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.