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 A
ukasz, 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 800
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
� - 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:
60s 60s obr
n =� =� =� 4,47�� ł�
ę�min ś�
czas _ pomiedzy _ piknieciami 13,41
�� ��
Prędkość obwodowa walców roboczych :
2��P� �� n �� R 2��P� �� 4,47 ��0,225 m
v =� =� =� 0,1�� ł�
ę� ś�
60 60 s
�� ��
zapotrzebowanie mocy podczas procesu:
2�� Mw �� nw 2�� 27,99�� 4,47
N =� =� =� 26,2[�kW]�
9,55 9,55
�� ł�
m3
W0 =� 60��Vb ��ib �� nw =� 60��5,5��10-�5 ��90�� 4,27 =� 0,132ę� ś�
h
ę� ś�
�� ��
Nc kWh
Zc =� =� 198,48�� ł�
ę� ś�
W0 m3
�� ��
wyznaczanie kąta chwytu:
t1 = 10,729 -czas pierwszego piku
t2 = 24,139 -czas drugiego piku
t0 = 9,835 -czas początku wzrostu pierwszego piku
tc = t2-t1 = 13,41 -czas pomiędzy dwoma pikami ( 360 stopni)
tp = t1-t0 = 0,894 -czas wzrostu pierwszego piku
tk = tk-t1 = 1,341 -czas opadania pierwszego piku
tp ��360��
0,894s ��360��
a�0 =� =� =� 24��
tc 13,41s
tp ��360��
1,341s ��360��
b�0 =� =� =� 36��
tk 13,41s
Modelowanie obciążeń wału
Schemat ideowy wału
Dane:
Średnica walca formującego: Dw = 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 Po
Po 124,4
qp =� =� =� 2006,45 [kN/m]
b 0,062
gdzie: b - szerokość walca [m].
1.1. Obliczenie maksymalnej siły obwodowej Po
2 Mw 2 27,99
Po =� =� =�124,4 [kN]
Dw 0,45
2. Wyznaczenie obciążenia ciągłego pochodzącego od siły promieniowej Pr
Pr 682,91
qr =� =� =�11014,67 [kN/m]
b 0,062
2.1. Obliczenie siły promieniowej obciążającej walec Pr
Pr =� A�� p =�14,26�� 47,89 =� 682,91 [kN]
2.1.1. Obliczenie pola powierzchni obciążenia walców A
A =�t� ��b =� 0,23��0,062 =�14,26 [m2]
2.1.1.1. Obliczenie długości łuku t�
t� = ((a�+b�)/360��) �� p� �� Dw =� (60/ 360) ��P� �� Dw =� 0,23 [m]
3. Obliczenie wartości składowych reakcji w podporach
Płaszczyzna X0Z
S�Pix =� 0 �� RAx -� qr ��b +� RBx =� 0
S�MiA =� 0 �� qr ��b �� a -� RBX �� 2�� a =� 0
qr ��b��a 11014,67��0,062��0,13
RBX =� =� =� 341,45 [kN]
2��a 2��0,13
RAX =� qr ��b -� RBX =�11014,67��0,062 -�341,45 =� 341,45 [kN]
Płaszczyzna Y0Z
S�PiY =� 0 �� RAY -� qp ��b +� RBY =� 0
S�MiA =� 0 �� qp ��b �� a -� RBY �� 2�� a =� 0
qp ��b �� a 2006,45 ��0,062��0,13
RBY =� =� =� 62,2 [kN]
2�� a 2��0,13
RAY =� qp ��b -� RBY =� 2006,45��0,062 -� 62,2 =� 62,2 [kN]
9.2.7. Obliczenie reakcji całkowitych w podporach
RA =� RAX 2 +� RAY 2 =� 341,452 +� 62,22 =� 347,1 [kN]
RB =� RBX 2 +� RBY 2 =� 341,452 +� 62,22 =� 347,1 [kN]
6. Wyniki pomiarów:
L.p. Wielkość Jednost Wartość
ka
1 Średnica walców Dw [m] 0,45
2 Prędkość obwodowa vw [m/s] 0,1
3 Prędkość obrotowa prasy walcowej nw [obr/mi 4,47
n]
4 Moment skręcający Mw [kNm] 27,99
5 Moc Nc [kW] 26,2
6 [m] 1,85*10-3
Szczelina między walcami d� �
7 Objętość brykietu Vb [m3] 5,5 10-6
8 Ilość wgłębień formujących ib [-] 90
9 Wydajność objętościowa prasy walcowej Wo [m3/h] 0,132
10 Jednostkowe zapotrzebowanie energii na realizację procesu [kWh/ 198,48
brykietowania Zc
m3]
11 Maksymalny nacisk jednostkowy we wgłębieniu formującym pn [MPa] 47,89
12 [0] 60
Suma kąta chwytu i kąta sprężystego rozszerzenia brykietu a�+�b� �
13 Szerokość walców b [m] 0,062
14 [m] 0,23
Długość łuku t� �
15 Pole powierzchni A [m2] 14,26
16 Siła promieniowa obciążająca walec Pr [kN] 682,91
17 Siła obwodowa obciążająca walec Po [kN] 124,4
18 Reakcja w podporze A  RA [kN] 347,1
19 Reakcja w podporze B -  RB [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.