2. Układy napędowe maszyn technologicznych, transmitancja energii:

Moc z silnika poprzez przekładnię pasową przenoszona jest na wał szybkoobrotowy reduktora. Przekładnia pasowa zmniejsza prędkość obrotową, a tym samym zwiększa moment M₁n₁ = M₂n₂. 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 N_u:

N_u = η_s • η_prz • η_R • η_sp • N_s

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

-zapobieżenie pyleniu materiałów drobnoziarnistych podczas transportu i składowania

-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)

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 oraz 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).

1-strefa swobodnego opadania materiału (pomiędzy walcami powstaje siłą tarcia wewnętrzna na styku materiał-walca

2-strefa intensywnego podawania materiału

3-strefa zagęszczania i scalania materiału (następuje wypływ powietrza, wypływ cieczy, pozycjonowanie ziaren, część ziarn się rozkrusza a część tworzy gotowy materiał

4-strefa sprężystego rozprężania produktu

α₀kat chwytu (pomiedzy koncem strefy 2 a osia symetrii pozioma) ∖ nokresla nam poczatek strefy zageszczania w prasie walcowej

Jednostkowe zapotrzebowanie energii:

$Z = \frac{N_{\text{ps}}}{W}\ \left\lbrack \frac{\text{kWh}}{\text{Mg}} \right\rbrack$; $W = 60 \bullet n \bullet \rho_{p} \bullet V_{p} \bullet i\ \left\lbrack \frac{M_{g}}{h} \right\rbrack$; m_p = ρ_p • V_p −  masa produktu

N = N_ps + N_m

N_ps−moc potrzebna na przetworzenie surowca

N_m−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-ekenomiczne 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.

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-adsorbcyjnych 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.

Granulator bębnowy:

Zalety: bardzo duża wydajność do 600 000 kg/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. 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

- 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 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.

1. 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.

drobne – 40 mm; bardzo drobne – 0,5-3 mm; koloidalne – 0,1-0,5 mm ; subkoloidalne – 0,05-0,2 mm

Młyny:

bębnowe, rolowo – misowe, udarowe, strumieniowe

Dla α = 45 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:

$$N = \frac{0,45 \bullet m_{m}\text{gRω}}{1000\eta_{m}}$$

Stopień napełnienia młyna:

$$\frac{V_{mielnikow}}{V_{calej\ komory}},\ duzy \rightarrow udarowy,\ maly \rightarrow scierny$$

ciagle ≤ 0, 32 ≤ okresowe ≤ 0, 6; dla drobnego materialu  ≤ 0, 18

Wykładziny:

• chroni korpus

• zmienia charakter pracy

• segreguje mielniki wewnątrz komory, wg. rozmiaru

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:

$$R_{o} = \sqrt{R^{2} - \frac{kV_{B}}{2\pi B}}$$

R_o − promien walcow w ukladzie zastepczym

R − rzeczywisty promien walcow

k − ilosc wglebien formujacych

V_B − objetosc brykietu

B − szerokosc czynna walcow w ukladzie rzeczywistym oraz zastepczym

Przyjęte założenia:

• materiał jednorodny i izotropowy

• plastyczny stan odkształcenia materiału

a − szerokosc szczeliny miedzy walcami w rzeczywistym ukladzie

α_o − kat chwytu

ϑ − jednostkowy opor zageszczania

μ − wspolczynnik tarcia zewnetrznego 

s − stopien zageszczania brykietowanego materialu

w − wilgotnosc brykietowanego materialu

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

Na podstawie analizy wyników pomiarów zmienności współczynnika tarcia zewnętrznego, uzyskano ogólną postać formuły empirycznej:

μ = Fsa + Gw + K

10. Kształtowanie na etapie projektowania oraz wytwarzania wysokiej trwałości elementów maszyn technologicznych narażonych na intensywne zużywanie.

-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.