Корообдирочный барабан сухой окорки лиственной древесины

Корообдирочный барабан сухой окорки лиственной древесины

Содержание

Реферат

Задание

Введение

Строение и основные свойства древесной коры, определяющие процесс окорки древесины

Основные способы окорки древесины. Классификация машин для окорки древесины

Устройство и принцип действия и классификация корообдирочных барабанов

Конструкция отечественных корообдирочных барабанов

Расположение основного оборудования сухой окорки древесины

Процесс сухой окорки

Расчет корообдирочного барабана

Вывод

Литература

Приложение: сборочный чертеж корообдирочного барабана.

Реферат

Курсовой проект по «Технология и оборудование ЦБП» на тему «Корообдирочный барабан сухой окорки лиственной древесины производительностью 80 м3/час».

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполнена на листе формата А4. Для лучшего восприятия изложенного материала в курсовом проекте имеются пояснительные рисунки в количестве штук.

Данная пояснительная записка содержит: введение, в котором целлюлозно-бумажное производство; строение и основные свойства древесной коры, определяющие процесс окорки древесины; основные способы окорки древесины, классификация машин для окорки древесины; устройство и принцип действия и классификация корообдирочных барабанов; конструкции отечественных корообдирочных барабанов; расчет корообдирочного барабана, который содержит расчет конструктивных размеров барабана, расчет мощности барабана, расчет бандажей и роликов на контактную прочность, расчет открытой зубчатой передачи, расчет допустимых напряжений, расчет оси ролика и расчет вала шестерни; охрану труда; список используемой литературы.

Графическая часть содержит сборочный чертеж корообдирочного барабана выполненного на формате А1.

Задание

Студенту М.Ф. 4 курса, 4 группы Жданову Кириллу Витальевичу

Вам предлагается выполнить курсовой проект на тему: Корообдирочный барабан сухой окорки лиственной древесины.

Исходные данные

Производительность - П=150 м3/час.

Максимальный диаметр баланса - dmax=40 см.

Средний диаметр баланса - d=18 см.

Влажность - W=50%.

Порода- Лиственная порода.

Введение

В современном целлюлозно-бумажном производстве используется более 500 типов разнообразных машин и аппаратов специального назначения. Это многообразие, с одной стороны, связано со сложностью и многоступенчатостью технологического процесса, с другой - объясняется непрерывными поисками оптимальных конструкций оборудования для осуществления каждого технологического этапа производства. Несмотря на большое многообразие, основное оборудование целлюлозно-бумажного производства может быть объединено в группы по виду выполняемой технологической операции. Ниже приведена блочная технологическая схема целлюлозно-бумажного производства и указаны основные виды оборудования, используемого на различных ступенях производства.

Технологический процесс целлюлозно-бумажного предприятия начинается со складирования и хранения исходного волокнистого сырья, основными видами которого являются балансы, щепа или макулатура. Для выполнения этих операций используется разнообразное оборудование для складирования и транспортировки указанных видов сырья (крановое оборудование, самоходные погрузчики, конвейеры, оборудование для пневмотранспорта).

Следующей технологической ступенью при переработке балансов является окорка древесины. Для окорки используются разнообразные машины, основными из которых являются окорочные станки и корообдирочные барабаны, широко используемые в ЦБП.

Дальнейший процесс зависит от вида вырабатываемого полуфабриката. При выработке древесной массы окоренные балансы перерабатываются на дефибрерах в волокнистую массу, которая является готовым полуфабрикатом целлюлозно-бумажного производства. При выработке целлюлозы балансы проходят стадию предварительного измельчения в технологическую щепу, которая так же, как и щепа, поступающая с лесоперерабатывающих предприятий, направляется на производство целлюлозы. Измельчение балансов осуществляется в рубительных машинах.

Производство целлюлозы, в свою очередь, является сложным и многоступенчатым процессом. На целлюлозно-бумажных комбинатах это производство, как правило, выделяется территориально как целлюлозный завод или цех. Основным оборудованием здесь являются варочные котлы или установки непрерывной варки.

Одной из важнейших технологических операций производства является размол волокнистой массы. Размолу подвергаются волокна древесины, составляющие целлюлозную массу после варки. Размалываются также щепа при производстве из неё древесной массы и отходы древесно-массного производства. В качестве размалывающего оборудования используются разнообразные машины, основными из которых в современном производстве являются конические и дисковые мельницы. Процесс переработки макулатуры начинается с роспуска в гидроразбивателях, которые также относятся к машинам для размола.

Волокнистая древесная, целлюлозная или макулатурная масса подвергается очистке. В процессе очистки из массы удаляются различные включения неволокнистого происхождения. Основным оборудованием этого процесса являются очистители центробежного типа.

Заключительную операцию подготовки бумажной массы составляет сортирование, в процессе которого из массы удаляются включения в виде сучков, щепок, пучков волокон, непровара, грубых волокон, т.е. загрязнения волокнистого происхождения. Этот процесс осуществляется в сортировках, образующих большую группу машин, различающихся по своим конструктивным особенностям.

Готовая волокнистая масса после составления композиции бумажной массы подается на формование и обезвоживание на бумаго- и картоноделательных машинах или сушильных машинах при производстве товарной целлюлозы и товарной древесной массы.

Рассмотренная блочная схема обобщенно показывает основные технологические процессы целлюлозно-бумажного производства и их примерную последовательность. Реальные технологические схемы зависят от вида вырабатываемой продукции, исходного сырья, используемого оборудования и местных условий. Операции размола, сортирования и очистки, как правило, являются многоступенчатыми. Причем очистка и сортирование осуществляются как после производства полуфабриката целлюлозы или древесной массы, так и непосредственно перед бумагоделательной машиной.

В настоящем учебнике рассмотрено основное оборудование для подготовки исходного волокнистого сырья и последующей его переработки в бумажную массу, т.е. машины для окорки, производства технологической щепы, производства древесной массы, размола и сортирования.

Оборудование для складирования, транспортировки и хранения волокнистого сырья, производства целлюлозы, очистки массы, а также бумаго- и картоноделательные машины являются предметом изучения в соответствующих курсах, по которым имеется специальная учебно-методическая литература.

Окорка древесины

Целлюлозно-бумажное производство потребляет большое количество кубометров древесины, как хвойных, так и лиственных пород. Но сначала их надо подготовить к использованию. Первичной подготовкой сырья является окорка древесины на соответствующем оборудовании. От организации данного процесса зависят не только количественные показатели сырья-щепы, но выходные показатели готовой целлюлозы, а так же степень механизации труда, мероприятия по охране окружающей среды и пути утилизации отходов. Для окорки используется разнообразные машины - окорочные станки и корообдирочные барабаны.

Так как в современном производстве увеличилось количество не сплавной древесины, что повлекло за собой резкое увеличение расхода воды и связанное с этим увеличение количество промышленных стоков, засоряющих водоемов, территории предприятий и усложняющих процессы утилизации отходов древесной коры. Отсутствие достаточно надежных технических средств для очистки большого количества кору содержащих промышленных стоков от окорочных барабанов и обезвоживающие кору устройств создает затруднения в работе древесно-подготовительных цехов.

В связи с этим большое значение приобретает сухая окорка древесины. Окорка без применения воды позволяет успешно решить ряд вопросов, связанных с утилизацией отходов древесины, охраной окружающей среды, рациональным использованием производственных площадей и мощности оборудования, упрощением технологических линий, улучшением качественных показателей работы предприятий. Сухая окорка в барабанах применяется на предприятиях, вырабатывающих различную продукцию, в том числе и сульфитную целлюлозу. Вместе с тем, в связи с увеличением в сырье доли низкокачественной древесины с большим содержанием коры и сучков большое внимание уделяется очистке целлюлозы.

Для сухой окорки отходов применяют корообдирочные барабаны входящие в состав установок по производству щепы. При обработке свежесрубленной древесины на этих барабанах достигается качественная окорка древесины, причем потери не превышают 6-10%. Зимой качественная окорка достигается при значительных затратах, потери древесины увеличивается до 20-25%, а производительность падает в 2-3 раза. Для интенсификации процесса окорки в зимний период применяется пар, подаваемый непосредственно в барабан. В настоящие время такая окорка применяется многими предприятиями. На процесс сухой окорки оказывает влияние большое количество факторов, одним из которых является характеристика обрабатываемой древесины.

В России промышленное значение имеет сосна, ель, пихта, лиственница, береза, осина. Древесина березы и лиственницы резко отличается от других пород повышенным содержанием коры и ее прочностью, низким коэффициентом трения. В связи с этим для сухой этих пород древесины необходим барабан с большим количеством щелей и рядов других конструкционных особенностей. Основным условием сухой окорки древесины в барабанах является наличие сил трения, превышающих силы сцепления коры с древесиной. Так как древесина поступает на предприятие различной длинны, поэтому при выборе оборудования для сухой окорки необходимо учитывать объем и вид поступающего сырья, способ поставки его, породу древесины и вид продукции, вырабатываемой предприятием.

Применение воды при окорке в барабанах вызывает большие трудности, так как большая часть гнили вымываются вместе с корой и засоряют отверстия дренирующих транспортеров, что приводит к быстрому износу насосов. Поэтому предприятия используют сухую окорку древесины на корообдирочных барабанах.

целлюлозный бумажный корообдирочный барабан

Строение и основные свойства древесной коры, определяющие процесс окорки

Необходимость снятия коры с древесины в целлюлозно-бумажном производстве объясняется строением и химическим составом древесной коры.

Кора древесины (рис. 1) содержит корку и лубяной слой, прилегающий к камбию древесины. Корка состоит из мертвой пробковой ткани и отмерших клеток паренхимы, потерявших волокнистую структуру и механическую прочность. Корка служит для защиты луба и ствола древесины от механических повреждений и температурных воздействий. Лубяной слой включает в основном ситевидные клетки с тонкими целлюлозными стенками и клетки лубяной паренхимы. Основным назначением лубяного слоя является подача питательных веществ от кроны к корням дерева. В вегетационный период клетки луба и особенно камбия сильно набухают, прочность их уменьшается и кора легче отделяется от древесины.

Содержание коры на древесине составляет от 6 до 30 % по объему, при этом часть коры имеет неволокнистое строение, что снижает механические свойства готового продукта при использовании неокоренной древесины.

Рис. 1. Составные части древесного ствола:

1 - корка; 2 - луб; 3 - камбий; 4 - древесина

Кора содержит большое количество экстрактивных красящих веществ, что служит причиной загрязнения целлюлозы и древесной массы. Во время варки кора поглощает в 2 раза больше активной щелочи, чем древесина, вызывая нерациональный расход химикатов. Повышается сорность готового продукта, возникает нежелательное окрашивание, которое очень плохо поддается отбелке. Кора может служить источником загрязнений минерального происхождения. В результате затрудняется работа очистного оборудования, происходит повышенный износ оборудования и трубопроводов.

Требования к качеству окорки древесины определяются видом вырабатываемой продукции, техническим оснащением предприятия и применяемым способом варки. Различают два вида окорки: грубую и чистую. При грубой окорке снимается корка и частично луб, при чистой корка и луб. Чистой окорке подвергаются балансы, предназначенные для выработки высококачественной растворимой целлюлозы, целлюлозы для электроизоляционных бумаг. Газетная бумага допускает содержание луба до 10-15 % от первоначального объема. При выработке крафт-целлюлозы для мешочной бумаги, полуцеллюлозы, бурой древесной массы могут использоваться балансы с полностью оставленным лубом.

Качество окорки древесины характеризуется процентом окорённой поверхности, т.е. степенью окорки М, %, определяемой по формуле

где S - площадь всей боковой поверхности баланса; S₁ - неокоренная площадь боковой поверхности баланса.

Степень окорки зависит от назначения древесины и определяется показателями засорённости щепы корой, % по массе, приведенными ниже.

Сульфитная целлюлоза и древесная масса для бумаги с регламентируемой сорностью - 1,0

Сульфитная целлюлоза и древесная масса для бумаги и картона с нерегламентируемой сорностью, сульфатная и бисульфатяая целлюлоза для бумаги и картона с регламентируемой сорностью - 1,5

Сульфатная целлюлоза и различные виды полуцеллюлозы для бумаги и картона с нерегламентируемой сорностью  - 3,0

Спирт, дрожжи, глюкоза, фурфурол - 11,0

Древесноволокнистые и древесностружечные плиты - 15,0

Степень окорки в зависимости от засоренности щепы корой может быть вычислена по формуле

где k_н - содержание коры на древесине, %; k_k - содержание коры в щепе, %.

Содержание коры на древесине зависит от породы, возраста и условий произрастания дерева. Средние данные по содержанию коры, соответственно % от объёма ствола и % по массе к абсолютно сухой древесине, приведены ниже.

Сосна.....................................................................9,1-9,2    6,3-6,5

Ель.........................................................................9,7-14,2  8,1-11,5

Береза......................................................................12,6               13,5

Осина.......................................................................14,4               15,5

Лиственница.......................................................16,4-19,9 12,6-13,4

Процесс окорки древесины зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются: порода древесины, ее температура и влажность. С понижением температуры силы сцепления коры с древесиной возрастают в 3-5 раз. В летнее время существенное влияние на силы сцепления оказывает влажность древесины. При её увеличении существенно снижается предел прочности коры на скалывание по камбиальному слою вдоль волокон.

Прочность сцепления коры с древесиной зависит от времени года. Сопротивление окорки резко снижается в период вегетации, а затем снова возрастает.

Основные способы окорки древесины. Классификация машин для окорки древесины

По характеру воздействия на балансы различают следующие основные способы окорки древесины: механический, фрикционный и струйный. Механический способ основан на удалении коры с древесины острым (ножами, фрезами) или тупым (кулачками) коросъёмным инструментом. Способ, основанный на применении острого окаривающего инструмента, называют ножевым. При ножевом способе вместе с корой удаляется часть древесины. В результате обеспечивается высокое качество окорки, но потери древесины достигают 5-20 %. Большие потери древесины являются основным недостатком, ограничивающим применение ножевого способа. В современном целлюлозно-бумажном производстве ножевые окорочные станки практически не применяются.

Снятие коры тупым коросъёмным инструментом осуществляется в кулачковых окорочных станках. Потери древесины невелики и составляют 0,5-1,0 %. Кулачковые станки имеют ограниченное применение в целлюлозно-бумажном производстве и больше используются на деревообрабатывающих предприятиях.

При фрикционном способе удаление коры с древесины происходит за счет, трения балансов друг о друга и о специальные поверхности окаривающей машины. На фрикционном способе основаны корообдирочные барабаны и бункерные установки. Этот способ позволяет эффективно окаривать древесину с небольшими потерями - 1,5-3,0 %. В бункерных установках балансы укладываются упорядоченно, параллельно друг другу. При такой окорке древесина меньше повреждается. Бункерные установки применяются преимущественно для длинномерной древесины. Балансы, имеющие повышенную кривизну, сучки, углубления на поверхности, хорошо окоряются в корообдирочных барабанах. Барабаны непрерывного действия с неупорядоченной укладкой балансов получили наибольшее распространение в практике отечественного производства.

Струйный способ основан на действии струи воды или воздуха высокого давления на поверхность баланса. Струйный способ окорки реализован в разнообразных конструкциях гидравлических окорочных станков. Окорка струей воды при давлении 4,5·10⁶ - 8·10⁶ Па требует больших затрат энергии. Потери древесины составляют 1-2 %. Основными недостатками гидравлических станков являются: большой расход энергии и воды, загрязнение водоемов. В отечественной практике эти машины не применяются.

Кроме перечисленных способов экспериментально исследованы способы термокомпрессии и электрогидравлический. По способу термокомпрессии окариваемая древесина подвергается давлению 6·10⁵-7·10³ Па в закрытой ёмкости, а затем давление мгновенно сбрасывается. В результате возникающего резкого перепада давлений внутри древесины и на поверхности баланса происходит отрыв коры от камбиального слоя. Электрогидравлический способ использует действие ударной волны, возникающей при высоковольтном разряде в воде.

В соответствии с рассмотренными основными способами машины для окорки по принципу работы подразделяются на режущие, скребковые (с тупым коросъёмным инструментом), фрикционные и струйные. По числу одновременно обрабатываемых балансов различают машины индивидуальной и групповой обработки.

Устройство, принцип действия и классификация корообдирочных барабанов

Корообдирочные барабаны являются наиболее распространенным оборудованием, предназначенным для групповой окорки балансов. Их широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности объясняется сравнительно высокой производительностью, степенью механизации процесса и небольшими потерями древесины.

Корообдирочный барабан представляет собой горизонтально установленный, полый вращающийся цилиндр, заполняемый древесиной (рис. 2). При вращении барабана балансы увлекаются внутренней поверхностью, происходит их перемешивание и взаимное трение. В результате кора отделяется от древесины, под действием силы тяжести проходит сквозь щели, имеющиеся на боковой поверхности барабана и удаляется с помощью гидролотка или конвейера.

В барабанах непрерывного действия свободная поверхность балансов имеет наклон по отношению к горизонтальной плоскости за счет разности уровней окоряемого сырья на входе и выходе. Уровень на входе определяется интенсивностью загрузки, а на выходе - степенью открытия выходного отверстия барабана.

Корообдирочные барабаны изготавливаются для работы в периодическом и непрерывном режимах. В практике отечественного целлюлозно-бумажного производства используются исключительно барабаны непрерывного действия. Барабанные установки периодического действия имеют преобладающее применение в лесной и деревообрабатывающей промышленности.

Корообдирочные барабаны можно подразделить на машины для окорки долготья и коротья. В барабанах для долготья балансы укладываются параллельно друг другу. К достоинствам этого вида оборудования следует отнести малое повреждение древесины, отсутствие размочаливания торцов, а к недостаткам - некачественную окорку балансов, имеющих неправильную форму, плохо зачищенные сучки и кривизну. Значительную трудность представляет загрузка и выгрузка балансов из барабана, поэтому эти барабаны имеют весьма ограниченное применение. В барабанах для коротья древесина расположена неупорядоченно. В результате чего балансы взаимодействуют друг с другом под самыми различными углами, что способствует качественной окорке их поверхности.

Последнее время выпускаются Корообдирочные барабаны диаметром 5-6 м для окорки разномерной древесины (70 % - коротьё; 30 % - долготьё) при неупорядоченном расположении ее в барабане. Применение такого оборудования позволяет отказаться от распиловки балансов по длине до окорки.

Для интенсификации процесса окорка древесины может проводиться в присутствии воды или пара. По способу интенсификации Корообдирочные барабаны подразделяются на четыре типа: барабаны для мокрой, полусухой, сухой и комбинированной окорки.

В машинах для мокрой окорки барабан частично погружается в ванну с водой или древесина обильно орошается водой из спрысков. Недостатком установок, погружаемых в ванну, является снижение сил трения между балансами за счет выталкивающей силы, снижение коэффициента трения в воде и как результат этого - низкая производительность. Другие недостатки состоят в трудности отвода коры, неудобстве осмотра, обслуживания и ремонта, повышенной влажности в цехе.

От указанных недостатков свободны барабаны для полусухой окорки. Отличительной особенностью этих установок является наличие глухой и открытой секций. В глухой секции, не имеющей отверстий на боковой поверхности барабана, происходит предварительная обработка древесины в присутствии воды. В открытой секции осуществляется собственно окорка без подачи воды. Такие машины получили широкое распространение благодаря высокой производительности, удобству обслуживания, ремонта и большой гибкости в работе.

В последнее время широкое распространение получил способ сухой окорки древесины. Для такой окорки используют двухсекционные Корообдирочные барабаны с глухой и открытой секциями. В закрытой секции древесина обрабатывается паром или иным теплоносителем, после чего окоряется в открытой. Достоинствами способа сухой окорки являются: отсутствие сброса загрязненной корой воды и возможность утилизации (сжигания) коры без применения отжимного оборудования. Недостаток этих барабанов заключается в существенном снижении производительности при окорке балансов с сухим (влажностью менее 40 %) камбиальным слоем.

Рис. 3. Схема расположения секций корообдирочного барабана: а - обычное; б - каскадное

В комбинированных барабанах может осуществляться как сухая окорка с использованием пара, так и полусухая. В первой секции барабана, составляющей одну треть его длины, осуществляется увлажение сырья, обеспечивающее эффективную окорку в последующих перфорированных секциях.

Барабанные установки могут состоять из одной, двух и более секций. В многосекционных барабанах секции иногда устанавливаются не на одном уровне. Такая компоновка обеспечивает большее заполнение секций, а следовательно, высокую производительность установки. Эти установки называются каскадными (рис. 3).

Конструкции отечественных корообдирочных барабанов

Отечественное машиностроение выпускало корообдирочные барабаны полусухой окорки трех типоразмеров - КБ-415, КБ-420, КБ-425, барабаны сухой окорки с паром типоразмеров КБС-420, КБС-425, барабаны сухой окорки с механическими интенсификаторами трех типоразмеров - КБС-304, КБС-308, КБС-315 и комбинированные барабаны КБ-530 (КБ-530М). Обозначение типоразмера барабана показывает тип и основные размерные параметры. Первая цифра выражает диаметр барабана, остальные - его длину в целых метрах. Буква С означает корообдирочный барабан сухой окорки. М - модификация барабана.

Барабаны сухой окорки с механическими интенсификаторами в целлюлозно-бумажном производстве не применяются. Основные технические характеристики ранее выпускаемых барабанов для целлюлозно-бумажного производства приведены ниже.

В настоящее время разработаны и рекомендованы к выпуску новые модификации корообдирочных барабанов, технические характеристики которых приведены на следующей странице.

Односекционные корообдирочные барабаны КБ-410Б, КБП-410Б, КБ-412Б, КБП-412Б, КБ-420Б, КБП-420Б, КБ-425Б, КБП-425Б, КБ-525Б и КБП-525Б

Назначение

Предназначены для групповой (сухой или мокрой) окорки древесины хвойных и лиственных пород с использованием, в качестве интенсификатора окорки, пара или подогретой воды.

Область применения - целлюлозно-бумажные и лесозаготовительные предприятия.

Описание

Односекционные корообдирочные барабаны (рис. 4) включают перфорированную цельносварную секцию с опорными бандажами, приводную и опорно-упорные станции, выпускное устройство с гидроприводом, загрузочную стенку, лотки для отвода отходов окорки и отсоса паропылевыделений и электрооборудование.

Секция устанавливается с уклоном 1:150 на две опорно-упорные станции и приводится во вращение от двухсторонней приводной станции через зубчатый венец. По требованию заказчика, корообдирочные барабаны могут поставляться с постоянной или с регулируемой частотой вращения секции. В зависимости от направления вращения секции, по часовой или против часовой стрелки, барабаны могут изготавливаться левого (КБ) и правого (КБП) исполнений.

Выпускное устройство с диагональным затвором обеспечивает регулирование степени заполнения секции и полное ее опорожнение при обслуживании и ремонте.

Перфорированные зоны секции ограждены лотками закрытого типа.

Конструкции и габариты узлов корообдирочных барабанов обеспечивают их транспортирование железнодорожным транспортом.

Рисунок 4. Односекционный корообдирочный барабан: 1 - стенка загрузочная; 2 - станция приводная; 3 - установка зубчатого венца; 4 - секция;5 - установка лотков отвода отходов окорки; 6 - установка бандажа; 7 - станция опорная;8 - устройство выпускное

Двухсекционные корообдирочные барабаны

КБ-420А, КБП-420А,КБ-425А, КБП-425А, КБ-530 иКБП-530

Назначение

Предназначены для групповой (сухой или мокрой) окорки древесины хвойных и лиственных пород с использованием, в качестве интенсификатора окорки пара или подогретой воды.

Область применения - целлюлозно-бумажные предприятия.

Описание

Двухсекционные корообдирочные барабаны (рис 5) включают одну полностью перфорированную (открытую) и одну частично перфорированную (глухую) секции, две опорные и две опорно-упорные станции, два привода, устройство выпускное с гидроприводом или пневмоприводом затвора, стенку загрузочную, лотки для отвода отходов окорки и отсоса паропылевыделений и электро-оборудование.

Рисунок 5. Двухсекционный корообдирочный барабан: 1 - стенка загрузочная, 2 - секция открытая, 3 - секция глухая, 4 - станция опорная, 5 - устройство выпускное, 6 - установка бандажа, 7 - установка зубчатого венца, 8 - станция приводная, 9 - установка лотков отвода отходов окорки

Секции соосно устанавливаются на опорную и на опорно-упорную станции и приводятся во вращение от автономных приводов через зубчатый венец. В зависимости от направления вращения секции, по часовой стрелки или против часовой стрелки, барабаны могут изготавливаться левого (КБ) и правого (КБП) исполнений. Привод обеспечивает вращение секций с частотой 6 или 9 мин^-1, в зависимости от требования заказчика.

Выпускное устройство с горизонтальным затвором обеспечивает регулирование степени заполнения секции и может обеспечить полное прекращение выгрузки древесины.

Перфорированные зоны секций ограждены лотками закрытого типа.

Конструкция и габариты узлов корообдирочных барабанов обеспечивают их транспортирование железнодорожным транспортом.

Корпус барабана. Корпус барабана в современных конструкциях включает 1-3 секции.

Открытая (перфорированная) секция представляет собой обечайку из листовой стали сварной конструкции. На ее внутренней поверхности приварены продольные окорочные балки, которые увеличивают жёсткость и прочность секции, выполняют роль захватов, обеспечивающих подъём и перемешивание балансов. Сквозные щели на боковой поверхности служат для удаления коры. Минимальная ширина щелей, при которой обеспечивается удовлетворительное удаление коры, составляет 35 мм.

Глухая секция имеет конструкцию, аналогичную открытой, но без щелей на боковой поверхности. Число окорочных балок внутри глухой секции обычно принимается меньшим, чем в открытой. В открытой и глухой секциях с торцов привариваются пороговые кольца-диафрагмы, предназначенные для придания секциям жесткости и поддержания уровня воды в глухой секции. Для предотвращения заклинивания балансов при переходе из глухой секции в открытую диафрагма глухой секции имеет переходное кольцо в виде короткой обечайки, входящей с зазором в диафрагму открытой секции.

Опорные станции. Опорные станции воспринимают всю нагрузку от корпуса барабана, балансов и воды. Число опорных станций зависит от длины барабана. Обычно на одну секцию приходится две опорные станции. На рис. 6 показана опорная станция в виде единой сварной рамы, на которой устанавливаются две противоположные роликовые опоры. Перемещение опор перпендикулярно оси барабана осуществляется

винтами, в результате чего достигается равномерность контакта роликов с бандажами и регулировка взаимного положения секций. В современных конструкциях опорные ролики устанавливаются на подшипниках качения.

Рисунок 6. Опорная станция:

- опорный ролик; 2 - сварная рама; 3 - регулировочный винт; 4 - подшипниковая опора

Имеются и другие виды опор, например гидравлические, не получившие распространения ввиду сложности конструкции, трудности монтажа и эксплуатации, больших затрат воды. В некоторых конструкциях барабанов используются пневмоопоры в виде обычных автоколес.

Рисунок 7. Установка бандажа барабана

В этом случае привод барабана осуществляется через опорные колеса, что позволяет отказаться от бандажа и большого зубчатого колеса. Такие опоры позволяют уменьшить динамические нагрузки на барабан, снизить уровень шума. Недостатком является относительно малый срок службы.

Бандажи. Бандажи служат для установки барабана на опорные ролики. Бандаж (рис. 7) имеет литую или сварную конструкцию коробчатого профиля. В современных конструкциях применяется безболтовая напряженная посадка бандажей, позволяющая повысить прочность конструкции.

Привод барабана. Привод барабана состоит из асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым или фазным ротором, гидравлической или индукторной муфты скольжения, редуктора и подвенцовой шестерни, смонтированных на одной раме. Основным назначением муфты скольжения является сглаживание толчков при пуске и во время работы, ограничение пускового момента, возможность регулирования скорости привода. Подвенцовая шестерня находится в зацеплении с зубчатым венцом, охватывающим барабан. Зубчатый венец

Рисунок 8. Установка зубчатого венца.

Рис. 8 состоит из двух половин и устанавливается на барабане с помощью клиньев.

Заслуживает внимания применение в некоторых конструкциях вместо зубчатого венца цевочного колеса, позволяющего легко заменять изношенные элементы зацепления.

Затвор барабана. Затвор барабана предназначен для регулирования продолжительности нахождения балансов в барабане.

Это достигается изменением степени открытия выходного отверстия барабана. Затвор (рис. 9) состоит из привода и рамы с направляющими, в которых перемещается щит затвора. Привод состоит из электродвигателя, редуктора и пары винт-гайка. В некоторых конструкциях для привода щита используют пневмоцилиндр.

Рисунок 9. Затвор барабана:

- рама затвора; 2 - щит затвора; 3 - привод затвора

Это достигается изменением степени открытия выходного отверстия барабана. Затвор (рис. 9) состоит из привода и рамы с направляющими, в которых перемещается щит затвора. Привод состоит из

электродвигателя, редуктора и пары винт-гайка. В некоторых конструкциях для привода щита используют пневмоцилиндр.

Паровой коллектор и колпак. В барабанах, предназначенных для сухой окорки, на передней стенке первой по ходу балансов секции устанавливается паровой коллектор для подачи пара в барабан (рис. 10). Паровой коллектор состоит из подводящего патрубка и шести сопл. Подводящий патрубок и каждое сопло снабжены запорной арматурой, позволяющей регулировать расход пара.

Колпак (рис. 10) устанавливается на стыке двух секций и служит для отвода излишнего пара в систему цеховой вентиляции. Колпак представляет собой обечайку, состоящую из четырех частей с уплотнениями по торцам, снабженную двумя раструбами для отвода пара и десятью люками, обеспечивающими доступ к стыку секций.

Рисунок 10. Коллектор паровой и колпак для отвода пара:

патрубок; 2 - сопло; 3 - вентиль; 4 - отводящий раструб; 5 - обечайка;

- уплотнение а - коллектор; б - колпак; 1 - подводящий

Процесс сухой окорки

В барабанах непрерывного действия сухой окорки древесины с применением пара перемещение балансов происходит от входного отверстия к выходному. Движение балансов вдоль продольной оси обеспечивается разностью уровней заполнения на входе и выходе барабана, что создает наклон плоскости оборудования к оси барабана под углом. Так как оборудование определяет процесс окорки в целом, то количество обрушений, общая линия и продолжительность обрушения определяет степень окорки древесины. В барабане происходит обрушение не отдельного бревна, а многих бревен, образующих в поперечном сечении барабана клин обрушения.

Горизонтально расположенный корообдирочный барабан обычно заполняют короткомерной древесиной на 30-80% его объема, называемого сегментом заполнения. При вращении барабана сегмент поворачивается на угол динамического откоса β и бревна, находящиеся на поверхности сегмента, обрушивается. Так как в барабанах непрерывного действия происходит постоянная загрузка и выгрузка бревен, то плоскость, которую образуют обрушивающиеся бревна, наклонена относительно продольной оси барабана на угол γ, а при каждом обрушении бревна продвигаются вдоль оси барабана на некоторую величину.

Для обеспечения условий сухой окорки необходимо установить режим загрузки барабана и скорости его вращения, обеспечивающее сохранение сегмента заполнения и максимум трения между бревнами в единицу времени.

Продолжительность пребывания бревен в барабане непрерывного действия зависит главным образом от размеров барабана (диаметр, длина), скорости его вращения, степени заполнения, состояния поверхности бревен и их размеров. Для снятия коры с древесины березы и лиственницы требуется наибольшие удельное давление25-30 кгс/см2, возникающие в зоне контакта бревен. Окорка древесины в большинстве случаев происходит при угле встречи бревен 45-90 и влажности коры 42-50%.

Качество сухой окорки древесины зависит от большого количества факторов - породы древесины, время рубки (сезон), состояние коры на древесине, влажности коры, продолжительности пребывания баланса в барабане, технологии окорки и конструктивных особенностей барабана. Так как содержание коры в древесине лиственных пород в 1,5-2 раза больше, чем у ели, то породы необходимо окаривать до более высокой степени.

Кора после сухой окорки обычно не требует измельчения при подготовке ее к сжиганию, при этом находящиеся в коре отщепы древесины необходимо измельчить. Количество отходов древесины зависит от продолжительности пребывания бревен в барабане и резко увеличивается при достижении степени окорки 60-70% и выше. Кроме того, потери древесины зависят от степени заполнения барабана, потери возрастают при уменьшении степени заполнения ниже оптимальной. Конструкция барабана тоже оказывает влияние на потери древесины. Отходы при сухой окорке древесины пригодны для утилизации в качестве топлива, производства удобрений, плит.

Так при сухой окорки в барабан подается пар через сопла, то он должен иметь высокую прочность, чтобы барабан мог выдерживать усилия, требующиеся для сухой окорки, достаточную площадь отверстий-1,7 м2 на 1 м длины барабана, для удаления коры т.к. отделившаяся кора пока она не выйдет из барабана, вращается между балансами, поглощая большую часть энергии ударов, что замедляет процесс окорки. Поэтому при сухой окорки необходимо увеличить площадь отверстий в корпусе, чтобы не снижать производительность барабана.

Для пропарки баланса в закрытую секцию барабана подается пар под давлением от 0,6 МПа. Часть не сконденсировавшегося пара из барабана удаляется в атмосферу через вытяжные шахты. Расход пара на окорку 1 пл. м3 древесины 20-25 кг. Из открытой секции барабана кора, имеющая влажность около 40% удаляется на транспортер, который подает ее и отходы на корорубку. Пройдя барабан, окоренный баланс поступает на транспортер, а затем на рольганг, где он обмывается водой или обдувается воздухом.

Основными преимуществами сухой окорки являются: уменьшение расхода воды. На окорку в 10 раз меньше (при обмыве) или полная ликвидация потребления воды (при обдуве), позволяющая получить после окорки сухую кору (сухость 60%); отпадает надобность применения коротжимных прессов; сокращение в потребности оборудования; снижение эксплуатационных расходов.

Расчет кордообдирочного барабана

Рассчитать корообдирочный барабан для окорки коротья производительностью 150пл.м3/час, с переменной частотой вращения 6-9 об/мин порода древесины-хвойная

Расчет основных конструктивных размеров.

1.  Определение допустимого содержания коры в щепе.

По табл. 1 [1] находим Кк=1,5%.

2. 
Определение необходимой степени окорки древесины.

У=(100*(Кн-Кк))/Кн, %,

где Кн-объем коры на древесине в % от объема ствола до окорки;

Кк-содержание коры в объеме щепы, %;

По табл. 2 [1] объем коры на древесине примем Кн=14%,

У=(100*(14-1,5))/14=89 %.

. Определяем диаметр корообдирочного барабана.

D=√Q/(600*К*К1*К2*sin³α*υ*sinγ*ctgβ), м,

где υ-окружная скорость барабана. Принимаем υ=1,5 м/с;

Q-производительность барабана, Q=150 пл.м3/час;

К-коэффициент укладки баланса, К=0,4 [1];

К1-коэффициент влияния размеров и конструкции барабана на продолжительность пребывания древесины в барабане, К1=1[1];

К2-коэффициент учитывающий возврат балансов на доокорку,

К2=1[1];

α-половина центрального угла сегмента на заполнение, α=90º;

γ-угол наклона поверхности обрушения в продольной плоскости сечения барабана. Принимаем γ=1º;

β-угол динамического обрушения, β=45º.

Схема углов.

D=√150/(600*0,4*1*1*1,5*sin³90*sin1*ctg45)=3,316, м.

Принимаем стандартное значение диаметра в сторону увеличения D=3,85 м.

4. Определяем осредненную скорость перемещения балансов вдоль оси барабана.

W=Q/(60*К*К1*F), м/мин,

где F-площадь сегмента заполнения,

F=0,5*R²*(2α-sin2α), м2.

где R-радиус барабана, R=1,925 м.

F=0,5*1,925²*(2π/2-sin2π/2)=5,82 м2.

W=150/(60*0,4*1*5,82)=1,07 м/мин.

5.      Определение угла γ.

γ=arcsin[(W*(2α-sin2α))/(80*К1*sin³α*υ*ctgβ)], град.

γ=arcsin[(1,07*(2π/2-sin2π/2))/(80*1*1*1,5*1)]=0,84 град.

Из полученных значений видно, что скорость продольного перемещения балансов в барабане обеспечивается углом γ=1,5 град.

6.      Определение длины.

L=Q/(Qo*Kw*Kl*Ks*Kн), м,

где Qo-удельная базовая производительность, Qo=2,5м3/час;

Kw-коэффициент учитывающий состояние древесины, температуру влажность и влажность, Kw=1,1[1];

Kl-коэффициент учитывающий размеры древесины, Кl=0,86[1];

Ks-коэффициент учитывающий породу и степень окорки, Ks=1,2[1];

Кн-коэффициент учитывающий частоту вращения барабана;

Кн=Ψ/Ψо,

где Ψ-относительная частота вращения барабана;

Ψ=n/nкр,

nф-фактическая частота вращения барабана;

nф=φ* nкр, об/мин,

φ-коэфициент учитывающий длину баланса, для коротья φ=0,3…0,4, для длинника φ=0,45…0,65. Принимаем φ=0,4

nкр-критическая частота вращения барабана;

nкр=π/30*(√q/R), об/мин,

R-радиус борабана, R=1,925 м;

q-скорость свободного падения, q=9,81 м/с.

nкр=3,14/30*(√9,81/1,925)=0,24 об/сек.=14,4 об/мин.

nф=0,4*14,16=6 об/мин.

Ψ=6/14,4=0,4

Ψо-базовая относительная частота вращения барабана , Ψо=0,3.

Кн=0,4/0,3=1,3.

L=150/(2.5*1.1*0.86*1.2*1.3)=23 м.

Принимаем стандартную длину L=25 м.

Принимаем корообдирочный барабан сухой окорки марки КБС-425 и две секции открытую и глухую длинной по 12,5 м.

. Определяем число оборотов барабана.

nб=60*υ/π*D, об/мин,

nб=60*1,5/3,14*3,85=7,44 об/мин.

В соответствии со стандартным принимаем nб=9 об/мин.

Расчет мощности привода барабана.

1.      Определение веса балансов.

Pдр=F*Lс*γд*К, Н,

где К-коэффициент полнодревесности, К=0,4[1];

Lс-длина одной секции барабана, Lс=12,5;

γд-объемный вес древесины, γд=7840 Н/м2[1];

F-площадь поперечного сечения барабана заполняемая древесиной;

Нагрузка от древесины открытой секции:

Рдр.отк.=5,82*12,5*7840*0,4=228144 Н.

Нагрузка от древесины глухой секции:

Рдр.гл.=5,82*12,5*7840*0,4=228144 Н.

. Определение веса металлоконструкции.

Рме=1,7*Роб, Н,

где Роб-вес обечайки,

Роб=π*D*δо*Lс*γо, Н,

где γо-удельный вес металла обечайки, γо=76440 Н/м3[1];

δо-толщина стенки обечайки,

δо=(0,007-0,011)*D, м,

δо=(0,007-0,011)*3,85=0,0269-0,0423 м.

Принимаем δо=0,03 м.

Роб=3,14*3,85*0,03*12,5*76440=346531 Н.

-        Вес металлоконструкции глухой секции:

Рме.гл.=1,7*346531=589102,7 Н.

-        Вес металлоконструкции открытой секции:

Рме.отк.=1,0*Рме.гл,

Рме.отк.=1,0*589102,7=589102,7 Н.

. Полная нагрузка на барабан.

Р∑=Рдр+Рме, Н,

-        Полная нагрузка открытой секции:

Р∑отк=228144+589102,7=817246,7 Н.

-        Полная нагрузка глухой секции:

Р∑гл=228144+589102,7=817246,7 Н.

-       
Момент сопротивления от древесины.

Мдр=Рдр*а, Н*м,

где а=r*sinβ,

где r-расстояние от оси вращения до центра тяжести,

r=4/3*R*(sin³α/(2α-sin2α)), м,

где α-центральный угол заполнения сечения балансом, α=90º;

r=4/3*1,925(sin³90/(2π/2-sin2π/2))=0,8315 м;

β-угол динамического обрушения, β=45º.

А=0,8315*sin45=0,5879 м.

-        Момент сопротивления от древесины в открытой секции:

Мдр.отк=228144*0,5879=134139 Н*м.

-        Момент сопротивления от древесины в глухой секции:

Мдр.гл=228144*0,5879=134139 Н*м.

-        Момент трения.

Мтр.=(Р∑/сosαр)*f*(Dб/2), Н*м,

где f-коэффициент трения,

f=(μ*dк+2*К)/dр,

где К-коэффициент трения качения, К=0,001-0,0005. Принимаем К=0,001;

μ-коэффициент трения в подшипниках качения, μ=0,01-0,02.

Принимаем μ=0,02;

dк-диаметр подшипника качения. Принимаем dр=300 мм;

dр-диаметр опорного ролика,

dр=(0,2-0,3)*3,85=0,77-1,155 м.

Принимаем dр=1,0 м;

f=(0,02*0,3+2*0,001)/1=0,008. Dб-диаметр бандажа,

Dб=1,1*D, м,

Dб=1,1*3,85=4,235 м;

αр-угол установки роликов, αр=30º-35º. Принимаем αр=35º;

-        Момент трения открытой секции:

Мтр.отк=(817246,7/cos35)*0,008*(4,235/2)=17259,7 Н*м.

-     Момент трения глухой секции:

Мтр.гл=(817246,7/cos35)*0,008*(4,325/2)=17259,7 Н*м.

-    
Определяем суммарный момент.

М∑=(Мдр+Мтр)*ξ, Н*м,

где ξ-коэффициент дополнительного сопротивления при загрузки и  выгрузки балансов, ξ=1,05.

-     Суммарный момент открытой секции:

М∑отк=(134139+17259,7)*1,05=158968 Н*м.

-        Суммарный момент глухой секции:

М∑гл=(134139+17259,7)*1,05=158968 Н*м.

-     Мощность привода.

N=(М∑*ω)/η, кВт,

где ω-угловая скорость барабана,

ω=(π*n)/30, 1/с,

ω=(3,14*9)/30=0,943 1/с;

η-КПД привода, η=0,8.

-     Мощность привода открытой секции:

Nотк=(158968*0,943)/0,8=187383,5 Вт=187 кВт.

-   Мощность привода глухой секции:

Nгл=(158968*0,943)/0,8=187383,5 Вт=187кВТ.

По полученной мощности для привода выбираем асинхронный электродвигатель 4АН315S4У3, мощностью 200 кВт с частотой вращения 1475 об/мин и КПД электродвигателя ηэ=0,94[2].

Расчет бандажа и роликов на контактную прочность.

-        Ширина бандажа .

В=Т/р, м,

где р- удельная нагрузка между бандажом и роликом. Величена удельной нагрузки для барабанов, вращающихся со скоростями больше 3 об/мин принимается равной 1*10 Н/м;

Т- опорная реакция;

Т=(Р∑/z*cosαр)*μ*λ, Н,

где z- число опор барабана, z=4;

αр- угол установки роликов, αр=30º-35º [1];

μ- коэффициент неравномерности перемещения балансов, μ=1,25-1,3 [1];

λ- коэффициент динамических ударов, λ=1,3-1,6 [1];

Р∑ - суммарная нагрузка на барабан, Р∑=817246,7 Н;

Т=(817246,7/4*cos35)*1.3*1.3=421517.3 Н.

В=421517,3/1000000=0,4215 м.

Принимаем В=0,45 м.

-        Ширина ролика.

В=(1,2…1,4)*В, м,

в=(1,2…1,4)*0,45=0,54…0,63 м.

Принимаем в=0,6 м.

-        Проверка на контактную прочность.

Ро=0,418*√Т*Е*((R1+r)/(r*R1))<=1,67[σ],

где Е- модуль упругости 1-го рода , принимается равный для материала катка и барабана, для стали Е=2,2*10 Н/м2 [1];

R1,r- соответственно радиусы бандажа и ролика, определяются по  эмпирическим формулам.

Диаметр бандажа

Dб=1,1*D, м,

Dб=1,1*3,85=4,235 м;

Диаметр ролика

dр=(0,2-0,3)*D, м,

dр=(0,2-0,3)*3,85=0,77-1,155 м.

Принимаем dр=1,0 м;

[σ]- эта величина принимается по следующей норме: 4*10 Н/м для Ст.4,

*10 Н/м для Ст.5 и 6*10 Н/м для Ст.6;

Ро=0,418*√2,2*10*421517,3*((2,1+0,5)/(0,5*2,1))<=200302951,4 Н/м2.

Ро=200302951,5<=1,67*5*10 Н/м2.

Ро=200302951,4<=835000000 Н/м2.

Расчет открытой зубчатой передачи.

-        Общее передаточное число привода.

Uобщ=nэл/nб,

где nэл-частота вращения электродвигателя;

n-частота вращения барабана;

Uобщ=1500/9=166,66.

Выбираем горизонтальный цилиндрический двухступенчатый редуктор типа РЦД - 1150 по ГОСТ 20758-75, у которого межосевое расстояние 1150, передаточное число Uр=28 и КПД редуктора ηр=0,97.

-     Частота вращения приводной шестерни барабана.

Nш=nэл/Uр, об/мин,

nш=1475/28=53 об/мин.

-   Предварительное передаточное число открытой зубчатой передачи.

U’з.п.=nш/nб,

U’з.п.=53/9=5,88.

-   Назначаем материал и термообработку шестерни и зубчатого венца.

Для шестерни принимаем материал Сталь 40Х по ГОСТ 1050 - 88, термообработка - закалка и отпуск (улучшение). Твердость после термообработки НВ500, структура - мартенсит отпуска.

Для зубчатого венца принимаем Сталь 40Х по ГОСТ 1050 - 88, термообработка - закалка и отпуск (улучшение). Твердость после термообработке НВ500, структура - мартенсит отпуска.

-   Модуль открытой зубчатой передачи.

Принимаем значение модуля из стандартного ряда по СТ СЭВ 310 - 76 m=22 мм равного модулю действительного зубчатого венца.

-     Число зубьев венца.

Принимаем Z2=216.

-     Число зубьев шестерни.

Z1= Z2/U’з.п.,

Z1=216/5,88=36,7.

Принимаем Z1=40

-     Уточняем передаточное число открытой зубчатой передачи.

Uз.п= Z2/ Z1,

Uз.п=216/40=5,4.

Принимаем стандартное передаточное число открытой зубчатой передачи из стандартного ряда по ГОСТ 2185 - 66 Uз.п=5,5.

-   Делительный диаметр шестерни.

d1=m* Z1, мм,

d1=22*40=880 мм.

-     Делительный диаметр зубчатого венца.

d2=m* Z2, мм,

d2=22*216=4752 мм.

-     Диаметр окружности вершин зубьев шестерни.

dа1= d1+2* m, мм,

dа1=880+2*22=924 мм.

-     Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого венца.

dа2= d2+2* m, мм,

dа2=4752+2*22=4796 мм.

-     Диаметр окружности впадин зубьев шестерни.

df1=d1-2.5* m, мм,

df1=880-2.5*22=825 мм.

-     Диаметр окружности впадин зубьев зубчатого венца.

df2=d2-2.5* m, мм,

df2=4752-2,5*22=4697 мм.

-     Ширина зубчатого венца.

b2= Ψbd*d1, мм,

где Ψbd-коэфициент ширины зубчатого венца. Принимаем Ψbd=0,5 [2].

=0,5*880=440 мм.

-     Ширина зубчатого венца шестерни.

b1= b2+(2…5) мм,

b1=440+5=445 мм.

Межосевое расстояние.

aw=( d1+ d2)/2, мм,

aw=(880+4752)/2=2816 мм.

-     Угловая скорость шестерни (зубчатого венца).

ω1=(π*nш)/30, 1/сек,

ω1=(3,14*53)/30=5,5 1/сек.

-     Окружная скорость шестерни и зубчатого венца.

υ1= ω1*( d1/2)*10ˉ³ , м/с,

υ1=5,5*(880/2)* 10ˉ³=2,42 м/с.

Принимаем 9 степень точности [2].

-     Мощность на валу шестерни.

Nш=Nэл*ηр*10³, Вт,

Nш=200*0,97*10³=194000 Вт.

-     Крутящий момент на валу шестерни.

Т1= Nш/ ω1, Н*м,

Т1=194000/5,5=35273 Н*м.

-     Окружная сила шестерни (венца).

Ft1= Ft2=((2* Т1)/ d1)*10³, Н,

Ft1= Ft2=((2*35273)/880)*10³=80166 Н.

-     Радиальная сила шестерни (венца).

Fr1= Fr2= Ft*tgαw/cosβ, Н,

где αw=20˚-угол зацепления;

β-угол наклона зубьев. Для прямозубой передачи β=0º;

Fr1= Fr2=80166*tg20/cos0=29178 Н.

-      Осевая сила шестерни (венца).

Fа1= Fа2=Ft*tgβ, Н,

Fа1= Fа2=80166*tg0=0 Н.

Определение допускаемых напряжений

Условие эксплуатации: передача нереверсивная, режим работ передачи непрерывный (стационарный). Срок службы tр= 50*10³ часов. [2].

-     Предел выносливости зубьев при контактном нагружении для шестерни

σнlimb1=2*НВ1+70, МПа,

σнlimb1=2*500+70=1070 МПа.

для зубчатого венца

σнlimb2=2*НВ2+70, МПа,

σнlimb2=2*500+70=1070 МПа.

Коэффициент запаса прочности для зубчатых колес с однородной структурой.

Sн=1,1.

-     Базовое число циклов нагружения для шестерни

Nно1=30*НВ1²,

Nно1=30*500² =90*10.

для зубчатого венца

Nно2=30*НВ2²,

Nно2=30*500² =90*10.

-     Число циклов нагружения для шестерни

N1=60*nш*tр,

N1=60*53*50*10³=159000*10³.

для зубчатого венца

N2=60*nб*tр, 2=60*9*50*10³=27000*10³.

-     Коэффициент долговечности для шестерни

КHL1=√( Nно1/ N1),

КHL1=√(90*10/159*10)=0,91.

Принимаем КHL1=1.

для зубчатого венца

КHL2=√( Nно2/ N1),

КHL2=√(90*10/27*10)=1,22

Принимаем КHL2=1,22.

-     Допустимые напряжения при расчете зубьев на контактную усталостную прочность для шестерни

[σн]1=( σнlimb1/Sн)* КHL1, МПа,

[σн]1=(1070/1,1)*1=973 МПа.

для зубчатого венца

[σн]2=( σнlimb2/Sн)* КHL2, МПа,

[σн]2=(1070/1,1)*1,22=1187 МПа.

Для прямозубой передачи допускаемое контактное напряжение принимаем меньшее [σн]min=973 МПа.

-     Предел выносливости зубьев при изгибном нагружении для шестерни

σFlimb1=1.75*НВ1, МПа,

σFlimb1=1.75*500=875 МПа.

для зубчатого венца

σFlimb2=1.75*НВ2, МПа,

σFlimb2=1.75*500=875 МПа.

-     Коэффициент безопасности.

SF=1,4…1,7,

Принимаем SF=1,5.

-   Коэффициент реверсивности.

При нереверсивной передачи КFC=1,0.

-   Базовое число циклов нагружения.

NFо1=4*10.

-     Число циклов нагружения для шестерни

N1=60*nш*tр,

N1=60*53*50*10³=159000*10³.

для зубчатого венца

N2=60*nб*tр, 2=60*9*50*10³=27000*10³.

-     Коэффициент долговечности для шестерни

КFL1=√( NFо1/ N1),

КFL1=√(4*10/90*10 )=0,6.

Принимаем КFL1=1,0.

для зубчатого венца

КFL2=√( NFо2/ N1),

КFL2=√(4*10/27*10 )=0,73.

Принимаем КFL2=1,0.

-     Допустимое напряжение при расчете5 зубьев усталостную изгибную прочность для шестерни

[σF]1=( σFlimb1/SF)* КFL1* КFC, МПа,

[σF]1=(875/1,5)*1,0*1,0=583 МПа.

для зубчатого венца

[σF]2=( σFlimb2/SF)* КFL2* КFC, МПа,

[σF]2=(875/1,5)*1,0*1,0=583 МПа.

-     Контактные напряжения (проверочный расчет).

σн=К’a*√(Ft*(Uз.п.+1)/(d1*b2*Uз.п.))*Кнα*Кнβ*Кнυ, МПа,

где К’a-коэффициент; для прямозубой передачи К’a=436 [2];

Кнυ- коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости зубчатых колес и степени точности передачи, Кнυ=1,15[2].

Кнα- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями; для прямозубых передач Кнα=1,0 [2];

Кнβ- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузка по длине зуба, Кнβ=1,03 [2];

σн=436*√(80166*(5,5+1)/(880*440*5,5))*1,15*1,0*1,03=235 МПа.

Т.к. σн<[σн]min, то условие прочности выполняется.

-     Напряжения изгиба (проверочный расчет).

для шестерни

σF1=(Ft/b2*m)*Υβ*ΥF1*KFα*KFβ*KFυ, МПа,

для зубчатого венца

σF2=(Ft/b2*m)*Υβ*ΥF2*KFα* KFβ*KFυ, МПа,

где Υβ- коэффициент, учитывающий наклон зубьев; для прямозубых зубчатых колес Υβ=1,0 [2];

ΥF- коэффициент формы зуба, определяется для зубьев шестерни  колеса по табл. 1.6 [2] в зависимости от эквивалентного числа зубьев шестерни Zν1=Z1/cos³β и зубчатого венца Zν2=Z2/cos³β, ΥF1=3,70 и

ΥF2=3,61;

KFα- коэффициент учитывающий неравномерность распределения  нагрузки между зубьями, для прямозубых колес KFα=1,0 [2];

KFβ- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба KFβ=1,03 [2];

KFυ- коэффициент динамической нагрузки KFυ=1,33; для шестерни

σF1=(80166/440*22)*1,0*3,70*1,0*1,03*1,33=42 МПа.

для зубчатого венца

σF2=(80166/440*22)*1,0*3,61*1,0*1,03*1,33=41 МПа.

Т.к. σF1 и σF2 < [σF]1 и [σF]2 , то условие прочности выполняется.

Конструирование цилиндрического зубчатого колеса.

Зубчатые колеса состоят из обода с зубьями; ступицы, которая насаживается на вал; диска, соединяющего обод со ступицей.

Определяем основные размеры цилиндрической зубчатой шестерни и зубчатого венца..

Обод.

-     Диаметр окружности вершин зубьев.

da=d+2*m, мм,

для шестерни

dа1= d1+2* m, мм,

dа1=880+2*22=924 мм.

для зубчатого венца

dа2= d2+2* m, мм,

dа2=4752+2*22=4796 мм.

-   Толщина обода.

S=(2,5…4,0)*m, мм,

для шестерни

S1=(2,5…4,0)*22=55…88 мм.

для зубчатого венца

S2=(2,5…4,0)*22=55…88 мм.

Принимаем S1=60 мм. и S2=60 мм.

-     Внутренний диаметр зубчатого венца.

dвн=df-2*S, мм,

для шестерни

dвн1=825-2*60=705 мм.

для зубчатого венца

dвн2=4607-2*60=4487 мм.

Диск.

-     Толщина для диска шестерни.

С=0,2*b1, мм,

С=0,2*445=89 мм.

-     Диаметр центровой окружности для шестерни.

dц1=( dвн1+dст1)/2, мм,

dц1=(705+)/2=

-     Диаметр отверстий.

do>=25 мм.

Число отверстий.

n=4 или n=6.

Cтупица.

-   Внутренний диаметр ступицы шестерни равен соответствующему диаметру вала dв, который ориентировочно определяется по формуле.

dв1=³√Т*10³/(0,2[τкр]), мм,

где Т- передаваемый валом вращающий момент шестерни, Н*м;

[τкр]- допускаемые напряжения на кручения, [τкр]=20…30 МПа.

dв1=³√35273*10³/(0.2*20)=210 мм

-     Наружный диаметр ступицы при изготовлении шестерни.

dст1=1,6* dв1, мм,

dст1=1,6*210=336 мм.

-     Длина ступицы шестерни.

Lст1=(1,0…1,5) * dв1, мм,

Lст1=(1,0…1,5) *336=336…504 мм.

Принимаем Lст1=445 мм.

Расчет оси ролика

-        Принимаем материал оси Сталь 45, предел прочности σв=520 МПа.

Предел выносливости на изгиб.

σ-1=(0,43…0,45)* σв, МПа,

σ-1=(0,40…0,45)*520=208…234 МПа.

Принимаем σ-1=210 МПа.

-        Допускаемое напряжение на изгиб.

[σи]= σ-1/([n]*Kσ), МПа,

где [n]- требуемый коэффициент запаса прочности, [n]=1,5…2,5;

Kσ- коэффициент концентрации напряжений, Kσ=2,0…3,0;

[σи]=210/(1,5*2,0)=70 МПа.

-        Допускаемое напряжение на кручение.

[τкр]=0,5*[σи], МПа,

[τкр]=0,5*70=35 МПа.

-        Вертикальная плоскость: Определяем силу действующая на ролик в вертикальной плоскости и определяем реакции опор:

Тв=Т*sinαр, Н,

где Т- опорная реакция, Т=421517,3 Н;

αр- угол установки роликов, αр=30º-35º [1];

Тв=421517,3*sin35=241772,4 Н.

RA= RВ= Тв/2=241772,4/2=120886,2 Н.

Проверка:

∑у=0; RА- Тв+ RВ=120886,2-241772,4+120886,2=0.

-        Строим эпюру изгибающих моментов Ми от сил, действующих в вертикальной плоскости:

Ми1=Ми3=0.

Ми2= RВ*l/2=120886,2*1,150/2=69509,5 Н*м.

-        Горизонтальная плоскость: Определяем силу действующая на ролик в горизонтальной плоскости и определяем реакции опор:

Тг=Т*cosαр, Н,

где Т- опорная реакция, Т=421517,3 Н;

αр- угол установки роликов, αр=30º-35º [1];

Тг=421517,3*cos35=345286,7 Н.

RA= RВ= Тг/2=345286,7/2=172643,35 Н.

Проверка:

∑x=0; RА- Тг+ RВ=172643,35-345286,7+172643,35=0.

-        Строим эпюру изгибающих моментов Ми от сил , действующих в горизонтальной плоскости:

Ми1=Ми3=0.

Ми2сл=l/2* RА=1,150/2*172643,35=99269,9 Н*м;

Ми2сп=l/2* RВ=1,150/2*172643,35=99269,9 Н*м.

Проверка: Ми2сл- Ми2сп= 0

Ми2сл- Ми2сп=99269,9-99269,9=0;

-        Суммарные реакции опор:

RА=√( RА)²+( RА)²= √( 172643,35)²+(120886,2 )²=210758,6 Н;

RВ=√( RВ)²+( RВ)²= √( 172643,35)²+( 120886,2)²=210758,6 Н.

-        Строим эпюру суммарных изгибающих моментов:

Ми2сл=√( Ми2)²+( Ми2сл)²= √( 69509,5)²+( 99269,9)²=121186 Н*м;

Ми2сп=√( Ми2)²+( Ми2сп)² = √( 69509,5)²+( 99269,9)²=121186 Н*м.

-        Строим эпюру крутящих моментов:

Мкр1=0;

Мкр2сл= Мкр2сп =35251 Н*м.

-        Строим эпюру эквивалентных моментов:

Мэкв1=0;

Мэкв3= Мкр3= 35251 Н*м;

Мэкв2сл=√( Ми2сл)²+( Мкр2сл)²= √( 121186)²+( 35251 )²=126208 Н*м;

Мэкв2сп=√( Ми2сп)²+( Мкр2сп)²= √( 121186)²+( 35251 )²=126208 Н*м.

-        Определяем диаметры вала в сечениях:

d=³√ Мэкв/0,1*[σи], мм,

d2=³√ 126208*10³/0,1*70= 262 мм.

d3=³√ 35251*10³/0,1*70= 172 мм.

С учетом удобства посадок ролика, подшипников и необходимости фиксации этих деталей на валу в осевом направлении, а также принимая, что в точках 1 и 2 вала устанавливаются одинаковые роликовые подшипники, принимаем: d2=280 мм; d1=d3=200 мм;

Выбор и расчет подшипника на долговечность

Принимаем по ГОСТ 24696 - 81 подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные без втулок серии 3640 по диаметру цапфы [10].

Габаритные размеры:

-     Внутренний диаметр подшипника d=200 мм;

-        Ширина подшипника В=138 мм;

         Наружный диаметр подшипника D=420 мм.

1.   Эквивалентная динамическая нагрузка.

Р=(x*v*Fr+y*Fa)*Кб*Кт, Н

где x-коэффициент радиальной нагрузки, x=1 [10];

v-коэффициент вращения, v=1,0 т.к. вращается внутреннее кольцо подшипника [10];

Кб-коэффициент безопасности, Кб=1,2 т.к. нагрузка с толчками и eдарами [10];

Кт-температурный коэффициент, Кт=1[10];

Fr-максимальная реакция опор, Fr=210758,6 Н;

Р=(1*1*210758,6+1,876*0)*1,2*1=252910,32 Н.

Долговечность подшипника.

Lh=(10/(60*n))*(Cдин/Р), часах,

где n-частота вращения кольца подшипника, n=nш=53 об/мин;

Сдин-динамическая грузоподъемность, Сдин=1300000 Н;

р- показатель степени, для роликовых подшипников р=10/3;

Lh=(10/(60*53))*(1300000/252910,32)=73704 часов.

[Lh]=50000 часов.

Расчет вала шестерни

-        Принимаем материал оси Сталь 45, предел прочности σв=520 МПа.

-        Предел выносливости на изгиб.

σ-1=(0,43…0,45)* σв, МПа,

σ-1=(0,40…0,45)*520=208…234 МПа.

Принимаем σ-1=210 МПа.

-        Допускаемое напряжение на изгиб.

[σи]= σ-1/([n]*Kσ), МПа,

где [n]- требуемый коэффициент запаса прочности, [n]=1,5…2,5;

Kσ- коэффициент концентрации напряжений, Kσ=2,0…3,0;

[σи]=210/(1,5*2,0)=70 МПа.

-       
Допускаемое напряжение на кручение.

[τкр]=0,5*[σи], МПа,

[τкр]=0,5*70=35 МПа.

-        Вертикальная плоскость. Определение реакции опор:

RА=RВ=Ft1/2=80166/2=40083 Н.

Проверка:

∑у=0; RА- Ft1+ RВ=40083-80166+40083=0.

-        Строим эпюру изгибающих моментов Ми от сил, действующих в вертикальной плоскости:

Ми1=Ми3=0.

Ми2= RВ*l/2=40083*0.505/2=10121 Н*м.

-        Горизонтальная плоскость. Определяем реакции опор:

∑МА=0; RВ*l-Fr1*l/2;

RВ= (Fr1*l/2)/l=(29178*0.505/2)/0.505=14589 H.

∑МB=0; - RА*l+ Fr1*l/2;

RА=(Fr1*l/2)/l=(29178*0.505/2)/0.505=14589 H.

Проверка: ∑x=0; RА- Fr1+ RВ=14589-29178+14589=0.

-        Строим эпюру изгибающих моментов Ми от сил, действующих в горизонтальной плоскости:

Ми1=Ми3=0.

Ми2сл=l/2* RА=0.505/2*14589=3684 Н*м;

Ми2сп=l/2* RВ=0.505/2*14589=3684 Н*м.

Проверка: Ми2сл- Ми2сп= Fa1*d1/2;

Ми2сл- Ми2сп=3684-3684=0;

Fa1*d1/2=0*0,88/2=0.

-        Суммарные реакции опор:

RА=√( RА)²+( RА)²= √( 40083)²+( 14589)²=15129,5 Н;

RВ=√( RВ)²+( RВ)²= √( 40083)²+( 14589)²=15129,5 Н.

-        Строим эпюру суммарных изгибающих моментов:

Ми2сл=√( Ми2)²+( Ми2сл)²= √( 10121)²+( 3684)²=10770 Н*м;

Ми2сп=√( Ми2)²+( Ми2сп)² = √( 10121)²+( 3684)²=10770 Н*м.

-        Строим эпюру крутящих моментов:

Мкр1=0;

Мкр2сл= Мкр2сп= Ft1* d1/2=80166*0,88/2=35251 Н*м.

-        Строим эпюру эквивалентных моментов:

Мэкв1=0;

Мэкв3= Мкр3=35251 Н*м;

Мэкв2сл=√( Ми2сл)²+( Мкр2сл)²= √( 10770)²+( 35251)²=36859,5 Н*м;

Мэкв2сп=√( Ми2сп)²+( Мкр2сп)²= √( 10770)²+( 35251)²=36859,5 Н*м.

-        Определяем диаметры вала в сечениях:

d=³√ Мэкв/0,1*[σи], мм,

d2=³√36859,5*10³/0,1*70=174 мм.

d3=³√35251*10³/0,1*70=172 мм.

С учетом удобства посадок на вал подшипников, шестерни и муфты и необходимости фиксации этих деталей на валу в осевом направлении, а также принимая, что в точках 1 и 2 устанавливаются одинаковые роликовые подшипники, принимаем: d2= 200 мм; d1=d3=180 мм.

Выбор и расчет подшипника на долговечность.

Принимаем по ГОСТ 24696 - 81 подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные без втулок серии 3536 по диаметру цапфы вала [10].

Габаритные размеры:

-     Внутренний диаметр подшипника d=180 мм;

-        Ширина подшипника В=86 мм;

         Наружный диаметр подшипника D=320 мм.

2.      Эквивалентная динамическая нагрузка.

Р=(x*v*Fr+y*Fa)*Кб*Кт, Н

где x-коэффициент радиальной нагрузки, x=1 [10];

v-коэффициент вращения, v=1,0 т.к. вращается внутреннее кольцо подшипника [10];

y-коэффициент осевой нагрузки, y=2,370 [10];

Кб-коэффициент безопасности, Кб=1,2 т.к. нагрузка с толчками и  eдарами [10];

Кт-температурный коэффициент, Кт=1[10];

Fr-максимальная реакция опор, Fr=15129,5 Н;

Р=(1*1*15129,5+1,821*0)*1,2*1=18155,4 Н.

Долговечность подшипника.

Lh=(10/(60*n))*(Cдин/Р), часах,

где n-частота вращения кольца подшипника, n=nш=53 об/мин;

Сдин-динамическая грузоподъемность, Сдин=627000 Н;

р- показатель степени, для роликовых подшипников р=10/3;

Lh=(10/(60*53))*(627000/18155,4)= 4126534 часов.

[Lh]=50000 часов.

Вывод

Применение сухой окорки древесины непрерывного действия на целлюлозно-бумажном предприятии в России и за рубежом показывает несамненную эффективность этого способа по сравнению с мокрой окоркой.

Осуществление сухой окорки позволяет ликвидировать водоочистные сооружения и короотжимные участки, упростить обслуживание барабанов, сократить численность работающих, облегчить утилизацию коры и отходов древесины (сжигание), улучшить условия работы очистных сооружений предприятия и получить большой экономический эффект.

Наиболее целесообразно проводить сухую окорку с применением перегретого пара давление 3-6 кгс/см2 в количестве 0,6-1,2 т/ч на один барабан, что повышает качество окорки.

Сухую окорку необходимо осуществлять на предприятиях использующих древесину сухопутного и водной поставки типа КБ60 и КБС425.

Литература

1.     Гончаров В.Н., Гаузе А.А. Машины для окорки древесины. Учебное пособие. Ленинград-1978г.

2.      Прокофьев Г.Ф., Дундин Н.И. Зубчатые и червячные передачи. Учебное пособие. Архангельск: АГТУ 2002.

.        Гончаров В.Н., Гаузе А.А. Машины для окорки древесины. Учебное пособие. Ленинград-1988г.

.        Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.3 .Москва: Машиностроение 1982г.

.        Вьюков Б.Е. Малоотходная технология подготовки древесного сырья на целлюлозно-бумажных предприятиях. Москва: Лесн. пром.1987г.

.        Гончаров В.Н., Гаузе А.А. Оборудование для подготовки бумажной массы. Учебник для вузов. Москва: Экология 1992г.

.        Кулешов Л.Ф. Оборудование для подготовки бумажной массы. Методические указания к выполнению курсового проекта. Архангельск: АЛТИ 1985г.

.        Локштанов Б.М., Житков А.В., Трефилова Т.Ф. Сухая окорка древесины в барабанах на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. (Обзор). Москва 1976г.

.        Кондратьев Ю.Н., Туфанова Р.А. Оформление графической части курсовых и дипломных проектов. Методические указания. Архангельск: АЛТИ 1984г.

.        Старец И.С. Подшипники качения в оборудовании целлюлозно- бумажного производства. Москва: Лесн. пром. 1985г.

.        Справочник механика целлюлозно-бумажного предприятия/ Пожитков В.И. Москва: Лесн. пром. 1983г.