AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Laboratorium

Podstaw mechaniki i konstrukcji maszyn

ĆWICZENIE nr: 2

TEMAT: Badanie obciążeń elementów roboczych laboratoryjnej prasy walcowej.

Prowadzący laboratorium: dr inż. Paweł Gara

GRUPA: 2

Data realizacji ćwiczenia: 16.10.2009

Godzina: 10.30

Rok akademicki: 2009/10

Wykonawcy: Barcik Piotr

Góra Szymon

Machay Paweł

1.Wstęp teoretyczny

W wielu przypadkach właściwe wykorzystanie materiałów drobnoziarnistych i odpadów przemysłowych wymaga ich zagęszczenia i nadania trwałej formy. Odpowiednią do tego metodą jest scalanie tego materiału w prasach walcowych.

Scalanie - to proces polegający na nadawaniu postaci kawałkowej wymiarów większych, niż posiadało ziarno wyjściowe tego materiału. Scalanie powoduje zmiany właściwości mechanicznych i fizykochemicznych materiałów:

Podstawowe zalety scalania materiałów:

1. Możliwość zastosowania w określonym procesie technologicznym, np. koncentraty miedzi,

2. Zagospodarowanie odpadów przemysłowych, np. popioły lotne,

3. Poprawienie efektywności procesu produkcji, np. poprawienie efektywności ekonomicznej prasy,

4. Możliwość transportowania i efektywne składowanie materiałów; zmniejszanie objętości i eliminacja zapylenia,

5. Poprawienie walorów użytkowych materiałów, np. leki, nawozy sztuczne,

6. Wykorzystanie w przemyśle energetycznym, np. prasowana słoma,

Główne sposoby scalania:

1. ciśnieniowe:

• spiekanie - jest zjawiskiem zachodzącym polegającym na wiązaniu drobnych ziaren w wysokiej temperaturze, lecz niższej od temperatury topnienia.

• brykietowanie - jest to formowanie sypkich, luźnych, drobnoziarnistych substancji, w zwięzłe bryły.

2. nieciśnieniowe:

• granulacja (grudkowanie) - proces tworzenia granulek; drobnych, nieregularnych ziaren substancji. Następuje poprzez zlepianie się materiału sproszkowanego w agregaty.

Urządzenia stosowane do scalania:

1. ciśnieniowego:

• prasy stemplowe

• prasy walcowe

• prasy hydrauliczne

nieciśnieniowego:

• granulatory bębnowe

• granulatory talerzowe

• granulatory łopatkowe

Materiały scalone znalazły zastosowanie w:

• przemyśle farmaceutycznym,

• przemyśle hutniczym,

• przemyśle spożywczym,

• przemyśle meblowym,

• przemyśle energetycznym,

• przemyśle obróbki metali,

• przemyśle wydobywczym,

Sorbenty - są to ciała stałe, rozdrobnione, których cząstki charakteryzują się dużą powierzchnią. Cechą charakterystyczną sorbentu jest jego chłonność. W zależności od przeznaczenia wyróżnić można sorbenty „sypkie” i tekstylne.

Rodzaje sorbentów:

• mineralny i naturalny - mają postać granulatu,

• tekstylne - mają  postać zwartej powierzchni sorpcyjnej: rolki, arkusze, poduszki, węże.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z:

• metodami ciśnieniowego scalania materiałów drobnoziarnistych,

• metodami pomiaru momentu skręcającego, szerokości szczeliny i nacisku jednostkowego,

• procentowym obliczeniu zapotrzebowania mocy na realizację tego procesu

3. Opis stanowiska badawczego wraz z jego schematem

Ćwiczenie laboratoryjne przeprowadzono w laboratoryjnej prasie walcowej oznaczanej symbolem LPW 450, wyposażonej w zasilacz grawitacyjny oraz pierścienie formujące w kształcie kropli.

1. Określenie obiektu badań - wybór zmiennych zależnych i niezależnych.

2. Schemat jakościowego modelu obiektu badań.

1. jako zmienną niezależną rejestrujemy n_{w -} prędkość obrotową prasy.

2. jako zmienne zależne wybrano:

• s[mm] - szerokość szczeliny między walcami

• M_w[kN/m]- moment skręcający na wale nieprzesuwnym

• P_s[MPa] - nacisk jednostkowy we wgłębieniu formujący

Opis instalacji doświadczalnej do badań procesów scalania materiałów drobnoziarnistych w prasie walcowej.

W skład stanowiska badawczego wchodzą następujące zespoły:

• Układ napędowy prasy walcowej,

• Elektroniczny układ regulacji prędkości obrotwej silnika,

• Klatka wałów formujących wraz z zasilaczem,

• Układ hydrauliczny docisków walca przesuwnego,

• Układ pomiarowy,

Układ pomiarowy składa się z trzech torów pomiarowych w skład których wchodzą:

• Tor pomiarowy szerokości szczeliny między walcami,

• Tor pomiarowy momentu skręcającego,

• Tor pomiarowy nacisku jednostkowego,

1-zestaw telemetryczny

2-tor pomiarowy nacisku na powierzchnie walca

3-tor pomiarowy szerokości szczeliny

Karta pomiarowa - komputer PC oraz oprogramowanie napisane w środowisku Labview.

Tensometr - czujnik, służący do pomiaru. W praktyce pomiar tensometryczny polega na pomiarze odkształcenia i obliczeniu naprężenia w oparciu o przyjęty związek.

Najczęściej stosowanym rodzajem tensometrów są tensometry oporowe, zmieniające swoją rezystancję wraz ze zmianą wymiarów. Ze względu na budowę rozróżnia się tensometry oporowe: wężykowe, zygzakowe, kratowe, foliowe, półprzewodnikowe.

4. Opis przebiegu prowadzonego eksperymentu.

1. Ustawienie prędkości obwodowej V_w prasy i szerokości szczeliny między walcami δ,

2. Przygotowanie próbki materiału;

1. Wybrano próbkę koncentratu miedzi o masie 4,1kg,

2. Przygotowanie polegało na dodaniu 3,4% wody a następnie mieszaniu w mieszarce zetowej przez 30 minut,

3. Uruchomienie aparatury,

4. Dostarczenie materiału do zasobnika,

5. Uruchomienie prasy,

6. Zapis wyniku pomiarów,

5. Przeprowadzenie obliczeń

Procedury obliczeniowe:

6. Zestawienie wyników pomiaru

Lp.	Wielkość	Jednostka	Wartość
1	Średnica pierścieni D	[mm]	450
2	Prędkość obwodowa vw	[m/s]	0,13
3	Prędkość obrotowa nw	[obr/min]	5,52
4	Szerokość szczeliny między walcami δ	[m]	0,0018
5	Moc Nc	[kW]	17,03
6	Szerokość pierścieni walców B	[m]
7	Maksymalny moment skręcający Mw	[kNm]	14,74
8	Maksymalny nacisk jednostkowy Pn	[MPa]	22,57

7. Wnioski

Celem wykonywanego przez nas ćwiczenia było zapoznanie się z metodami scalania ciśnieniowego materiałów drobnoziarnistych oraz metodami pomiaru takich wartości jak; moment skręcający, szerokość szczeliny czy nacisk jednostkowy.

Pomiary tego typu wykonuje się, aby przeanalizować działanie badanego urządzenia, wykryć wszelkie nieprawidłowości mogące wynikać z usterek technicznych bądź wad innego typu. Służą one również do udoskonalenia procesu technologicznego a także wprowadzenia pewnych udoskonaleń mechanizmu maszyny.

LPW 450

n_w- prędkość obrotowa

δ - szerokość szczeliny miedzy walcami

M_w - moment skręcający na wale nieprzesuwnym prasy

p_n - nacisk jednostkowy na powierzchnię walca

p_n [MPa]

M_w [kNm]

δ [mm]

n_w [obr/min]

Z_n

Z₃

Z₂

Z₁

karta pomiarowa

przyrząd z falą nośną

indukcyjny

czujnik

przemieszczeń

wzmacniacz tensometryczny

czujnik

tensometryczny

wzmacniacz pomiarowy

przedwzmacniacz

3

2

1

---