Исходные данныеИсходные данные 1. Производительность смесителя П, м3/с. 2. Прочность смеси во влажном состоянии σ;, МПа. 3. Технологически необходимое время перемешивания τпер, с.
Задача расчета: определить основные конструктивные параметры смесителя и мощность привода. Схема смесителя представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема смешивающих литейных бегунов с вертикальными катками: 1 – неподвижная чаша; 2 – катки; 3 – вертикальный вал; 4 – траверса; 5, 6 – плужки; 7 – разгрузочный люк Методика расчета [1; 2; 3] 1. Размеры чаши смесителя определяются исходя из заданной его производительности.
где
где
где
где
Получаем:
Так как под катки смесителя в каждый данный момент попадает лишь часть смеси, загружаемой в чашу (≈80−85 %), а остальная масса смеси поднимается плужками-отвалами выше слоя h 1, получаем расчетную формулу для определения диаметра чаши:
Диаметр чаши можно также устанавливать по данным табл. 1.1.
Таблица 1.1 Основные параметры смесителей по ГОСТ 15955−80
Примечание 1. 1 − периодического действия с одной чашей и вращающимися вокруг ее вертикальной оси катками и отвалами, перемешивающими компоненты смеси на горизонтальной поверхности днища чаши; 2 − периодического действия cодной чашей и вращающимися вокруг ее вертикальной оси катками и отвалами, перемешивающими компоненты смеси на вертикальной поверхности обечайки чаши; 3 − непрерывного действия с двумя и более чашами и вращающимися вокруг ее вертикальной оси катками и отвалами, перемешивающими компоненты смеси на горизонтальных поверхностях днищ чаш − 3.1 или вертикальных поверхностях обечаек чаш − 3.2. Примечание 2. Параметры, указанные в скобках, не должны применяться при новом проектировании.
Рабочая высота чаши принимается из условия удобства обслуживания: – для открытых производительных смесителей – для закрытых смесителей 2. Определение размеров катков. Высокое качество смешивания получается только в том случае, если материалы, загружаемые в чашу смесителя, неоднократно подвергаются действию плужков и катков, распределяющих смесь, уплотняющих и вращающих зерна песка. Такое действие станет возможным, если под каток будет затягиваться определенный по высоте слой смеси. Чтобы частицы смеси захватывались катками, угол захвата
Рис. 1.2. Схема сил, действующих на каток
Для определения условий захвата смеси катками рассмотрим усилия, действующие в смесителе при перемещении катка по слою смеси. Давление Частицы смеси будут затягиваться под катки при следующем условии:
где
Из данного условия получаем:
Обычно коэффициент трения Из геометрических построений получается:
Отсюда
Так как с увеличением
При Ширина катка
Или
Вес катка определяется исходя из условия, что перетирающее действие в смесителях и необходимое качество смешивания обеспечивается при уплотнении элементарных слоев смеси в процессе смешивания. Давление на смесь усиливается действием специальных пружин. Нажатие катка на смесь определяется из выражения
где
В результате объединения получается:
где 4. Частота вращения вертикального вала смесителя находится из соотношения
где
При несимметричном расположении катков
5. Определение мощности привода. Мощность, потребляемая смесителем, расходуется на качение и скольжение катков относительно смеси, а также на перемещение смеси плужками:
Мощность, необходимая для качения катков:
где
Мощность, расходуемая на скольжение катков относительно смеси:
где Мощность, затрачиваемая для перемещения смеси плужками:
где
где
Рис. 1.3. Схема к расчету геометрического параметра плужков
где Мощность двигателя смесителя определяется по формуле
где
При работе сдвоенных бегунов каждая чаша рассматривается независимо. Таким образом, мощность привода смесеприготовительных машин зависит от массы замеса, свойств приготавливаемой смеси, площади чаши, расположения и числа плужков, размеров катков и места их установки, частоты вращения вертикального вала и других факторов. Мощность привода катковых смесителей (бегунов) можно также рассчитать по приближенной формуле [4]:
где
Варианты индивидуальных заданий для расчета литейных бегунов с вертикально-вращающимися катками приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2 Варианты индивидуальных заданий для расчеталитейных бегунов с вертикально-вращающимися катками
Технические характеристики некоторых промышленных литейных смесителей с вертикально вращающимися катками представлены в табл. 1.3 и 1.4. Таблица 1.3 Технические характеристики некоторых промышленных литейных смесителей периодического действия с вертикально-вращающимися катками
Окончание табл. 1.3
Технические характеристики некоторых промышленных сдвоенных литейных смесителей непрерывного действия с вертикально-вращающимися катками
|
– обьем замеса в одной чаше, м3.
– площадь замеса, м2;
− высота замеса, м.
м2,
– диаметр чаши, м.
– зазор (высота слоя смеси) между крайней нижней точкой катка и днищем чаши, 
м;
– высота слоя смеси, захватываемой под каток, 
м.
, м3.
м.
= 0,7–0,8 м;
между касательной Т - Т и горизонтальной осью (рис. 1.2) не должен превышать некоторой величины, соответствующей конструктивным параметрам смесителя.
насмесь направлено перпендикулярно к касательной, проведенной через точку А, и при движении катка вызывает в этой точке силу трения, равную произведению 
, направленную по касательной.
− горизонтальная составляющая силы трения;
− горизонтальная составляющая силы давления катка на смесь.
принимается равным 0,7, тогда 
0,7, что соответствует углу 
= 35°. Значит, для затягивания смеси под каток угол 
м.
м.
уменьшается угол 
и соответственно увеличивается 
, т.е. уменьшается 
и, значит, улучшаются условия захвата смесей катками, то для расчетов нужно принимать
м.
, обычно применяется 
.
у большинства смесителей находится в следующей зависимости от диаметра катка 
:
, м.
, м.
, кН,
– допускаемая нагрузка на единицу ширины катка, кН/м. Она зависит от объема замеса 
.
и 
.
, мин-1,
= 1,4–2,2 м/с – линейная скорость точек, лежащих на образующей катка.
, мин-1,
– средний диаметр качения катка, м.
(см. рис. 1.1).
, м;
.
, кВт.
, кВт,
– сила прижима смеси катком, кН;
– число оборотов вертикального вала смесителя в минуту, мин-1;
– безразмерный коэффициент, учитывающий влияние свойств смеси на сопротивление качению по ней катков.
– радиус катка, м.
, кВт,
кВт,
– вес замеса, кН;
– удельный вес рыхлой смеси 
кН/м3;
– коэффициент, учитывающий зависимость мощности привода от свойств формовочной смеси.
с/м3;
– геометрический параметр плужков.
, м4;
– высота плужков, м;
– расстояние от оси вращения до границ соответствующих участков плужков (рис. 1.3).
м; 
м;
; 
; 
; 
,
– радиус чаши, м.
, кВт,
= 1,04–1,2 – коэффициент установочной мощности;
= 0,8–0,95 – КПД привода смесителя.
, кВт,
– мощность холостого хода, определяемая КПД электродвигателя и потерями на трение в механизмах машины; для серийно выпускаемых бегунов 
кВт; 
кВт; 
кВт; 
кВт;
– коэффициент относительной мощности на компенсацию дополнительных потерь, пропорциональных нагрузок(
).
