1.

Rodzaje maszyn i urządzeń, ich przykłady i funkcje jakie spełniają:

a) Technologiczne - służą do zamiany kształtu obrabianych

przedmiotów (np. obrabiarki, walcarki) lub fizycznych własności i stanów obrabianych materiałów i

przedmiotów (np. maszyny budowlane, ceramiczne, hutnicze, górnicze, rolnicze, przemysłu chemicznego,

spożywczego).

b) Transportowe - maszyny robocze przenoszące przedmioty lub istoty żywe bez dokonywania w nich

przemian. Dzielą się na maszyny transportowe o zasięgu:

•

ograniczonym (np. przenośniki, dźwignice)

•

nieograniczonym (np. samoloty, samochody)

c) Energetyczne - służą do zamiany jednego rodzaju energii w drugi np. silniki, prądnice lub zwiększenia

energii czynnika np. pompy, wentylatory, sprężarki.

2.

Układy napędowe maszyn technologicznych, transmitancja energii:

Zespoły i elementy wchodzące w skład napędu, służące do transmisji energii:

•

silnik

•

przekładnia pasowa: zmiana obrotów i momentu

•

reduktor: zmiana obrotów i momentu (motoreduktor

-

zintegrowane połączenie napędu

elektrycznego z przekładnią mechaniczną)

•

sprzęgło

Ograniczenie możliwości zastosowania motoreduktorów: dostępne moce nie są duże

, dlatego

wykorzystywane są tylko do pewnej wartości mocy nominalnej.

Moc z silnika poprzez przekładnię pasową przenoszona jest na wał szybkoobrotowy reduktora. Przekładnia

pasowa zmniejsza prędkość obrotową, a tym samym zwiększa moment

.

Drugi stopień

zwiększenia momentu występuje na reduktorze, gdzie następuje zmniejszenie prędkości do wartości

odpowiadającej zapotrzebowaniu. Sprzęgło służy do połączenia wału wyjściowego reduktora z wałem

roboczym maszyny (pełni również funkcje bezpieczeństwa).

Zapotrzebowanie mocy

:

3.

Znaczenie scalania oraz rozdrabniania materiałów ziarnistych w technice, ogólna charakterystyka

maszyn stosowanych do realizacji tych procesów:

Scalanie:

materiałów drobnoziarnistych to procesy fizykochemiczne i fizykomechaniczne zapewniające

formowanie cząstek określonych rozmiarach, kształcie, strukturze oraz właściwościach fizycznych. W

ogólnych przypadkach scalanie składa się z następujących procesów technologicznych:

•

przygotowanie wyjściowego surowca

•

dozowanie i mieszanie składników

•

tworzenie aglomeratu

•

utrwalenie struktury aglomeratu

•

sortowanie

•

rozdrabnianie dużych frakcji i końcowe wyodrębnianie produktu

Główne powody scalania: materiałów drobnoziarnistych:

•

przygotowanie umożliwiające wykorzystanie ich w określonych procesach produkcyjnych

•

przygotowanie odpadowych materiałów drobnoziarnistych związane jest z reguły z koniecznością

ich zbrylenia

•

poprawa bilansu energetycznego prowadzonego procesu technologicznego

•

efektywniejsze wykorzystywanie urządzeń transportowych, magazynowych, składowisk

•

zmniejszenie kosztów transportu

•

poprawa walorów użytkowych produktu

Przykładowe gałęzie przemysłu oraz materiałów poddawanych scalaniu:

przemysł farmaceutyczny lekarstwa tabletki

wydobywczy scalanie węgla brunatnego, miału

hutniczy osady szlamów, szlamy konwertorowe, pyły wielkopiecowe

metalurgiczny scalanie proszków metalurgicznych

chemiczny nawozy sztuczne

paliwowo-energetyczny węgiel drzewny, torf, trociny, słoma

obróbka metali wióry, szlamy poszlifierskie

Metody scalania:

•

spiekanie(metoda termiczna)

•

brykietowanie (w prasie stemplowej, walcowej),

•

grudkowanie( granulatory talerzowy, bębnowy, odśrodkowe, łopatkowe), granulacja dwustopniowa

(materiał pylisty-nieregularne wypraski-kruszenie)

•

granulacja dwustopniowa (scalanie kombinowane: 1-scalanie, 2-rozdrabnianie)

Prasa stemplowa jest gorsza od walcowej, ponieważ występuje dużo ruchów jałowych, wycofywanie

stempla, wyjmowanie wypraski. W prasie walcowej osiągamy większą wydajność, ciągły charakter pracy,

zwartość konstrukcji, mniejsze zużycie energii, dłuższa żywotność elementów formujących.

Rozdrabnianie: jest to proces w następstwie którego następuje zmniejszenie rozmiarów ziaren od

wyjściowych wielkości do żądanych.

Kruszenie jest to rozdrabnianie grubszych brył i ziaren, na ziarna mniejsze o wymiarach większych niż 1mm.

Gdy ziarna mniejsze od 1mm to mielenie.

Maszyny do rozdrabniania działają przez zgniatanie, ścinanie(ścieranie), łamanie, rozłupywanie.

Do skał twardych( skały manganowe, krzemowe) stosuje się kruszarki pracujące na zasadzie ściskania tj.

szczękowe i stożkowe.

Do skał średnio twardych (wapienie, dolomity, sól kamienna) stosuje się kruszarki szczękowe, stożkowe,

wirnikowe i walcowe.

Do skał miękkich (gliny, sole) kruszarki walcowe uzębione i kołognioty.

4.

Podstawy aglomeracji ciśnieniowej materiałów drobnoziarnistych, budowa pras walcowych,

stemplowych, ślimakowych, pierścieniowych, oraz granulatorów z płaską matrycą i obszar ich

stosowania:

Brykietowanie: aglomeracja ciśnieniowa, w wyniku działania sił następuje zbliżanie się i klinowanie ziarn,

powstają wiązania mechaniczne i chemiczne. Powstaje zwarta struktura o określonej wytrzymałości

mechanicznej. Innym sposobem jest brykietowanie w prasie stemplowej jednak występuję tam dużo

ruchów jałowych poprzez wycofywanie stempla.

Budowa prasy: Dwa walce posiadające tą sama średnice, walce obracają sie w przeciwnych kierunkach.

Jeden z walców jest zamocowany na stałe, a drugi może się przesuwać - jest elastycznie podparty. Nad

walcami znajduję się podajnik surowca czyli jest to albo zwykły zbiornik lub podajniki wymuszone

(ślimakowe).

Jednostkowe zapotrzebowanie energii:

;

;

moc potrzebna na przetworzenie surowca

moc pobierana przez silnik na biegu jałowym

N - moc pobierana przez silnik w czasie pracy

W-wydajność urządzenia

W wielu przypadkach właściwe wykorzystanie materiałów drobnoziarnistych (odpadów przemysłowych)

wymaga ich zagęszczania i nadania trwałej formy kawałkowej. Właściwą do tego metodą jest scalanie w

prasach walcowych. Decydują o tym zalety takich urządzeń jak:

•

zwartość konstrukcji

•

ciągły charakter pracy

•

możliwość uzyskania dużej wydajności

•

mniejsze zużycie energii

•

dłuższa żywotność elementów formujących w porównaniu z prasami stemplowymi

Efektywność procesów scalania materiału realizowanego w tych urządzeniach określają wskaźniki

jakościowe otrzymanych brykietów:

•

wytrzymałość na ściskanie

•

gęstość

•

wytrzymałość na zrzut

•

inne,

oraz wskaźniki techniczno-ekonomiczne urządzenia:

•

zapotrzebowanie mocy na realizacje procesu

•

wydajność prasy

•

zużycie energii na jednostkę produkcji finalnej

•

trwałość elementów formujących

Ocena jakości produktu polega m.in na:

•

określeniu wytrzymałości na ściskanie (próba jednoosiowego ściskania)

•

wytrzymałość na zrzut (próba udarowa)

•

wyznaczenie gęstości.

•

Stemplowe - materiały pochodzenia roślinnego

•

Brykietowanie osadów szlifierskich

5.

Podstawy aglomeracji nawarstwiającej materiałów pylistych. Budowa i przykłady zastosowań

granulatorów talerzowych i bębnowych:

Aglomeracja nawarstwiająca: polega na utworzeniu aglomeratów z równomiernie zwilżonych cząstek lub

na nanoszeniu warstw suchych cząstek na wilgotne zarodki - centra granulek. Proces ten zachodzi w

wyniku działania kapilarno-absorpcyjnych sił pomiędzy cząstkami i przez następne zagęszczenie struktury

wywołane siłami międzycząsteczkowymi w gęstej warstwie dynamicznej, np. granulatorze bębnowym,

talerzowym i innych. Produkt po metodzie otaczania ma określony kształt, właściwości i strukturę.

Przykłady materiałów scalanych: odpadowy gips, szlamy konwertorowe, szlamy poszlifierskie, surowy

tlenek cynku.

Kinetyka powstawania granulek:

W granulatorach o zróżnicowanych rozmiarach i konstrukcji zachodzą w różnych warunkach otaczania

procesy powstawania, wzrostu, zagęszczenia granulek.

Mechanizm tworzenia granulek:

1) zmniejszenie surowego materiału z zawrotami i środkiem wiążącym

2) tworzenie granulek z drobnych cząstek i rozdrabnianie większych bryłek

3) otaczanie i zagęszczenie granulek w wyniku ich przemieszczenia na powierzchni urządzenia

4) utrwalanie wiązań w wyniku przejścia fazy ciekłej w stałą (stabilizacja struktury granulki)

Granulatory:

1) rotacyjne (talerzowe, bębnowe, odśrodkowe, łopatkowe)

2) taśmowe

3) wibracyjne

Na prędkość i liczbę zderzeń granul mają wpływ:

1) wymiary konstrukcyjne granulatora (średnica, wysokość obrzeża, długość, kąt nachylenia)

2) parametry pracy granulatora (wsp. wypełnienia, prędkość obrotowa, czas przebywania mat. w

granulatorze)

Możemy wyróżnić ruch wodospadowy oraz ruch spiralny granulatora. Granula na powierzchni

prostopadłej wykonuje ruch wodospadowy, natomiast na powierzchni równoległej - spiralny.

Granulator talerzowy:

Zalety: nie ma konieczności stosowania sztywnych fundamentów, prosta budowa, dobre ustawienie

parametrów (kąt pochylenia, prędkość bębna) spowoduje dokładne wymiaru granulki)

Wady: wydajność ściśle powiązana z wielkością.

Moc podawana jest z motoreduktora na wał napędzający talerz poprzez przekładnie pasową. Wskutek

ruchu obrotowego talerza następuje tworzenie granulek z drobnych cząstek i rozdrabnianie większych

bryłek oraz otaczanie i zagęszczanie granulek w wyniku ich przemieszczenia na powierzchni urządzenia.

Materiał dostarczany jest przez podajniki, zgarniaki utrzymują stałą wysokość nalewu. Materiał

granulowany podczas procesu jest zraszany za

pomocą dysz zraszających.

Schemat granulatora talerzowego:

1-

dysze zraszające (opcjonalnie)

2-

talerz

3-

motoreduktor

4-

korpus

5-

rynna zsypowa

6-

zgarniak

7-

przekładnia pasowa

8-

podajnik

9-

silnik chłodzący

Granulator bębnowy:

Zalety: bardzo duża wydajność do 600 t/h, scalanie różnych materiałów, segregacja gotowego produktu

(dotyczy granulatorów typu Dela)

Wady: bardzo duża masa, wymagają mocnych fundamentów, zajmują dużą powierzchnie, potrzeba dużego

silnika, produkt końcowy nie posiada jednolitego rozkładu ziaren.

Granulator bębnowy stawiany jest na równo pod względem wydajności z granulatorem talerzowym.

Materiał porusza się wewnątrz granulatora w wyniku działania ruchu obrotowego od jednej powierzchni do

drugiej. Ruch w osi prostopadłej jest ruchem przesypowym (podobnym do wodospadowego), a w kierunku

wzdłuż osi jest ruch spiralny. Kat pochylenia (3-12 st) w kierunku przemieszczania się materiału. Aby

uzyskać produkt finalny o odpowiedniej wielkości stosuje się przyrost wewnętrzny granulatora bębnowego.

6.

Przykład linii technologicznych do scalania materiałów pylistych i drobnoziarnistych oraz

charakterystyka występujących w nich maszyn i urządzeń:

Mieszanie (mat. drobnoziarnisty)

Mieszanie

Lepiszcze

Scalanie (kompaktowanie)

Łamanie wyprawki

Kruszenie

Przesiewanie

Sezonowanie produktu

Granulat

Zwrot

Przesiewanie: zwane także klasyfikacją mechaniczna, jedna z podstaw operacji przeróbczych polegającą na
rozdziale mieszaniny ziaren wg ich wielkości:

•

Przesiewacz załadowczy

•

Przesiewniki stożkowe

•

Przesiewacz wałkowy

•

Przesiewacze wibracyjne

•

Przesiewcze rusztowe – trójkątne

•

Przesiewacze rusztowe

•

Przesiewniki wstrząsowe

•

Przesiewniki rezonansowe

•

Przesiewniki łukowe

7.

Maszyny do wstępnego, średniego i drobnego kruszenia surowców skalnych, budowa oraz podstawy

eksploatacji:

Kruszarki szczękowe:

(rozdrabnianie zgrubne i średnie)

Charakteryzują się dużą prostotą w budowie i niezawodnością działania. Zasadnicze części:

•

korpus główny

•

wał mimośrodowy

•

szczęka ruchoma i nieruchoma

•

korbowód

•

płyty rozporowe

•

mechanizm regulacji wielkości szczeliny wylotowej i kół zamachowych

Ze względu na charakter ruchu szczęki roboczej kruszarki dzieli się na:

•

kruszarki szczękowe o prostym ruchu szczęki z jedną lub dwoma płytami rozporowymi

Wysoko pylisty sorbet wapniowy

Przygotowanie Pylistego

Scalanie

Kruszenie wyprask

Przesiewanie

Podziarno

Nadziarno

Drobnoziarnisty sorbet

•

kruszarki i złożonym ruchu szczęki

W kruszarkach o prostym ruchu szczęka jest zawieszona na osi, natomiast dolny jej koniec wykonuje ruch

wahadłowy, zbliżając się i odchylając od szczęki

nieruchomej. Ruch szczęki realizowany jest od układu

napędowego za pomocą wału mimośrodowego i płyty

rozporowej. Stosuje się przede wszystkim do wstępnego

rozdrabniania. Odznaczają się one dużymi siłami kruszenia i

dlatego są stosowane do rozdrabniania materiałów

twardych o dużej wytrzymałości na zgniatanie.

W kruszarkach o ruchu złożonym szczęka ruchoma jest zawieszona na wale

mimośrodowym i podparta w dolnej części płytą rozporową. Szczęka w

punkcie zawieszenia porusza się po kole o promieniu równym mimośrodowi,

natomiast dolny punkt podparcia po łuku o promieniu o długości płyty

rozporowej. Charakteryzują się mniejszą siłą kruszenia i są stosowane do

wstępnego rozdrabniania materiałów oraz do rozdrabniania wtórnego i drobnego.

Kruszarki stożkowe

(rozdrabnianie wstępne, średnie i drobne)

Rozdrabnianie materiału zachodzi między dwoma stożkami umiejscowionymi

jeden wewnątrz, których pobocznice stanowią powierzchnie robocze. Stożek

zewnętrzny jest nieruchomy, natomiast stożek wewnętrzny porusza się

mimośrodowo, zbliżając się i oddalając się od stożka nieruchomego.

•

kruszarki stożkowe z wałem podwieszonym: charakteryzują się

sztywniejszą konstrukcją dzięki dwustronnemu łożyskowaniu wału

głównego. Umożliwia to przenoszenie dużych obciążeń stożka

wywołanych naciskiem kruszonego surowca.

•

kruszarki stożkowe z wałem wspartym: z uwagi na jednostronne zamocowanie wału głównego

posiadają znacznie słabszą konstrukcje, stosowane do rozdrabniania średniego

Kruszarki walcowe: (rozdrabnianie zgrubne, średnie i drobne)

Składa się z dwóch walców stanowiących podstawowy zespół roboczy, napędu i ramy nośnej. Walce są

płaszczami wykonanymi z utwardzonego żeliwa, hartowanej stali węglowej lub stali manganowej,

zamocowane od piasty lub tarcz zaklinowanych na wale. Wały są ułożyskowane przeważnie na wahliwych

łożyskach osadzonych w obudowach wmontowanych w ramę maszyny. Obudowy łożysk są osadzone w

prowadnicach, co umożliwia regulację wielkości szczeliny wylotowej oraz przesunięcie walca w przypadku

dostania się materiału nieskruszanego.

Kruszarki wirnikowe:

•

kruszarka wirnikowa młotkowa składa się z wirnika utworzonego w ten sposób, że na wale są

osadzone dyski, między którymi znajduje się wolna przestrzeń. W przestrzeni między dyskami są

zamocowane przegubowa na wspólnym sworzniu młotki. Liczba rzędów młotków na obwodzie

wirnika wynosi 4 do 8. Liczba młotków w rzędzie (zawieszonych na wspólnym sworzniu) wynosi 3 do

5. Wirnik wraz z młotkami jest zamocowany w korpusie kruszarki. Korpus kruszarki przeważnie

spawany lub skręcany jest rozbieralny wyłożony płytami odbojowymi wykonanymi z twardego

materiału. W dolnej części przestrzeni kruszenia znajduje się ruszt, który zatrzymuje cząstki

materiału o wymiarach przekraczających wymiary otworów w ruszcie. Napęd wirnika odbywa się

bezpośrednio od silnika elektrycznego. Stosuje się je do rozdrabniania materiałów średnio twardych

i miękkich. Wydajności do 25 500 t/h. Ze względu na rozwiązania konstrukcyjne, kruszarki

młotkowe dzielą się na: kruszarki młotkowe jednowirnikowe i kruszarki młotkowe dwuwirnikowe.

Kruszarka wirnikowa młotkowa:

1-

wirnik

2-

bijak

3-

odbojnica

4-

śruby regulacyjne

5-

obudowa

6-

lej zasypowy

7-

zsyp

•

kruszarka wirnikowa odrzutowa: cechą charakterystyczną tych kruszarek jest sposób połączenia

bijaka z wirnikiem. Bijak połączony jest sztywno z wirnikiem. W wyniku zderzenia się bryły z

bijakiem następuje częściowe rozbicie surowca i odrzucenie go w dużą prędkością na płyty

odbojowe. Tam następuje dalszy proces rozdrobnienia oraz powtórne zawrócenie materiału do

strefy wirujących bijaków. Stosowana do rozdrabniania skał twardych we wstępnym i średnim

kruszeniu.

Kruszarka wirnikowa odrzutowa
1- wirnik
2- bijak
3- odbojnica
4- śruby regulacyjne
5- obudowa
6- lej zasypowy
7- zsyp

8.

Maszyny do wstępnego oraz drobnego mielenia materiałów ziarnistych, budowa oraz podstawy

eksploatacji młynów grawitacyjnych

Proces mielenia: Wysoce energochłonny, sprawność energetyczna podstawowych urządzeń 2-4%,

pozostała część: tarcie, fala akustyczna, zużycie maszyny.

•

mielenie drobne – 40 mm

•

mielenie bardzo drobne – 0,5-3 mm

•

mielenie koloidalne – 0,1-0,5 mm

•

mielenie subkoloidalne – 0,05-0,2 mm

Młyny:

•

bębnowe

•

rolowo – misowe

•

udarowe

•

strumieniowe

Młyn grawitacyjny - - napęd realizowany w wyniku działania siły ciężkości. Liczby kryterialne: Macha.

Dla

najlepsze działanie udarowe ale sprawdza się tylko dla większych brył-ziaren. Ze spadkiem

wielkości rozrabnianych ziaren rośnie jego wytrzymałość (brak naturalnych spękań).

Moc potrzeba do napędu:

Stopień napełnienia młyna:

Wykładziny:

•

chroni korpus

•

zmienia charakter pracy

•

segreguje mielniki

wewnątrz komory, wg.

rozmiaru

9.

Podstawy modelowania matematycznego procesów realizowanych w maszynach technologicznych,

przykład modelu brykietowania materiału drobnoziarnistego w prasie walcowej i jego praktyczne

zastosowanie:

Schemat idealizacji układu zagęszczania prasy walcowej i proces brykietowania na obiekcie

rzeczywistym:

Porównując sumaryczną objętość wgłębień formujących na

powierzchniach roboczych walców brykieciarki z objętością

płaskiego pasma walcowanego w układzie zastępczym,

otrzymano zależność, wyrażającą związek między promieniami

walców w układzie rzeczywistym oraz zastępczym:

Przyjęte założenia:

•

materiał jednorodny i izotropowy

•

plastyczny stan odkształcenia materiału

•

czynniki główne mające wpływ na przebieg brykietowania:

Stosując metodę cienkich przekrojów, wydzielono w strefie zagęszczania element objętości

brykietowanego materiału ograniczonego:

•

powierzchniami bocznymi walców i uszczelnieniami

•

płaszczyznami prostopadłymi do kierunku przemieszczania się materiału

Otrzymano równanie:

Przyjmując że

Po wprowadzeniu uproszczenia:

•

zastąpienie łuku chwytu cięciwą:

Na podstawie analizy wyników pomiarów zmienności współczynnika tarcia zewnętrznego, uzyskano

ogólną postać formuły empirycznej:

10.

Kształtowanie na etapie projektowania oraz wytwarzania wysokiej trwałości elementów maszyn

technologicznych narażonych na intensywne zużywanie:

Zużycie tarciowe jest najczęstszą przyczyną zużycia i niezdatności maszyny do eksploatacji:

•

naciski (1)

•

prędkość względna (2)

•

rodzaj materiału (3)

•

właściwości materiałów twardość

kruchość

Kształtowanie:

•

w dziedzinie konstrukcji - przez należyty dobór materiałów i ich kształtów do obciążeń,

kształtowanie nacisków jednostkowych, dobór materiałów i tworzyw na pary trące,

wyeliminowanie tarcia suchego, szerokie stosowanie odpowiednich uszczelnień , zapewnienie

odpowiedniej temperatury;

•

w dziedzinie technologii - przez wybór optymalnego rodzaju obróbki, kształtowanie

optymalnej warstwy wierzchniej, wybór właściwej obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,

prawidłowy montaż i regulacje;

Wzrost wymogów charakterystyk technicznych wymusza zwiększenie odporności materiałów na działanie

czynników fizycznych, chemicznych i zużyć od obciążeń. W związku z tym stosuje się lepsze materiały lub

zwiększ odporność warstwy wierzchniej.

Materiały o dużej wytrzymałości, małym przewodnictwie cieplnym, dużej zdolności do

umocnienia podczas obróbki plastycznej są materiałami trudno obrabialnymi. Z tego powodu czasami

trzeba stosować materiały gorsze o lepszej obrabialności.

Algorytm kształtowania własności powierzchni:

1. Dobór rodzajów i wartości liczbowych własności użytkowych dla znanych parametrów fizycznych,

chemicznych i przewidywanych obciążeń;

2. Dobór wartości liczbowych poszczególnych cech warstwy wierzchniej dla założonych własności

użytkowych;

3. Dobór takich sposobów obróbki zapewniających uzyskanie zakładanych cech warstwy wierzchniej oraz

dobór parametrów przewidywanych zabiegów obróbczych;

4. Wybór sposobu obróbki, zapewniającego najniższe koszty wytwarzania oraz możliwego do

zrealizowania w zakładzie przemysłowym przewidzianym do wytwarzania elementów;

5. Badania jakościowe zespołu wytwarzanego według przyjętej technologii;

6. Korygowanie wartości liczbowych własności użytkowych (rezultat badań) i projektowanie

procesu technologicznego według punktów 2-5.