МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Методические указания

К ЛАБОРАТОРНЫМ И ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Механическое оборудование заводов черной металлургии»

Раздел «Оборудование доменных и сталеплавильных цехов»

Краматорск 2007

УДК 621.771

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механическое оборудование заводов черной металлургии». Раздел «Оборудование доменных и сталеплавильных цехов» (для студентов специальности 8.090218) /Сост. И. А. Морозов. 2-е изд.. стер.- Краматорск: ДГМА, 2003.-72 с.

Содержатся организационные и методические советы студентам по выполнению лабораторного практикуму, рассмотрены методы расчета и экспериментального исследования энергосиловых параметров приводов металлургических машин, а также вопросы, связанные с работой и конструктивными особенностями машин.

Составитель

Программой первой части курса "Механическое оборудование заво­дов черной металлургии" предусмотрено выполнение лабораторных работ с целью закрепления у студентов полученных на лекциях теоретических знаний по устройству машин и механизмов, приобретения практических навыков по исследованию энергосиловых параметров наиболее распростра­ненных агрегатов доменных и сталеплавильных цехов.

Правила выполнения лабораторных работ

Лабораторные работы выполняются по утвержденному кафедрой гра­фику, который вывешивается в лаборатории.

К лабораторной работе допускаются студенты, ознакомившиеся с ее содержанием и изучившие соответствующие разделы теоретическо­го курса.

Работы выполняются в последовательности, указанной в инструкции.

Перед началом лабораторной работы необходимо распределить обязанности между членами бригады (в бригаде 3-5 студентов}.

Отчет по работе в обязательном порядке предъявляется препо­давателю перед началом очередного занятия (в противном случае сту­денты к занятиям не допускаются).

При защите лабораторной работы студент обязан знать основные теоретические положения по данной работе, методику исследования основных энергосиловых параметров.

К работе в лаборатории допускаются лица, прошедших инструктаж по технике безопасности.

Правила техники безопасности

Все лабораторные работы студенты обязаны выполнять в спец­одежде (халатах).

Строго запрещается включать электрооборудование без разреше­ния преподавателя.

Нельзя опираться на работающие установки и без надобности тро­гать их руками.

Запрещается уходить со своего рабочего места и переходить на другое без разрешения руководителя занятий.

Нельзя включать в сеть приборы без разрешения преподавателя или лаборанта.

Изучение конструктивных особенностей оборудования и составление кинематических схем установок необходимо производить при вклю­ченном рубильнике.

При сборке электрических схем по возможность не следует до­пускать пересечения проводов и их натянутого состояния.

Во всех случаях обнаружения неисправного состояния оборудования надо сообщать об этом преподаватели и только после устранения неисправности продолжать работу.

Рабочее место необходимо содержать в чистоте и порядке.

После проведения лабораторной работы в обязательном порядке надо отключить электрооборудование от источников питания.

Общие указания к оформлению отчета

Отчеты по лабораторным работай оформляются в специальной тетради в порядке очередности выполнения работ.

Схемы и графики вычерчиваются в карандаше, обязательно с при­менением чертежных принадлежностей.

Элементы кинематических схем должны быть выполнены согласно требованиям ЕСКД.

Графики рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге. Зна­чение аргумента следует откладывать по горизонтальной оси, а значе­ние функции по вертикальной оси. Вдоль осей наносят масштабные шкалы, деления которых должны быть равномерными.

Отчет должен содержать выводы по проделанной работе. Обработка экспериментальных данных и исследование работы механизмов на основе их теоретической модели проводятся на ЭЦВМ.

Лабораторная работа 1

Изучение работы роторного вагоноопрокидывателя,

исследование энергосиловых параметров привода кантования ротора

Цель работы – изучить устройство роторного вагоноопрокидывателя; исследовать энергосиловые параметры привода вагоно­опрокидывателя; научиться определять угол естествен­ного откоса сыпучих материалов

Общие указания

Вагоноопрокидыватели предназначены для разгрузки сыпучих материалов из открытых железнодорожных вагонов, прибывающих на склады доменных цехов и агломерационных фабрик. Применение вагоноопрокиды-вателей дает возможность полностью решить задачу механизации разгруз­ки любых сыпучих материалов /I/.

По способу разгрузки вагоноопрокидыватели подразделяют на тор­цевые, боковые (башенные), круговые (роторные) и комбинированные. В зависимости от характера обслуживания разгрузочного фронта вагонооп­рокидыватели могут быть стационарными и передвижными.

На. металлургических заводах СССР применяют вагоноопрокидыватели передвижного (башенные и роторные - рис.1а,б) и стационарного (ро­торные - рис.1,в) типов. Башенный вагоноопрокидыватель снабжен меха­низмом кантования люльки с канатной передачей, а роторный - механиз­мом кантования ротора с канатной или зубчатой передачей.

Тип вагоноопрокидявателя выбирают, исходя из конкретных условий расположения завода, доменного цеха я системы механизации склада сырья.

Преимуществом передвижных вагоноопрокидывателей является воз­можность разгрузки вагонов на любом участке траншей склада. Однако применение передвижных вагоноопрокидывателей требует дополнительной перегрузки материалов с помощью перегрузочных кранов, что практи­чески исключает возможность автоматизации операций по подаче мате­риалов на склад.

Стационарные вагоноопрокидыватели выгружают материалы под ротор, что требует установки заглубленных приемных бункеров, питателей и системы конвейеров для подачи материалов на склад. Однако в этом случае возможна полная автоматизация операций по разгрузке сыпучих материалов.

Роторные вагоноопрокидыватели легче вагоноопрокидывателей ба­ шенного типа, при этом для кантования ротора расходуется в два-три раза меньше энергии, чем для кантования люльки башенного вагонооп­ рокидывателя.

Передвижной башенный вагоноопрокидыватель

На рис. 1,а показан башенный вагоноопрокидыватель. Металлокон­струкция вагоноопрокидывателя выполнена в виде портала (башни) 1, установленного на приводных ходовых тележках 2. Внутри портала рас­положена люлька 3 с подвижной платформой 4 для установки вагона 5. На платформе расположены рельсы нормальной колеи (1540 мм), стыкуемые с рельсами накатов. Механизм кантования люльки 6 имеет канатную

Рис. 1. Типы вагоноопрокидывателей: а – передвижной башенный (боковой); б – передвижной роторный (круговой);

в – стационарный роторный (круговой)

передачу, включающую подъёмные канаты и канаты малых и больших про­тивовесов. Вагон на люльке при кантовании удерживается зажимами. Для подачи и уборки вагонов « обеих сторон вагоноопрокидывателя рас­положены накаты (въезды), перемещающиеся вместе с ним по железнодо­рожным путям.

Подача вагонов в люльку вагоноопрокидывателя осуществляется при помощи толкателя, который перемещается по тем же путям, что и вагоноопрокидыватель.

Передвижной роторный вагоноопрокидыватель

На рис.1,б показан передвижной роторный вагоноопрокидыватель.

Мост 1 вагоноопрокидывателя, выполненный в виде плоской метал­локонструкции, опирается на весть ходовых тележек 2, три из которых с приводными скатами. Перемещается вагоноопрокидыватель вдоль раз­грузочной траншеи, расположенной под его мостом. Поворот на угол 180° с одновременным перекатыванием ротора 3 осуществляется при по­мощи канатной передачи 4. Привод канатной передачи расположен на мосту ротора.

Стационарный роторный вагоноопрокидыватель

Роторный вагоноопрокидыватель (рис. I,в) состоит из ротора, опорных катков, механизма вращения ротора, платформы я зажимных крюков с приводным механизмом.

Ротор вагоноопрокидывателя представляет собой металлоконструк­цию I длиной около 6 м (по осям бандажей) с дисками и закрепленными на нем бандажами 2. Ротор при помощи бандажей опирается на балансирные роликовые опоры 3, установленные на раме , закрепленной на фун­даменте. Центр тяжести ротора находится ниже оси вращения. При вы­ходе из строя привода кантования ротора это гарантирует возврат ро­тора в исходное положение.

Механизм вращения ротора состоит из электродвигателя, тормоза, редукторы зубчатых шестерен 5, находящихся в зацеплении с зубчатыми венцами 4, закрепленными на роторе вагоноопрокидывателя.

В процессе кантования ротора платформа 6, подвешенная на тягах, перемещается в сторону привальной стенки. После упора вагона в при­вальную стенку он фиксируется вертикальными упорами 7.

Определение момента сопротивления

при квантовании ротора

Статический момент сопротивления вращению ротора равен [I]

где - статический момент, создаваемый силами веса материала, вагона и ротора;

- вес материала в вагоне;

- вес вагона, = 100 Н;

- вес ротора, = 200 Н;

h­ – плечо силы Q относительно оси вращения ротора (рис.2)

Рис.2. График изменения величины h силы Q в

зависимости от угла поворота ротора α

- коэффициент удельного сопротивления передвижению бандажа по каткам.

В работе [2] приведена следующая формула:

где µ - коэффициент трения скольжения в подшипниках опорных

катков, µ = 0,15;

d – диаметр цапфы катка;

К – коэффициент трения при качении, К = 0,9 мм;

β – коэффициент, учитывающий боковое трение (трение в

ребордах), β = 1,8…2,5;

D – диаметр опорного ролика;

R – радиус ротора;

∑А – арифметическая сумма реакций, которая определяется из условия, что давление ротора на опорные катки распреде­ляется равномерно, так как они расположены на баланси­рах (влиянием усилий в канатах механизма опрокидывания из-за относительной их малости по сравнению с весом ро­тора и вагона при расчете опорных реакций катков прене­брегают).

Реакцию А со стороны опорного ролика (рис.3) определяют по формуле:

Тогда для всех опорных роликов

,

В данном случае α₁ = 25˚; α₂ = 40˚.

Рис. 3. Схема к определению момента, создаваемого силами трения в опорных катках роторного вагоноопрокидывателя

Определение веса материала, находящегося в вагоне при

кантовании ритора [3]

1. Поперечное сечение материала, находящегося в вагоне, имеет прямоугольную форму:

где а - высота груза;

В - ширина вагона;

L - длина вагона;

γ - удельный вес груза.

2. Поперечное сечение материала, находящегося в вагоне, имеет форму трапеции (рис.4):

Рис. 4. Схема поперечного сечения материала

3. Поперечное сечение материала, находящегося в вагоне, имеет форму треугольника (рис.5):

Рис. 6. Схема поперечного сечения материала

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из собственно вагоноопрокидывателя с вагоном. Для определения, энергосиловых параметров привода используются амперметр и вольтметр постоянного тока.

Привод ротора вагоноопрокидывателя осуществляется от электро­двигателя постоянного тока через червячный редуктор и канатную пе­редачу. С целью равномерного распределения нагрузки от веса ротора на опорные катки последние установлены на балансирах.

Материальное обеспечение работы

1. Лабораторная установка роторного вагоноопрокидывателя.

2. Амперметр.

3. Вольтметр.

4. Штангенциркуль.

5. Линейка.

6. Выпрямитель переменного тока.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией и работой лабораторной установ­ки вагоноопрокидывателя.

2. Загрузить вагон сыпучим материалом (песок, окатыши) и по­местить его в ротор вагоноопрокидывателя.

3. Произвести поворот ротора на углы 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160°, определяя вес материала, находящегося в вагоне и фиксируя величину тока электродвигателя (вес материала определяем, используя геометрические параметры сечений, рис. 4 и 5).

4. По графику (см.рис.2) определить плечи для сил от веса ма­териала в функции угла поворота вагоноопрокидывателя (для углов, кратных 20°).

5. Определить значение статических моментов сопротивления вра­щению, создаваемых силами веса материалов:

Построить график зависимости где α – угол по­ворота вагоно-опрокидывателя.

6. Зная, что вес ротора равен 200 Н, вес вагона равен 100 Н, с учетом веса материала в вагоне, определить статический момент со­противления вращению от трения в опорах.

7. Определить суммарный момент сопротивления при кантовании ротор.

8. Определить угловую скорость вращения ротора.

9. По значению угловой скорости и статическому моменту сопро­тивления вращению определить необходимую мощность привода вагоноопрокидывателя:

где М - момент, Н.м;

ω - угловая скорость, рад/с;

η - коэффициент полезного действия (η = 0,6).

10. Определить мощность на валу двигателя по значению тока и напряжения

где U - напряжение, В;

I - сила тока, А.

11. Построить графики зависимости расходуемой мощности в функции угла поворота.

12. Определить погрешность проведенных измерений.

Данные свести в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п	α, град	h­­i, мм	GM, H	M1, H·м	M2, H·м	M, H·м	, кВт	, кВт
1 2 …	0 20 …
7 8	140 160

Содержание отчета

Отчет должен включать:

1. Цель работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Описание лабораторной установки (привести кинематическую схему).

5. Графики зависимости расходуемой мощности в функции угла поворота.

6. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

7. Выводы по работе.

Правила техники безопасности при

выполнении работы

1. Привод вращения ротора разрешается включать только с раз­решения преподавателя.

2. Перед включением электродвигателя следует убедиться в том, что переключатель на пульте управления установлен в положении "постоянный ток".

1. Кантовать ротор на угол, превышающий 160°, запрещается.

3. При проведении измерений геометрических параметров необхо­димо отключить привод.

Контрольные вопросы

1. Какие типы вагоноопрокидывателей вы знаете?

2. Какие способы привода ротора вагоноопрокидывателя вы знаете?

1. В чем заключаются конструктивные особенности передвижных роторных вагоноопрокидывателей?

3. В чем заключаются конструктивные особенности стационарных роторных вагоноопрокидывателей?

4. Каковы преимущества и недостатки башенных вагоноопрокиды- рателей?

5. Каковы преимущества и недостатки стационарных вагоноопро­кидывателей?

7. Чему равен момент сопротивления при кантовании ротора вагоноопрокидывателя?

8. Чему равен коэффициент сопротивления передвижного бандажа по каткам?

9. Как определить величину реакции на катке (опорные ролики)?