и спроектировать цепную передачу привода рыхлителя;

- разработать общий вид полуавтомата;

- рассчитать экономическую эффективность.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание работы упаковочного шнекового полуавтомата

Полуавтомат предназначен для набора смесей в клапанные мешки. Материал из бункера ссыпается на узел горизонтального шнека, где смесь перетряхивается и ссыпается на шнек, под давлением создаваемым шнеком материал ссыпается в мешок. После набора необходимого количества смеси, срабатывает датчик тензометрический, который посылает сигнал на блок управления, сигнал из блока управления поступает на пневмораспределитель, пневмоцелиндр изменяет угол наклона лотка и мешок под действием силы тяжести перемещается на конвейер.

2.2 Разработка пневматического дозатора

полуавтомат упаковочный шлаковый

Исходные данные: разработать пневмопривод дозатора упаковочного шнекового автомата со следующими исходными данными:

- ход поршня пневмоцилиндра Н = 0,3 м;

- время рабочего хода t = 0,6 с;

- рабочее давление воздуха Р = 0,63 МПа;

- требуемое усилие на штоке G = 5000 Н.

2.2.1Расчёт и выбор исполнительного пневмодвигателя

Основными параметрами ПЦ являются диаметр штока, ход поршня и рабочее давление.

Диаметр поршня пневмоцилиндра:

, мм (2.1)

где Rmax - максимальное осевое усилие, Н;

P - давления в пневмосистеме, МПа;

K - эмпирический коэффициент, приближённо учитывающий

потери давления, К=1,5.

,мм, (2.2)

По полученному значению из справочника выбираем стандартный пневмоцилиндр с односторонним штоком и ближайшим большим стандартным диаметром поршня:

1412-125х32х0300 УХЛ4 ГОСТ 15608-81

1 - без торможения;

4 - присоединение на проушине;

1 - наружная резьба на штоке;

2 - коническая резьба присоединения трубопроводов;

125 - диаметр поршня, мм;

32 - диаметр штока, мм;

300 - ход поршня, мм.

Определим площадь поршневой и штоковой полости:

, м², (2.2)

, м², (2.3)

где D_ст - диаметр поршня выбранного пневмоцилиндра, м;

d_ст - диаметр штока выбранного пневмоцилиндра, м.

м,²

м.²

2.2.2Составление принципиальной схемы привода

Схема пневмопривода показана на рисунке 2.1. Фильтр-влагоотделитель ФВ фильтрует воздух и осушает его. Редукционный клапан РК поддерживает постоянное давление в системе. Контроль за давлением осуществляется с помощью манометра МН. Маслораспылитель МР насыщает воздух маслом для смазки движущихся частей привода. Пневмораспределитель ПР служит для перенаправления потока воздуха и тем самым реверсирует движение поршня пневмоцилиндра ПЦ. Дроссель Д регулируют скорость хода поршня (согласно ТЗ регулирование скорости на выходе). Глушитель Г служат для снижения шума выходящего воздуха.

Для описания схемы в символьной форме рассмотрим полностью цикл работы установки.

Быстрый подвод:

пневмосеть => ФВ - РК - МР - 1(ПР)2 - ПП(ПЦ)/(ПЦ)ШП - 3(ПР)4 - Д - Г

Быстрый отвод:

пневмосеть => ФВ - РК - МР - 1(ПР)3 -ШП(ПЦ)/(ПЦ)ПП - 2(ПР)4 - Д - Г

Рисунок 2.1 - Схема пневмопривода

2.2.3 Расчет и выбор компрессорной установки

Найдем расход воздуха в обе полости, пневмоцилиндра по формулам:

, м³/с, (2.4)

, м³/с, (2.5)

где F_1ст, F_2ст - площадь поршневой и штоковой области стандартного пневмоцилиндра, м²;

V - максимальная скорость перемещения штока, м/с.

Скорость перемещения штока:

, м/с, (2.6)

где S - ход штока, м;

t - требуемое время перемещения, с.

м/с.

Площадь поршневой области пневмоцилиндра:м², отсюда расход:

м³/с (0,368 м³/мин).

Площадь штоковой области пневмоцилиндра:м², отсюда расход:

м³/с (0,344 м³/мин).

Выбор компрессорной установки. Расчетный расход воздуха для установки:

, м³/с, (2.7)

где Q_max - максимальный расход воздуха, м³/с;

К_п - коэффициент, учитывающий потери от неплотностей в соединениях, арматуре, К_п = 1,2;

К_и - коэффициент, учитывающий потери в связи с износом пневматического устройства, К_и = 1,2;

К_м - коэффициент, учитывающий максимальный рсход воздуха, периодически превышающий среднечасовой, К_м = 1,2.

м³/с (0,368 м³/мин)

м³/с (0,636 м³/мин)

Выбираю по справочнику [6] стационарную компрессорную станцию типа КСЭ-3М со следующими техническими характеристиками:

- производительность - 3 м³/мин;

- рабочее давление - 7 ати (0,7 МПа);

- частота вращения вала - 730 мин^-1;

- мощность электродвигателя - 20 кВт;

- частота вращения электродвигателя - 730 мин^-1;

- габариты, мм

длина - 1970 мм, ширина - 855 мм, высота - 1285 мм,вес - 1110 кг.

2.2.4 Расчёт и выбор пневмоаппаратуры и трубопроводов

Проверка пневмоцилиндра на максимальный расход воздуха. Проверим пропускную способность штуцеров ПЦ:

, м³/ч, (2.8)

где f - минимальное сечение штуцера пневмоцилиндра мм²;

Р - давление сжатого воздуха в магистрали, кг/см²;

V_уд - удельный объём сжатого воздуха, м³/кг

^t - удельный вес воздуха при рабочих условиях, кг/м³.

f = · d_у² / 4 = 3,14 · 10² / 4 = 78,5 мм² (7,85 · 10^-5 м²).

Удельный объем сжатого воздуха:

, м³/кг, (2.9)

где R - универсальная газовая, R= 287 Н·м /кг·0К

Т - рабочая температура по Кельвину.

Т = 20 С + 273 = 293К

V_уд =287 · 293 / 0,7 · 10⁶ = 0,12 м³/кг;

Удельный вес воздуха при рабочих условиях при T =20 C и давлении Р = 7 кг/см² (0,7 МПа):

^t20 = 8,17 кг/м³, [6, с.33, табл.15];

м³/час.

(0,87 м³/мин или 0,0145 м³/с)

Т.к. Q_п/ц Q_max (0,87 > 0,368) м³/мин выбранный пневмоцилиндр подходит.

Расчёт воздухопровода. Внутренний диаметр воздухопровода:

, мм, (2.10)

где с₀ - плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении и давлении в трубопроводе с₀ = 1,17 кг/м³,

с = 8,17 кг/м³;

V_рек - скорость воздуха в воздухопроводе, V_рек = 8…12 м/с.

мм.

В качестве трубопроводов пневмосистемы выбираем ближайший по внутреннему диаметру рукав с м (16 мм) типа:

Б-20 Ф16 ГОСТ 8318-57

Фактическая скорость движения воздуха в трубопроводе:

, м/с, (2.11)

где f _ст- площадь воздухопровода , м².

Площадь воздухопровода:

м.²

Фактическая скорость движения воздуха в линии нагнетания:

, м/с.

Фактическая скорость движения воздуха в линии сброса:

, м/с.

2.2.5 Выбор пневмоаппаратуры

По справочнику [32] выбираем пневмоаппаратуру. Фильтр-влагоотделитель Типа 22-1080 УХЛ4. ГОСТ 17437-81

- условный проход, d_у=10 мм;

- номинальное давление воздуха , Р_ном = 1,0 МПа;

- отвод конденсата - ручной;

- степень влагоотделения - 90%;

- абсолютная тонкость фильтрации - 80 мкм;

- потеря давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

- утечки воздуха - 10 см³/мин;

- пропускная способность, К = 2,2 м³/ч;

- вместимость резервуара для конденсата - 0,25 л.

Клапан редукционный Типа 122-16 УХЛ4. ГОСТ 18468-79.

- условный проход, d_у=16 мм;

- номинальное давление воздуха , Р_ном=1,0 МПа;

- номинальный расход воздуха при Р=0,63 МПа - 1,6 м³/мин;

- утечка воздуха, maх - 6,5 м³/мин;

- падение давления на выходе - 0,06 МПа;

- пределы настройки - (0,05 … 0,9) МПа.

Манометр 4-го класса точности по ГОСТ 8625-77- поставляется вместе с редукционным клапаном.

Маслораспылитель типа 121-16-УХЛ4. ГОСТ 25531-82.

- условный проход, d_у=16 мм;

- номинальное давление воздуха , Р_ном = 1,0 МПа;

- расход воздуха при , Р = 0,63 МПа:

минимальный - 0,25 м³/ мин;

максимальный - 1,25 м³/ мин;

- потери давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

- подача масла, капли в минуту - до 2;

- максимальная вместимость резервуара для масла - 0,2 л;

- утечка воздуха, maх - 5 см³/мин.

Пневмораспределитель типа В64-24А-05 УХЛ4 ТУ2-053-1633-83.

- В6 - тип пневмораспределителя;

- 4 - управление электропневматическое;

- 2 - способ управления односторонний;

- 4А - условный проход, d_у=16 мм;

- 05 - монтаж стыковой для пневмораспределителей с электропневматическим управлением;

- УХЛ4 - климатическое исполнение;

- номинальное давление воздуха, Р_ном = 1,0 МПа;

- минимальное давление питания - 0,25 МПа;

- минимальное давление управления - 0,16 МПа;

- пропускная способность, К = 2,8 м³/ч;

- утечка воздуха - 500 см³/мин;

Пневмодроссель с обратным клапаном типа В77-14 УХЛ4.

- условный проход, d_у=16 мм;

- присоединительная резьба К1/2” ГОСТ 6111-52;

- номинальное давление воздуха, Р_ном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 2,2 м³/ч.

Пневмоглушитель типа 2113-16 УХЛ4 ГОСТ 25144-82.

- условный проход, d_у=16 мм;

- присоединительная резьба К1/2” ГОСТ 6111-52;

- номинальное давление воздуха, Р_ном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 4 м³/ч.

2.2.6 Определение потерь давления в трубопроводах и аппаратуре

Потери по давлению определим для основного цикала - быстрый подвод.

Потери давления в трубопроводе по длине:

Для определения потерь давления в трубопроводе воспользуемся номограммой представленной в [8].

_l= Дp_l · l, МПа, (2.12)

где l - длинна рукава, м;

Дp_l - потери давления на 1 м резинового рукава, Мпа (по номограмме).

Найдем потери давления на участках в линии нагнетания.

При следующих параметрах для резинотканевых рукавов:

- расход сжатого воздуха Q_п/ц = 0,87 м³/мин

- подаваемое давление p = 0,63 МПа

- диаметр трубопровода d_вн = 16 мм

потери давления на 1 м резинового рукава составят Дp_l = 0,0005 МПа.

Участок 1-2: d = 16 мм, l = 3 м

_l = 0,0005 · 3 = 0,0015 Мпа

Участок 3-4: d = 16 мм, l = 3 м

_l = 0,0005 · 3 = 0,0015 Мпа

Найдем потери давления на участках в линии сброса.

Расход сжатого воздуха Q_п/ц = 0,00573 м³/мин, потери давления на 1 м резинового рукава составят Дp_l = 0,0001 МПа.

Участок 5-6: d = 16 мм, l = 3,5 м

_l = 0,0001 · 3,5 = 0,00035 Мпа.

Общие потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

? _l = 0,0015 + 0,0015 = 0,003 МПа.

Общие потери (БП) в линии сброса воздуха:

? _l = 0,00035 МПа.

Местные потери давления:

_м= 51 · ()· V² · · 10^-7, Па, (2.13)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Линия нагнетания воздуха:

₁ - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф16 мм (рукав) до Ф10 мм (фильтр влагоотделитель ФВ):

_суж.= 0,7 · (1- d² / D²) - 0,2 · (1- d² / D²)³, (2.14)

где ₁= 0,7 · (1- 0,010² / 0,016²) - 0,2 · (1- 0,010² / 0,0160²)³ = 0,38;

₂ - коэффициент местного сопротивления расширения потока с Ф10 мм (фильтр влагоотделитель ФВ) до Ф16 мм (редукционный клапан):

_расш= (1- d² / D²)², (2.15)

₂= (1- 0,010² / 0,016²)² = 0,37;

где ₃ - коэффициент местного сопротивления колено 90 град, = 1,1.

Итого на два колена ₃ = 2,2.

Линия сброса воздуха.

₄ - коэффициент местного сопротивления колено 90 град, = 1,1.

Итого на два колена ₄ = 2,2.

₅ - коэффициент местного сопротивления - выход в атмосферу из трубы через сетку (глушитель), = 1,6.

₅ = 1,6.

Общие потери.

Суммарные потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

= 0,38 + 0,37 + 2,2 = 2,95;

_м= 51 · 2,95 · 10,3² · 8,17 · 10^-7 = 0,013 кгс/см² (0,0013 МПа).

Суммарные потери (БП) в линии сброса воздуха:

= 3,8;

_м= 51 · 3,8 · 4,08² · 8,17 · 10^-7 = 0,0026 кгс/см² (0,0003 МПа).

Потери давления в аппаратуре:

(2.16)

где - коэффициент потери давления в аппарате;

Влагоотделитель [6]:

кгс/см² (0,014 МПа).

Клапан редукционный [6]:

кгс/см² (0,027 МПа).

Маслораспылитель:

МПа - согласно паспортных данных.

Дроссель с обратным клапаном [6]:

линия сброса

, кгс/см² (0,009 МПа).

Пневмораспределитель ; [6]:

линия нагнетания

, кгс/см² (0,0235 МПа).

линия сброса

, кгс/см² (0,0036 МПа).

Суммарные потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

?_А =_в + _к +_м + _р = 0,014 + 0,027 + 0,025 + 0,0235 = 0,0895 Мпа.

Суммарные потери (БП) в линии сброса воздуха:

?_А = _р + _д = 0,0036 + 0,009 = 0,0126 Мпа.

Общие потери давления

? = ?_А + ?_l + ?_м (2.17)

Общие потери (БП) в линии нагнетании воздуха:

? = 0,0895 + 0,0030 + 0,0013 = 0,0938 Мпа.

Общие потери (БП) в линии сброса воздуха:

? = 0,0126 + 0,00035 + 0,0003 = 0,0136 Мпа.

2.2.7 Проверка пневмоцилиндра по действительному усилию

При Р = 0,63 МПа с учётом потерь давления, действительное тянущее усилие на штоке пневмоцилиндра:

F_мин.ц.= · D_ст² · Р · / 4, (2.18)

где Р - давление воздуха в рабочих полостях пневмоцилиндра

с учетом потерь, МПа;

- кпд пневмоцилиндра.

Р = Р - = 0,63 - 0,0938 = 0,5362 Мпа;

КПД пневмоцилиндра = 0,88.

R_мин.ц.= 3,14 · 0,125² · 0,5362 · 10⁶ · 0,88 / 4 = 5783,3 Н.

R_мин.ц > R_max

5783,3 > 5000 Н

Действительного усилия пневмоцилиндра достаточно для прижима ролика.

2.2.8 Требуемая пропускная способность пневмоаппаратуры

, м³/ч, (2.19)

где F - площадь штоковой области, м³;

S - ход поршня, м;

Р - давление в магистральном трубопроводе, МПа;

Р - потери давления в напорной линии пневмоцилиндра, МПа;

t_s - время перемещения поршня, с.

S = 0,3.

Р = 0,63 Мпа.

Р = 0,0938 Мпа.

t_s = 0,6 c.

, м³/ч.

Минимальная пропускная способность у пневмодросселя К_vД=2,2 м³/ч

К К_Д

2,19 2,2

Выбранная пневмоаппаратура удовлетворяет требуемой пропускной способности.

2.3 Разработка привода рыхлителя

2.3.1 Расчет цепной передачи

Наиболее широко применяют роликовые приводные цепи по ГОСТ 13568-97 (рисунок 2.2а), которые образуются из последовательно чередующихся внутренних и наружных звеньев. Внутренние звенья состоят из внутренних пластин 1 и запрессованных в их отверстия гладких втулок 2, на которых свободно вращаются ролики 3. Наружные звенья состоят из наружных пластин 4 и запрессованных в их отверстия валиков 5. Многорядные цепи с числом рядов от двух до восьми собирают из деталей с такими же размерами, что и однорядные, кроме валиков имеющих соответственно большую длину. Нагрузочная способность цепей почти прямо пропорциональна числу рядов, что позволяет в передачах с многорядными цепями уменьшить шаг, радиальные габариты звездочек и динамические нагрузки.

При работе цепных передач в условиях, вызывающих возрастание трения в шарнирах (запыленные и химически активные среды) используют открыто-шарнирные пластинчатые цепи (рисунок 2.2б). Будучи открытым, шарнир такой цепи самоочищается от попадающих в него абразивных частиц. Наружные звенья такой цепи не отличаются от аналогичных звеньев роликовой цепи. Внутренние звенья образуются из пластин 2, имеющих отверстия в форме восьмерки, и фасонных валиков 3, заменяющих втулку. Валик 4 свободно проходит через отверстие в пластине 2 и взаимодействует с фасонным валиком 3. Замена тонкостенных втулки и ролика не только удешевляет цепь, но и резко повышает сопротивление усталости деталей цепи. Благодаря этому открыто-шарнирные цепи оказались значительно долговечнее роликовых при работе в тяжело-нагруженных передачах. Зубчатые цепи к настоящему времени вытеснены более дешевыми и технологичными прецизионными роликовыми цепями, которые не уступают зубчатым по кинематической точности и шумовым характеристикам. Зубчатые цепи используют преимущественно для замены разрушившихся цепей в старом оборудовании и из-за ограниченности применения здесь не рассматриваются.

Рассмотрим далее роликовые цепи. Основными геометрическими характеристиками цепи являются шаг P - расстояние между осями соседних шарниров и ширина b; основной прочностной характеристикой.

а)

б)

Рисунок 2.2 - Приводные цепи: а) роликовая; б) открыто-шарнирная пластинчатая

Основные исходные данные для расчета цепной передачи должны быть заданы или приняты по условиям работы передачи.

1. Крутящий момент T₁ на валу ведущей звездочки, Нм.

2. Частота вращения n₁ вала ведущей звездочки, мин^-1.

3. Передаточное число u цепной передачи, u_max = 7 (в объектах курсовых проектов по дисциплине «Детали машин» передаточное число цепной передачи не следует назначать более 2...2,5).

4. Срок службы передачи L_h, час.

5. Тип цепи.

6. Расположение цепи в пространстве (угол наклона цепи к горизонту).

7. Характер нагрузки.

8. Возможные кратковременные перегрузки в процессе пуска или работы.

9. Способ смазки передачи в зависимости от скорости цепи.

Рисунок 2.3 - Схема цепной передачи

Размерность всех величин дана в международной системе единиц СИ. Величины со знаком (штрих) - предварительные, они подлежат в дальнейшем уточнению.

2.3.2 Исходные данные

Рассчитать передачу роликовой цепью от тихоходного вала редуктора к приводному валу роликового конвейера.

50 Нм - крутящий момент на валу ведущей звездочки, расположенной на тихоходном валу редуктора;

58 мин^-1 - частота вращения ведущей звездочки;

1,5 - передаточное число цепной передачи;

привод работает в одну смену;

ожидаемый угол наклона передачи к горизонту 270°;

положение валов передачи не регулируется;

пусковая нагрузка до 150% номинальной нагрузки;

желательно, чтобы делительный диаметр ведомой звездочки не превышал 250 мм.

2.3.3 Проектировочный расчет цепной передачи

Назначим однорядную роликовую цепь типа ПР по ГОСТ 13568-97.Выбор предварительного значения шага однорядной цепи:

(2.20)

Ближайшее значение шага и соответствующей ему площади проекции шарнира для цепи ПР-19,05-3180 [30]: =19,05 мм; А=105 мм².

Определение числа зубьев малой (ведущей) и большой (ведомой) звездочек

(2.21)

.

(2.22)

Округляем до ближайшего целого числа .

Фактическое передаточное число:

(2.23)

Отклонение , что допустимо.

Определение числа зубьев из условия, что делительный диаметр ведомой звездочки не должен превышать 250 мм,

(2.24)

(2.24)

Следовательно, принятое значение и удовлетворяет этому условию.

Определение коэффициента эксплуатации [30]:

(2.25)

где - небольшие колебания нагрузки;

- принимаем оптимальное межосевое расстояние в пределах (30…50)P;

- угол наклона передачи 45°;

- передача с нерегулируемым натяжением цепи;

- смазывание передачи нерегулярное: цепь будут смазывать при помощи кисти;

- работа односменная.

Определение допускаемого давления в шарнире цепи [30].

Путем линейной интерполяции для заданной частоты вращения мин^-1 и выбранного шага мм определяем

МПа.

Определение приближенного значения окружной силы на звездочках

(2.26)

Определение условного давления в шарнирах цепи

(2.27)

Следовательно, принятая однорядная цепь ПР-19,05-3180 подходит. Дополнительные характеристики цепи [30]: - разрушающая нагрузка, кН; - масса одного метра цепи, кг; - расстояние между внутренними пластинами цепи, мм; - диаметр ролика, мм; - ширина внутренней пластины, мм; - расстояние между рядами цепи, мм.

2.3.4 Кинематический и геометрический расчет цепной передачи

Определение частоты вращения ведомой звездочки:

(2.28)

Наибольшая рекомендуемая частота вращения малой звездочки для выбранной цепи мин^-1 [30], что больше мин^-1.

Определение средней окружной скорости цепи:

(2.29)

Определение межосевого расстояния (из оптимального диапазона):

(2.30)

Определение потребного числа звеньев (длины цепи в шагах):

(2.31)

округляем до четного числа 114.

Определяем фактическое межосевое расстояние:

 (2.32)

Полученное значение для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием уменьшаем на величину: мм.

Приняв, примерно, мм, получим окончательное значение межосевого расстояния мм.

Определение диаметров делительных окружностей звездочек:

(2.33)

(2.34)

Определение диаметров окружностей вершин звездочек:

(2.35)

 (2.36)

Диаметры окружностей впадин ведущей и ведомой звездочек и радиус впадин зубьев звездочек:

(2.37)

(2.38)

мм.

Диаметры ободов (проточек) звездочек мм,

(2.39)

(2.40)

Определение минимального межосевого расстояния:

(2.41)

Определение ширины зуба и ширины венца звездочки:

(2.42)

мм для однорядной цепи.

2.3.5 Расчет цепи по запасу прочности

Определение действительной окружной силы:

(2.43)

Определение натяжения цепи от центробежных сил:

(2.44)

Определение натяжения от действия сил тяжести за счет провисания цепи:

(2.45)

Определение коэффициента запаса прочности цепи:

(2.46)

где определяется линейной интерполяцией по [30].

Определение силы, действующей на валы цепной передачи:

(2.47)

где - при спокойной нагрузке и угле наклона .

2.3.6 Расчет цепи на долговечность по износостойкости шарниров

Определение срока службы цепи при асинфазном вращении звездочек:

(2.48)

,

- смазка передачи периодическая [30]

2.3.7 Ограничение числа ударов цепи

Определение числа ударов цепи

(2.49)

(2.50)

2.3.8 Оценка критической частоты вращения

Определение критической частоты вращения вала ведущей звездочки:

(2.51)

Следовательно, резонанс отсутствует.

2.4 Разработка привода ленточного конвейера

Ведущая роль машиностроения среди других отраслей народного хозяйства определяется тем, что основные производственные процессы во всех отраслях промышленности, строительства и сельского хозяйства выполняют машины. Технический уровень отраслей народного хозяйства в значительной мере определяется уровнем машиностроения.

При разработке конструкций механизмов и машин задача состоит в создании узлов, отвечающих потребностям промышленности и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Целью данного курсового проекта является модернизация упаковочного полуавтомата для фасовки шлакообразующих смесей со, а именно разработка привода конвейера для передачи мешкотары. Работая над проектом, необходимо решить следующие основные задачи:

- разработать компоновку привода;

- провести кинематический расчет и на его основании выбрать электродвигатель и стандартный червячный редуктор;

- рассчитать цепную передачу.

Итогом графической части проекта является разработка общего вида привода.

2.4.1 Описание конструкции привода конвейера для передачи мешкотары

Конвейер предназначен для передачи мешкотары от упаковочного полуавтомата к контейнеру для транспортировки в цех выплавки конверторного производства.

Движением главного привода является вращение приводного барабана конвейера. Привод барабана состоит из электродвигателя соединенного муфтой с червячным редуктором и цепной передачи.

В целях разработки привода конвейера планируется рассчитать мощности на приводном валу. Выбрав новый электродвигатель и стандартный редуктор.

2.4.2 Спроектировать привод ленточного конвейера, согласно исходных данных:

F_t = 5,4 кН - тяговое усилие.

V = 0,65 м/с - скорость ленты.

D_Б = 355 мм - диаметр барабана.

Допускаемое отклонение скорости ленты [21. стр. 20]

Срок службы привода принимаем 7 лет.

Назначаем условия эксплуатации агрегата:

- количество рабочих смен - 3;

- продолжительность смены - 8 часов;

- периодичность включения - частая;

- характер рабочей нагрузки - постоянная;

- реверсивный.

Кинематическая схема привода к ленточному транспортеру приведена на рисунке 2.4

2.4.3 Разработка и описание кинематической схемы привода

Привод состоит из электродвигателя, соединительной муфты, стандартного червячного редуктора и цепной передачи.

Крутящий момент от электродвигателя (1) передается на быстроходный вал червячного редуктора (3) через соединительную муфту (2). В качестве соединительной муфты используем муфту втулочно-пальцевую с упругими элементами. Далее крутящий момент с тихоходного вала червячного редуктора передается через цепную передачу (4) на приводной вал барабана (5).



Рисунок 2.4 - Кинематическая схема привода барабана

1- электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - цепная передача;

2.4.4 Энергокинематический расчет привода

Выбор двигателя:

Для проектируемых машин агрегатов рекомендуется применять трехфазные короткозамкнутые асинхронные двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет их использовать для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях [21. страница 40]

Определяем частоту вращения приводного вала барабана:

,об/мин. (2.52)

.

Определяем требуемую мощность рабочей машины:

N_р =, кВт, (2.53)

N_р =.

Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД) привода (з_o).

Для определения общего КПД привода устанавливаем источники потери мощности на основе анализа кинематической схемы привода. В данном приводе к ним относятся: муфта, закрытая червячная передача, открытая цепная передача, подшипники качения.

з_{о =} з_мз²_п.кз_ЧП з_{ОП ,} (2.54)

Значения КПД передач и подшипников качения принимаем по [21. таблица 1.1. страница 5]

где: ; ; ; .

тогда: з_о=0,990,99³ 0,850,93 =0,76.

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

N_ДВ = , кВт _, (2.55)

N_ДВ ==4,6.

По требуемой мощности на выходе, учитывая условие выбираем электродвигатель серии 4А с номинальной мощностью N_ном=5,5 кВт, применив для расчета 2 варианта типа двигателя:

Таблица 2.1 - Короткозамкнутые трехфазные асинхронные двигатели серии 4А

Вариант	Тип двигателя	Номинальная мощность Nном ; кВт	Частота вращения, об/мин
			синхронная	При номинальном режиме nном
			синхронная	при номинальном режиме nном
1	4АМ132М8У3	5,5	750	720
2	4АМ132S6У3	5,5	1000	965
3	4АМ112М4У3	5,5	1500	1445
4	4АМ100L2У3	5,5	3000	2880

Определяем общее передаточное отношение привода:

, (2.56)

; ;

;

Производим разбивку передаточных чисел по ступеням:

Разбиваем согласно первому способу [21. страница 44],

принимаем для редуктора передаточное число постоянным u_зп=2,5 тогда для открытой передачи:

(2.57)

Таблица 2.2 - Определение передаточных чисел по первому способу

Передаточное число	Варианты
	1	2	3	4
Общее передаточное число	20,6	27,6	41,3	82,3
Открытая передача	1,29	1,73	2,58	5,14
Закрытая передача	16	16	16	16

Как видим, приемлемыми оказываются 3 и 4 вариант, в которых, передаточное число находится в пределах рекомендуемых значений [21. страница 45 таблица 2.3]., производя анализ, делаем вывод, что принимать четвертый способ не рекомендуется, так как при этом увеличивается габарит цепной передачи, поэтому принимаем третьей вариант.

Таким образом, выбираем двигатель 4АМ112М4У3 (N_ном =5,5 кВт_, n_ном=1445 об/мин);

передаточные числа:

привода u=41,3;

редуктора u_зп=16;

открытой передачи .

Таблица 2.3 - Габаритные размеры двигателя 4АМ112М4У3 по ТУ16-510.781-81

Тип двигателя	Размеры, мм
	L1	L2	d3	l1	l2	l3	H	2C2	d1	d2	d4	2C
112М4	452	534	260	80	80	70	310	140	32	32	12	190

Определяем максимально допустимое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины

(2.58)

где , % -допустимое отклонение скорости приводного вала рабочей машины.

.

Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала рабочей машины:

 (2.59)

2.4.5 Определение силовых и кинематических параметров привода

1. Определяем мощность:

на двигателе: =5,5 .

на быстроходном валу: =5,50,980,99=5,34.

на тихоходном валу: =5,340,850,99=4,49.

рабочей машины: =4,490,930,99=4,13.

2. Определяем частоту вращения:

вал двигателя: n_ном=1445 об/мин.

быстроходный вал: =90,3 об/мин.

тихоходный вал:=35 об/мин.

вал рабочей машины: 35 об/мин.

3. Определяем угловую скорость:

вал двигателя: =151,2

быстроходный вал: 151,2

тихоходный вал:= 9,45

вал рабочей машины:= 3,66

4. Определяем вращающий момент:

вал двигателя: =36,4

быстроходный вал:

тихоходный вал:

вал рабочей машины:

Основные расчетные величины энергокинематического расчета сводим в таблицу 2.4

Таблица 2.4 - Силовые и кинематические параметры привода

Тип двигателя 4АМ112М4У3 Nном =5,5 кВт, nном=1445 об/мин
Параметр	Передача	Параметр	Вал
	закрытая	открытая		двигателя	редуктора	рабочей машины
Передаточное число U	16	2,58	Расчетная Мощность P, кВт	5,5	5,34	4,49	4,13
			Угловая скорость , 1/с	151,2	151,2	9,45	3,66
КПД	0,85	0,93	Частота вращения n, об/мин	1445	90,3	35	35
			Вращающий момент Т, Н*м	36,4	35,3	475,3	1117,6

2.4.6 Выбор редуктора

Выбор редуктора состоит в определении его типоразмера по таблицам технических характеристик настоящего каталога. Редукторы эксплуатируются в различных условиях и режимах эксплуатации, что необходимо учитывать при их выборе, поэтому исходными данными для выбора редуктора являются: