книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов

Допустимый вес шихтовой колоши С д . к определится как сумма допустимых весов доз компонентов:

1

Из выражений (1.15) и (1.16) может быть найдена допустимая интенсивность / д подачи доз материала:

для линий дозирования с параллельным режимом работы

где П (t) — производительность плавильного агрегата;

Выражения допустимой погрешности дозирования, допусти­ мого веса шихтовых колош и допустимой интенсивности подачи материала обеспечивают возможность выбора дозирующего обо­ рудования, исходя из технических и экономических соображений.

Заливка форм. Процесс дозирования жидкого металла по формам не влияет на качественные превращения металла, имею­ щие место при дозировании шихтовых материалов. Поэтому по­ лучение допустимой погрешности дозирования рационально свя­ зать с экономическими показателями процесса заливки и прежде всего с допустимым весом металла, идущего на заливку одной формы.

Безусловно, процесс дозирования должен удовлетворять всем остальным требованиям технологии: исключать попадание воз­ духа и шлака в форму, обеспечивать быстрое заполнение формы и заданную интенсивность заливки металла, устранять распле­ скивание и разбрызгивание металла, освобождать рабочего от непосредственного участия в процессе заливки и др. Допустимая интенсивность заливки формы, как правило, практически извест­ на: она определяется скоростью движения формы при конвейер­ ной заливке и пропускной способностью литниковой системы формы. В ряде случаев пропускная способность литниковой си­ стемы может быть исключена из расчетов допустимой интенсив­ ности заливки и последняя будет определяться только быстро­ действием применяемых дозаторов. Например, если приемная чаша формы по металлоемкости равна или несколько больше металлоемкости непосредственно формы, то задача дозирования заключается в максимально быстром выливе заданного веса металла в приемную чашу — дальнейшее заполнение формы осу­ ществляется самопроизвольно. При этом создаются наилучшие условия заполнения формы. Подобная заливка форм наиболее

20

рациональна. Требования в отношении интенсивности заливки на основании имеющихся допустимых значений выражаются в про­ граммах дозирования, которые могут принимать различные виды (рис. 7). Программы дозирования характеризуют расход q(t) дозируемого жидкого металла во времени; площадь, заключен­ ная между осью абсцисс и кривой расхода, определяет вес зали­ того металла в форму.

Расчет допустимой погрешности дозирования жидкого метал­ ла может быть выполнен при использовании следующей схемы литейной формы (рис. 8 ) . Суммарный вес металла, заливаемого

веса отливки или не принимается формой из-за случайных коле­ баний ее размеров, представляет со­

путем. При рассмотрении колебаний металла в стояке (рис. 9 ) можно выделить вес металла, идущего на пополнение веса от­

металла, заливаемого в форму. Тогда программный уровень за­ ливки для дозатора будет располагаться по линии ХІ и допусти­ мая абсолютная погрешность будет A Ä = ± 0 , 5 ( Q , C . H + Q / B . H ) • Ана­ логичная картина наблюдается в выпоре. Из этого следует вы­ ражение допустимой погрешности дозирования жидкого метал­ ла (%)

21

Выражение (1.19) показывает, что увеличение колебаний раз­ меров литейных форм и соответственно веса отливок приводит к повышению расхода металла, заполняющего форму, и к пони­ жению требований в отношении точности дозирования. Непроиз­ водительный расход металла ощутимо сказывается на экономи­

ческих показателях литейного цеха, и стрем­ ление улучшить эти показатели за счет по­ вышения точности дозирования жидкого металла без совершенствования технологии формовки, сборки форм и др. может не дать желаемого результата.

наличии стольких изменяющихся параметров в общем виде не представляется возможным. Поэтому при создании линий смесеприготовления руководствуются теми значениями допустимых погрешностей дозирования, которые на практике удовлетворяют условиям получения качественных смесей. Обычно величина от­ носительной допустимой погрешности весового дозирования лежит в пределах от 0,1 до 2—3% {61]. Легкосыпучие и сухие материалы могут дозироваться с большой точностью. Тяжело­ весные, трудносыпучие материалы дозируются с меньшей точ­ ностью. Приняты следующие допустимые значения погрешности

Допустимая интенсивность дозирования и перемешивания формовочных материалов определяется производительностью формовочного участка.

Наряду с требованиями по обеспечению допустимых парамет­ ров при дозировании формовочных материалов ставятся требова-

22

ния в отношении контроля уровней исходных материалов в бун­ керах, влажности исходных компонентов и готовой смеси и др..

Формовка. Дозирование формовочных смесей непосредствен­ но для приготовления литейных форм получает особо важное значение в высокомеханизированных и автоматических формо­ вочных линиях. Здесь возможно использование двух способов дозирования: объемного и весового. Если в процессах шихтовки, заливки и смесеприготовления вполне определенно отдается предпочтение весовому способу дозирования, то при формовке по этому вопросу нет единого мнения.

Большинство формовочных машин сконструировано по прин­ ципу объемного дозирования формовочной смеси. Этот способ дозирования прост в осуществлении и не требует особых затрат.

Весовой способ дозирования обладает тем преимуществом, что позволяет контролировать набор дозы формовочной смеси, получать в дозаторе обратную связь по весу, а значит, управлять процессом дозирования.

Учитывая, что основным показателем качества уплотнения смеси в форме является плотность (г/см3), в которую входят вес и объем, целесообразно в случае необходимости совмещать объемный и весовой способы дозирования. Практически эта за-, дача может быть решена по следующей схеме: набор дозы в виде объема — взвешивание полученного объема — оценка отклоне­ ний веса смеси в данном объеме от заданных значений — весовая добавка смеси для устранения недопустимых отклонений веса дозы.

Допустимую погрешность дозирования формовочной смеси можно получить при рассмотрении колебаний плотности до и после уплотнения смеси в форме. Средняя фактическая плот­ ность смеси уф после уплотнения может быть выражена уравне­ нием

величины исходной и конечной плотностей колеблются в некото­ рых пределах. Тогда уравнение (1.20) запишется в виде

наковые знаки, поэтому для упрощения знак отклонений плотно­ стей принят положительный.

23

Г л а в а I I

ПОДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДОЗАТОРОВ

1.ПОДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА КУСКОВЫХ

ИКРУПНОКУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Подающие устройства кусковых и крупнокусковых материа­ лов используются в литейном производстве главным образом при дозировании шихты плавильных агрегатов — вагранок и электро­ печей. Большие габариты и масса кусков шихты создают значи­ тельные трудности в обеспечении выхода материала из расход­ ных бункеров в связи с интенсивным сводообразованием шихты и являются основной причиной появления многообразных кон­ струкций подающих устройств.

Суточные бункеры. Это устаревший тип подающего устрой­ ства, требующего в процессе работы применения физического труда рабочего. Суточные бункеры изготавливаются металличе­ скими или железобетонными и устанавливаются стационарно, емкость бункера составляет 10 — 20 т в зависимости от произво­ дительности вагранок. Передняя стенка в нем часто отсутствует для удобства ручной подачи шихты.

Подающее устройство киевского института «Гипростанок».

Оно состоит из расходных бункеров и плунжерных толкателей. Материал подается из расходного бункера во взвешивающее устройство плунжерным толкателем, выполненным в виде пневмоцилиндра со штоком. Это устройство позволяет механизиро­ вать процесс загрузки шихты в бадью, однако его работоспособ­ ность следует проверить в лабораторных условиях, так как толкатель, перемещаясь в массе шихтового материала, под­ вергается большим нагрузкам и может выходить из строя. Весьма вероятно попадание металлических кусков в щели между плун­ жером и стенками расходного бункера, что может привести к заклиниванию и поломкам толкателя.

Подающее устройство Минского тракторного завода [47]. Для подачи шихты из расходных бункеров во взвешивающие устройства на заводе разработаны вибрационный и барабанный питатели. Вибрационный питатель представляет собой горизон­ тальную площадку, установленную в конце наклонной части рас­ ходных бункеров. В качестве возбудителя служит неуравнове­ шенный груз, с валом которого при помощи ременной передачи

25

соединен двигатель. Включение и выключение питателя произво­ дится вручную рабочим, управляющим весовой тележкой.

Самопроизвольное падение кусков металла в бадью предот­ вращается установкой ограничителя в виде поворачивающегося лотка. Схема управления лотка сблокирована с пускателем са­ мого питателя. Барабанный питатель представляет собой ци­ линдр с горизонтальной осью вращения, захватывающий куски шихты. Питатель устанавливается в конце наклонной части рас­ ходного бункера.

Чтобы шихта сползала к питателю, угол наклона дна бункера принят больше 30°. Небольшие куски металла, которые могут попасть в зазор между бункером и питателем, задерживаются отсекателем, создающим плотность сопряжения. Для предотвра­ щения падений кусков шихты с барабана в бадью предусмотрен ограничитель с пневмоприводом. Внутри барабана установлен электромагнит, способствующий захвату материала. В вибра­ ционном питателе не решен вопрос поступления материала из бункера на питатель, а также не определено время износа виб­ рационного питателя.

Подающее устройство ТНИИСА [54]. Это устройство осуще­ ствляет подачу составляющих шихты из расходных стационарно установленных бункеров во взвешивающие устройства при помо­ щи электромагнитных секционных питателей. Каждая из трех секций является кольцевым электромагнитом с самостоятельной обмоткой возбуждения. Выводы обмоток подключены к контакт­ ным кольцам, насаженным на вал цилиндра, вращающегося со скоростью 8—10 об/мин. Через каждые 0,3—0,5 оборота вала магнитное поле питателя гасится и захваченные его поверхно­ стью куски металла падают в воронку весов. Изменяя силу тока возбуждения электромагнитов, а также число параллельно включенных секций, можно в широких пределах изменять подъемную силу и производительность питателя.

Подающее устройство завода «Ростсельмаш» [76]. Оно вклю­ чает металлический расходный бункер, изготовленный из листо­ вой стали толщиной 10—12 мм, емкость которого 10 ж3 . Выдача материалов из бункера осуществляется траковым питателем, состоящим из литых стальных траков длиной 3200 мм и шириной 700 мм; тяговое усилие, развиваемое питателем, равно 9,6 т. В подающем устройстве не решен вопрос разрушения сводообразований в расходном бункере.

Подающее устройство Лутугинского завода прокатных вал­ ков [51]. Для подачи материала в нем используется вибро­ лоток с электромеханическим приводом. Задняя часть лотка шарнирно закреплена на расходном бункере, а передняя подвешена на регулируемой тяге, благодаря чему можно изменять угол наклона лотка. Вибрация на лоток передается от шкива с дебалансом, приводимого во вращение от электродвигателя через ременную передачу.

26

процесс подачи материала на питатель связан с рядом нерешен­ ных трудностей и, прежде всего, со сводообразованием материа­ ла в расходных бункерах. Исследования [4] показывают, что характерной особенностью материалов при истечении через отверстия является склонность к сводообразованию, которая при прочих равных условиях возрастает с увеличением размера и веса кусков. Учитывая значительные флуктуации размеров и веса кусков шихтовых металлических материалов, можно предпола­ гать неизбежное образование сводов в бункерных установках, что препятствует созданию рациональных конструкций дозато­ ров шихты.

Существующие теории образования свода в сыпучих мате­ риалах доказывают, что линии равновесного состояния частиц свода описываются уравнением параболы, которое обобщенно можно представить в виде

t

где У, X — координаты; Р — вертикальная нагрузка на единицу горизонтальной поверхности свода; Т — горизонтальный распор свода.

Одной из самых популярных теорий, объясняющих образова­ ние свода в материале, является теория [78], согласно которой равновесное состояние поверхности свода определяется следую­ щим условием (рис. 10):

27

где а' и 6' — соответственно половина ширины свода у основа­

2Ь'

После преобразований с учетом выражений (Н.1) — (Н.4) урав­ нение свода принимает вид

Y = 4 r - ( I L 5 )

Из уравнения ( I I . 5) после подстановки Y=b и Х = а получим следующее условие существования свода, связывающее его па­ раметры [78]:

а' и Ъ' определяется коэффициентом внутреннего трения f, зна­

Известна также классическая формула Кулона для определе­ ния величины f при отсутствии сцепления кусков:

где -г/ и 0і — соответственно критическое сдвигающее и нормаль­ ное напряжения в массе материала.

Определить величину / для шихты аналитически трудно, по­ этому задача решалась экспериментальным путем с использова­ нием условия (ІІ.6).

Для проведения экспериментов была изготовлена модель бун­ кера (рис. 11) призматично-пирамидальной формы с вырезами в нижней и передней частях. Вырезы закрывались заслонками, которые после 'заполнения бункера шихтой удалялись. Исследо­ вания проводились при коэффициенте заполнения бункера k3,

28

равном 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. В качестве материала использовалась металлическая шихта с размером кусков до 100 мм и весом до

500г.

Впервой серии опытов при каждом значении коэффициента заполнения нижний вырез в бункере открывался (при закрытом вырезе в передней части); после выпадания части материала из

Яш,

торым находились высоты вершин парабол. По опытным значе­ ниям а' и Ь' из уравнения (II.6) определялся коэффициент внут­ реннего трения для различных значений k3. Результаты опытов показывают, что коэффициент внутреннего трения в условиях эксперимента колеблется в пределах 1,4—1,9 в зависимости от заполнения бункера, что соответствует значениям углов внутрен­ него трения 54—62°.

Во второй серии опытов исследовалось влияние высоты вы­ ходного отверстия в передней стенке бункера на образование линии обрушения и объем свода. Установлено, что увеличение высоты выходного отверстия приводит к повышению высоты свода и сдвигает вершину параболы к передней стенке (рис. 12, кривая 2); при этом возрастает число обрушенных кусков мате­ риала (рис. 13).

При стационарно установленном бункере условием для обру­ шения материала и устранения его сводообразования является выход вершины параболы равновесного состояния свода на по­ верхность засыпки материала, находящегося в бункере, т. е.

29