1. Cel ćwiczenia:

1. Zapoznanie się z budową typowych urządzeń technologicznych na przykładzie maszyn do scalania materiałów drobnoziarnistych

2. Analiza budowy oraz rozwiązań konstrukcyjnych laboratoryjnych urządzeń do scalania materiałów drobnoziarnistych: pras walcowych LPW450, LPW1100 oraz granulatora talerzowego LGT750, LGT1000

2. Definicja scalania:

Scalanie – są to procesy fizykochemiczne i fizykomechaniczne zapewniające formowanie cząstek o określonych rozmiarach, kształcie, strukturze oraz właściwościach fizycznych

3. Powody dla których scala się materiały drobnoziarniste:

• Ulepszenia wartości użytkowych produktu

• Wymogi procesów technologicznych (materiał drobnoziarnisty musi być podany w formie granulatu)

• Przygotowanie odpadowych materiałów drobnoziarnistych do utylizacji związane jest z reguły z koniecznością ich zbrylania

• Bardziej wydajne zagospodarowanie magazynów oraz urządzeń transportowych

• Zapobieganie pyleniu materiałów drobnoziarnistych podczas transportu i składowania,

4. Gałęzie przemysłu wykorzystujące proces scalania materiałów:

• przemysł rolny (nawozy sztuczne)

• przemysł farmaceutyczny (leki)

• przemysł spożywczy (cukier w kostkach)

• przeróbka odpadów (scalanie wiórów powstałych po obróbce)

• przemysł wydobywczy (mniejsze zapylenie materiałów transportowanych)

• przemysł energetyczny (brykiet węgla brunatnego)

5. Rodzaje procesów scalania materiałów:

• brykietowanie – materiały są scalane do postaci brykietów o wielkości kilkunastu milimetrów

• granulacja – proces tworzenia granulek - drobnych, nieregularnych ziaren substancji.

• spiekanie – coraz rzadziej stosowane ze względu na duże zapotrzebowanie energii oraz degradację środowiska

• dwustopniowa granulacja – w pierwszym etapie materiał poddawany jest scalaniu, a następnie kruszony oddzielając odpowiednie frakcje

6. Podział urządzeń do scalania materiałów:

• Urządzenia do granulowania:

• granulatory talerzowe

• granulatory bębnowe

• granulatory odśrodkowe

• granulatory łopatkowe

• Urządzenia do brykietowania:

• prasy stemplowe

• prasy hydrauliczne

• prasy ślimakowe

• prasy walcowe

7. Maszyny laboratoryjne:

• Prasa walcowa LPW450

Schemat prasy:

1. motoreduktor

2. sprzęgło kołnierzowe podatne

3. reduktor – klatka walców zębatych sprzędło cierne

4. sprzęgło cierne

5. sprzęgło Oldhama

6. klatka walców roboczych

7. nieprzesuwny walec formujący

8. przesuwny walec formujący

9. siłownik hydrauliczny (nurnikowy)

10. podajnik grawitacyjny

Opis działania:

Moc podawana jest z napędu głównego, czyli z motoreduktora (1). Wał wychodzący z motoreduktora połączony jest za pomocą sprzęgła kołnierzowego podatnego (2) z wałem wejściowym do klatki walców zębatych (3), w której na 1 stopniu przełożenia następuje wzrost momentu, a na drugim stopniu zmienia się kierunek obrotów.

Wały wychodzące z reduktora są połączone z klatką walców roboczych (6), za pomocą sprzęgła Oldhama (5), oraz ciernego(4) które pozycjonuje wały. W klatce walców roboczych (6) znajdują się dwa gładkie walce robocze. Jeden walec jest nieprzesuwny (7), a drugi walec jest przesuwny (8). Walcem przesuwnym współpracują siłowniki hydrauliczne (9), które tworzą układ hydraulicznego podparcia walca.

Materiał podawany jest w przestrzeń między dwoma walcami poprzez podajnik grawitacyjny (10). Między walcami roboczymi znajduje się śruba ustalająca, która zapobiega zatchnięciu się walców, ustalając szczelinę między nimi.

• Prasa walcowa 1100

Schemat brykieciarki:

1. silnik

2. przekładnia pasowa

3. reduktor

4. sprzęgło zębate

5. klatka walców roboczych

6. walce robocze

7. przekładnia zębata otwarta

8. podajnik grawitacyjny

9- siłownik dwustronnego działania

Opis działania:

Moc podawana jest z silnika (1) poprzez przekładnie pasową (2), następnie występuje reduktor(3), na który następuje spadek prędkości obrotowej i wzrost momentu, dalej moc jest przekazywana poprzez sprzęgło zębate (4) na walce robocze (6), znajdujące się w klatce walców roboczych (5).

Moc z reduktora jest przekazywana na jeden walec, który przekazuje ją na drugi walec a przekładnia zębata otwartą służy do synchronizacji obrotów. Materiał podawany jest w szczelinę między walcami z podajnika grawitacyjnego(8).

• Granulator talerzowy

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

Opis działania:

Moc podawana z motoreduktora (3) jest poprzez przekładnie pasową (7) na wał napędzający talerz (2). Talerz w czasie pracy jest czyszczony przez zgarniaki (6).

Materiał granulowany podczas procesu jest zraszany za pomocą dysz zraszających (1). Materiał dostarczany jest do urządzenia przez podajnik (8), a gotowy jest odprowadzany rynną zsypową (5).

8. Obliczenie średnicy wałów głównych w prasie walcowej LPW450

Dane:

P = 60 [kN] - obciążenie

a = 280 [mm] - rozstaw łożysk

N = 22 [kW] - moc silnika

n = 1440 [obr/min] - obroty nominalne

Przełożenia:

i_c=15 - przekładnia cykloidalna

i_z=6,43 – zębata

Dopuszczalne naprężenia na zginanie [stal C45]:

Z_go=310[Mpa],

k_g=88[MPa],

$$k_{g} = \frac{Z_{\text{go}}}{x_{z}} \Rightarrow x_{z} = 3,5$$

d_walców =750 mm

R_A =R_b= 30[kN],

Moment gnący maksymalny występuje w połowie belki:

Moment zredukowany:

Obliczenie średnicy wałów głównych w prasie walcowej LPW1100

Ra=60-80,09+37,55=17,46 [Kn]

Minimalna średnica wału d=110 mm

9.Jakość kształtek otrzymanych w laboratorium:

Lp	F[N]
1	279
2	108
3	175
4	52
5	202
6	119
7	129
8	81
9	307
10	276

Próbki jako komponenty do nawozów sztucznych.

Sezonowały 48 h.

Poddano jednoosiowemu ściskaniu.

Wyliczenie średniej siły ściskającej:

$$F_{s} = \frac{279 + 108 + 175 + 52 + 202 + 119 + 129 + 81 + 307 + 276}{10}$$

=172,5 N

10. Wnioski

Na laboratoriach mieliśmy możliwość zapoznania się z konstrukcją i obsługą pras walcowych LPW 450 i LPW 1100 oraz granulatora talerzowego LGT 750, LGT 1000.

Urządzenia te mają bardzo prostą budowę, która składa się trzech bazowych elementów: układu napędzającego, roboczego i podającego i odbierającego produkt. Każde z wyżej wymienionych urządzeń było wyposażone w falownik, który pozwala nam na ustawienie dowolnej prędkości obrotowej układów roboczych, a co za tym idzie daje nam możliwość znacznej ingerencji w proces technologiczny. Dużą zaletą tych urządzeń jest prosta obsługa dzięki czemu, praktycznie każdy z nas mógłby sterować tymi maszynami.

W oparciu o wyniki przeprowadzonych obliczeń można wywnioskować iż przy zastosowaniu napędu na oba walce robocze zmniejsza się średnica wału, dzięki czemu można zastosować mniejsze sprzęgła i zmniejszyć przestrzeń wykorzystywaną przez całe urządzenie.