Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание
АВТОРЕФЕРАТ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ МАГИСТРА
Тищенко Артёма Сергеевича
Тема магистерской работы:
“Разработка основ расчёта дезинтегратора-смесителя для подготовки агломерационной шихты”
Руководитель: доцент кафедры МОЗЧМ Сидоров Владимир Анатольевич
RUS ENG
Актуальность темы
Цели и задачи
Научная новизна
Практическая ценность
Обзор существующих исследований и разработок
Полученные и планируемые результаты
Выводы и направления дальнейших исследований
Литература
Актуальность темы Получение методики расчёта механизма дезинтнгратора-смесителя позволит существенно расширить сферу его применения и даст возможность варьировать конструкцией, опираясь на требования по производительности, что приведёт к её оптимизации в каких-либо конкретных условиях агломерационных фабрик.
Цели и задачи: Целью в данной магистерской работе является разработка методики расчёта механизма дезинтегратора-смесителя, т. к. полученные ранее данные были основаны только на экспериментах и опытно-промышленных испытаниях.
Научная новизна Исследование дезинтеграторов-смесителей позволит в научном плане определить закономерности в работе механизмов с гибкими рабочими органами.
Практическая ценность Получение методики расчёта механизма (расчёта геометрических параметров и мощности привода, производительности и нагрузок, возникающих при работе и др.) позволит максимально полезно использовать имеющиеся ресурсы и оптимизировать конструкцию. Это приведёт к улучшению результатов обработки шихты, позволит существенно увеличить расход в аглошихте подготовленных железосодержащих отходов, в том числе и заскладированных шламов, без ухудшения качества агломерата и снижения производительности агломашин. При этом существенно повысится экологическая безопасность агломерационного производства.
Обзор существующих исследований и разработок По механизму дезинтегратора-смесителя серьезных теоретических исследований проведено не было. Проходили только опытно-промышленные испытания на аглофабриках меткомбинатов им. Дзержинского, им. Ильича и ЕМЗ с целью выявления наиболее рационального расположения агрегата в технологическом потоке аглофабрик и получения экспериментальных данных о параметрах шихты (крупности, степени разрыхления и перемешивания) после обработки её в дезинтеграторе-смесителе. В результате испытаний были сделаны выводы, что для улучшения гомогенизации аглошихт целесообразна установка механизма в технологическом потоке аглофабрики либо после приёмных бункеров, либо после шихтового отделения. Все эксперименты по включению в работу дезинтегратора-смесителя сопровождались контролем качества шихты после ее обработки. В обоих случаях гомогенизация всей массы аглошихты более предпочтительна, чем при ранее проводившейся обработке. Качество шихты после обработки по такой технологии улучшилось: крупные комки шлака и извести были измельчены, крупность гранул была до 10 мм, за исключением недробимых кусков аглоруды. Вся масса шихты была хорошо разрыхлена.
Технология и проблема
Производство металлургической продукции сопровождается образованием значительного количества железосодержащих отходов, которые из-за отсутствия простых и экономически выгодных технологий подготовки к утилизации остаются невостребованными и зачастую просто складируются. Заскладированные отходы, с одной стороны составляют крупные потери минерального сырья и, с другой стороны, наносят ущерб окружающей среде. Только на таких крупных металлургических предприятиях Украины, как «Криворожсталь», им. Дзержинского, им. Ильича накоплено более 10 млн. шламов. В настоящее время приоритетным направлением утилизации железосодержащих отходов, как текущего производства, так и заскладированных, является их добавка к агломерационной шихте.
Использование повышенного количества заскладированных шламов приводит к тому, что в многокомпонентных агломерационных шихтах образуются прочные слипшиеся комки шламов (а зимой – смёрзшиеся), которые, проходя весь тракт подготовки шихты к спеканию, не разрушаются. Эти включения в слое аглошихты плохо спекаются и являются центрами разрушения агломерата, что приводит к снижению производительности агломашин и ухудшению качества агломерата.
Для эффективной подготовки агломерационных шихт с повышенным содержанием железо - и известьсодержащих отходов, как текущего производства, так и заскладированных, требуются такие технологические операции как разукрупнение некондиционных по размеру компонентов шихты и их тщательное смешивание.
Для разукрупнения комков и кусков шихты применяются различные дробилки и рыхлители; для смешивания шихт используют агрегаты барабанного, шнекового, роторного типа. Основными недостатками таких агрегатов являются поломки в случае попадания “недробимых тел”, повышенные затраты энергии, а также получаемая низкая степень однородности шихты. Некачественное смешивание приводит к локализации топлива и флюсов в отдельных микрообъемах шихты и получению агломерата, склонного к силикатному распаду с образованием большого количества пыли. Поэтому, исследования, проводимые в области повышения качества подготовки шихтовых материалов к спеканию, направлены на совершенствование конструкций агрегатов, используемых для гомогенизации агломерационных шихт.
Рисунок 1 (анимированный) — Схема обработки шихтовых материалов (22 кадра, 10 циклов повторения)
Основными требованиями для организации гомогенизации аглошихт и разработки соответствующего агрегата являются:
• крупность слипшихся комков шламов после разрушения должна быть не более 10 мм;
• через подготовительное оборудование должны пропускаться недробимые куски инородных материалов размером до 200 х 200 мм;
• тщательное перемешивание и рыхление слоев шихтовых материалов;
• непрерывность работы агрегата с максимально возможной производительностью, соответствующей производительности шихтового тракта;
• свободное прохождение материалов через агрегат при его остановке. [2]
Конструкция
С учетом вышеуказанных требований на кафедре руднотермических процессов и малоотходных технологий Донецкого национального технического университета разработана и освоена конструкция цепного роторного дезинтегратора-смесителя, схема которого приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Схема цепного роторного дезинтегратора-смесителя
Устройство работает следующим образом. Шихта поступает в корпус (3) с подающего конвейера. Поперечное сечение потока материала в корпусе формируется загрузочным патрубком (4). Поток материала прижат к внутренней поверхности корпуса. Ротор (2) с цепями (1) вращается с определённой угловой скоростью от привода (6). Под действием центробежных сил цепи (1), закрепленные шарнирно между дисками (7) посредством штифтов (8) и шплинтов (9) занимают радиальное положение. Встречаясь с потоком материала периферийными участками, цепи, имея значительную кинетическую энергию, разрушают куски и слипшиеся (смерзшиеся) комки материала.
Шевронное расположение цепей на роторе с перекрытием по ширине звена цепи вдоль ротора одновременно с разрушением крупных комков и кусков обеспечивает обработку потока материалов по всему продольному сечению корпуса, рыхление его и эффективное перемешивание благодаря продольным и поперечным воздействиям цепей на поток. Установка на роторе двух и более цепных шевронов увеличивает частоту ударов цепей при той же угловой скорости ротора.
Обработанный материал выгружается через разгрузочное отверстие (5). Эффективному разрушению кусков способствует наличие футеровки (11) корпуса, которая выполняет роль наковальни, а также защищает корпус (3) от абразивного износа.
При попадании в дезинтегратор крупного неразрушаемого куска цепи огибают его, сопровождая к выходному патрубку, а при остановленном роторе цепи обвисают и не являются препятствием для свободного прохождения потока шихты, что обеспечивается размерами соответствующих сечений патрубков и корпуса. Сочетание всех перечисленных конструктивных признаков позволяет сделать агрегат непрерывно действующим.
Отличительной чертой дезинтегратора-смесителя является совмещение в одном агрегате операций разукрупнения и смешивания материалов. Экономический эффект от применения устройства зависит от пропускной способности технологической линии подготовки аглошихты. Уменьшение количества крупной фракции в шихте и повышение качества смешивания компонентов шихты улучшают ее комкоёмость, газопроницаемость и ведут, в конечном счете, к увеличению производительности агломерационной машины и улучшению качества агломерата.[1]
Лабораторные исследования
Для оценки качества подготовки шихт с повышенным содержанием железо- и известьсодержащих отходов с использованием цепного роторного дезинтегратора-смесителя были проведены лабораторные исследования. Обрабатывались два вида аглошихт. В первом случае шихта содержала в своем составе 2,5 % недогасившейся комовой извести, размер которой превосходил 10 мм; 1,6 % кусков слежавшейся колошниковой пыли; 2,1 % пастообразных сталеплавильных шламов; во втором – 2,6 % кусков слежавшейся колошниковой пыли; 10,1 % пастообразных агломерационных и доменных шламов.
В результате исследований было установлено, что шихта после обработки имеет благоприятный для дальнейшего спекания гранулометрический состав. Для разрушения практически всех комков шихты крупнее 10 мм достаточна частота вращения ротора 500-1500 мин-1. Спекания шихты, обработанной на предлагаемом устройстве, показали, что количество мелочи в готовом агломерате снижается в среднем на 3,2 %.[4]
Выбор места установки агрегата
Выбор места установки дезинтегратора-смесителя зависит от конструктивных особенностей существующих трактов шихтоподготовки агломерационных фабрик и физико-химических свойств шихтовых материалов. Наиболее рационально установить дезинтегратор-смеситель в схеме подготовки аглошихт после шихтовых бункеров перед первичными смесителями в местах перегрузки шихтовых материалов, так как при этом все компоненты шихты будут гомогенизированы и тщательно перемешаны. Кроме того, возможно применение цепных роторных дезинтеграторов-смесителей для обработки отдельных компонентов шихты до ее смешивания. Например, данная конструкция может быть применена для разрушения комьев угольного штыба и кусков угля, комовой извести и других компонентов с установкой в соответствующих отделениях аглофабрики.
В результате опытно-промышленных испытаний дезинтеграторов-смесителей, проводимых на аглофабриках Днепровского меткомбината им. Дзержинского и Мариупольского меткомбината им. Ильича, была установлена принципиальная возможность использования этих агрегатов для обработки и качественного смешивания компонентов шихты в технологическом потоке шихтового тракта агломерационных фабрик. При этом смесители для первичного смешивания могут быть использованы для дополнительного окомкования аглошихт, например, для озернения мелкодисперсных материалов при раздельной шихтоподготовке. Это позволит снизить выбросы пыли, зависящие от крупности шихтовых материалов. Кроме того, качественная подготовка агломерационных шихт положительно влияет на расход твердого топлива, так как полнота сгорания твердого топлива также определяется крупностью гранул шихты.
Рисунок 3 — Схема установки дезинтегратора-смесителя на агломерационной фабрике меткомбината им.Ильича
На металлургическом комбинате им. Дзержинского дезинтегратор производительностью до 300 т/ч работал более двух лет до закрытия аглофабрики № 1, а на металлургическом комбинате им. Ильича после испытаний такого дезинтегратора на резервном тракте принято решение спроектировать дезинтегратор производительностью более 1200 т/ч и установить его на основном тракте подачи шихты.[3]
Полученные и планируемые результаты При написании курсового проекта в 2006 году по специальности "Металлургическое оборудование заводов" на тему "Исследование работы дезинтегратора-смесителя в холостом режиме" я частично затронул тему своей магистерской работы. Полученные результаты я изложу в нижеследующем материале.
Определение диапазона рабочих частот вращения
ротора дезинтегратора-смесителя
В процессе вращения ротора отрезок цепи занимает радиальное положение под действием центробежной силы:
F = m · w² · R, Н,
где m - масса вращающегося отрезка цепи, кг;
w - угловая скорость вращения, с‾¹
R - радиус вращения центра тяжести цепи, м.
Для того, чтобы в процессе вращения цепь заняла радиальное положение, необходимо, чтобы центробежная сила превысила силу тяжести цепи:
F > Fт,
где Fт - сила тяжести.
Для нахождения минимального значения частоты вращения, при котором будет возможна работа механизма в холостом режиме (без нагрузок), приравняем силу тяжести цепи уравнению центробежной силы:
Fт = m · w² · R.
После подстановки соответствующих значений был получен результат: n = 51 об/мин. Т. е., чтобы цепи приняли радиальное положение, необходимо, чтобы вал вращался с частотой, не менее 51 об/мин.
Для узла крепления были рассчитаны напряжения среза и изгиба:
— напряжение среза:
Тау = (2 · F) / (∏ · d²),
где d - диаметр оси узла крепления, м.
— напряжение изгиба:
σ = M / W,
где M - изгибающий момент, Н · м,
W - момент сопротивления сечения, м³.
Т. к. с увеличением частоты вращения ротора двигателя напряжения изгиба и среза будут увеличиваться, было найдено максимальное значение частоты вращения, при котором материал цепи будет выдерживать соответствующие напряжения. Материал цепи - сталь 40х, для неё были найдены максимальные значения напряжений. Построены графики зависимости центробежной силы, напряжения среза и напряжения изгиба от частоты вращения.
Рисунок 4 — График зависимости центробежной силы от частоты вращения ротора
Рисунок 5 — График зависимости напряжений среза от частоты вращения ротора
Рисунок 6 — График зависимости напряжений изгиба от частоты вращения ротора
Построена таблица, отображающая значения угловой скорости, центробежной силы, напряжения среза, изгиба и изгибающего момента в зависимости от частоты вращения. По ней было определено, что предел напряжений среза в заданном диапазоне частот не достигается, т. е. им можно пренебречь. А значение предела напряжений изгиба лежит в диапазоне 1300 - 1400 об/мин. Найдя точное значение частоты вращения при максимальных изгибающих напряжениях, я получил диапазон частот вращения, в котором будет достигаться стабильное вращение ротора с цепями в радиальном положении: (51- 1380) об/мин.
Определение моментов инерции ротора в процессе разгона
При достижении стабильной частоты вращения ротора (на завершающем этапе разгона) цепи механизма под действием центробежной силы занимают радиальное положение. В процессе разгона момент инерции цепей меняется. Мною была поставлена задача рассчитать моменты инерции в начальный и конечный периоды разгона.
Если принять во внимание тот факт, что цепи, приняв радиальное положение при стабильной частоте вращения ротора ведут себя как жёсткие стержни, то и момент инерции можно рассчитать по соответствующей формуле:
I = m · R²,
где m - масса вращающегося отрезка цепи, кг;
R - радиус инерции цепи (стержня), м.
Подставив соответствующие значения, были получены значения моментов инерции цепей на конечном этапе разгона. Моменты же инерции на начальном этапе разгона будут иметь разные значения в разные моменты времени, т. к. цепи будут принимать положения, показанные на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7 — Радиусы инерции элементов цепи при положении 0º
Рисунок 7 — Радиусы инерции элементов цепи при положении 135º
Момент инерции отрезка цепи равен:
I1 = I2 + m · b², I2 = 0,4 · r²,
где m - масса отрезка цепи, кг,
b - радиус инерции, м.
Полученные результаты вычислений представлены в таблице.
Рисунок 8 — Суммарные моменты инерции
В таблице:
R1, R2, R3, R4 - радиусы инерции 4 - ёх элементов цепи при её различных положениях;
J1, J2, J3, J4 - моменты инерции для соответствующих элементов цепи;
Jсум - суммарный момент инерции для всей ветви при различных положениях цепей.
Задачи, стоящие передо мной в магистерской работе:
• связать основные параметры механизма (мощность привода → частота вращения вала → конструктивные особенности механизма) с производительностью; проведя исследования, можно понять, как изменение этих параметров повлияет на производительность;
• рассмотреть характер взаимодействия гибких рабочих органов и материала в процессе работы механизма;
• выяснить, какая частота вращения ротора является оптимальной и необходимо ли её менять в зависимости от вида материала (аглошихта, заскладированные шламы и др.);
• определить нагрузки, возникающие в процессе работы; понять, влияют ли они на все элементы механизма, или только на гибкие рабочие органы; определив их, мы сможем провести прочностной расчёт конструкции и сделать соответствующие выводы в плане возможной оптимизации механизма;
• составить концепцию определения параметров запуска, торможения и остановки агрегата, т. к. известно, что при этих процессах механизм ведёт себя неадекватно, превышая номинальные параметры в несколько раз;
• получить все необходимые параметры расчётов механизмов с гибкими рабочими элементами, что позволит определить оптимальную мощность дезинтегратора-смесителя, сопоставив её с требуемой производительностью.
Выводы и направления дальнейших исследований На данном этапе исследования механизмов с гибкими рабочими элементами мною были достигнуты такие результаты: исследована работа дезинтегратора-смесителя в холостом режиме, т. е. без нагрузки (потока шихты). Найдена чачтота вращения ротора, при которой достигается стабильная работа механизма, рассчитан диапазон значений частоты вращения, в котором материал цепей выдерживает напряжения среза и изгиба. Найдены моменты инерции вращающихся частей механизма на начальном и конечном этапах разгона. В то же время остаются не решёнными следующие задачи: расчёт производительности механизма; расчёт параметров работы агрегатов с гибкими рабочими органами; определение закономерностей запуска и остановки механизма; прочностной расчёт узлов механизма; определение периодичности технического обслуживания и ремонтов. Решением этих вопросов я и займусь в ближайшее время при написании своей магистерской работы. Остаётся только добавить, что ориентировочно она сформируется в конце 2007 года.
Литература:
1. Разработка конструкции цепного роторного дезинтегратора-смесителя для гомогенизации агломерационных шихт / Клягин Г. С. и др. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сборник научных трудов / ДонГТУ Донецк, 2002.-С.78-84.
2. Технология и оборудование для подготовки агломерационных шихт с повышенным содержанием заскладированных шламов / Клягин Г. С., Ростовский В. И., Пономарёва Я. Ю. // Международный сборник научных трудов / ДонНТУ Донецк, 2004.-С.111-120.
3. Повышение эффективности утилизации заскладированных железосодержащих шламов (http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2004/fizmet/klyagina/lib/gso.htm)
4. Совершенствование технологии гомогенизации агломерационных шихт с повышенным содержанием заскладированных шламов (http://www.waste.com.ua/cooperation/2004/thesis/kliaginr.html)
Автобиография |
Библиотека | Ссылки |
Отчет о поиске | Индивидуальное задание
Актуальность темы Цели и задачи Научная новизна Практическая ценность Обзор существующих исследований и разработок Полученные и планируемые результаты Выводы и направления дальнейших исследований Литература
Цели и задачи: Целью в данной магистерской работе является разработка методики расчёта механизма дезинтегратора-смесителя, т. к. полученные ранее данные были основаны только на экспериментах и опытно-промышленных испытаниях.
Научная новизна Исследование дезинтеграторов-смесителей позволит в научном плане определить закономерности в работе механизмов с гибкими рабочими органами.
Практическая ценность Получение методики расчёта механизма (расчёта геометрических параметров и мощности привода, производительности и нагрузок, возникающих при работе и др.) позволит максимально полезно использовать имеющиеся ресурсы и оптимизировать конструкцию. Это приведёт к улучшению результатов обработки шихты, позволит существенно увеличить расход в аглошихте подготовленных железосодержащих отходов, в том числе и заскладированных шламов, без ухудшения качества агломерата и снижения производительности агломашин. При этом существенно повысится экологическая безопасность агломерационного производства.
Обзор существующих исследований и разработок По механизму дезинтегратора-смесителя серьезных теоретических исследований проведено не было. Проходили только опытно-промышленные испытания на аглофабриках меткомбинатов им. Дзержинского, им. Ильича и ЕМЗ с целью выявления наиболее рационального расположения агрегата в технологическом потоке аглофабрик и получения экспериментальных данных о параметрах шихты (крупности, степени разрыхления и перемешивания) после обработки её в дезинтеграторе-смесителе. В результате испытаний были сделаны выводы, что для улучшения гомогенизации аглошихт целесообразна установка механизма в технологическом потоке аглофабрики либо после приёмных бункеров, либо после шихтового отделения. Все эксперименты по включению в работу дезинтегратора-смесителя сопровождались контролем качества шихты после ее обработки. В обоих случаях гомогенизация всей массы аглошихты более предпочтительна, чем при ранее проводившейся обработке. Качество шихты после обработки по такой технологии улучшилось: крупные комки шлака и извести были измельчены, крупность гранул была до 10 мм, за исключением недробимых кусков аглоруды. Вся масса шихты была хорошо разрыхлена.
Технология и проблема
Производство металлургической продукции сопровождается образованием значительного количества железосодержащих отходов, которые из-за отсутствия простых и экономически выгодных технологий подготовки к утилизации остаются невостребованными и зачастую просто складируются. Заскладированные отходы, с одной стороны составляют крупные потери минерального сырья и, с другой стороны, наносят ущерб окружающей среде. Только на таких крупных металлургических предприятиях Украины, как «Криворожсталь», им. Дзержинского, им. Ильича накоплено более 10 млн. шламов. В настоящее время приоритетным направлением утилизации железосодержащих отходов, как текущего производства, так и заскладированных, является их добавка к агломерационной шихте.
Рисунок 1 (анимированный) — Схема обработки шихтовых материалов (22 кадра, 10 циклов повторения)
Основными требованиями для организации гомогенизации аглошихт и разработки соответствующего агрегата являются:
Конструкция
С учетом вышеуказанных требований на кафедре руднотермических процессов и малоотходных технологий Донецкого национального технического университета разработана и освоена конструкция цепного роторного дезинтегратора-смесителя, схема которого приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Схема цепного роторного дезинтегратора-смесителя
Устройство работает следующим образом. Шихта поступает в корпус (3) с подающего конвейера. Поперечное сечение потока материала в корпусе формируется загрузочным патрубком (4). Поток материала прижат к внутренней поверхности корпуса. Ротор (2) с цепями (1) вращается с определённой угловой скоростью от привода (6). Под действием центробежных сил цепи (1), закрепленные шарнирно между дисками (7) посредством штифтов (8) и шплинтов (9) занимают радиальное положение. Встречаясь с потоком материала периферийными участками, цепи, имея значительную кинетическую энергию, разрушают куски и слипшиеся (смерзшиеся) комки материала.
Лабораторные исследования
Для оценки качества подготовки шихт с повышенным содержанием железо- и известьсодержащих отходов с использованием цепного роторного дезинтегратора-смесителя были проведены лабораторные исследования. Обрабатывались два вида аглошихт. В первом случае шихта содержала в своем составе 2,5 % недогасившейся комовой извести, размер которой превосходил 10 мм; 1,6 % кусков слежавшейся колошниковой пыли; 2,1 % пастообразных сталеплавильных шламов; во втором – 2,6 % кусков слежавшейся колошниковой пыли; 10,1 % пастообразных агломерационных и доменных шламов.
Выбор места установки агрегата
Выбор места установки дезинтегратора-смесителя зависит от конструктивных особенностей существующих трактов шихтоподготовки агломерационных фабрик и физико-химических свойств шихтовых материалов. Наиболее рационально установить дезинтегратор-смеситель в схеме подготовки аглошихт после шихтовых бункеров перед первичными смесителями в местах перегрузки шихтовых материалов, так как при этом все компоненты шихты будут гомогенизированы и тщательно перемешаны. Кроме того, возможно применение цепных роторных дезинтеграторов-смесителей для обработки отдельных компонентов шихты до ее смешивания. Например, данная конструкция может быть применена для разрушения комьев угольного штыба и кусков угля, комовой извести и других компонентов с установкой в соответствующих отделениях аглофабрики.
Рисунок 3 — Схема установки дезинтегратора-смесителя на агломерационной фабрике меткомбината им.Ильича
На металлургическом комбинате им. Дзержинского дезинтегратор производительностью до 300 т/ч работал более двух лет до закрытия аглофабрики № 1, а на металлургическом комбинате им. Ильича после испытаний такого дезинтегратора на резервном тракте принято решение спроектировать дезинтегратор производительностью более 1200 т/ч и установить его на основном тракте подачи шихты.[3]
Полученные и планируемые результаты При написании курсового проекта в 2006 году по специальности "Металлургическое оборудование заводов" на тему "Исследование работы дезинтегратора-смесителя в холостом режиме" я частично затронул тему своей магистерской работы. Полученные результаты я изложу в нижеследующем материале.
Определение диапазона рабочих частот вращения
В процессе вращения ротора отрезок цепи занимает радиальное положение под действием центробежной силы: F = m · w² · R, Н,
где m - масса вращающегося отрезка цепи, кг;
Для того, чтобы в процессе вращения цепь заняла радиальное положение, необходимо, чтобы центробежная сила превысила силу тяжести цепи: F > Fт,
где Fт - сила тяжести. Fт = m · w² · R.
После подстановки соответствующих значений был получен результат: n = 51 об/мин. Т. е., чтобы цепи приняли радиальное положение, необходимо, чтобы вал вращался с частотой, не менее 51 об/мин.
— напряжение среза: Тау = (2 · F) / (∏ · d²),
где d - диаметр оси узла крепления, м.
— напряжение изгиба: σ = M / W, где M - изгибающий момент, Н · м,
Т. к. с увеличением частоты вращения ротора двигателя напряжения изгиба и среза будут увеличиваться, было найдено максимальное значение частоты вращения, при котором материал цепи будет выдерживать соответствующие напряжения. Материал цепи - сталь 40х, для неё были найдены максимальные значения напряжений. Построены графики зависимости центробежной силы, напряжения среза и напряжения изгиба от частоты вращения.
Рисунок 4 — График зависимости центробежной силы от частоты вращения ротора
Рисунок 5 — График зависимости напряжений среза от частоты вращения ротора
Рисунок 6 — График зависимости напряжений изгиба от частоты вращения ротора
Построена таблица, отображающая значения угловой скорости, центробежной силы, напряжения среза, изгиба и изгибающего момента в зависимости от частоты вращения. По ней было определено, что предел напряжений среза в заданном диапазоне частот не достигается, т. е. им можно пренебречь. А значение предела напряжений изгиба лежит в диапазоне 1300 - 1400 об/мин. Найдя точное значение частоты вращения при максимальных изгибающих напряжениях, я получил диапазон частот вращения, в котором будет достигаться стабильное вращение ротора с цепями в радиальном положении: (51- 1380) об/мин.
Определение моментов инерции ротора в процессе разгона
При достижении стабильной частоты вращения ротора (на завершающем этапе разгона) цепи механизма под действием центробежной силы занимают радиальное положение. В процессе разгона момент инерции цепей меняется. Мною была поставлена задача рассчитать моменты инерции в начальный и конечный периоды разгона.
I = m · R²,
где m - масса вращающегося отрезка цепи, кг;
Подставив соответствующие значения, были получены значения моментов инерции цепей на конечном этапе разгона. Моменты же инерции на начальном этапе разгона будут иметь разные значения в разные моменты времени, т. к. цепи будут принимать положения, показанные на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7 — Радиусы инерции элементов цепи при положении 0º
Рисунок 7 — Радиусы инерции элементов цепи при положении 135º
I1 = I2 + m · b², I2 = 0,4 · r²,
где m - масса отрезка цепи, кг,
Полученные результаты вычислений представлены в таблице.
Рисунок 8 — Суммарные моменты инерции
В таблице:
R1, R2, R3, R4 - радиусы инерции 4 - ёх элементов цепи при её различных положениях;
Задачи, стоящие передо мной в магистерской работе:
• связать основные параметры механизма (мощность привода → частота вращения вала → конструктивные особенности механизма) с производительностью; проведя исследования, можно понять, как изменение этих параметров повлияет на производительность;
• рассмотреть характер взаимодействия гибких рабочих органов и материала в процессе работы механизма;
• выяснить, какая частота вращения ротора является оптимальной и необходимо ли её менять в зависимости от вида материала (аглошихта, заскладированные шламы и др.);
• определить нагрузки, возникающие в процессе работы; понять, влияют ли они на все элементы механизма, или только на гибкие рабочие органы; определив их, мы сможем провести прочностной расчёт конструкции и сделать соответствующие выводы в плане возможной оптимизации механизма;
• составить концепцию определения параметров запуска, торможения и остановки агрегата, т. к. известно, что при этих процессах механизм ведёт себя неадекватно, превышая номинальные параметры в несколько раз;
• получить все необходимые параметры расчётов механизмов с гибкими рабочими элементами, что позволит определить оптимальную мощность дезинтегратора-смесителя, сопоставив её с требуемой производительностью.
Выводы и направления дальнейших исследований На данном этапе исследования механизмов с гибкими рабочими элементами мною были достигнуты такие результаты: исследована работа дезинтегратора-смесителя в холостом режиме, т. е. без нагрузки (потока шихты). Найдена чачтота вращения ротора, при которой достигается стабильная работа механизма, рассчитан диапазон значений частоты вращения, в котором материал цепей выдерживает напряжения среза и изгиба. Найдены моменты инерции вращающихся частей механизма на начальном и конечном этапах разгона. В то же время остаются не решёнными следующие задачи: расчёт производительности механизма; расчёт параметров работы агрегатов с гибкими рабочими органами; определение закономерностей запуска и остановки механизма; прочностной расчёт узлов механизма; определение периодичности технического обслуживания и ремонтов. Решением этих вопросов я и займусь в ближайшее время при написании своей магистерской работы. Остаётся только добавить, что ориентировочно она сформируется в конце 2007 года.
Литература:
2. Технология и оборудование для подготовки агломерационных шихт с повышенным содержанием заскладированных шламов / Клягин Г. С., Ростовский В. И., Пономарёва Я. Ю. // Международный сборник научных трудов / ДонНТУ Донецк, 2004.-С.111-120.
3. Повышение эффективности утилизации заскладированных железосодержащих шламов (http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2004/fizmet/klyagina/lib/gso.htm)
4. Совершенствование технологии гомогенизации агломерационных шихт с повышенным содержанием заскладированных шламов (http://www.waste.com.ua/cooperation/2004/thesis/kliaginr.html)
Использование повышенного количества заскладированных шламов приводит к тому, что в многокомпонентных агломерационных шихтах образуются прочные слипшиеся комки шламов (а зимой – смёрзшиеся), которые, проходя весь тракт подготовки шихты к спеканию, не разрушаются. Эти включения в слое аглошихты плохо спекаются и являются центрами разрушения агломерата, что приводит к снижению производительности агломашин и ухудшению качества агломерата.
Для эффективной подготовки агломерационных шихт с повышенным содержанием железо - и известьсодержащих отходов, как текущего производства, так и заскладированных, требуются такие технологические операции как разукрупнение некондиционных по размеру компонентов шихты и их тщательное смешивание.
Для разукрупнения комков и кусков шихты применяются различные дробилки и рыхлители; для смешивания шихт используют агрегаты барабанного, шнекового, роторного типа. Основными недостатками таких агрегатов являются поломки в случае попадания “недробимых тел”, повышенные затраты энергии, а также получаемая низкая степень однородности шихты. Некачественное смешивание приводит к локализации топлива и флюсов в отдельных микрообъемах шихты и получению агломерата, склонного к силикатному распаду с образованием большого количества пыли. Поэтому, исследования, проводимые в области повышения качества подготовки шихтовых материалов к спеканию, направлены на совершенствование конструкций агрегатов, используемых для гомогенизации агломерационных шихт.
• крупность слипшихся комков шламов после разрушения должна быть не более 10 мм;
• через подготовительное оборудование должны пропускаться недробимые куски инородных материалов размером до 200 х 200 мм;
• тщательное перемешивание и рыхление слоев шихтовых материалов;
• непрерывность работы агрегата с максимально возможной производительностью, соответствующей производительности шихтового тракта;
• свободное прохождение материалов через агрегат при его остановке. [2]
Шевронное расположение цепей на роторе с перекрытием по ширине звена цепи вдоль ротора одновременно с разрушением крупных комков и кусков обеспечивает обработку потока материалов по всему продольному сечению корпуса, рыхление его и эффективное перемешивание благодаря продольным и поперечным воздействиям цепей на поток. Установка на роторе двух и более цепных шевронов увеличивает частоту ударов цепей при той же угловой скорости ротора.
Обработанный материал выгружается через разгрузочное отверстие (5). Эффективному разрушению кусков способствует наличие футеровки (11) корпуса, которая выполняет роль наковальни, а также защищает корпус (3) от абразивного износа.
При попадании в дезинтегратор крупного неразрушаемого куска цепи огибают его, сопровождая к выходному патрубку, а при остановленном роторе цепи обвисают и не являются препятствием для свободного прохождения потока шихты, что обеспечивается размерами соответствующих сечений патрубков и корпуса. Сочетание всех перечисленных конструктивных признаков позволяет сделать агрегат непрерывно действующим.
Отличительной чертой дезинтегратора-смесителя является совмещение в одном агрегате операций разукрупнения и смешивания материалов. Экономический эффект от применения устройства зависит от пропускной способности технологической линии подготовки аглошихты. Уменьшение количества крупной фракции в шихте и повышение качества смешивания компонентов шихты улучшают ее комкоёмость, газопроницаемость и ведут, в конечном счете, к увеличению производительности агломерационной машины и улучшению качества агломерата.[1]
В результате исследований было установлено, что шихта после обработки имеет благоприятный для дальнейшего спекания гранулометрический состав. Для разрушения практически всех комков шихты крупнее 10 мм достаточна частота вращения ротора 500-1500 мин-1. Спекания шихты, обработанной на предлагаемом устройстве, показали, что количество мелочи в готовом агломерате снижается в среднем на 3,2 %.[4]
В результате опытно-промышленных испытаний дезинтеграторов-смесителей, проводимых на аглофабриках Днепровского меткомбината им. Дзержинского и Мариупольского меткомбината им. Ильича, была установлена принципиальная возможность использования этих агрегатов для обработки и качественного смешивания компонентов шихты в технологическом потоке шихтового тракта агломерационных фабрик. При этом смесители для первичного смешивания могут быть использованы для дополнительного окомкования аглошихт, например, для озернения мелкодисперсных материалов при раздельной шихтоподготовке. Это позволит снизить выбросы пыли, зависящие от крупности шихтовых материалов. Кроме того, качественная подготовка агломерационных шихт положительно влияет на расход твердого топлива, так как полнота сгорания твердого топлива также определяется крупностью гранул шихты.
ротора дезинтегратора-смесителя
w - угловая скорость вращения, с‾¹
R - радиус вращения центра тяжести цепи, м.
Для нахождения минимального значения частоты вращения, при котором будет возможна работа механизма в холостом режиме (без нагрузок), приравняем силу тяжести цепи уравнению центробежной силы:
Для узла крепления были рассчитаны напряжения среза и изгиба:
W - момент сопротивления сечения, м³.
Если принять во внимание тот факт, что цепи, приняв радиальное положение при стабильной частоте вращения ротора ведут себя как жёсткие стержни, то и момент инерции можно рассчитать по соответствующей формуле:
R - радиус инерции цепи (стержня), м.
Момент инерции отрезка цепи равен:
b - радиус инерции, м.
J1, J2, J3, J4 - моменты инерции для соответствующих элементов цепи;
Jсум - суммарный момент инерции для всей ветви при различных положениях цепей.
1. Разработка конструкции цепного роторного дезинтегратора-смесителя для гомогенизации агломерационных шихт / Клягин Г. С. и др. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сборник научных трудов / ДонГТУ Донецк, 2002.-С.78-84.
Автобиография |
Библиотека | Ссылки |
Отчет о поиске | Индивидуальное задание