Расчет рабочих параметров и привода шнекового пресса

     РАСЧЕТ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ И ПРИВОДА ШНЕКОВОГО ПРЕССА

     Расчет  конструктивных параметров шнека

     Шаг шнека «Н» и диаметр вала «d» определяем из расчета наружного диаметра шнека

     H = k_*D ,

     H=0.75*0.14=0.1 м

     d = k₁*D

     d=0.3*0.14=0.042 м

     где k=0,7-0,8 - коэффициент коррекции шага шнека; к₁ = 0,25-0,4 - коэффициент коррекции диаметра вала.

     По  расчетному значению диаметра вала шнека  в соответствии с ГОСТ 8734-88 выбираем бесшовную трубу из нержавеющей стали 20Х13 с наружным диаметром d = 48 мм и толщиной стенки ∆_т = 3,2 мм.

     Угол  подъёма винтовой линии витка  шнека зависит от размера шага витка и величины диаметра.

     Угол  подъема в зоне большого диаметра шнека α_D , рад

     α_D = arctg    рад

     рад

     Угол  подъема у вала , рад

      ,  рад

       рад

 

     

     

     Среднеарифметическое  значение угла наклона винтовой линии  α_ср

     α_ср =  рад, градус.

     α_ср=1/2(0,22+0,7)=0,46 рад25⁰

     Определим коэффициент отставания транспортируемого (перемещаемого) шнеком продукта к₀

     к₀= 1 - (cos² α_ср - 0,5f sin 2α_ср ) 

     В качестве коэффициента трения f принимаем коэффициент внутреннего трения продукта с учетом, что f = tgφ (φ - угол трения).

     Предельный  диаметр вала шнека определим  из зависимости:

      , м. 
= м

     Проводим  сравнение расчетного предельного  значения диаметра вала шнека и наружного диаметра выбранной ранее трубы d. Для обеспечения прочности шнека необходимо условие:

     d ≥ d_пр  
0,042 м ≥ 0,019 м

 

     

     

     Определим наибольшее изгибающий момент в последнем  витке шнека по внутреннему контуру  «М», исходя из рабочего давления «Pmах», а также наружного и внутреннего диаметров шнека «D» и «d».

     М_u = ,Н*м/мм

     _м

      

     где а -отношение большого диаметра шнека к диаметру вала шнека;  
a= 0.14/0.042=3.33

     Толщину витка шнека рассчитаем из условий  действующего изгибающего момента «М_и» и допускаемого напряжения материала витка [] при изгибе при условии, что

     ,мм 
мм = 0.0163 м

     Допускаемое напряжение при изгибе приравниваем допускаемому напряжению при растяжении, значение которого выбираем по справочным материалам.

 

     

     

     Для определения угловой частоты вращения шнека [] используем форму расчета производительности по конструктивным параметрам шнека:

     Q =

     где - объемная масса продукта, кг/м³; - коэффициент заполнения объема для сыпучих продуктов 0,7ч- 0,85; для вязких продуктов 0,85 ч-1,0.

     Откуда

      
  = 6.6 об/мин

     Площадь внутренней цилиндрической поверхности  корпуса шнекового устройства по длине шага H определим из зависимости

     , м² 
м²

     Площадь поверхности витка шнека «S_ш» по длине шага Н

     S_ш = ,м²

     где L — длина винтовой линии шнека по большому диаметру, м;

     l - длина винтовой линии шнека по диаметру вала, м

     L = м

     L= м

      , м

     м

       м²

 

     

     

     Для обеспечения работоспособности  шнекового механизма необходимо выполнение условия 

     Определим крутящий момент на валу шнека 

       Н*м

     Осевое  усилие, действующее на валу шнека

       ⁼ 0,393- (D² - d²), Н ,

     где— число рабочих витков шнека.

 

     

     

     Произведем  расчет нормальных _сж и касательных напряжений в опасном сечение шнека. 
 

     где S— площадь поперечного сечения вала шнека, м²; W — полярный момент сопротивления вала шнека, м³.

     Определим площадь поперечного сечения  сплошного и полого вала.

     Для сплошного вала 
 

     Для полого вала 
 
 

     где d — наружный диаметр трубы вала шнека; d_вн- внутренний диаметр трубы вала шнека.

 

     

     

     По  полученным значениям площади поперечного  сечения находим нормальное напряжение сжатия для сплошного и полого вала шнека. 
 
 

     Полярный  момент сопротивления вала W_р зависит сечения вала.

     Для сплошного вала 
 

     Для полого вала 
 

     Полученные  значение полярного момента сопротивления  позволяют рассчитать касательные  напряжения, действующие в сечении  сплошного и полого валов. 
 

 

     

     

     Определим эквивалентное напряжение _экв, действующее в сечении сплошного вала и полого вала шнека. 
 
 

     Для проверки прочности вала шнека проведем сравнение расчетного эквивалентного напряжения и допускаемого напряжения материала вала. 

     Условием  прочности является 
 

     Выбираем  для шнека вал сплошного сечения  с 

 

     Для изготовления сварного шнека подготавливают кольца из листовой стали с наружным диаметром «D», внутренним диаметром «d» и секторным вырезом с углом «». Данные размеры необходимы для получения винтовой поверхности с заданными параметрами большого диаметра D, малого диаметра d и шага шнека Н.

     Для определения размеров заготовки  кольца произведем расчет длины шнека 

     , м 

     где z -общее число витков шнека.

     Ширина  винтовой поверхности витка шнека  b

     b = 0,5(D-d), мм 

     Угла  выреза сектора определим из зависимости

     2β=, рад

     2

     Наружный  диаметр кольца заготовки шнека

     D_D = 

 

     

     Внутренний  диаметр кольца заготовки 

     

     

     Для изготовления шнека кольцо изгибается по винтовой линии на валу и приваривается  к поверхности.

 

     Расчет  мощности электродвигателя привода

     

     Произведем  расчет мощности электродвигателя, необходимой для привода шнека 
 

     где - КПД привода (принимаем = 0,65 ).

     Принимаем электродвигатель 4А112МА6СУ1 с мощностью  N=3 кВт

     Шнеки в зависимости от назначения, технологических  требований и условий эксплуатации изготавливают литыми, точеными и сварными. Точеные шнеки на практике применяют редко из-за низкого коэффициента использования материала при изготовлении шнека.

     Для изготовления литых шнеков требуется  дорогостоящая технологическая  оснастка, в связи, с чем литьем шнеки изготавливаются при серийном производстве. При индивидуальном производстве используют сварные шнеки, для изготовления которых используют круглый прокат, либо трубы с диаметром соответствующим расчетному значению.

 

     

     Выбор и обоснование  кинематической схемы  привода шнека

     

     В процессе проектирования приводов рабочих  органов и исполнительных механизмов перерабатывающего оборудования необходимо выбрать наиболее оптимальную кинематическую схему и обосновать параметры каждой передачи и каждого звена схемы.

     Выбор вида передач определяется конкретными  условиями работы привода техническими характеристиками и требованиями.

     К числу общих требований предъявляемых  к передачам относятся параметры  надежности - долговечность, безотказность, ремонтопригодность, а также простота конструкции, компактность, бесшумность работы, высокая виброустойчивость и простота управления.

     При выборе передач привода и обосновании  кинематических параметров учитываются технологические требования, среди которых основными является постоянство передаточных отношений, оптимальный коэффициент полезного действия, масса привода, а так же его стоимость. Одним из определяющих параметров привода являются его габариты, которые оказывают влияние на материалоемкость конструкции, мощность привода и стоимость.

     Механические  передачи различают на передачи трением - ременные и фрикционные, а также  передачи зацеплением - зубчатые, червячные, цепные и винтовые.

     В целях повышения эффективности  привода, исходя из конкретных требований и динамических характеристик рабочих органов и исполнительных механизмов разрабатывают комбинированные кинематические схемы, включающие различные механические передачи.