оборудование литейных цехов - Электронная библиотека ПГУ

Абдрахманов Е.С.
ОБОРУДОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Учебное пособие
Павлодар
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет имени С.Торайгырова
Кафедра металлургии
ОБОРУДОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Учебное пособие для студентов специальности
250340 «Машины и технология литейного производства»
Павлодар
3
УДК 621.74.06.(075.8)
ББК 34.61-5я73
А 13
Рекомендовано научно-методическим советом ПГУ им.
С. Торайгырова
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент Сержанов Р.И.,
кандидат технических наук, доцент Масенов К.Б.
Абдрахманов Е.С.
Оборудование литейных цехов. Учебное пособие. - Павлодар,
2005
В учебном пособии приводятся рекомендации по расчету оборудования литейных цехов. Учебное пособие предназначено для проведения практических занятий и может быть использовано для выполения курсовых и дипломных проектов по специальности 250340
«Машины и технология литейного производства».
Учебное пособие разработано в соответствии с рабочей и типовой программой курса «Оборудования литейных цехов», с учетом
требований ГОСО РК 3.07.299 – 2002 специальности 250340 «Машины и технология литейного производства».
Для студентов всех форм обучения.
Абдрахманов Е.С., 2005
Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова, 2005
4
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
Н.Э. Пфейфер
_______________
«___»________2005г.
Составитель: к.т.н., доцент Абдрахманов Е.С.
Кафедра металлургии
Утверждено на заседании кафедры «___»________2005г. протокол №___
Заведующий кафедрой _______________ М.М. Суюндиков
Одобрено учебно-методическим советом института металлургии, машиностроения и транспорта «____»______ 2005г. протокол № ___
Председатель УМС __________ Н.С. Дудак
СОГЛАСОВАНО:
Директор института _________Т.Т. Токтаганов «___»_______2005г.
Н/к ОМКУП ___________ Г.С. Баяхметова «___»________2005г.
Одобрено УМО
Начальник УМО ___________ Л.Т. Головерина «__»_________2005г.
5
Содержание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Расчет перевалочного устройства
Расчет пневмотранспортной установки
Расчет установки для сушки в пневмопотоке
Расчет щековой дробилки
Расчет валковой дробилки
Расчет шаровой мельницы
Расчет вибрационного сита
Расчет барабанного сита
Расчет пневматического регенератора
Расчет планетарного регенератора
Расчет каткового смесителя
Расчет центробежного смесителя
Расчет лопастного смесителя непрерывного
действия
Расчет барабанного смесителя
Расчет секторного затвора
Расчет пневматической трамбовки
Расчет пневматической встряхивающей
формовочной машины
Расчет пневматической прессовой формовочной
машины
Расчет рычажно-прессовой формовочной машины
Расчет пескострельной стержневой машины
Расчет метательной головки пескомета
Расчет инерционной выбивной решетки
Расчет эксцентриковой выбивной решетки
Литература
6
3
4
7
10
11
13
14
16
18
23
25
28
32
36
41
43
44
48
51
53
56
58
59
61
1 Расчет перевалочного устройства
Задание. Определить емкость перевалочного бункера и длину
разгрузочного склада песков чугунолитейного цеха мощностью в 100
тысяч тонн в год. Песок на складе хранится в специальных емкостях
типа силосных башен.
Исходные данные. Песок доставляется на склад в четырехосных саморазгружающих вагонах типа «Хоппер» грузоподъемностью
60т. и длиной по буферам 10м. Аккумулирующая способность перевалочного бункера должна обеспечивать разгрузку состава из пяти вагонов в течение 7 минут и работу цеха в течение t 2, равного 32 часам
(двое суток при двух-сменной работе).
Из перевалочного бункера в силосные емкости песок должен
быть перегружен в течение времени t3, равного 8 часам.
Решение.
1 Часовое потребление свежего песка цехом при расходе 1 т.
песка на 1 т. годного литья
qч=100000/(30516)20.5 т;
2 Общая весовая емкость бункера
Q=qч t2
Q=20,532655 т;
3 Площадь поперечного сечения бункера
Fмин=2iвес/()
Fмин=260/(1,5100,8)=10 м2;
4 Длина бункера
L=Q/(Fмин)
L=655/(1,5100,8)55 м;
5 Производительность разгрузочного фронта при одновременной разгрузке пяти вагонов составит
Qфр=3600iвесz/(t+t1)
Qфр=3600605/(420+180)=1800 т/ч;
7
Во всех этих расчетах насыпной вес песка принят равным
=1,5 т/м3; время, потребное для выполнения маневровых операций,
t1=3 мин (180сек).
6
Выгружатели, а также отводящие материал транспортеры
должны быть рассчитаны на производительность
Qтр=Qфр/t3
Qтр =1800/8225 т/ч;
Рисунок 1.1-К расчету перевалочного устройства
2 Расчет пневмотранспортной установки
Задание. Определить диаметр трубопровода, основные параметры вентилятора (производительность, требуемый напор, расход
мощности) пневмотранспортной установки всасывающего типа для
перемещения Qм=8т сухого песка в час (dп=0,002 м) по трассе, имеющей протяженность горизонтального участка Lгор=30м, вертикального
Lверт=10 м и общее количество поворотов (=90) трассы n=3 (рисунок
2.1).
8
Решение.
1 Выбираем весовую концентрацию аэросмеси . Для случая
транспортирования песка ее обычно принимают в пределах 1,73,0.
Принимаем =2,66;
2 Весовой расход воздуха составит
Qв=Qм/
где Qм  производительность установки по материалу;
Qв=8000/2,66=3000 кг/ч
3 Объемный расход воздуха составит
Vв=Qв/в
где в удельный вес воздуха, кг/м3;
Vв =3000/1,2=2500 м3/ч
4 Скорость витания частиц материала (песка)
вит=с
м
* dп
в
где с  коэффициент, учитывающий форму
и состояние поверхности частиц песка;
м  удельный вес частиц песка, кг/м3;
вит=5,7
2700 * 0,002
12 м/с;
1,2
5 Рабочая скорость воздуха в=(1,12,0) вит
Принимаем в=1,8812 22,5 м/c;
6 Диаметр материального трубопровода определяется из
равенства расходов
Vв/3600=d2трв/4;
Отсюда
9
dтр=
dтр=
4Vв
 * 360 * в
4 * 2500
0,2 м;
3,14 * 3600 * 22,5
7 Необходимый напор, создаваемый вентилятором, определяется как сумма сопротивлений  потерь при перемещении аэросмеси в
трубопроводе:
а) Потери в загрузочном устройстве
hзагр= 1в(в)2/2g
hзагр=1,51,222,52/29,8=46,5 кг/м2;
б) Потери в горизонтальном участке трубопровода
hгор=(Lгор/dтр)( в(в)2/2g)(1+гор)
hгор=0,02
30 *1,2 * 22,5 * 22,5
(1+1,15*2,26)=377 кг/м2;
0,2 * 2 * 9,8
в) Потери в вертикальном участке трубопровода:
hвер=(Lвер/dтр)(в(в)2/2g)(1+вер)
hвер=0,02
10 *1,2 * 22,5 * 22,5
(1+1,25*2,26)=134 кг/м2
0,2 * 2 * 9,8
Lверт=Lверт+Lверт; Lгор=Lгор+Lгор+Lгор+LIVгор.;
г) Потери на закруглениях трассы
hзакр=0,76(1+0,64)(в(в)2/2g)n
hзакр=0,76(1+0,64*2,66)
1,2 * 22,5 * 22,5
*3=190 кг/м2
2 * 9,8
д) Потери на преодоление местных сопротивлений (в циклоне)
hцикл=2в(в)2/2g
hцикл=2,5
1,2 * 22,5 * 22,5
=77 кг/м2;
2 * 9,8
е) Потери в фильтре:
hф=60 кг/м2
10
В этих расчетах 1 и 2  коэффициенты местных сопротивлений; гор и вер  постоянные коэффициенты;
ж) Суммарное сопротивление всей сети


h=hзагр+hгор+hверт+hзакр+hцикл+hф
h=46,5+377+134+190+77+60=884,5 кг/м2
С учетом некоторого запаса принимаем H=1000 кг/м2;
8 Мощность на валу вентилятора
N=VвH/(102*3600*)
N=
2500 *1000
=8,4 кВт.
102 * 3600 * 0,8
3 Расчет установки для сушки песка в пневмопотоке
Задание. Определить основные конструктивные параметры
установки для сушки песка (длину и диаметр сушильной трубы), а
также скорость воздуха в сушильной трубе и характеристику вентилятора. Установка (см. рисунок 3.1) должна сушить (Q) в час 7 тонн песка с начальной влажностью нач=6,3% до конечной влажности
кон=0,3%.
Решение.
1 Принимая максимальный (расчетный) диаметр песчинки
dп=0.001 м, определяем рабочую скорость воздуха в сушильной трубе
в=1,5вит=1,5с
в=1,5*5,7
 м * dп
 вt * d п
2700 * 0,001
=17 м/с
0,67
где в  удельный вес воздуха при =250: т.е.
в250 =в
11
273
273  250
в250 = 1,2*
273
0,67кг/м3
273  250
2 Принимая весовую концентрацию смеси =2,4, определяем
площадь сечения сушильной трубы по формуле
F=Q/(в в *3600)
F=
7000
=0,071 м2
17 * 0,67 * 2,4 * 3600
3 Диаметр сушильной трубы
Dтр=
Dтр=
4  Fтр

4 * 0,071
0,3 м
3,14
4 Рабочая длина сушильной трубы
Lтр=((начкон)вв*3600)/(А*100)
где А  часовая производительность
сушильной трубы по влаге.
Lтр =
7
(6,3  0,3) *17 * 0,67 * 2,4 * 3600
11 м
550 *100
Производительность вентилятора
V вент=
Q
 Bt 

V вент =
7000
=4350 м3/ч
0,67 * 2,4
Давление воздуха, которое должен обеспечить вентилятор,
определяется по формуле
H=  h кг/м2
где   коэффициент запаса (=1,35);
12
Тогда
H=  h=(Lгор(в)2 в(1+гор)/(Dтр2g)) +
(Lвер(в)2(1+вер)/(Dтр2g)) + (загр+закр+цикл)* (в)2в(1+)/2g+hф
H =1,35*(15+47+161+60)=380 кг/м2
8
Мощность двигателя вентилятора
N=VвH/(3600*102*вент)
N=
4350 * 380
=5,6 кВт
3600 * 102 * 0.8
1 – бункер приемный;
8 – фильтр;
2 – питатель тарельчатый;
9 – заслонка–мигатель;
3 – заслонка для сбора крупной фракции; 10 – вентилятор;
4 – тара для сбора;
11 – циклон;
5 – горелка;
12 – транспортировка.
6 – трубка сушильная;
7 – бункер–накопитель;
Рисунок 3.1 - К расчету установки для сушки песка в
пневмопотоке
13
4 Расчет щековой дробилки
Задание. Определить производительность дробилки и потребную для дробления мощность (рисунок 4.1,4.2).
Исходные данные. Длина пасти дробилки (ширина дробилки)
B=400 мм; диаметр куска материала, загружаемого в дробилку, D=200
мм; ширина разгрузочной щели дробилки а=40 мм; ход подвижной
щеки дробилки S=20 мм; угол захвата дробилки =19; дробимый материал  известняк (прочность =1000 кг/см2, модуль упругости
Е=500000 кг/см2, удельный вес м=2700 кг/м3).
Решение.
1 Число оборотов эксцентрикового вала
n=665
n =665
td
S
0,344
 280 об/мин.
2,0
2 Объем призмы материала, выпадающей из дробилки за один
отход подвижной щеки
2а  S
2а  S
hb =
b (S/td)
2
2
2  0,04  0,02 0,02
Vприз =

 0,4 =0,0011 м3
2
0,344
Vприз=
3 Производительность дробилки
Q=Vприз n60м
Q=0,0011280600,42,7=20 т/ч
4 Потребная мощность
N=2b(D2d2)n/(12Е10060102)
N=
3.14  1000  1000  40  (20  20  5  5)  280
=3,6 кВт,
12  500000  100  60  102
где
d=dср=
14
2а  0,02
2
d=
2  0,04  0,02
=0,05м=5см.
2
Рисунок 4.1 – К расчету щековой
дробилки
Рисунок 4.2 – К расчету щековой
дробилки
5 Расчет валковой дробилки
Задание. Определить производительность валковой дробилки и
потребную для ее работы мощность (рисунок 5.1).
Исходные дынные. Диаметр валков D=610 мм; длина валков
L=400 мм; расстояние между валками е=10 мм; прочность дробильного материала =1300 кг/см2; Е=600000 кг/см2; =2700 кг/м3.
Решение.
1 Диаметр загружаемых кусков материала
d=(
d=
1
1

)D
18 25
1
610 30 мм;
20
2 Число оборотов валков
15
n=308
n =308
d
2
где f=0,4; r= =
f
rR
0.4
=55 об/мин,
2700  0.015  0.3
30
=15 мм=0,015 м
2
D
R=
2
610
R=
=305 мм0,3 м;
2
3 Окружная скорость на ободе валка
Dn
60
3,4  0,61  55
=
=1,8 м/с;
60
=
4 Производительность дробилки
Q=3600(e+S)L
Q =3600(0,01+0,003)0,41,80,32,7=27 т/ч,
где =0.3; S=3мм=0,003м.
5 Потребная для измельчения материала мощность
LRn
    r  r  0.5   R  R



142800
Er
740
40  30.5  55
1300  13001,5  1,5  0,5  0,5 30,5  30,5
N=

=2,4 кВт;

142800
600000  1,5
740
N=
16
Рисунок 5.1 - К расчету валковой дробилки
6 Расчет шаровой мельницы
Задание. Определить оптимальное число оборотов, потребную
мощность и производительность шаровой мельницы, предназначенной для полома донецкого угля (рисунок 6.1).
Исходные данные. Диаметр барабана d=1200 мм; длина барабана мельницы D=2400 мм.
Решение.
1 Диаметр шаров
dш=(D-di)/18
откуда
d ш=
1200
=63 мм;
19
2 Расчетный радиус барабана мельницы
R=(d-dш)/2
1200  63
R=
=568 мм0,57 м.
2
17
3 Редуцированный радиус шаровой загрузки
R0=0,785*0,57=0,447 м
или R0=
R 2  R12
;
2
4 Оптимальное число оборотов барабана
nопт=
22,8
R0
22,8
=
0,447
=33,5 об/мин;
5 Вес шаровой загрузки
G=
G=
DD
4
L
3,4 *1,2 *1,2
2,4 * 0,4 * 7,8 * 0,5 =4,25 т;
4
6 Производительность мельницы
Q=AG0.6
где А – опытный коэффициент, для донецкого угля А=2,4.
Q =2,4*4,250.6=5,7 т/ч,
9
Потребная мощность
N=0,01G Rб
N =0,01*425 0.6 3,3 кВт;
18
Рисунок 6.1 - К расчету шаровой мельницы
7 Расчет вибрационного сита
Задание. Определить общий вес возмущающих грузов, жесткость пружинящих опор и приводная мощность вибрационного сита,
работающего с резонансом (рисунок 7.1).
Исходные данные. Вес сита с нагрузкой G=300 кг; число оборотов вала вибратора n=1200 об/мин; эксцентриситет (радиус центра
тяжести возмущающих грузов) e=100 мм; амплитуда колебаний сита
а=3 мм; радиус подшипников качения d/2=35 мм; приведенный коэффициент трения f=0,002; механический к.п.д. =0,7; число опор i=4.
Решение.
1 Общий вес возмущающих грузов
G*a
e
300 * 3
G0=
=9 кг;
100
G0=
2 Жесткость каждой из пружинящих опор
К=
19
G*n*n
900 * i
К=
300 * 1200 * 1200
=12*104 кг/м=120 кг/мм.
900 * 4
3 Приводная мощность
N=Nтр=(fG0n3ed)/(129*104*1.36)
N=
0,002 * 9 *1200 *1200 *1200 * 0,1 * 2 * 0,035
=0,18 кВт
129 *10000 * 0,7 *1,36
Рисунок 7.1 - К расчету вибрационного сита
8 Расчет барабанного сита
Задание. Определить производительность (в т/ч), число оборотов барабана, размеры ячеек сита и потребную мощность двигателя
сита, предназначаемого для просева отработанной смеси со средним
размером частиц в готовом продукте dч=1.2 мм (рисунок 8.1).
Решение.
1 Средний диаметр сита
Dср=(Dвн+dвн)/2
1300  1040
Dср=
=1170 мм;
2
R=Dср/2
20
R=
1170
=585 мм=0,585 м;
2
2 Число оборотов в минуту
n=30
sin(    )
R sin 
sin( 45  35)
=22;
0.585 sin 35
n=30
Рисунок 8.1- К расчету барабанного сита
3 Осевая скорость движения материала вдоль сита
ос=
Rn
td 2 B
30
3,14 * 0,585 * 22
0,1084 =0,146 м/с,
ос =
30
где tdB=(Dвн-dвн)/2L=
1300  1040
=0,0542
2 * 2400
B=36 ; td2B=0,0542*2=0,1084;
4 Производительность сита
Q=3600*ос*F1**
21
где F1=1,9*R(0,15R)3=1,9*0,5854*0,153=0,0374 м2;
Q =3600*0,146*0,0374*1,3*0,9525 т/ч
5 Для определения размера ячеек сита находим скорость движения частиц относительно полотна сита
отн=ос/td2B
отн =
0,146
=1,34 м/с;
0,1084
Пользуясь формулой, находим
Dя=
Dя =
1,34
9,81
0,0012
 ос
+dч/2
g
dч
0,0012
=0,0155 м16 мм
2

Принимаем ячейку сита размером 166 мм;
6 Для определения мощности двигателя сита принимаем:
Gб=1000 кг; Gм=F1L=0,0374*2,4*1,3=0,116 т=116 кг; r=0,04 м –
радиус цапфы; f1=0,4 – коэффициент трения цапф вала в подшипниках; f2=0,7 – коэффициент трения материала о сито.
Суммарный момент сил, действующий на центральный вал


М=f1r(Gб+Gм)+f2GмR+0,3GмR
М=0,4*0,04*(1000+116)+0,7*116*0,585+0,3*116*0,585
=85,7кг*м
Потребляемая мощность двигателя
M *n
Nэ=
116.2 * *1.36
85,7 * 22
Nэ =
=2,7 кВт
116,2 * 0,7 *1,36
Принимаем электродвигатель с установочной мощностью
Nдв=Nэ*ку
22
где ку=1,5 коэффициент установочной мощности.
Nдв =2,7*1,5=4,1 кВт
9 Расчет пневматического регенератора
Задание. Определить основные конструктивные параметры
пневмо-регенерационной установки производительностью 10 т/ч по
исходному продукту и расходу электроэнергии на восстановление 1 т
песка из отработанной смеси.
Исходные данные. Смесь содержит выбитые и бракованные
стержни, а также отходы оборотной формовочной смеси. Вся масса
смеси прошла магнитную сепарацию, дробление и просев. Расчетный
размер зерна dч=0,03 см, а сростка зерен d=0,3 см; предел прочности
зерна зер=3200 кг/см2, модуль упругости зерна Езер=7*105 кг/см2.
Смесь составляет на связующем типа ГТФ, удельная работа адгезии
пленок связующего к зернам кварца составляет адг=151*103 эрг/см2.
Предел прочности затвердевшего связующего ког=220 кг/см2, а модуль упругости Еког=3*104 кг/см2. Удельный вес пленки связующего
плен=0,931 т/м3 (рисунок 9.1).
Решение.
1 Выбираем скорость частиц песка и скорость транспортирующего воздуха из условия крит >ч >ког;
крит=зер*(3аg/(зерЕзер))
крит=
3200
981 *1000
3 *1
=40 м/с
100
2,7 * 7 *100000
(здесь предполагается разрушение зерна по плоскости, т.е. а=1)
ког =ког*(3аg/(пленЕког))
ког =
220
981 * 1000
3 *1
=22,5 м/с
100
2,7 * 3 * 10000
Здесь также предполагается, что разрушение сростка зерен будет проходить по одной плоскости (а=1).
Принимаем скорость частицы ч=23 м/с. Скорость витания
наибольшей частицы в потоке воздуха определяется по формуле
23
вит=5,7 *(ч dч /в)
вит =5,7
2700
0,003 =15 м/с
1,2
Тогда скорость транспортирующего воздуха должна быть равна
в=ч+вит
в=23+15=38 м/с
Критическая скорость транспортирующего воздуха
крит.в=крит+вит
крит.в =40+15=55 м/с
Учитывая наличие песчаной подушки на внутренней поверхности отбойного щита, а также сопротивление среды при вылете аэросмеси и др., рабочую скорость воздуха принимаем равной в=70 м/с.
2 Для выбора конструктивной схемы регенератора определим
число отбойно-истирательных циклов, необходимое для очистки зерен песка
n=6адгgt/(0,98*106*dч*ч*(1+Вcos)*ч*f*l)
где ч=2300см/с;
dч=0,03см;
ч=
2.7
кг/см2;
1000
l=25 см  путь истирания частицы за один цикл;
t=0,012 c  продолжительность одного цикла;
f=0,6  коэффициент трения песка о песок.
n=
6 *151 *1000 * 981 *1000 * 0.012
3 цикла
0,98 *1000000 * 0,03 * 2,7 * (1  0,8 cos165) * 2300 * 0,6 * 2,5
Принимаем регенератор, состоящий из двух-четырех секционных линий с последовательным режимом работы. Количество очистительных циклов будет равно числу секций в одной линии (n=4).
24
1  носок приемный;
2  камера;
3  труба разгонная;
4  устройство загрузочное;
5  сопло;
6  щит полусферической формы
(отбойно-истирающее устройство).
Рисунок 9.1-К расчету пневматического регенератора
25
3 Определяем расход воздуха, диаметр и длину трубы разгонного устройства. Для этого принимаем весовую концентрацию смеси
=2,3 кг/м и количество отбойно-истирательных циклов, необходимых для очистки песка, n=4. Расход воздуха для обеспечения заданной
производительности регенератора (Q=10 т/ч):
Vв=Qn/(в)
10000 * 4
Vв=
=14500 м3/ч
2 .3 * 1 .2
Количество воздуха, проходящего через каждую секцию регенератора, т.е. через каждую разгонную трубу
Vв1=
Vв1=
V
2*4
14500
=1815 м3/ч
8
Диаметр разгонной трубы определяем из выражения
fтр=Vв1/в
fтр =
1850
=0,0072 м2
70 * 3600
откуда
dтр=
dтр =
4 * f тр

4 * 0.0072
=0,095 м=95 мм
3.14
Длину разгонной трубы определим из условия разгона частицы
от нулевой скорости до ч=23 м/с (скорость воздуха при этом должна
быть в=70 м/с, а скорость витания частицы вит=15 м/с)
Lтр=
Lтр=
 вит 
 в   вит
 в   вит 
 ( в   вит )
( в   вит ) ln
2g 
 в   вит   ч
 в   вит   ч 
15 
70  15
70  15 
(70  15) ln
 (70  15) ln
 2,3 м

2 * 9,8 
70  15  23
70  15  23 
26
4 Потери напора в разгонной трубе
GLтр
Lтр в в2
G d
Hтр= 



* (1  к )
2g
g
 в   вит
d тр 2 g
 в в2
Hтр= 0,2
1,2 * 70 2 192 * 70 192 * 2,3
2,3 *1,2 * 70 2


 0,02
(1  1,25 * 2,3)
2 * 9,8
9,8
70  15
0,095 * 2 * 9,8
=2000 кг/м2
где
G=
Q
f тр * i * 3600
где i  число параллельных линий в генераторе
G=
10000
=192 кг/м2*с
0.0072 * 2 * 3600
Полная потеря напора в регенераторе
Hпол=
Hпол=
H тр
 эж
2000
=2350 кг/м2
0.85
5 Для определения диаметра сопла эжектора загрузочного
устройства находим скорость воздуха на выходе из сопла
2 g * H пол
 в .с  
 в.с  0,95
в
2 * 9,8 * 2350
=186 м/с
1,2
Площадь поперечного сечения сопла
Vв1
 в.с * 3600
1815
fc=
=0,0027 м2
186 * 3600
fc=
27
Диаметр сопла эжектора
dc=
dc=
4 fc

4 * 0,0027
=0,585 м
3,14
Принимаем dc=58 мм.
6 Выбираем зазоры у входного и выходного концов разгонной
трубы. Нижний зазор
Dk  d c
td
2
190  58
td 45 =66 мм
h=
2
h=
где Dk  диаметр коллектора разгонной трубы.
Верхний зазор z=s0-l=420-250=170 мм
где, согласно формуле
s0=
0.335 * d тр
а
0,335 * 95
s0=
=420 мм
0,076
7 Площадь поперечного сечения камеры секции регенератора
должна соответствовать отношению
Fкам
=50100
f тр
где fтр  площадь сечения разгонной трубы.
Принимаем размеры камеры в свету 0,61,0 м, тогда
Fкам
0,6
=
=83
f тр 0,0072
8 Расход энергии
Э=Эрег-Эвент=
qв H пол *1000
+Эвент
3.6 *102 *  в м 
где qв  количество воздуха, затрачиваемого
на очистку 1 кг смеси:
28
qв=
qв =
Э=
n

4
=1,74 кг
2 .3
1000 * 1.74 * 2350
+624 кВт*ч/т
3600 * 102 * 1.2 * 0.7 * 0.75
10 Расчет планетарного регенератора
Задание. Определить количество разгонных конусов, число
оборотов вертикального вала, несущего на себе разгонные конусытарелки, а также производительность регенератора (в т/ч).
Исходные данные. Характеристика исходного материала такая
же, как и в примере для пневморегенератора. Согласно расчету,
ког22 м/с (рисунок 10.1 и 10.2).
По условию ч>ког принимаем ч=27 м/с.
Решение
1 Число истирательных циклов
i=
i=
6 адг g 2
0.98 *10 6 * d ч ч f ч ч2 l
6 *151*10 3 * 981*1000 * 25
 3,5
0,98 *10 6 * 0,03 * 2,7 * 0,6 * 2700 2 * 25
Принимаем регенератор с четырьмя конусами.
2 Радиальная скорость при сходе частицы с разгонного конуса
 2  1.42 ч
sin  2
cos 
Из графического построения при 3=45, 1=8 см и 2=25 см
находим 2=30, угол  принимаем равным 45.
Тогда
2=1,42*2700
0,5
=2700 см/с
0,707
3 Для определения числа оборотов вертикального вала находим
угловую скорость
29
=
=
2
(cos   f1 sin  )(  22  12 )
2700
(0,707  0,707 * 0,6) * (25 2  8 2 )
=215
1
c
откуда
n=
30

30 * 215
n=
=2050 об/мин
3.14
4 Производительность регенератора по исходному продукту
Q=3
Q =3

 22
1
0.995
* 215 * 0.25 2  8,7 т/ч
4.61
r
ч

U2
ч
2
2
1  бункер;
4  лоток
2  устройство разгонное; 5  устройство истирающее
3  вал полый;
6  электропривод
Рисунок 10.1 - К расчету планетарного регенератора
30
11 Расчет каткового смесителя
Задание. Определить основные конструктивные параметры
смесителя с закрытой чашей производительностью П=6 м3/ч.
Исходные данные. Прочность сырой смеси =0,35 кг/см2, технологически необходимое время перемешивания t=6 мин.
Решение.
1 Размеры катков определяем из условия, что высота h1 слоя
смеси, лежащего между крайней нижней точкой катка и днищем чаши, равна 20 мм, а высота слоя h2 смеси, затягиваемой под каток, равна 75 мм:
а) диаметр катка Dk=122*75=900 мм т.к.
Dk(1112)h2;
б) ширина катка вк= 
1
1
  Dk;
 3.25 5 
в) вес катка Gk=q*вк=32*25=800 кг,
где q=32 кг/см, т.к. Vзам=0.6 м3 (см. ниже)
2 Размеры чаши определяем исходя из заданной производительности смесителя
а) емкость замеса
Vзам=
Vзам=
Пt
60
6*6
=0,6 м3;
60
б) диаметр чаши
Dч=0,85
Dч= 0,85
4 * V зам
 h1  h2 
4 * 0.6
=2,4 м=2400 мм;
3,14 * (0,02  0,075)
в) высоту чаши H принимаем равной 400 мм.
3 Число оборотов катка (при условии, что скорость точек, лежащих на его образующей, находится в пределах 1.4-2.2 м/с)
nk=
31
60 к
Dk
nk=
60 *1,72
=36,5 об/мин
3,14 * 0,9
4 Число оборотов вертикального вала
nв=nк
Dk
Dcp
где Dср  средний диаметр окружности,
по которой движется каток.
nв= 36,5
0,9
=28 об/мин
1,17
5 Определяем мощность двигателя смесителя:
а) Мощность, расходуемая на качение катков
Nкач=Gк
2(l1  l 2 )
a
Dk 102
где l1 и l2  расстояние от оси вращения
до центра соответствующих катков, м;
а  расчетный параметр
а=(h1+h2)=(0,02+0,075)*1,88=1,79;
  расчетный параметр
=0,8+3,2,
где =(0,30,35) кг/см  сырая прочность смеси;
  угловая скорость вертикального вала
=
nв
30
3,14 * 28
1
=
=2,93
;
30
сек
2(0,725  0,585)
0,179 * 2,93 =12 кВт
Nкач= 800
0,9 *102
б) Мощность, расходуемая на скольжение катков
Nск=
32
fGk B
2 *102
где f  коэффициент трения катка по смеси;
В  расчетный параметр
вк
в
)-(l1- к )
2
2
0
.
25
0
.
25
 

В =  0.525 
   0.525 
 =0,25
2  
2 

В=R3-R1=(l1+
Nск=
0,35 * 800 * 0,25 * 2,93
=1,0 кВт
2 *102
Рисунок 11.1 - К расчету мощности каткового смесителя
(схема расположения рабочих плужков)
в) Мощность, расходуемая на перемещение плужков
KA 2 G3
Nпл=
102
где А  геометрический параметр, характеризующий размеры,
угол, наклон, конфигурацию и положение
плужков (рисунок 11.1)
1
3
А= h1( r23(1)  r13(1) )  h2(1) (r33(1)  r23(1) )  h( 2) (r23(2)  r13(2) )  h(3) (r23(3)  r13(3) ) 
33
1
3
А= 0,23(0,43-0,23)+0,06(0,53-0,43)+0,25(0,9853-0,713)+
0,25(1,183-0,9753)=0,11 м4
G3=V30
где 0  объемный вес смеси
0=(1,01,2)*103 кг/м3
G3=0,6*1200=720 кг,
Nпл=
1,75 * 0,11 * 2,932 * 720
=11,6 кВт
102
д) Мощность двигателя смесителя
Nдв=kу(Nкач+Nск+Nпл)
1

где kу  коэффициент установочной мощности, учитывающий
также возможные перегрузки машины (kу=1,0-1,2);
  к.п.д., учитывающий потери в приводе смесителя и др.
Nдв =1,05(12,0+1,0+11,6)
1
=27,2 кВт
0.95
12 Расчет центробежного смесителя
Задание. Определить основные размеры и расчетные параметры
центробежного смесителя производительностью П=25 м3/ч для приготовления формовочной смеси.
Исходные данные. Прочность сырой смеси = 0.7 кг/см2, технологически необходимое время перемешивания t=1 мин.
Решение.
1 Размеры чаши определим по заданной производительности
смесителя и емкости одного замеса.
а) Емкость замеса
Vз=
Vз=
Пt
60
25 *1
 0,42 м3
60
34
б) Объем чаши принимаем равным
Vч=3,2*Vз
Vч =3,2*0,42=1,35 м3
в) Диаметр чаши
Dч=
4Vч
H ч
где Hч  рабочая высота чаши (принимается равной 460 мм)
Dч=
4 *1.35
1,925 м
3.14 * 0.46
2 Определяем скорость движения смеси по стенкам чаши:
а) Абсолютную скорость смеси (для плужка с =60, 1=30)
принимаем равной абс= 6.3 м/с;
б) Окружная скорость смеси
окр=
окр =
 абс 60
cos  1
6.3
6.3

 7.3 м/с;
cos 30 0.866
в) Относительная скорость смеси (для плужка с =60, 1=30)
отн60=окр*sin1
отн60=7,3*0,5=3,65 м/с;
г) Абсолютная скорость смеси (для плужка =45, 1=45)
абс45=окр*cos1
абс45=7,3*0,707=5,16 м/с;
д) Относительная скорость смеси
отн45=окр*sin1
отн45=7,3*0,707=5,16 м/с;
3 Определяем размеры катков смесителя
Dк=
Dч
а
е
2
2
35
где Dч  диаметр чаши смесителя, мм;
е  зазор между катком и обечайкой чаши, мм;
а  расстояние между катками, мм.
Dк=
1925
260
 25 
 807 мм,
2
2
Принимаем Dк=810 мм;
б) Ширина катков из конструктивных соображений принимается
вк=100 мм.
4 Выполняем кинематический расчет смесителя:
а) Число оборотов ротора (вертикального вала) смесителя определяется по переносной скорости частиц смеси.
nрот=
60 окр
 ( Dч   )
где   зазор между кромками скребков и обечайкой чаши;
nрот=
60 * 7,3
=74 об/мин
3,14(1,925  0,025)
б) Общее передаточное отношение привода смесителя
(рисунок 12.1)
i
i
n рот
nдв
74
1

;
1460 19.7
iобщ=iкон*iцил
iобщ =
13 21
1
1
1
*

*

55 96 4,23 4,6 19,5
в) Число оборотов катка может быть определено из условия перекатывания его без скольжения по слою смеси, удерживаемой на
стенках чаши
nk=nрот*
nk= 74 *
 ( Dч  2е)
Dk
1925  2 * 25
 175 об/мин
810
36
Рисунок 12.1 - Кинематическая схема центробежного смесителя
5 Определяем мощность двигателя смесителя:
а) Мощность, необходимая для перемешивания плужков
Nпл=
2
kA рот
* Gз
102
где к=0,7+3=0,7+3*0,7=2,8 сек/м3;
Nпл=
2,8 * 0,0635 * 7,75 2 * 500
=52,0 кВт
102
А= h60 (r60 3  r603  )  h60  (r60 3  r60 3 )  h45 (r45 3  r453  )  h(r45 3  r45 3 )
1
3
1
А= 0,034(0,683-0,413)+0,136(0,943-0,683)+0,193(0,7433
0,683)+0,218(0,943-0,743) =0,0635 м4.
Размеры h60, h60, h45,h45, а также r60,r60,r60, r45,r45,r45, указаны на рисунке 12.2
Gз=Vз*0
Gз =0,42*1200=500 кг
 рот 
 рот
 * n рот
30
3,14 * 74

 9,2 кВт,
30
37
P=F*
P= 910
F=
а
rк
2,8
=63 кг;
40,5
Gk *  2 * n 2рот
g * 900
*R
где Gk  вес катков, равный 275 кг;
nрот  число оборотов ротора в минуту, равное 74;
R  радиус окружности, проходящей через
центры тяжести катков (R=0.54 м);
а  плечо трения качения (а=2.8 см);
rк  радиус катка, см;
к  окружная скорость движения катка
по внутренней боковой поверхности чаши;
к=
 * Dк * nк

60
F=
3,14 * 0,81 *175
=7,4 м /с;
60
275 * 3,14 2 * 7,4 2
* 0,54 =910 кг;
9,8 * 900
в) Мощность двигателя
Nдв=
N пл  N кат

=72 кВт
где   к.п.д. привода машины, учитывающий также
потери мощности на трение ротора о смесь.
Nдв=
52,0  9,2
=72 кВт
0,85
38
Рисунок 12.2 - К расчету мощности центробежного смесителя
(рабочие плужки смесителя)
13 Расчет лопастного смесителя непрерывного действия
Задание. Определить основные конструктивные параметры
двух-вального смесителя для приготовления наполнительной формовочной смеси.
Исходные данные. Прочность сырой смеси =0,35 кг/см2, производительность смесителя Q=60 т/ч, технологически необходимое
время перемешивания t=2.5 мин (рисунок 13.1).
Решение.
1 Весовая емкость смесителя
1000 * Q * t
60
1000 * 60 * 2,5
Gсм=
=2500 кг;
60
Gсм=
39
2 Объемная емкость смесителя
Vсм=
Gсм
0
где 0  удельный вес разрыхленной смеси, кг/м3;
Vсм=
2500
=2,1 м3
1200
3 Радиус корпуса смесителя
R= 3
Vсм
 2iкоп 2 cos 
где =45, =1;
2iкоп общее количество пар лопастей
(принимаем равным 36)
R= 3
2,1
 0,34 м
1 * 36 * 2 * 0,707
4 Ширина корпуса смесителя
B=2*R(cos+1)
B =2*0,34(0,707+1)=1,175 м
5 Рабочая длина корпуса
Lраб=0,12iлопВ
Lраб =0,12*18*1,175=2,4 м
С учетом длины мест загрузки и выгрузки принимаем L=3,0 м;
6 Высота корпуса смесителя
H=2,4R
Н=2,4*0,340,82 м
7 Выполняем кинематический расчет смесителя:
а) Валы должны вращаться встречно, при этом число их оборотов в минуту должно составлять
40
 96

 52 
 Gсм

96
nв=  52 =56
25
nв= 
принимаем nв=50 об/мин
Iред=
nв
1
50


nдв 1460 30
6 Мощность двигателя смесителя
Nдв=kу
kA 2 Gсм 2iкоп
102
где   к.п.д. редуктора и передач (= 0.85);

 угловая скорость вращения валов
=
Nдв= 1,1
nв
30

1
3.14 * 50
=5,25
;
сек
30
1,75 * 0,00064 * 5,25 2 * 2500 * 36
=35 кВт
102 * 0,85
A= h r23  r13 
1
3
где h  ширина лопасти (принята 5 см).
1
3
A= 0,05(0,34 3  0,053 )  0,00064 м4;
9 Выполняем силовой расчет смесителя:
а) Крутящий момент на каждом валу
N дв *1.36
nдв * i ред * 2
35 *1,36
Мк = 71620
=35000 кг*см;
1
1460 * * 2
30
Мкр=71620
41
б) Окружное усилие, или сила, изгибающая вал
Р=
М кр
R
где R  максимальный радиус вращения лопатки, см;
Р=
35000
=1030 кг,
34
в) Наибольший изгибающий момент, действующий по середине
вала
Миз=
Р * L раб
4
1030 * 30
Миз=
=77500 кг*см;
4
г) Расчетный момент
Мрасч= М из2  0,75М кр2
Мрасч= 77500 2  0,75 * 35000 2  82400 кг*см;
7 Диаметры валов смесителя
d= 3
d= 3
М расч
 из * 0,1
82400
≈10,6см
700 * 0,1
Принимаем d=110 мм.
42
Рисунок 13.1-К расчету лопастного смесителя непрерывного
действия
14 Расчет барабанного смесителя
Задание. Определить основные конструктивные параметры барабанного смесителя непрерывного смесителя непрерывного действия, предназначенного для приготовления наполнительной формовочной смеси.
Исходные данные. Прочность сырой смеси =0,7 кг/см2, производительность смесителя Q=20 т/ч, необходимое время перемешивания tпер=2.5 мин (рисунок 14.1).
Решение.
1 Весовая емкость смесителя определяется по заданной его производительности
Gсм=
1000Qt пер
60
1000 * 20 * 2.5
Gсм=
=830 кг;
60
2 Объем барабана смесителя
Vб=4,0
Vб= 4,0
Gсм

830
=2,76 м3;
1200
43
3 Размеры барабана:
а) Диаметр
Dб=
4 2
2
где   окружная скорость барабана, м/с;
4 *1,6 2
Dб=
 1,0 м
9,86
б) Длина
4Vб
Dб2
4 * 2,76
Lб=
=3,5 м.
3,14 * 12
Lб=
4 Диаметр катка смесителя может быть определен после нахождения высота слоя h2, подлежащего затягиванию под каток (при h1=30
мм)
3Gсм
 h1
2Dб Lб  0
3 * 830 * 0,6
h2=
 0,3 =0,027 м
2 * 3,14 *1 * 3,5 *1200
h2=
Dк=11h2=11*27300 мм;
5 Выполняем кинематический расчет смесителя:
а) Число оборотов барабана в минуту
nб=30
nб= 30
1
Dб
1
=30;
1
б) Число оборотов катка при скорости скольжения его относительно поверхности барабана ск=0.2 м/с равно
Dб nб  60 ск
Dк
1 * 30  60 * 0,2
nк=
=60 об/мин
0,3
nк=
44
Рисунок 14.1 - К расчету барабанного смесителя
6 Выполняем силовой расчет смесителя:
а) Вес обечайки барабана
Gобеч=
Dб Lб  k  м
1000
где л  толщина листа, из которого изготовлена обечайка, см;
Gобеч=
3,14 * 100 * 350 * *1,5 * 7,8
=1285 кг
1000
б) Вес бандажей барабана (количество бандажей 2)
Gбан=
2Dб ah м
1000
где а и h  соответственно ширина и высота бандажа;
м удельный вес металла, т/м3;
45
Gбан=
2 * 3,14 *107,5 * 7,5 * 7,5 * 7,8
=297 кг
1000
в) Вес зубчатого венца
Gбан=
Dб a1h1 м
1000
где a1 и h1  соответственно ширина и высота
зубчатого венца, см;
Gбан=
3,14 * 110 * 10 * 8 * 7,8
=216 кг
1000
г) Общий вес барабана
Gб=Gобеч+Gбан+Gвен
Gб=1285+297+216=1798 кг;
д) Усилие, передаваемое на один ролик при =45
Gб  Gсм
4 cos 
1798  830
P=
=930 кг;
4 * 0,707
P=
е) Сопротивление трения бандажей по роликам
W1=
2P * k
d1
где d1  диаметр чугунного опорного ролика;
W1=
2 * 930 * 0,05
 3,7 кг,
25
ж) Сопротивление трения скольжения в подшипниках осей роликов
W2=4*P*f
46
d2
d1
W2=4*930*0,1
7
=104 кг;
25
з) Сопротивление, возникающее при подъеме смеси в барабане
угол поворота барабана со смесью принимаем =60, угол =90
2
3
Wз= Rб2 * Lб *  * sin 3  sin 
2
3
Wз = 0,52*3,42*1200*13*0,866=600 кг.
7 Мощность двигателя привода барабана
(W1  W2  W3 )
102
(3,7  104  600) *1,6
Nб=1,1
=15 кВт
102 * 0,8
Nб=kу
8 Мощность двигателя привода катка
Nk=kу
Gk * f * ск .сред
102
где Gk  сила прижима катка к смеси, кг
Если не применять специальных пружин, то сила прижима катка
будет примерно равна его весу
Gk=
Dк2
4
* Lк *  м
3.14 * 30 2

* 350 * 7.8  1930 кг
4
Nk=kу 1,2
1930 * 0,7 * 0,2
=4 кВт,
102 * 0,8
9 Мощность двигателя привода рыхлителя
Nрых=kу
2
 i лоп
k * A *  рых
* Gсм
102
где k=(0,7+3)=(0,7+3*0,7)=2,8 сек/м3;
Gсм=Gсм*г
47
где   коэффициент, учитывающий колличество
смеси в рыхлителе;
Gсм=830*0,6=500 кг
рых  угловая скорость вала рыхлителя
рых=
т
30

3.14 * 150
=2,8 сек/м3;
30
nрых  число оборотов вала рыхлителя в минуту;
1
3
1
3
А= h(r23  r13 )  0.05(0.2 3  0.035 3 ) =0,000129 м4;
h  проекция высоты лопатки рыхлителя
на вертикальную плоскость, см;
i  общее колличество лопаток в рыхлителе.
2
Nрых=kу 1,1 2,8 * 0,000129 *15,7 * 500 * 24 =13,6 кВт
102 * 0,85
glв2
8
Gвенl0
4
l0
Рисунок 14.2 - К расчету барабанного смесителя
48
10 Выполняем расчет обечайки барабана:
а) Крутящий момент на барабане
Mкр=71620
Mкр= 71620
N б *1.36
nб
15 * 1,36
=49000 кг*см;
30
б) Изгибающий момент по середине барабана
ql 02 Gвенl 0
Mиз=

8
4
где q  погонная нагрузка на барабан
q=
Gб  Gсм 1798  830
=7.5 кг/см

Lб
350
l0  расстояние между осями бандажей (l0=2830 мм).
Mиз=
7,5 * 283 2 216 * 283

=90300 кг*см
8
4
в) Приведенный момент
Мприв= М из2  0.75M кр2
Мприв= 90300 2  0.75 * 49000 2 =99800 кг*см;
г) Момент сопротивления сечения барабана
D4  d 4
W=0,1
=7760 см3
D
где D и d  соответственно наружный и
внутренний диаметры барабана, см;
W=0,1
100 4  98 4
=7760 см3
100
49
д) Напряжение в материале обечайки
=
=
M прив
W
99800
=12,8 кг/см2;
7760
е) Момент инерции сечения барабана
I=

(D 4  d 4 )
64
3,14
(100 4  98 4 ) =382000 см4;
I=
64
ж) Стрела прогиба корпуса барабана
5 ql 02 Gвенl 03
f=
см
*

384 EI 48EI
5
7,5 * 2833
f=
*
 0,00014 см
384 48 * 2,1*10 6 * 382000
Такой прогиб барабана вполне допустим, так как
f 0 0.00014
1


3000
l0
283
15 Расчет секторного затвора
Задание.
Определить
диаметр
пневмоцилиндра,
предназначенного для открывания и закрывания секторного затвора
(см. рисунок 15.1).
Исходные данные. Плотность заполняющей бункер смеси
=1200 кг/м3; f1=0,78; размеры затвора в свету 400600 мм; давление
воздуха в сети Р0=5 атм.
Решение.
1 Угол естественного откоса формовочной смеси
=td=0,78; =38; sin38=0,616;
50
2 Коэффициент подвижности материала
1  sin 
1  sin 
1  0,616
k=
=0,238;
1  0,616
k=
3 Полное вертикальное усилие, действующее на затвор
 а 2в 2
Р=
*
2л а  в
1200
0,4 2 * 0,6 2
Р=
*
 190 кг;
2 * 0,78 * 0,238 0,4  0,6
1  невмоцилиндр;
2  рычаг;
3  шарнир;
4  бункер;
5  корб;
6  сектор;
7  противес
Рисунок 15.1 - К расчету секторного затвора
51
4 Наибольший момент, необходимый для поворота сектора под
нагрузкой
d
f +G1R2
2
0,04
0,25 +10*0,2970 кг*м;
М =190*0,36*0,78+(190+18)*
2
М=PR+(P+G0)
5 Усилие на штоке пневмоцилиндра
W=
W=
M
R1
70
 190 кг;
0,37
6 Площадь поршня пневмоцилиндра привода
Fц=
Fц=
W
P0
190
 38 см2;
5
7 Диаметр поршня пневмоцмлмндра
Dц=
Dц=
4 Fц

4 * 38
 7см
3,14
Учитывая потери на трение в самом пневмоцилиндре и др., принимаем Dц=100 мм.
16 Расчет пневматической трамбовки
Задание. Определить число ударов поршня в минуту и мощность, расходуемую трамбовкой типа ТР.
Исходные данные. Диаметр поршня d=30 мм, вес поршня со
штоком и башмаком G=1.6 кг, ход поршня l=3 см; давление воздуха в
сети Р=6 кг/см2 , к.п.д. =0,7(рисунок 16.1).
52
Решение.
1 Число ударов поршня в минуту
60
n=
0.05
где К=
Gl
1
(1 
)
2
k
pd
F0 25 2
=0,7

F 30 2
F0  площадь штоковой части поршня, см2.
60
n=
0,05
 1260
1,6 * 3
1
(1 
2
0,7
6*3
2 Мощность трамбовки
N=
N=
p * * d 2 * l * n
4 * 60 *102 *100 * m
6 * 3,14 * 32 * 3 *1260
 0,33 кВт.
4 * 60 *102 *100 * 0,8
1
2
3
5
4
6
1  корпус;
2  поршень;
5  пружина;
4  шток;
3  упор;
6  башмак.
Рисунок 16.1 - К расчету пневматической трамбовки
53
17 Расчет пневматической встряхивающей
формовочной машины
Задание. Определить основные конструктивные параметры машины с поршневым воздухораспределителем, с отсечкой и расширением воздуха.
Исходные данные. Машины предназначена для уплотнения
нижних полуформ в опоках размером 900600250 мм и толщиной
стенки 15 мм.
Решение.
1 Вес полезной нагрузки (вес опоки G1 и смеси G2)
Q1=G1+G2
G1=(90+60)*2*25*1,5*7,685000 гр.=85 кг
(с учетом веса цапф и крестовин принимаем G1=100 кг);
G2=90*60*25*1,7=230000 гр.=230 кг
С учетом веса модели принимаем G2=250 кг.
Тогда
Q1=100+250=350 кг;
2 Вес движущихся частей машины
Q2=1,25*Q1
Q2=1,25*350=440 кг;
3 Общая грузоподъемность встряхивающего механизма
Q=Q1+Q2
Q=350+440=790 кг
4 Сила трения, возникающая при перемещении поршня
R=0,25Q
R=0,25*790790 кг;
5 Площадь встряхивающего поршня при давлении воздуха в сети P0=5 кг/см2
54
QR
= 246 см2
P0  1
790  195
F=
= 246 см2
5 1
F=
С учетом возможных утечек воздуха принимаем F=255 см2;
6 Строим индикаторную диаграмму встряхивающего механизма
(см. рисунок 17.1). Ход поршня принимается равным S=6,5 см.
в точке 1
QR
F
790  195
 4,86 атм
P1=1+
255
P1=1+
S1=S0=1,0*S
S1=1,0*6,5=6,5 см;
в точке 2
P2=P1+1,0
P2=4,86+1,0=5,86 атм
S2=S0+Se=S0+0,5S
S2=6,5+0,5*6,59,8 см;
в точке 3
 S0  Se
P3=P2 
 S0  Se  Sr
6. 5  3. 3 
P3= 5.86

 6 .5  3 .3  0 .7 



k
1.41
 5,26 атм
S3=S0+Se+Sr+Si=S0+Se+0,5Se
S3 =6,5+3,3+0,7=10,5 см;
в точке 4
P4=1+0,2=1,2 атм
S4=S0+Se+Sr+Si=S0+S
S4=6,5+6,5=13 см;
в точке 5
P5=1+0,15=1,15 атм
55
S5=S3=10,5 см;
в точке 6
S S S
P6=P5  0 e r
 S0  Se
 6,5  3,3  0,7 
P6=P5 1,15

 6,5  3,3 



k
1.41
 1,29 атм
S6=S2=9,8 см;
7 Удельная энергия удара
e=Fлев-Fправ
1110  10
e=
= 11 кг*см/см2
100
а на 1 кг падающих частей машины
e=
e=
eF
Q
11 * 255
 3,6 кг*см/кг;
790
8 Удельная энергия отражения стола
e=fлев-fправ
e=
500  340
=1,6 кг*см/кг
100
а на 1 кг падающих частей машины
e0=
e0=
eF
Q
1,6 * 255
 0,52 кг*см/кг;
790
9 Отношение энергии отражения к энергии удара
e0 0.52

*100  14.5%
e0
3.6
56
8 Коэффициент использования энергии, сообщенной встряхивающему столу


e0
S
3,6
 0,55
6,5
9 Расход сжатого воздуха на один удар встряхивания
V=F(S0+Se+Sr)(P3–P5)10–6=0,011 м3;
10 Производительность 1 л воздуха
eV =
eV =
e*F
V * 10 3
11 * 255
= 255 кг*см/л.
0,011 *10 3
1 – рамка наполнительная; 2 – опора;
3 – модель;
4 – смесь формовочная;
5 – стол машины;
6 – поршень;
7 – корпус.
Рисунок 17.1 - К расчету пневматической встряхивающей
машины
57
18 Расчет пневматической прессовой формовочной машины
Задание. Определить основные конструктивные параметры
пневматической прессовой машины.
Исходные данные. Давление воздуха в сети Р0=6,0 кГ/см2.
Площадь опоки F0 =50*40=2000 см2; высота опоки 15 см. Объем модели Vм=0,25*Vоп=0,25*40*50*15=7500 см3. Средняя степень уплотнения смеси в опоке =1,66 г/см3. Начальная степень уплотнения смеси
0=1,2 г/см3.
Решение.
1 Удельное давление прессования
P= 
 1
4

 с 
1.66  1 
P= 
  3,0 кг/см2;
 0. 5 
4
2 Вес полезной нагрузки и силы трения
Q+R=0,12pF0
Q+R =0,12*3*2000=720 кг
R=0,25Q
R =0,25*575=145 кг;
3 Площадь и диаметр прессового поршня
p * F0  Q  R
P0
3 * 2000  720
F=
=1120 см2;
6
F=
d=
d=
4F

4 *1120
 38 см;
3.14
58
4 Высота наполнительной рамки

 

  1

  0

7500  1,66 
h= 15 
 1  4,3 см;

2000  1,2


h=  H 
Vм
F0
5 Строим индикаторную диаграмму прессового механизма (см.
рисунок 18.1)
В точке 1
QR
F
575  145
P1=1+
=1,64 атм
1120
P1=1+
S1=S0=4,0 см;
В точке 2
P2=P1=1,64 атм
S2=S0+z
S2=4,0+2,0=6,0 см (z=2 см);
В точке 2а
 1 F
P2a=P2+  0  0
 с  F
4
4
 1,2  1  2000
 1,68 атм

 0,5  1120
P2a= 1,64  
S2a=S2=6,0 см;
В точке 3
  1 F
P3=P2+  0  0
 с  F
4
4
 1,66  1  2000
P3= 1,64  
 6,7 атм

 0,5  1120
S3=S0+z+h
S3=4,0+2,0+4,3=10,3 см;
59
В промежуточных точках n1 и n2
n








h
1
.
4
n1
 0
 1  1.2
 1 =1,35 г/см3;


Vм
7500


 15 

H 

2000


F0


n








h
2
.
8
n


2

 0
 1  1.2
 1 =1,5 г/см3;


Vм
7500


 15 

H 

2000


F0


1
2
4
  n2  1  F0
1.5  1  2000


Pn2  P2  
 1.64  
 3,42 атм;
 *

 0.5  1120
 c  F
4
4
  n  1  F0
 1.35  1  2000

Pn1  P2   1

1
.
64

 2,07 атм;

 *
 F
c
0
.
5
1120




4
Sn1=S0+z+hn1=4+2+1,4=7,4 см;
Sn2=S0+z+hn2=4+2+2,8=8,8 см;
В точке 4
QR
F
575  145
P4=1+
=1,38 атм
1120
P4=1+
S4=S3=10,3 см;
В точке 5
P5=P4=1,38 атм
S5=S1=4 см;
6 Индикаторный расход сжатого воздуха
V=F(S+S0)(P0+1)–V0*10–6
V=[1120(6,3+4)(6+1)–1120*4]*10–6=0,076 м3.
60
1 – плита упорная;
2 – рамка наполнительная;
3 – смесь формовочная;
4 – модель;
5 – опока;
6 – стол прессовый;
7 – поршень;
8 – корпус цилиндра.
Рисунок 18.1 - К расчету пневматической прессовой
формовочной машины
19 Расчет рычажно-прессовой формовочной машины
Задание. Определить необходимое прессовое усилие, а также
конструктивные параметры рычажно-прессовой машины типа БИФ-1,
предназначенной для изготовления литейных форм прессованием под
высоким удельным давлением.
61
Исходные данные. Размер опок А0В0H0=450350120 мм.
Размеры модели АмВмHм=25020062 мм. Начальная плотность
смеси равна 1,2 г/см3. Заданная плотность смеси в форме =1,7 г/см3.
Решение.
1 Высота наполнительной рамки

 

  1

  0

25 * 20 * 6,2  1,7 
h= 12 
 1 =4,25 см;

45 * 35  1,2 

h=  H 
Vм
F0
2 Напряжение смеси в нижних слоях формы
  1
4  

 c 
4
4
 1,7  1 
4  
  3,85 кг/см2;
 0,5 
3 Напряжение смеси в верхних частях объема С (рисунок 19.1)
 3   4e
H м * * f *U
F
где Hм=6,2 см; =0,5; f=0,7;
U=2(A0+B0+Aм+Вм)=2(45+35+25+20)=250 см;
F=F0–Fм=45*35–25*20=1080 см2;
 3  3,85 * 2,72
6.2*0.5*0.7*250
1080
 6,32 кг/см2,
4 Напряжение смеси в объеме В
2 

 3  2ktd(45  )

td (45  )
2
2
где k=0.2; =30;
62
2
6,32  2 * 0,2 * 0.577
=19,7 кг/см2,
0,332
2 
5 Напряжение смеси в объеме А
1 
 


 32ktd(45  ) td 2 (45  )  1
2 
2


td 4 (45  )
2
6,32  2 * 0,2 * 0,577(0,332  1)
1 
 60 кг/см2;
0,11
6 Прессовое усилие
Pпр=1Fм+3(F0–Fм)+ 2*f*2(A0+B0)(H0–Hм)
Pпр =60*500+6,32(1580–500)+ +19,7*0,7*2(45+35)(12-6,2)
50000 кг=50 т.;
7 Усилие прессующего цилиндра
Pц=
Pпр sin  cos(90     )
cos 
где =10; =5;
Pц=
50000 * 0,174 * 0,259
 2250 кг,
0,996
8 Диаметр прессующего цилиндра
d=
d=
4 Pц
p 0
4 * 2250
 24 см;
3,14 * 5
Принимаем d=250 мм.
63
Рисунок 19.1 - К расчету рычажно-прессовой формовочной
машины
20 Расчет пескострельной стержневой машины
Задание. Определить основные конструктивные параметры пескострельной стержневой машины.
Исходные данные. Машина предназначена для изготовления
стержней весом G=40 кг в ящиках размером 800600400 мм.
Решение.
1 Диаметр гильзы пескострельного резервуара (рисунок 20.1)
D=90 3 G
D= 903 40  308 мм;
64
Рисунок 20.1 - К расчету пескострельного резервуара
2 Высота верхней и нижней части гильзы
Hв=0,5D
Hв=0,5*308=154 мм;
Hн=1,65D
Hн=1,65*308=509 мм;
3 Общая высота гильзы
H=Hв+Hн
H=154+509=663 мм;
4 Эквивалентный диаметр впускного клапана
dкл=0,3D
dкл=0,3*30,8=9,2 см;
5 Площадь сечения впускного клапана
Fкл=
d кл2
4
2
Fкл=
3,14 * 9,2
=66,5 см2;
4
65
6 Эквивалентный диаметр выходного отверстия насадки
dвых=0,3D
dвых =0,3*308=9,2 см;
7 Площадь сечения выходного отверстия насадки
Fвых=
2
d вых
4
2
Fвых=
3,14 * 9,2
=66,5 см2;
4
8 Площадь сечения прорезей в нижней части гильзы
Fн=1,0*Fкл
Fн=1,0*66,5=66,5 см2;
9 Площадь сечения прорезей в верхней части гильзы
Fв=0.3Fкл=0.3*66.5=20 см2;
10 Суммарная площадь сечения вентиляционных отверстий
Fвент=0,6*Fвых
Fвент =0,6*66,5=40 см2;
11 Емкость ресивера
1


ln


2
D



*H
V0=
 1,032  0,03D 
4




1


ln


2
3,14 * 30,8
0,03


66,3
V0=
 1,032  0,03 * 30,8 
4




3. 7
3. 7
 428000 см3=428 л;
12 Требуемое усилие прижима ящика к пескострельному резервуару при p0=6.0 кг/см2
66
P=0,6p0Fящ+Q–R
где Q – вес поджимного стола с полезной нагрузкой, кг;
R– сила трения при отжиме стола, кг;
Fящ– площадь стержневого ящика, см2;
P0– давление воздуха в сети, кг/см2.
P=0,6*6*80*60+600–150=17730 кг,
21 Расчет метательной головки пескомета
Задание. Определить основные конструктивные размеры метательной головки пескомета, режим ее работы и потребляемую мощность.
Исходные данные. Производительность пескомета П=25 м3/ч;
ширина ковша b=12,5 см; число ковшей i=1; число оборотов ротора в
минуту n=1450; радиус диска ротора r1=16,5 см; ширина диска ротора
b1=12см; радиус подшипника ротора r2=10 см; вес ротора Gр=150 кг
(рисунок 21.1).
Решение.
1 Скорость транспортной ленты малого рукава
b*n*i
6 * 10 3
12,5 *1450 *1

 3 м/с;
6 *10 3
 тр 
 тр
2 Выбираем скорость схода пакета смеси с ковша и скорость горизонтального перемещения головки:
а) Для получения плотных форм среднего стального литья рекомендуется окружная скорость ковша окр=4550 м/с;
Принимаем скорость схода смеси, равной окружной скорости
ковша сх=47 м/с;
б) Скорость горизонтального перемещения головки, принимаем
равной 2=0,45 м/с;
3 Радиус направляющей дуги головки
r=
67
30 * ск
 *n
r=
30 * 47
 0,31 м=31 см;
3,14 *1450
4 Определяем мощность привода метательной головки:
а) Мощность, расходуемая на уплотнение смеси
П *  * сх2
2 g * 3,6 *102
25 *1,7 * 47 2
Nпол=
 13,25 кВт;
2 * 9,8 * 3,6 *102
Nпол=
б) Мощность, расходуемая на преодоление сил трения между
пакетом и направляющей дугой
N1=
 * f1 * k * r 2 * b * n
97500
0,25 * 0,3 * 0,85 * 31 *12,5 *1450
 11,4 кВт;
N1=
97500
2
в) Мощность, расходуемая на преодоление вентиляционных потерь в головке
N2=
 * b(r  r1 )  n(r  r1 ) 
3
2 g *102 *10 4  60 *100 
1,2 *12(31  16.5)  3,14 *1450(31  16,5) 
*
  0,5 кВт
60 *100
2 * 9,8 *102 *10 4 
3
N2= 
г) Мощность, расходуемая на преодоление трения в подшипниках ротора
N3=
G p f 2 r2 n
97500
150 * 0,01 * 10 * 1450
 0,23 кВт;
N3=
97500
д) Общая мощность привода метательной головки
N=Nпол+N1+N2+N3
N =13,25+11,4+0,5+0,23=25,4 кВт.
68
Рисунок 21.1 - К расчету метательной головки пескомета
22 Расчет инерционной выбивной решетки
Задание. Определить число оборотов вала вибратора, возмущающую силу, вес неуравновешенных грузов, суммарную жесткость
опорных пружин и мощность электродвигателя выбивной инерционной решетки, предназначенной для выбивки литейных форм весом
Рфор=500 кг.
Исходные данные. Вес решетки с вибровалом Pреш=500 кг; необходимая удельная энергия удара е0=25 кг*мм/кг; коэффициент восстановления скорости формы R=0,2; частота собственных колебаний
решетки реш=50 с–1; радиус окружности, проходящий, через центр
тяжести неуравновешенных грузов, r=100 мм (рисунок 22.1).
Решение.
1 Угловая скорость и число оборотов вала вибратора


2(1   )
9810

 (1  R)
2e0
2(1  1)
9810
* 3,14
 147 с–1;
1(1  0,2)
2 * 25
69
2 Возмущающая сила
2
1  R   реш 
F0=(Pреш+Рфор) 
1 2
1  R 
 
F0= (500  500) * 3,14 *
1  0,2 
50 2 
1 
  1860 кг;
1  0,2  147 2 
3 Вес неуравновешенных грузов
F0 g
 2r
1860 * 9,8
G0= 2
 8,5 кг;
147 * 0,1
G0=
4 Суммарная жесткость опорных пружин
K
2
  реш
* М сист
500  500
 K p  50 2 * 981  2550 кг/см;
p
5 Мощность электродвигателя привода решетки
N=
N=
 * g * Pфор 1  R 1  
*
*
102 * *  1  R

3,14 * 9,8 * 500 1  0,2 1  1
*
*
 1,7 кВт
102 * 0,8 *147 1  0,2 1
70
1 – решетка
2 – рама
3 – кожух
4 – металлоконструкция опорная
5 – вал
6 – дебаланс
7 – подшипник
8 – диск
9 – шкив
10 – компенсатор
Рисунок 22.1 - К расчету инерционной выбивной решетки
23 Расчет эксцентриковой выбивной решетки
Задание. Определить число оборотов вибровала, эксцентриситет и мощность электродвигателя эксцентриковой выбивной решетки,
предназначенной для выбивки форм весом Рфор=500 кг.
Исходные данные. Необходимая удельная энергия удара е0=16
кг*мм/кг, коэффициент восстановления скорости R=0,2 (рисунок
23.1).
71
Решение.
1 Число оборотов эксцентрикового вала
4200 1
*
1 R
e0
4200
1
nв=
*
 875 об/мин;
1  0.2 16
nв=
Ближайшее каталожное число оборотов асинхронных двигателей nдв=930 об/мин;

n
30
 97,5 с–1;
2 Эксцентриситет вала

 *g
1 R
 * cos  1  R
2
*
Устойчивый самоустанавливающийся режим будет обеспечиваться при угле =3230, cos=0,843;

3,14 * 9810 1  0,2
*
 2,6 мм;
97,5 2 * 0,843 1  0,2
3 Мощность двигателя
N=
 * g * Pфор 1  R
*
102
1 R
где =0,6
N=
3,14 * 9,8 * 500 1  0,2
*
 1,7 кВт,
102 * 97,5 * 0.6 1  0,2
72
Рисунок 23.1 - К расчету эксцентриковой решетки
73
Литература
1 Аксенов П.Н. «Оборудование литейных цехов» М.: Машиностроение, 1968.
2 Зайгеров Б.И. «Машины и автоматизация литейных цехов»,
Минск, 1979.
3 Н.А. Рыбальченко и др. «Оборудование литейных цехов», Киев-Донецк, 1971.
4 О.А. Беликов, А.П. Каширов «Приводы литейных машин», М.:
Машиностроение. 1978.
5 Горский «Расчет машин и механизмов автоматических линий
литейного производства», М.: Машиностроение. 1978.
6 П.И. Орлов «Основы конструирования» I и II том. М.: Машиностроение. 1988.
74
УДК 621.74.06.(075.8)
ББК 34.61-5я73
А 13
Рекомендовано научно-методическим советом ПГУ им.
С. Торайгырова
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент Сержанов Р.И.,
кандидат технических наук, доцент Масенов К.Б.
Абдрахманов Е.С.
Оборудование литейных цехов. Учебное пособие. - Павлодар,
2005
В учебном пособии приводятся рекомендации по расчету оборудования литейных цехов. Учебное пособие предназначено для проведения практических занятий и может быть использовано для выполения курсовых и дипломных проектов по специальности 250340
«Машины и технология литейного производства».
Учебное пособие разработано в соответствии с рабочей и типовой программой курса «Оборудования литейных цехов», с учетом
требований ГОСО РК 3.07.299 – 2002 специальности 250340 «Машины и технология литейного производства».
Для студентов всех форм обучения.
Абдрахманов Е.С., 2005
Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова, 2005
75