Конструкция шаровой мельницу с разгрузкой через решетку

Шаровая мельниц с разгрузкой через решетку МШР (рис. 1) разгрузка осуществляется через щели 1 решетки 3, составленной из отдельных секторов, закрепленных радиальными клиньями 5 при помощи болтов. Центральный диск 4 зажат решетками. В пространстве между решеткой разгрузочной крышкой установлены вычерпыватели (лифтеры) 2,6, которые зачерпывют и переливают пульпу в разгрузочную цапфу. Проходное сечение в решетке значительно превышает площадь выходного сечения цапфы на загрузочной стороне мельницы для устранения переизмельчения продукта и повышения производительности агрегата.

Рисунок 1. Шаровая мельницы с разгруз-кой через решетку

Вследствие этого производительность мельницы МШЦ на 10-15% меньше, чем у мельницы МШР.

Прижатие приводных роликов к затравке или к заготовке осуществляется гидроцилиндром, имеющим специальную конструкцию, которая позволяет менять раствор между верхним приводным и нижним холостым роликами.

Для равномерного распределения усилия, создаваемого гидроцилиндром, служит балансир, который с одной стороны посредством двух серег соединен с траверзой приводного ролика, а с другой стороны со штоком гидроцилиндра.

При возникновении аварийных ситуаций благодаря тому, что гидроцилиндры имеют независимое управление, есть возможность транспортирования дугообразных кусков заготовок.

В секциях ТПМ в пространство между нижними роликами вмонтированы проводки, которые служат для направления и исключения провисания цепи затравки.

Каждый приводной ролик ТПМ снабжен индивидуальным приводом, состоящим из электродвигателя постоянного тока, редуктора, электромеханического тормоза и шпинделя.

Привод роликов наружных ручьев осуществляется на прямую через шпиндель. Приводные ролики внутренних ручьев запускаются в работу через шпиндель и подвесной редуктор с передаточным числом u=1.

В точке где технологическая ось переходит из дуги окружности в прямую размещен сельсин-датчик, измеряющий скорость и длину заготовок.

2 Расчетная часть

В данном разделе произведем расчет и выбор привода тянуще-правильной машины, прочностные расчеты основных узлов механизма. Основные технические характеристики ТПМ приведены в таблице 12.

2.1 Расчет и выбор привода

2.1.1 Расчет электродвигателя

Для выбора электродвигателя и редуктора с надлежащим передаточным числом выполним расчет привода механизма тянуще-правильной машины.

Кинематическая схема привода секции ТПМ приведена на рисунке 3.

1 – электродвигатель; 2 – муфта с тормозом; 3 – редуктор; 4 – шпиндель;

5 – подшипники; 6 – приводной ролик; 7 – слиток; 8 – холостой ролик;

9 – гидроцилиндр; 10 – тахогенератор; 11 – подшипники; 12 – станина

Рисунок 3 – Кинематическая схема привода секции ТПМ

Конструкция клети ТПМ представляет собой гидроцилиндр 9, который создает прижим верхнего приводного ролика 6, размещенного в подшипниках 5, к слитку 7 или к затравке. На станине 12 зафиксирован нижний холостой ролик 8, который установлен в подшипниках 11.

Секция ТПМ имеет четыре холостых и три верхних приводных ролика с индивидуальными приводами вращения.

Вращение приводного ролика производится от электрического двигателя постоянного тока через вертикальный редуктор 3 и шпиндель 4. Вал двигателя снабжен электромагнитным тормозом 2, который служит для удержания цепи затравки до начала процесса разливки. Тахогенератор 10, который монтируется на вале каждого электродвигателя, служит для обратной связи по частоте вращения.

Датчик импульсов, установленный на промежуточном валу редуктора тянуще-правильной машины, служит для учета длины непрерывнолитой заготовки. Сигналы, поступающие с тахогенератора и датчика импульсов, применяются в АСУ ТП.

Режим работы длительный, реверсивный. Реверсивный режим работы используется во время заведения затравки в кристаллизатор и при возникновении аварийных ситуаций. Регулирование скорости при вытягивании слитка производится изменением напряжения на якоре двигателя, а при вводе затравки – ослаблением поля двигателей.

Определим и рассчитаем технологические нагрузки. Правка слитка происходит путем пластической деформации слитка роликами.

Момент пластического изгиба при правке слитка на первом ролике секции ТПМ определим по формуле:

M_п.и.=_тS, (1)

где _т – предел текучести материала (для жаропрочной стали при температуре 950 ⁰С), _т=240 Мпа;

S – пластический момент сопротивления сечения

S=Вh²/4, (2)

где В и h – ширина и высота заготовки, Вh=360х300 мм,

S=360300²/4=8,110⁶ мм³,

М_п.и.=2408,110⁶=1,94410⁹ Нмм

Усилие на ролик пли пластическом изгибе

F_п=М_п.и./p_р, (3)

где р_р – шаг роликов на радиальном участке, р_р=2000 мм

F_п=1,94410⁹2000=972000 Н

Так как вытягивание слитка должно происходить с наименьшим усилием со стороны роликов на слиток, усилие прижима роликов принимаем равным усилию на ролик при пластическом изгибе F_п.

Электроприводы должны обеспечивать перемещение части слитка в пределах секций, правку слитка на первом ролике и движение свободного конца слитка по приемному рольгангу.

Суммарные моменты от сил сопротивления вращению верхних и нижних роликов определяем по формулам:

М_в=(F_п+G_в)(k+d2), (4)

М_н=(F_п+G_в+G_с)(F_п+G_в+G_с+G_н)d2, (5)

где F_п – суммарная сила прижатия верхних роликов, создаваемая действием гидроцилиндров, F_п=2928285 Н;

G_в – суммарный вес верхних роликов, G_в=52032 Н;

k – коэффициент трения качения слитка по роликам, k=0,015;

 – коэффициент трения в опорах роликов, =0,01;

d – диаметр цапфы ролика, d=0,24 м;

G_с – вес части слитка в пределах прямолинейного участка роликовой проводки,G_с=32700 Н;

G_с – суммарный вес нижних роликов, G_н=51444 Н

М_в=(2928285+52032)(0,015+0,010,242)=48281 Нм,

М_н=(2928285+52032+32700)0,015+(2928285+52032+32700+51444)  0,010,242=48873 Нм

Дополнительный крутящий момент от сил сопротивления вращению ролика при правке слитка определяем по формуле:

М_п=F_п(k+d2), (6)

М_п=972000(0,015+0,010,242)=15813 Н

При выходе слитка из секции ТПМ под действием сил трения вращаются ролики рольганга. Дополнительная сила сопротивления при движении свободной части слитка по роликам рольганга определяется по формуле:

W=G_c^ , (7)

где G_с^ – вес части слитка, приходящийся на рольганг, G_с^=49050 Н;

d_р – диаметр цапфы ролика, d_р=0,18 м;

D_р – диаметр бочки ролика, D_р=0,3 м;

K_р – коэффициент трения качения по роликам рольганга; k_р=0,0003.

W= H

Дополнительный крутящий момент от сил сопротивления на приводных роликах находим по формуле:

М_с=WD2, (8)

где D – диаметр приводного ролика секции, D=0,4;

М_с=13080,42=262 Н

Суммарный крутящий момент на приводных роликах горизонтального участка проводки:

М₀=М_в+М_н+М_п+М_с, (9)

М₀=48281+48873+15813+262=113229 Нм

Момент, создаваемый одним электроприводом М₀₁=37743 Нм

Вследствие возвратно-поступательного движения кристаллизатора происходят колебания крутящих моментов приводов и тока электродвигателя тянущей клети.

С учетом пульсирующей нагрузки эквивалентный момент в тянущих клетях:

М_э=М₀₁ , (10)

где k – коэффициент относительной амплитуды колебаний, k=0,4;

Т_м – электромеханическая постоянная времени привода, Т_м=0,25;

 – угловая скорость ролика, =0,125 радс;

М_э= Нм

Мощность электродвигателя секции ТПМ:

N=М_э_р_м, (11)

где  – к.п.д. механизма, =0,9;

N=392400,1250,9=5400 Вт.

По каталогу выбираем электродвигатель типа Д41.

Характеристика двигателя:

– род тока постоянный

– мощность при ПВ 100%,кВт 5,5

– напряжение, В 220

– частота вращения, обмин 690

– ток якоря, А 30

– возбуждение независимое

– напряжение возбуждения, В 220

– исполнение М101, закрытое с тахогенератором. Определяем передаточное число вертикального редуктора

i=nD_рV_max, (12)

где V_max – максимальная скорость вытягивания слитка, V_max=1,5 ммин

i=6903,140,41,5=578,8.

Принимается передача, состоящая из четырехступенчатого редуктора с общим передаточным числом i = 579.

Технические характеристики вертикального редуктора указаны в таблице 8

Таблица 8 – Технические характеристики вертикального редуктора

Ступени		I	II	III	IV
Межосевое расстояние, мм	аw	250	300	400	480
Модуль нормальный, мм	m	4	6	8	10
Число зубьев	Z1	21	15	15	20
	Z2	102	84	84	76
Угол наклона		10^015^47^	8^006^34^
Коэффициент смещения	Х1	0	+0,3	+0,3	+0,3
	Х2	0	-0,3	-0,3	-0,3
Передаточное число	i	4,857	5,6	5,6	3,8
Общее передаточное число	iобщ		579

2.1.2 Расчет шпинделя на кручение

Шпиндель представляет собой кольцевой сегмент. Рассмотрим эпюру касательных напряжений, представленную на рисунке 4.

Рисунок 4 – Эпюра касательных напряжений

Формула для определения максимальных касательных напряжений τ_max: , (13)

где М_кр – крутящий момент;

W_р – полярный момент сопротивления сечения;

, (14)

где α = d/D

d – внутренний диаметр

D – наружный диаметр

МПа

τ_max < [τ]

Для материала шпинделя [τ] = 180 Мпа.

Расчетные напряжения не превышают допускаемые значит материал подобран верно.

2.3 Расчет правильных роликов

Произведем прочностной расчет правильного ролика.

В процессе правки слитка на ролики воздействует сила при пластическом изгибе F_п=0,972 МН и определенный крутящий момент М_к=0,392 МН·м. Для определения напряжений построим эпюру моментов которая представлена на рисунке 5.

Напряжения изгиба в ролике определяем по формуле:

, (15)

где М_из – изгибающий момент, действующий в рассматриваемом сечении;

W_x – момент сопротивления поперечного сечения ролика при изгибе,

, (16)

Рисунок 5 – Эпюра моментов правильного ролика

1) Рассмотрим сечение в шейке ролика

мм³

изгибающий момент рассчитываем по формуле:

М_из= , (17)

М_из= ·10⁶ Н·мм,

напряжения изгиба

МПа.

2) Рассмотрим сечение в бочке ролика

W_x= мм³,

изгибающий момент

(18) Н·мм,

напряжения изгиба

МПа.

Касательные напряжения в ролике определяем по формуле:

, (19)

где М_к – крутящий момент, действующий в рассматриваемом сечении;

W_р – полярный момент сопротивления поперечного сечения ролика

при кручении;

, (20)

3) Рассмотрим сечение в шейке ролика

мм³,

крутящий момент

М_к=39,24·10⁶ Н·мм,

касательные напряжения

МПа.

4) Рассмотрим сечение в бочке ролика

мм³,

крутящий момент

М_к=М_к/2=19,62·10⁶ Н·мм,

касательные напряжения

МПа.

Результирующие напряжения определяем по четвертой теории прочности [6]:

, (21)

в сечении шейки ролика МПа

в сечении бочки ролика МПа

Полное напряжение на поверхности ролика составляет:

МПа

На основании изложенного допускаемое напряжение принимаем

, (22)

где _в-предел текучести материала;

-коэффициент запаса прочности, =5,

МПа

=92,6 МПа < =140 Мпа

Полное напряжение не привышает допускаемого, условие прочности выполняется. Для ролика использовался материал Сталь 20Х13.

2.4 Расчет элементов тяги прижима роликов

2.4.1 Расчет траверсы

На траверсу действует сила F_п=0,972 МН прижима роликов. Сила является изгибающей и направлена перпендикулярно траверсе. Расчет будем проводить по напряжениям изгиба. Схема нагружения траверсы представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема нагружения траверсы

Определим изгибающий момент:

М_и=0,4880,5 = 0,244 МНм

Рассчитаем напряжения изгиба:

, (23)

где W_x – осевой момент сопротивления сечения, с учетом ослабления сечения от отверстия (вид А-А на рисунке 6),

м³

МПа

_и=83,2 МПа  _и = 90 МПа

Условие прочности выполняется, траверса выдержит воздействующую на нее нагрузку.

2.4.2 Расчет усилия на штоке основного гидроцилиндра

Перед началом расчета определим исходные величины:

Усилие правки (без противодавления): F_п = 972000 Н;

Вес затравки: G_з=88290 Н;

Вес ролика: G_рол=6867 Н;

Вес рамы: G_рам=7848 Н;

Вес тяг с траверсой: G_тяг=2943 Н.

L_рам=0,525 м; L_рол=0,55 м ; L_тяг=1,05 м.

Рассмотрим схему нагружения, представленную на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема нагружения

Составим уравнение равновесия относительно оси О:

М_о=0 G_рам L_рам+G_ролL_рол-F_пL_рол+G_тягL_тяг+F_гцL_тяг=0 (24)

Определим из него усилие на штоке гидроцилиндра по формуле:

F_гцо= ; (25)

F_гцо= Н

2.4.3 Расчет гидроцилиндра противодавления

Определим силы прижатия ролика к затравке для ее заведения в кристаллизатор по формуле:

F=G_з/_н, (26)

где _н – коэффициент сцепления тела затравки с роликами, _н=0,18;

F=88290/0,18=490500 Н

Определение усилия на штоке основного гидроцилиндра из формулы (25)

F_гц= Н

Усилие на поршне гидроцилиндра противодавления определим по формуле:

F_гцп=F_гцо-F_гц (27)

F_гцп=498679-246465=252214 Н

Рабочий объем гидроцилиндра определим по формуле:

, (28)

где P_ном – номинальное давление в гидроцилиндре, P_ном=18 МПа;

_г – гидравлический к.п.д. _г = 0,75-0,9. Принимаем _г=0,8 вследствие

большой мощности гидроцилиндра.

_д – к.п.д. гидродвигателя, для гидроцилиндров _д = 0,95.

м²

Из формулы (29) определяем диаметр поршня при d=0,4D

D= (29)

м²

Диаметр штока d=0,40,155=0,062 м, принимаем d=0,075 м.

Уточняем рабочий объем гидроцилиндра противодавления по формуле (30), при с = 0,48

(30)

м²

В качестве рабочей жидкости гидроцилиндра по условиям эксплуатации и необходимых требований, предъявляемых к рабочим жидкостям выбираем масло индустриальное И-30А по ГОСТ 20799-75, обладающим следующими характеристиками:

-вязкость при 50 ⁰С υ₅₀, мм²/с (сСт) 28-33

-индекс вязкости, ИВ 85

-кислотное число КОН, мг/1 г 0,05

-изменение кислотного числа после окисления ΔКОН, мг/1 г 0,4

-температура вспышки t_всп, ⁰С 190

-температура застывания t_з, ⁰С – 15

-плотность ρ, кг/м³ 890

2.4.4 Расчет осей на срез

Перед началом расчета осей выберем материал, из которого они будут изготовляться. Для изготовления осей выберем сталь 45.

Запишем условие прочности на срез:

, (31)

где –поперечная сила в сечении;

d – диаметр оси;

– число срезов;

– допускаемые напряжения на срез, =145 МПа,

Для осей на тягах:

=249340 Н, d=120 мм, =2;

МПа< МПа,

условие прочности на срез выполняется.

Для оси балансира:

Н, d=180 мм, =2;

МПа < МПа,

условие прочности на срез выполняется.

2.5 Выбор и расчет подшипников на долговечность

Выберем подшипник роликовый двухрядный сферический. Подшипник 3003748 ГОСТ 8328-75. D=440 мм, d=240 мм, В= 128 мм. Динамическая грузоподъемность С_дин=767000 Н.

Вычислим теоретическую расчетную долговечность [9]:

L= , (32)

где С – динамическая грузоподъемность;

 – показатель степени, зависящий от вида кривой контактной усталости, для роликовых подшипников, =10/3;

P – расчетная эквивалентная нагрузка,

P=F_r  V  k_б  k_т, (33)

где F_r – радиальня нагрузка на подшипник,

F_r=F_п /2 = 0,975 /2=0,488 МН;

V – коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца, V=1;

k_б – коэффициент безопасности, k_б=1,1;

k_т – температурный коэфициент, отражающий влияние повышения температуры на долговечность подшипника, при рабочей температуре 200 ºС

k_т=1,25.

P=0,488  1  1,1  1,25 = 0,67 МН

L= млн/об.

Долговечность в часах:

L_п= , (34)

где n – число оборотов ролика в минуту.

L_п= часов = 2,17 года.

3 Организационно-технологическая часть

В организационно-технологической части рассмотрены вопросы анализа видов и причин простоев оборудования, планирования и проведения ремонтов оборудования, организации системы ТОиР на производстве.

3.1 Анализ видов и причин простоев оборудования

Классификация простоев оборудования по системе ТОиР выглядит следующим образом:

– плановые ремонты (текущие, капитальные);

– аварийные ремонты;

– простои, не связанные с техническим состоянием.

В зависимости от сложности ремонтируемого оборудования, вида ремонта, количества ремонтного персонала, привлекаемого на ремонт, технологии проведения ремонтных работ устанавливается время простоя оборудования на ремонте. Годовые планы-графики ремонтов и технического обслуживания, нормативы продолжительности ремонтов являются основой для расчета общего времени простоев оборудования на планируемый год.

Ремонт – система операций по восстановлению исправности и работоспособности оборудования, восстановлению его ресурсов или составных частей.

Работоспособность оборудования обеспечивается проведением технического обслуживания и плановых ремонтов.

Комплекс операций по сохранению работоспособности или исправности оборудования при эксплуатации его по назначению называется техническим обслуживанием.

Цель ТО оборудования заключается в предупреждении его несвоевременного износа с помощью обеспечения режимов работы в соответствии с паспортными или проектными данными, необходимой смазке и регулировки, своевременным выявлении и устранении неисправностей [10].

Выполнение требований правил технической эксплуатации (ПТЭ) является обязательным условием для поддержания оборудования в рабочем состоянии.

В соответствии с ПТЭ и графиками технического обслуживания эксплуатационный, дежурный и ремонтный персонал производственных цехов выполняет ТО оборудования.

В зависимости от характера и объемов работ, выполняемых при остановках оборудования, различают следующие виды ремонтов:

– текущий ремонт (Т1, Т2, Т3);

– капитальный ремонт (К).

Вид ремонта и его продолжительность установлены в нормативах периодичности и продолжительности ремонтов основного, вспомогательного, прочего оборудования.

Главный вид ремонта по восстановлению работоспособности оборудования – текущий ремонт. Он состоит в замене и восстановлении отдельных деталей и узлов, выверке элементов металлоконструкций, трубопроводов, замене масла в системах смазки.

Капитальный ремонт в свою очередь предназначен для восстановления полного или практически полного ресурса оборудования с заменой любых его частей, включая базовые. В состав капитального ремонта могут входить работы по модернизации оборудования и внедрению новой техники, выполняемые по заранее разработанным и утвержденным проектам.

Капитальный ремонт выполняется с периодичностью не менее одного года. При его осуществлении производится разборка агрегата, восстановление всех изношенных деталей, узлов или их замена, сборка, регулировка и испытание оборудования в холостом режиме и под нагрузкой.

Вероятность аварий уменьшается при неукоснительном соблюдении правил технической эксплуатации оборудования, оптимизации обслуживающего персонала, постоянных текущих осмотров и использовании оборудования по назначению.