Rok II, grupa IA 2013/2014

piątek, godz. 8:00-10:30

Podstawy Mechaniki

i Konstrukcji Maszyn

LABORATORIUM

Analiza konstrukcji prasy walcowej i realizowanego w  niej procesu.

Opracowali:

Joanna Adamczyk

Dawid Adamski

Bartosz Aleksander

Karolina Badowska

Edyta Bajerska

Robert Berger

Katarzyna Białota

Amanda Bidzińska

Michał Bielecki

Maciej Bik

Kacper Bonio

Monika Brzeziecka

Patryk Chmura

Aleksander Chyc

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodami pomiaru momentu skręcającego i nacisku jednostkowego, oraz procedurą obliczania mocy, wydajności, jednostkowego zapotrzebowania energii na realizację procesu scalania oraz wytrzymałości brykietów na zrzut.

2. Schemat stanowiska - prasa walcowa LPW 450

Rys.1. Schemat laboratoryjnej prasy walcowej LPW 450 wraz z układem pomiarowym.

1 - motoreduktor, 2 - sprzęgło podatne, 3 - klatka walców zębatych, 4 - sprzęgło cierne, 5 ‑ sprzęgło Oldhama, 6 - rama, 7 - walec formujący nieprzesuwny, 8 - walec formujący przesuwny, 9 - siłowniki nurnikowe, 10 ‑ element sprężysty lub dystansowy, 11 - zasilacz grawitacyjny, 12 - silnik elektryczny, 13 - pompa, 14 - filtr ssawny, 15 - filtr wlewowy, 16 - zawór zwrotny, 17 – zawór przelewowy, 18 - zawór zamykający, 19 - akumulator gazowy, 20 ‑ manometr, 21 - układ regulacji ciśnienia, 22 - tor pomiarowy prędkości obrotowej wału wejściowego klatki zębatej, 23 - czujniki drgań, 24 - tor pomiarowy siły obciążającej element dystansowy, 25 - tor pomiarowy siły docisku walca przesuwnego, 26 - tor pomiarowy momentu skręcającego na wale przesuwnego walca formującego, 27 - tor pomiarowy nacisku we wgłębieniu formującym, 28 - tor pomiarowy przemieszczenia walca przesuwnego 29 ‑ wzmacniacz pomiarowy PE102, 30 - wzmacniacz pomiarowy MGT-232, 31 ‑ wzmacniacz pomiarowy KMN-602, 32 – rejestrator, 33 – karta pomiarowa DAQ-700 (National Instruments), 34 - komputer (notebook).

3. Opis przebiegu przeprowadzonego eksperymentu.

1. Ustalenie prędkości obwodowej v_w i wielkości szczeliny d między walcami prasy.

2. Utworzenie mieszanki o zawartości składników 50:50 z mieszanki o zawartości 60:40.

3. Przygotowanie próbki materiału drobnoziarnistego i wsypanie jej do zasobnika prasy.

4. Załączenie aparatury pomiarowej i uruchomienie prasy.

5. Zapisanie danych pomiarowych po zakończeniu eksperymentu.

6. Eksperymentalne zmierzenie wytrzymałości powstałego brykietu na zrzut.

4. Wykresy

5. Obliczenia

1. Obliczenie prędkości obrotowej i momentu na wale prasy:

$$\mathbf{n}_{\mathbf{w}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{60}}{\mathbf{t}_{\mathbf{1}}\mathbf{-}\mathbf{t}_{\mathbf{2}}}\mathbf{= 4,48196\ \lbrack obr/min\rbrack}$$

gdzie: t₂ i t₁ to odpowiednio czasy dla których wystąpiły piki 2 i 1 na wykresie 2.

$$\mathbf{M}_{\mathbf{w}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{sr}}}{\mathbf{5}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{5}\mathbf{n}}\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{n}}{\mathbf{M}_{\mathbf{i}}\mathbf{= 2,93461\ \lbrack kNm\rbrack}}$$

2. Obliczenie mocy pobieranej w czasie realizacji procesu brykietowania N_c:

$$\mathbf{N}_{\mathbf{c}}\mathbf{= 2}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{w}}\mathbf{n}_{\mathbf{w}}}{\mathbf{9,55}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{\text{kW}} \right\rbrack$$

gdzie:

M_w - moment na wale prasy walcowej [kNm],

n_w - prędkość obrotowa walców prasy [obr/min].

$$\mathbf{N}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2 \bullet 2,93461 \bullet 4,48196}}{\mathbf{9,55}}\mathbf{= 2,7545\ \lbrack kW\rbrack}$$

3. Obliczenie wydajności objętościowej prasy walcowej wyposażonej w pierścienie formujące o „siodłowym” kształcie wgłębień W_o:

[m³/h],

W_o=60 • 5•10⁻⁶•120 • 4, 48196 = 0, 16135 [m³/h]

gdzie:

V_b - objętość brykietu [m³],

i_b - ilość wgłębień formujących [-], i=120,

n_w - prędkość obrotowa prasy walcowej [obr/min].

4. Obliczenie wartości jednostkowego zapotrzebowania energii w czasie realizacji procesu brykietowania Z_c:

[kWh/m³]

$$Z_{c} = \frac{N_{c}}{W_{o}} = 17,0715\ \lbrack kWh/m^{3}\rbrack$$

5. Obliczenie wytrzymałości brykietu na zrzut

$$K = \frac{m}{m_{o}} \bullet 100\%$$

gdzie m i m_o to odpowiednio masa brykietu po zrzucie i masa brykietu przed zrzutem

$$m = \frac{1}{3}\sum_{i = 1}^{3}m_{i} = 86,23\ \lbrack g\rbrack$$

$$m_{o} = \frac{1}{3}\sum_{i = 1}^{3}m_{i} = 95,33\ \lbrack g\rbrack$$

$$K = \frac{86,23}{95,33} \bullet 100\% = 90,45\ \lbrack\%\rbrack$$

L.p.	Wielkość	Jednostka	Wartość
1	Średnica walców Dw	[m]	0,45
2	Prędkość obwodowa vw	[m/s]	0,1
3	Prędkość obrotowa prasy walcowej nw	[obr/min]	4,48196
4	Moment skręcający Mw	[kNm]	2,93461
5	Moc Nc	[kW]	2,7545
6	Objętość brykietu Vb	[m^3]	5,0 10^-6
7	Ilość wgłębień formujących ib	[-]	120
8	Wydajność objętościowa prasy walcowej Wo	[m^3/h]	0,16135
9	Jednostkowe zapotrzebowanie energii na realizację procesu brykietowania Zc	[kWh/m^3]	17,0715
10	Maksymalny nacisk jednostkowy we wgłębieniu formującym pn	[MPa]	129,6
11	Wytrzymałość brykietu na zrzut	[%]	90,45

Tabela 1. Wyniki badań i obliczeń

6. Wioski

Prędkość obrotowa prasy wyniosła n_w=4,48196 [obr/min], a moment skręcający: M_w=2,93461 [kNm]. W czasie procesu prasa miała moc N_c=2,7545 [kW], jej wydajność wyniosła W_o=0,16135 [m³/h], a jednostkowe zapotrzebowanie energii Z_c=17,0715 [MPa].

Przy zadanych parametrach wytrzymałość brykietu na zrzut wyniosła K=90,45%.