Текст книги "Большая энциклопедия техники"

Маховик

Маховик – вращающийся элемент какого-либо механизма, для которого характерно наличие добавочного момента инерции. Маховик предназначен для обеспечения уменьшения коэффициента неравномерности движения механизма. Маховик обычно выполняют в виде массивного сплошного диска или шкива с тяжелым ободом и спицами. Маховик в процессе работы всего механизма аккумулирует энергию при увеличении угловой скорости и отдает ее при уменьшении скорости. Маховики применяются в таких механизмах, как полуавтоматические пресс-ножницы для резки листовой полосовой стали, шахтный подъемник и др.

Если рассмотреть процесс движения маховика за один период установившегося движения t_ц и при этом пренебречь инерцией звеньев механизма (в котором установлен маховик), то получают уравнение движения механизма следующего вида:

(J_м ω²_max ) / 2 – (J_м ω²_min) / 2 = А

где J_M – момент инерции маховика; А изб – избыточная работа на участке между экстремальными значениями угловой скорости ω_max и ω_min .

Полагая далее:

J_м (ω_max – ω_min) × (ω_max + ω_min) / 2 = А_изб.

и с учетом того, что средняя скорость ω_с = (ω_max + ω_min), а отношение (ω_max – ω_min) / ω_c равно коэффициенту неравномерности движения механизма (какого-либо), получается J = А_изб/ (δ – ω²_c).

Если к механизму подключен двигатель (электрический или внутреннего сгорания) через передачу, то момент инерции маховика может быть уменьшен на величину J_Дi², где J_Д – момент инерции ротора двигателя, i – передаточное отношение – отношение угловых скоростей, ротора двигателя и маховика. J_м может быть пересчитан, если маховик установлен на валу передачи, не являющемся звеном приведения. В этом случае J³_M = J²_M(ω₂ / ω₃), где индекс 2 относится к звену, для которого проведен расчет, 3 – к звену, на котором установлен маховик.

Медогонка

Медогонка – устройство, выполненное по принципу действия сепаратора, представляет собой нержавеющую емкость, в которой помещают рамку с пчелиным сотом. Рамка с сотом, наполненным медом, закрепляется жестко (т. е. неподвижно) между двумя металлическими стержнями, которые изготовлены из нержавеющей стали. Стержни с рамкой (вместе с сотом) устанавливаются во вращающемся барабане (его также изготавливают из нержавеющей стали). Барабан приводится во вращение вручную или с помощью небольшого электродвигателя. При вращении рамки с сотом мед из него стекает в специальную емкость (емкость выполняется также из нержавеющей стали). Первые медогонки были полностью изготовлены из дерева. При этом использовалась в основном древесина липы, привод был только ручным.

Мельницы

Мельницы представляют собой механическое устройство для помола твердых веществ.

Для создания помола используются как мельницы без мелющего тела, так и мельницы, в конструкцию которых включены мелющие тела. Мелющими телами могут быть металлические, керамические и созданные из другого материала шары, стержни, скатанная кремневая галька и т. д.

Мельницы, имеющие свободные мелющие тела, следующие:

  1) тихоходные вращающиеся барабанные мельницы, к которым относятся шаровые, стержневые, галечные, применяются для грубого, среднего и тонкого помола;

  2) быстроходные мельницы, например вибрационные, центробежно-шаровые, планетарные, магнитные, бисерные, направлены на создание тонкого и сверхтонкого помола.

Барабанная шаровая мельница оснащается мелющими телами примерно на 35—40% от всего объема мельницы, изначальный материал помещается в межшаровое пространство, помол осуществляется при взаимодействии крупных частей и шаров и образуемого взаимного истирания частей материала. Состоит из корпуса, мелющих тел, футеровочных плит, привода. Достоинства: прекрасно себя показала при использовании в многотоннажных производствах, конструкция разработана достаточно просто. Недостатки: обладает значительной металлоемкостью, мелющие тела подвержены большому износу, создают при работе большой шум. Барабанные шаровые мельницы применяются для помола на производстве барита, фосфоритной муки. Мельницам этого типа присвоена степень измельчения 20—100.

Барабанная бесшаровая мельница, также называемая машиной самоизмельчения, включает в себя корпус, диафрагму, привод. Используется в производстве асбеста, для переработки горно-химического сырья. Разработана аналогично шаровым измельчителям, оснащается мелющими телами в виде крупных частей материала. Достоинство: в результате работы барабанной бесшаровой мельницы создаются высокочистые измельченные продукты. Недостатки: мельница достаточно большого размера, при помоле накапливаются фракции средних размеров, требующие дополнительного повторного измельчения. Степень измельчения барабанной бесшаровой мельницы составляет 180—300.

Центробежно-шаровая мельница состоит из следующих элементов: корпус; чаша; отбойная поверхность статора; отражательная решетка; воздушный сепаратор; привод; воздухопровод; вентилятор; шары; штуцеры, которые выполняют функцию подачи исходного твердого вещества и подачи воздуха. Мельницы этого типа применяются для помола талька, мела и т. д. В конструкцию мельницы включены шары, которые из вращающейся чаши отбрасываются при помощи центробежных сил, попадая на отбойную поверхность статора. Измельчение твердого вещества происходит в результате действия стесненного удара, затем происходит возвращение в чашу. Вентилятор образует поток воздуха, который уносит переработанный материал, при этом оставшиеся крупные части вещества и зерна, парированные соответствующей решеткой и сепаратором, вновь отправляются в чашу на повторное измельчение. Достоинства: достаточно высокая удельная производительность. Недостатки: высокий уровень износа элементов конструкции мельницы, создание шума в результате работы. Степень измельчения центробежно-шаровых мельниц соответствует 5—100.

Вибрационная шаровая мельница включает в себя корпус, дебалансы, электродвигатель. Используется для измельчения гидрокарбоната Na, сурика, охры, пигментов, кварца, графита. Мельницы такого типа загружаются до 80—90% от объема шарами, корпус устанавливается на пружинах. В результате действия вращающихся дебалансов корпус образует колебания, определяемые как частые круговые, при этом шарам сообщаются импульсы и они совершают движение по сложным траекториям, создавая усиленное измельчение и перемешивание твердых веществ, расположенных в межшаровом пространстве. Достоинства: в результате работы вибрационной мельницы получается высокодисперсный продукт; процесс помола занимает непродолжительное время; компактность мельницы. Недостатки: создание шума в процессе работы, производительность лимитирована. Степень измельчения определяется как 20—200.

Планетарная мельница создана из следующих частей: привод, малая шестерня, зубчатое колесо, барабан, водило. Конструкция мельницы разработана объединением некоторого числа барабанов при помощи единого водила. Ось отдельного барабана оснащается малой шестерной, которая насаживается на ось, при этом малая шестерня зацепляется с центральным зубчатым колесом, находящимся в неподвижном состоянии. В результате вращательного движения водила малые шестерни объезжают вкруговую относительно колеса, барабаны создают одновременное вращение относительно своих осей и центрального вала, при этом мелющие тела наделяются движением по сложной траектории при больших ускорениях, благодаря чему измельчение получается интенсивным. Достоинство: планетарные мельницы обладают высокой эффективностью помола. Недостатки: небольшая продуктивность, процесс производства периодичен, основное направление применения – малотоннажное производство, продукт подвержен сильному нагреву, так как при процессе производства происходит достаточно большое выделение теплоты. Планетарные мельницы широко распространены в горно-химическом производстве, например для переработки руд, мельницы получили применение как лабораторные устройства быстрого действия, производящие подготовительные пробы для экспресс-тестов. Степень измельчения планетарных мельниц соответствует 20—300.

Бисерные мельницы представляют собой конструкцию, в которую включены корпус, цилиндр, кожух, вал, диски, мелющие тела, сито, приемник переработанной суспензии, дисковый ротор, электродвигатель, станина, кран. Они используются в лакокрасочном производстве для изготовления красок, эмалей, грунтовок и т. д. Мельница заполняется на (n – 1) / п количество объема специальным кварцевым бисером, диаметр бисера 1—2 мм, или износостойким песком. Готовится заранее суспензия, например, состоящая из пигмента и связующего, которая при помощи наноса доставляется в цилиндр, затем поднимается вверх, проходит сквозь слой бисера или песка, на который действует вращающийся дисковый ротор, при этом создается усиленное измельчение, перетирание, фильтрация при помощи сита, для вывода продукта используется нижняя часть мельницы. Достоинства: высокая гомогенность полученных продуктов. Недостатки: производительность ограниченна, размеры мельницы находятся в заданных пределах, мелющие тела подвержены частой смене. Степень измельчения бисерных мельниц составляет 200—300.

Мельницы с фиксированными мелющими телами, к которым относятся ролики, катки, вальцы и т. д.:

  1) мельницы со средним ходом – бегуны, используются для среднего и грубого помола, кольцевые, жернова, краскотерки, для среднего и тонкого помола;

  2) центробежные мельницы быстрого хода – штифтовые, ножевые, дезинтеграторы, дисмембраторы, предназначены для произведения грубого, среднего, тонкого помолов.

Конструкция бегунов: каток, полуось катка, водило, центральный вал, чаша, привод, скребки. Бегуны предназначены для измельчения вязких веществ, используются в горно-химической и коксохимической индустриях. Разработаны на вращательном движении вала катков, установленных свободно на полуосях, движение производится по дну чаши, в которую заложен материал, в результате перемещения катков образуется раздавливание и истирание материала. Центробежными силами куски направляются к наружному борту чаши, для их возвращения на катки используются включенные в конструкцию специальные скребки. Достоинство: несложность конструкторского решения. Недостатки: производительность небольшая. Степень измельчения ограничивается 10—40.

Ролико-кольцевые маятниковые мельницы содержат размольное кольцо, ролик или каток, крестовину, маятник, вал, скребок, привод. Применяются для помола хрупких, мягких, нелипких веществ, к которым относится каолин, белые пигмент, ильменит, цементный клинкер. Разработаны таким образом, что катки или ролики, перемещаясь и используя центробежные силы, направляются к внутренней поверхности размольного кольца, измельчение происходит в зазоре, образованном между мелющими телами и кольцом. Полученный в результате помола продукт направляется воздушным потоком в сепаратор, где проходит отбор полученного вещества, при этом грубая фракция отправляется на повторное измельчение, для доставки в зону измельчения в конструкцию включены скребки. Достоинство: варьирование степени измельчения в пределах от 5 до 100. Недостатки: высокий износ рабочих элементов мельницы, конструкция является сложной.

Краскотерка создана из корпуса, валка, загрузочной воронки, разгрузочного лотка. Применяется для перетирания и диспергирования материала при производстве красок, полимерных паст и т. д.

Измельчительный процесс происходит в регулируемом узком зазоре относительно параллельно фиксированных валков, создающих вращательное движение в направлении друг к другу, при этом движение валков соответствует различным скоростям. Выводится полученный продукт при помощи лотка, оснащенного скребковым приспособлением. Достоинство: регулированная степень измельчения от 20 до 300. Недостатки: производительность лимитирована, валки выходят из строя в разное время.

Ножевая мельница: корпус-статор, ротор, вращающийся нож, неподвижный нож, перфорированная решетка. Созданы на основе рубящего и режущего действия, производимого ножами ротора и статора. После произведенного помола продукт выводится из мельницы при помощи перфорированной решетки. Достоинства: эффективное измельчение эластичных веществ, например отходов линолеума или резины, не прибегая к полному охлаждению материалов. Степень измельчения составляет 10—50.

Дезинтегратор: роторы с рабочими пальцами, станина с подшипниками, привод. Дезинтеграторы используются для сухого измельчения мягких, хрупких веществ, характеризуемых небольшими абразивными качествами, например каолин, мел, литопон. Заложенный материал проходит загрузочную воронку, направляясь в центральную часть одного из роторов, роторы совершают вращательные движения в обратных направлениях, затем материал устремляется между пальцами роторов. Центробежная сила относит части или зерна материала в периферийную сторону роторов, происходит многократное ускорение, ударение о пальцы, сталкивание. Полученный продукт отправляется из роторов в кожух, выводится при помощи специального патрубка. Достоинства: конструкция мельницы устроена достаточно просто, эффект смешивания определяется как высокий. Недостатки: пальцы быстро изнашиваются, при работе получается пылеобразование, большой энергетический расход. Степень измельчения соответствует 5—10.

Мельницы без мелющих тел:

  1) барабанные мельницы самоизмельчения предназначены для грубого, среднего, тонкого помола;

  2) воздухоструйные, пароструйные, газоструйные мельницы используются для тонкого, сверхтонкого помола;

  3) пневматические мельницы совершают средний, тонкий помол;

  4) кавитационные разработаны для суспензий;

  5) коллоидные, ультразвуковые, электрогидравлические и т. д. направлены на произведение тонкого и сверхтонкого помола.

Струйные противоточные мельницы: сопло, разгонная труба, размольная камера, воздушный сепаратор. Мельницы создают измельчение, опираясь на энергию потока компримированного газа, например воздуха или перегретого пара. Материал, разделенный на небольшие части, увлекается при помощи двух встречных потоков с большой скоростью, потоки проходят сопла, которыми оснащены разгонные трубы, в результате чего происходит соударение и измельчение составляющих. Восходящие потоки направлены на захват материала в область предварительной сепарации грубых фракций, затем в сепаратор тонкой готовой фракции, которая улавливается при помощи циклона и фильтра. Размольная камера производит измельчение грубых фракций, которые постоянно возвращаются из сепаратора, до нужного состояния. Достоинства: диспергирование термолабильных материалов. Недостаток: включение вспомогательных приспособлений, например компрессора, пылеулавливающей системы, газогенератора. Используются для помола пластмассы, кокса, слюды, известняка, инсектицидов и т. д. Степень измельчения 20—120.

Кавитационные мельницы: ротор, статор. Мельницы такого типа объединены в систему, оснащенную напорными баками, что позволяет создавать циркуляцию большое число раз и высокий уровень диспергирования вещества. Разработана на принципе насоса, прокачивая диспергируемую суспензию сквозь кольцевой промежуток между ротором и статором, на поверхности которых нанесены продольные канавки, поэтому сечение прохода изменяется, что приводит к большим колебаниям давления, создавая кавитационный эффект. Суспензия усиленно перемалывается, выводится с помощью специального крана, расположенного в нижней части устройства. Достоинства: высокая гомогенность полученного продукта. Недостатки: высокая степень износа рабочих элементов, производительность кавитационной мельницы небольшая. Применяются для создания резиновых смесей, в лакокрасочной промышленности и т. д. Степень измельчения определяется как 5—40.

Коллоидные мельницы измельчают частицы, размер которых не превышает нескольких мкм. Исходное вещество подвергается прохождению в небольшом промежутке, образованном между быстро вращающимся коническим диском, ротором и неподвижным кольцом, статором, также исходный материал может продвигаться в промежутке между пальцами ротора корпусом машин. Недостаток: высокий износ рабочих элементов мельницы. Используется, главным образом, в лабораториях для приготовления измельченных малых порций материала.

Ультразвуковые мельницы измельчают вещества с помощью воздействия высокочастотных звуковых колебаний, превышающих 20 000 в одну секунду. Генераторы ультразвука обладают небольшой мощностью и в рабочем состоянии создают достаточно высокую степень шума. По причинам, названным выше, применение ультразвуковых мельниц ограничено. Они применяются, например, для изготовления высокодисперсных суспензий (при этом размер частицы составляет мкм и доли мкм) и однородных суспензий в фармацевтической и лакокрасочной промышленности.

Электрогидравлические мельницы разработаны на действии импульсных давлений на твердое вещество, создаваемое в результате высоковольтного разряда в жидкости. Устройства такого типа предназначены для произведения тонкого помола и дробления.

Механизм

Механизм – система, состоящая из нескольких элементов (или звеньев) и предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых элементов в требуемые движения других элементов данной системы. Для механизмов характерны:

  1) механические колебания в виде движения системы, элементы которой колеблются (или звенья);

  2) механическое взаимодействие в виде взаимодействия материальных точек (частей, элементов, звеньев), вызывающее изменение их движения или препятствующее изменению их взаимного положения;

  3) механическое движение в виде изменения во времени относительного положения элементов (или звеньев). При этом изменение положения определяется изменением расстояний между фиксированными точками элементов (или звеньев);

  4) механическое равновесие в виде состояния покоя или прямолинейноравномерного движения системы материальных точек какого-либо механизма.

Различаются три вида механического равновесия механизма: устойчивое; неустойчивое; безразличное. При устойчивом равновесии достаточно малые отклонения системы (механизма) от положения равновесия вызывают силы, стремящиеся вернуть ее в состояние равновесия. Условием устойчивого равновесия для консервативной системы механизма (где механическая энергия не превращается в тепловую) является минимум потенциальной энергии данной системы (теорема Лагранжа—Дирихле). Если на систему какого-либо механизма с идеальными связями действуют только силы тяжести, то устойчивым будет положение, при котором центр тяжести занимает самое низкое положение (принцип Торричелли).

Молот-редуктор

Молот-редуктор – механизм, состоящий из зубчатого редуктора и молота, выполненного в виде ползуна, перемещающегося по направляющим. Входное звено молота-редуктора соосно с выходным звеном. Привод данного механизма осуществляется от асинхронного электродвигателя, работающего от трехфазного электропитания. Редуктор включает в себя две последовательно соединенные зубчатые пары. Промежуточное звено представляет собой выполненные в виде одной детали зубчатые колеса. Молот-редуктор предназначен для обработки металлических заготовок (в раскаленном виде) небольших размеров, весом до 70 кг.

Мультипликатор

Название образовано от латинского слова multiplico, что переводится как «увеличиваю», «умножаю». В качестве мультипликатора понимается несколько типов устройств.

  1. Механизм, разработанный для повышения частоты вращательного движения вала машины. Создается как независимое устройство, оснащенное в основном умножающими зубчатыми передачами. Используются мультипликаторы такого типа в лабораторных агрегатах, в испытательных машинах в том случае, когда частота вращения вала двигателя, создающего движение машины, является небольшой и ее не хватает для произведения требуемого действия.

  2. Механизм, способный увеличивать давление жидкости, изготавливается из двух объединенных цилиндров, при этом цилиндр низкого давления оснащается поршнем большого диаметра, находящимся в соединении с плунжером малого диаметра, установленным в цилиндр высокого давления.

Гидравлические мультипликаторы используются в гидравлических прессах в качестве устройства для повышения усилия прессования, в пневмогидравлических усилителях устанавливаются в многоточечные зажимные приспособления металлорежущих станков.

Демультипликатор – устройство для повышения тягового усилия машины, умножения передаточных чисел трансмиссии. Получил применение при увеличении силовой передачи большегрузных машин, тягачей, способствуя усовершенствованию проходимости в случае трудных дорожных обстоятельств.