Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica
Wydział Inżynierii Mechanicznej I Robotyki
Temat: Badanie obciążeń elementów roboczych laboratoryjnej brykieciarki
walcowej.
Wykonali:
Wałkowski Jakub, Wierzchowski Piotr, Wawrzyniak Łukasz, Wątrobski Krzysztof, Brodziński
Mateusz, Wicher Paweł, Rusiecki Mateusz, Samek Mateusz , Kotnis Przemysław, Konsor
Konrad, Kulik Tymoteusz
, Kozłowski Jerzy
Rok III, Grupa W2
Rok akademicki: 2012/13
Data laboratorium:18.03.2013 godz 8
00
Sprawdził:
Dr inż. B. Kosturkiewicz
1. Cel ćwiczenia - zapoznanie się z:
-
metodami pomiaru momentu skręcającego, szczeliny i nacisku jednostkowego
-
procedurą obliczania wydajności oraz jednostkowego zapotrzebowania energii na realizację procesu
scalania
-
procedurą modelowania obciążeń wału prasy walcowej
,
2.Schemat prasy LPW 450:
1 motoreduktor, 2 sprzęgło kołnierzowe podatne, 3 reduktor – klatka walców zębatych, 4 sprzęgło cierne,
5 sprzęgło Oldhama, 6 klatka walców roboczych, 7 nieprzesuwny walec formujący, 8 przesuwny walec
formujący, 9 siłownik hydrauliczny, 10 zasilacz ślimakowy
3.Schemat jakościowego modelu obiektu badań:
nw- prędkość obrotowa
δ - szerokość szczeliny miedzy walcami
Mw – moment skręcający na wale nieprzesuwnym prasy
pn – nacisk jednostkowy na powierzchnię walca
4. Opis przebiegu badania:
- ustawienie prędkości obwodowej prasy walcowej i szerokości szczeliny,
- przygotowanie próbki materiału drobnoziarnistego,
- włączenie aparatury pomiarowej,
- dostarczenie materiału do zasobnika,
- uruchomienie prasy i aparatury pomiarowej,
- rejestracja pomiarów oraz zestawienie wyników pomiarów.
5. Obliczenia:
prędkość obrotowa walców roboczych:
Prędkość obwodowa walców roboczych :
s
m
R
n
v
1
,
0
60
225
,
0
47
,
4
2
60
2
zapotrzebowanie mocy podczas procesu:
kW
n
M
N
w
w
2
,
26
55
,
9
47
,
4
99
,
27
2
55
,
9
2
h
m
n
i
V
W
w
b
b
3
5
0
132
,
0
27
,
4
90
10
5
,
5
60
60
3
0
198,48
m
kWh
W
N
Z
c
c
wyznaczanie kąta chwytu:
t
1
= 10,729
-czas pierwszego piku
t
2
= 24,139
-czas drugiego piku
t
0
= 9,835
-czas początku wzrostu pierwszego piku
t
c
= t
2
-t
1
= 13,41
-czas pomiędzy dwoma pikami ( 360 stopni)
t
p
= t
1
-t
0
= 0,894
-czas wzrostu pierwszego piku
t
k
= t
k
-t
1
= 1,341 -czas opadania pierwszego piku
24
41
,
13
360
894
,
0
360
0
s
s
t
t
c
p
36
41
,
13
360
341
,
1
360
0
s
s
t
t
k
p
min
47
,
4
41
,
13
60
_
_
60
obr
s
i
piknieciam
pomiedzy
czas
s
n
Modelowanie obciążeń wału
Schemat ideowy wału
Dane:
Średnica walca formującego:
D
w
= 0,45 [m]
Wymiary:
a = 0,13 [m]
b = 0,062 [m]
c = 0,099 [m]
e = 0,25 [m]
Schemat obciążenia wału
1.
Wyznaczenie obciążenia ciągłego pochodzącego od siły obwodowej P
o
45
,
2006
062
,
0
4
,
124
b
P
q
o
p
[kN/m]
gdzie: b - szerokość walca [m].
1.1. Obliczenie maksymalnej siły obwodowej P
o
4
,
124
45
,
0
99
,
27
2
2
w
w
o
D
M
P
[kN]
2.
Wyznaczenie obciążenia ciągłego pochodzącego od siły promieniowej P
r
67
,
11014
062
,
0
91
,
682
b
P
q
r
r
[kN/m]
2.1.
Obliczenie siły promieniowej obciążającej walec P
r
91
,
682
89
,
47
26
,
14
p
A
P
r
[kN]
2.1.1. Obliczenie pola powierzchni obciążenia walców A
26
,
14
062
,
0
23
,
0
b
A
[m
2
]
2.1.1.1. Obliczenie długości łuku
= ((
+
)/360
)
D
w
23
,
0
)
360
/
60
(
w
D
[m]
3.
Obliczenie wartości składowych reakcji w podporach
Płaszczyzna X0Z
0
0
Bx
r
Ax
ix
R
b
q
R
P
0
2
0
a
R
a
b
q
M
BX
r
iA
45
,
341
13
,
0
2
13
,
0
062
,
0
67
,
11014
2
a
a
b
q
R
r
BX
[kN]
45
,
341
45
,
341
062
,
0
67
,
11014
BX
r
AX
R
b
q
R
[kN]
Płaszczyzna Y0Z
0
0
BY
p
AY
iY
R
b
q
R
P
0
2
0
a
R
a
b
q
M
BY
p
iA
2
,
62
13
,
0
2
13
,
0
062
,
0
45
,
2006
2
a
a
b
q
R
p
BY
[kN]
2
,
62
2
,
62
062
,
0
45
,
2006
BY
p
AY
R
b
q
R
[kN]
9.2.7. Obliczenie reakcji całkowitych w podporach
1
,
347
2
,
62
45
,
341
2
2
2
2
AY
AX
A
R
R
R
[kN]
1
,
347
2
,
62
45
,
341
2
2
2
2
BY
BX
B
R
R
R
[kN]
6. Wyniki pomiarów:
L.p.
Wielkość
Jednost
ka
Wartość
1
Średnica walców D
w
[m]
0,45
2
Prędkość obwodowa v
w
[m/s]
0,1
3
Prędkość obrotowa prasy walcowej n
w
[obr/mi
n]
4,47
4
Moment skręcający M
w
[kNm]
27,99
5
Moc N
c
[kW]
26,2
6
Szczelina między walcami
[m]
1,85*10
-3
7
Objętość brykietu V
b
[m
3
]
5,5 10
-6
8
Ilość wgłębień formujących i
b
[-]
90
9
Wydajność objętościowa prasy walcowej W
o
[m
3
/h]
0,132
10
Jednostkowe zapotrzebowanie energii na realizację procesu
brykietowania Zc
[kWh/
m
3
]
198,48
11
Maksymalny nacisk jednostkowy we wgłębieniu formującym p
n
[MPa]
47,89
12
Suma kąta chwytu i kąta sprężystego rozszerzenia brykietu
[
0
]
60
13
Szerokość walców b
[m]
0,062
14
Długość łuku
[m]
0,23
15
Pole powierzchni A
[m
2
]
14,26
16
Siła promieniowa obciążająca walec P
r
[kN]
682,91
17
Siła obwodowa obciążająca walec P
o
[kN]
124,4
18
Reakcja w podporze A – R
A
[kN]
347,1
19
Reakcja w podporze B - – R
B
[kN]
347,1
7. Charakterystyki czasowe mierzonych wielkości
8. Wnioski
Na zajęciach laboratoryjnych mogliśmy zaobserwować proces brykietowania. Brykietowanie jest
przykładem scalania ciśnieniowego. Istotą brykietowania jest to, że w wyniku wywierania nacisku na
materiał drobnoziarnisty następuje jego zagęszczenie polegające na wzajemnym zbliżaniu ziaren. Dzięki
temu mogą ulec wzmocnieniu. Skutkiem tego jest powstanie określonego „kawałka” o określonym
kształcie i wymiarach a także wytrzymałości mechanicznej. Do procesu brykietowania można używać
różnych pras (stemplowe, ślimakowe, pierścieniowe). Z kolei my na laboratorium użyliśmy prasy
walcowej. Na podstawie otrzymanych charakterystyk jesteśmy w stanie określić jak urządzenie
zachowałoby się z innym rodzajem materiału, przy innych obciążeniach. Gęstość wkładu jest znacznie
wyższa niż otrzymanego produktu (brykietu) co jest dowodem na lepsze składowanie i transport.
Laboratorium pozwoliło nam określić jakie siły występują w poszczególnych etapach brykietowania na
prasie walcowej. Znając te wartości możemy wykorzystać je przy projektowaniu tego typu maszyn.