3.3 Бандажи и опорные ролики

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения. Иногда бандажи небольших легких аппаратов выгибаются из рельса.

Бандажи изготавливаются из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, т.к. смена бандажей тяжелых барабанов чрезвычайно трудна.

Существуют различные способы крепления бандажей к барабану. Здесь мы остановим свое внимание на одном из них, практикуемым на заводе «Прогресс» (г. Бердичев), а именно: на свободном креплении бандажей. В этом случае бандаж надевается на 12-^24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажа Под башмаки подкладываются усиливающая и две - три регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа.

Свободная посадка бандажей на барабаны предусматривает температурные зазоры для предупреждения возникновения краевых напряжений, особенно опасных во время разогрева аппарата. Благодаря тому, что внутренний диаметр бандажа больше внешнего диаметра барабана (с учетом башмаков), последний во время работы катится по бандажам. В результате бандажи раскатываются, их внутренний диаметр и зазор между барабаном (башмаками) и бандажем все время увеличиваются, что является существенным недостатком такого способа крепления бандажей

Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от всех вращающихся частей барабана. Изготавливаются они из материала менее прочного, чем бандаж, т.к. смена изношенных роликов более проста, да и сами ролики дешевле бандажей.

Проверочный расчет бандажей.

Зная диаметр барабана и нагрузку, можно выбрать конструкцию и размеры бандажа (например, по заводским нормалям завода «Прогресс»). Выбранный бандаж следует проверить на контактную прочность и изгиб.

В заводских нормалях завода «Прогресс» необходимых для барабана диаметром 2,5 м бандажей нет. Поэтому рассчитываемая сушка представляет собой 2 барабана меньшего диаметра, с рабочей площадью и объёмом такими же как и у одного барабана диаметра 2,5 м, при этом остальные рассчитываемые характеристики процесса сушки не изменятся, произведём расчёт необходимого диаметра барабанов:

Тогда диаметр маленьких барабанов будет равен:

По каталогу [1] выбираем диаметр барабанов DБМ=2000м.

Так же для равенства остальных параметров сушки объёмы маленьких барабанов должны составлять в сумме объём одного барабана. Тогда:

Окончательно по каталогу [1] выбираем:LБМ=12000мм, и имеем DБМ=2000мм и LБМ=12000мм (такой же результат может быть получен, используя выражение для минимально-необходимого объёма аппарата п.).

Определим массу материала в малом барабане и массу снаряжённого барабана с высушиваемым материалом соответственно:

Расчёт мощности электродвигателя на вращение малого барабана:

Потребная мощность барабана:

Мощность электродвигателя:

Мощность электродвигателя по каталогу (из [1], стр. 15) 25кВт.

Рассчитаем угол наклона малого барабана:

=3,70

Теперь произведём необходимый расчёт бандажей:

где Р обозначает нагрузку, приходящуюся на единицу длины контакта, Н/см, R и r – наружные радиусы соответственно бандажа и опорного ролика, см.

Величина нагрузки Р может быть рассчитана по формуле:

где G – масса снаряжённого и нагруженного барабана, кг, b – ширина бандажа, см.,  - половина центрального угла между опорными роликами, g=9,81 м/с2, 2 – число бандажей.

Известно [18], что расчетное напряжение в опасной точке, которая лежит на некоторой глубине контактирующих тел, по энергетической теории прочности составляет примерно 60% от максимального напряжения, т.е. σ’≈0,6σmax. На поверхности соприкосновения расчетное напряжение по той же теории прочности равно 40% от того же максимального напряжения, т.е. σ’’≈0,4σmax.

Найденные таким образом расчетные напряжения следует сравнить с пределом текучести материала бандажа, чтобы судить о возможности (невозможности) остаточных деформаций бандажа.

G=36035кг; число бандажей – 2; ширина бандажей b=170мм; радиус бандажа R=1235мм; радиус опорного ролика r=300мм; центральный угол между опорными роликами 2=600; модуль упругости материала бандажа и ролика одинаков и равен E=2•105 МПа; предел текучести материала бандажа σ0,2=330 МПа.

Нагрузка, приходящаяся на единицу длины контакта «бандаж-ролик»:

Максимальное контактное напряжение

Расчётное напряжение в опасной точке: σ’≈0,6σmax=0,6•417МПа=250,2Мпа

Расчётное напряжение на поверхности бандажа и ролика: σ’’≈0,4σmax=0,4•417МПа=166,8МПа.

Сопоставление расчётных напряжений с пределом текучести материала бандажа: σ’<σ0,2; σ’’<σ0,2.

Вывод: остаточные деформации отсутствуют.

После проверки бандажа на контактное напряжение, следует его проверка на изгиб. Максимальный изгибающий момент возникает в бандаже в сечениях, находящихся против опор. Величина изгибающего момента зависит от действующих сил, вида насадки, радиуса бандажа и угла между роликами 2ф. Если угол между роликами равен 60, то можно принять, что:

где Q - нагрузка, действующая на бандаж, в Н; R - внутренний радиус бандажа в мм.; А - коэффициент, зависящий от характера нагрузки и вида соединения бандажа с барабаном: для жесткого соединения бандажа с барабаном А = 0,07;

Далее находят максимальное изгибающее напряжение по формуле (3.50).

где W – момент сопротивления, равный для прямоугольного сечения

Полученное значение σmax сравнивают с пределом текучести σ0,2 материала бандажа.

Внутренний радиус бандажа R=1100мм; ширина бандажа b=170мм; высота поперечного сечения бандажа H=135мм; нагрузка, действующая на бандаж

Известно, что бандаж жёстко соединён с барабаном.

Максимальный изгибающий момент:

Максимальное изгибающее напряжение:

Сопоставление максимального изгибающего напряжения с пределом текучести: σmax=330МПа, следовательно σmax<σ0,2.

Расчет опорной станции

По нормали Н440-58 завода «Прогресс» определили расстояние между опорной и опорно-упорной станциями: l=5,1 м.

Принятая рабочая температура стенки барабана tвн = 40°С.

Взяли коэффициент линейного удлинения для материала барабана (сталь) (из [10], стр.33) при данной температуре:

αt = 1,1·10-5+0,8·10-8·tВН =1,1·10-5+0,8·10-8·400С = 1,132·10-5м/м·0С

Найдем величину термического удлинения барабана (из [10], стр.33):

Δl = 1,132·10-5·(40-18)·5,1м = 0,001270 м = 1,270 мм.

Вычислили ширину ролика с запасом для удобства монтажа:

B = b +Δl + (30...40 мм) = 20+1,270+35 = 56,3 мм.

Принимаем ширину ролика В =60 мм.