3. Конструкция и расчет деталей и узлов разрыхлительно-трепальных машин

Рабочие органы предназначены для разрыхления и очистки натуральных и химических волокон. Характер действия рабочих органов и специфика процессов в разрыхлительно-трепальных машинах определяют требования, которым должны удовлетворять эти органы. Рассмотрим эти требования.

При ударном воздействии рабочий орган не должен повреждать волокнистый материал. Гарнитура рабочих органов (ножи, колки, зубья, иглы), планки для крепления гарнитуры и крестовины для монтажа планок должны проектироваться таким образом, чтобы создаваемые ими токи воздуха были равномерными по всей ширине машины. Детали рабочих органов, воздействующие на волокнистый материал, интенсивно изнашиваются. Следует предусмотреть специальные меры для повышения износостойкости этих деталей.

Для уменьшения нагрузки на опоры и повышения виброустойчивости рабочие органы машин должны балансироваться.

Качество обработки поверхности элементов гарнитуры, контактирующих с волокнистым материалом, должно быть не ниже 7-го класса чистоты.

По способу воздействия на волокно рабочие органы можно условно разделить на механические, гидравлические и пневматические. Наибольшее распространение получил механический способ. Рабочие органы, действующие по этому способу, следующие: ножевой барабан, планочное и игольчатое трепала, колковый барабан и игольчатая решетка.

Диаметры рабочих органов. Важнейшим параметром механического рабочего органа разрыхления и трепания является его диаметр. На серийно выпускаемых разрыхлительно-трепальных машинах для переработки хлопка, химических волокон и угаров применяются рабочие органы шести диаметров от 200 до 610 мм.

В настоящее время при проектировании новых машин принят за основу ряд предпочтительных чисел R5 (250, 400, 630 мм) по ГОСТ 6636—69. Для машин, перерабатывающих химические волокна длиной 63 мм и более, не рекомендуется применять (без введения специальных устройств для предотвращения намотов) из указанных размеров диаметр 250 мм.

Рабочие органы проходят на заводе стендовые испытания. Угловая скорость стендовых испытаний на 20% превышает максимальную рабочую скорость. При расчете деталей рабочих органов на прочность при действии центробежных сил принимают обычно скорость стендовых испытаний.

3.1. Конструкция и расчет ножевого барабана

На вал (рис. 4) посажены диски 4 с приклепанными к ним ножами 5. Между соседними дисками установлены либо две штампованные распорные тарелки 8, либо чугунная распорка 9. Диски барабана и распорки соединяются тремя стяжками 7 с гайками и контргайками в один пакет. Шайбы 11 и резьбовые установочные кольца 10 (с правой и левой резьбой) предохраняют весь пакет от осевых перемещений относительно вала. Резьбовые кольца стопорятся винтами, под которые подкладываются свинцовые подкладки для предохранения резьбы вала от повреждений. Шпонка 6 передает крутящий момент от вала к дискам и стопорится на валу винтами. Вал ножевого барабана симметричен. После износа одной стороны ножей барабан поворачивают и ножи начинают работать второй стороной. Привод вала 2 осуществляется криноременным шкивом 1. Опорами вала 2 служат сферические двухрядные шарикоподшипники 12, которые установлены в корпусе 13 и зажаты с обоих сторон крышками 15 и 16.

Определение числа ножей и дисков. Ширина ножевого барабана определяется длиной рабочей части питающих цилиндров и превышает последнюю на 12—16 мм. Минимальное число ножей на барабане берется таким, чтобы при совмещении их в одной плоскости они представляли одну планку, соответствующую однобильному трепалу.

Ножи выполняются из полосовой стали толщиной 5—7 мм и шириной около 30 мм.

Пусть

(3.1.1)

где L_б – ширина барабана;

L_Ц – длина рабочей части питающих цилиндров.

При толщине ножа b минимальное число ножей на барабане

(3.1.2)

Принимая из конструктивных соображений число ножей на диске m, определим число дисков

(3.1.3)

Часто для увеличения степени трепания число ножей на машине (например, Т-16) и на диске удваивается, тогда за один оборот ножевого барабана волокно получит два удара. Для машины Т-16 при толщине ножа Ь = 7 мм и L_б = 1016 мм

(3.1.4)

Принимаем n_min = 144 ножа; примем удвоенное число ножей на машине n_раб = 2 n_min = 288.

Если принять число ножей на диске m = 24, то

(3.1.5)

Практически в производстве число ножей принимают равным 300, тогда ножевой барабан выполняется из 11 дисков по 24 ножа и двух крайних дисков по 18 ножей.

Рис. 4. Ножевой барабан машины Т-16:

1 – шкив; 2 – вал; 3 – винт; 4 – диск; 5 – нож; 6 – шпонка; 7 – стяжка; 8 – распорная тарелка; 9 – чугунная распорка; 10 – установочное кольцо; 11 – установочная шайба; 12 – шарикоподшипник; 13 – корпус подшипника; 14 – прокладка; 15, 16 - крышка

Расчет крепления ножей на прочность. Методика прочностных расчетов рабочих органов разрыхлительно-трепальных машин разработана недостаточно. Расчеты проводятся в основном на центробежные нагрузки, а технологические нагрузки в расчете не учитываются.

Заклепки, крепящие ножи к диску барабана, рассчитываются на срез от действия центробежной силы Р:

(3.1.6)

где m – масса ножа в кг;

 — расчетная угловая скорость вращения барабана (на 20% выше рабочей угловой скорости в 1/с);

r — расстояние от центра тяжести ножа до оси вращения барабана в м.

Расчетная угловая скорость определяется по формуле

(3.1.7)

где n_н.б. – частота вращения ножевого барабана.

Масса ножа определяется по формуле

(3.1.8)

где  - плотность материала (мягкая сталь);

V – объем ножа (определяется как суммарный объем усеченной пирамиды и параллелепипеда).

При двух заклепках d усилие, действующее на одну заклепку, тогда напряжение среза (3.1.9)