Лабораторная работа 6

Исследование опрокидывающих моментов чугуновозного ковша и усилий в канатах кантовальной лебедки

Цель работы - изучить конструкцию и работу кантовального устройства у разливочной машины. Определить усилия в канатах кантовальной лебедки и опрокидывающие мо­менты при повороте чугуновозного ковша экспери­ментальным и теоретическим способами.

Общие указания

Разливочные машины предназначены для разливки чугуна из чугуновозов с грушевидными ковшами вместимостью 80 и 140 т (рис.16).

Рис.16. Схема разливочной машины

Перед разливкой чугуновоз устанавливают против стенда 5 таким образом, чтобы его поперечная ось совпадала с продольной осью лент разливочной машины. Посредством кантовального устройства 4 произво­дят захват чугуновозного ковша 2 крюком 3. Ковш вначале кантуют во­круг цапфы ковша на лафете 1, а затем при соприкосновении его ляп с осями разливочного стенда 5 - относительно этих осей до полного слива чугуна.

Жидкий чугун из ковша попадает на футерованный разливочный же­лоб 6, оканчивающийся двумя сливными носками, которые направляют струи чугуна в движущиеся наклонно (снизу вверх) изложницы конвейе­ров 7. В верхней разгрузочной части конвейеров на барабане 8 проис­ходит опрокидывание изложниц и затвердевший чугун в виде чушек вы­валивается из них и по желобам 9 направляется в металлические желез­нодорожные платформы 10 [I].

Требования, предъявляемые к устройствам для

кантования чугуновозных ковшей

1. В процессе разливки чугуна изложниц разливочной машины дви­жутся с постоянной скоростью. При постоянной скорости кантования ковша количество сливаемого из него металла в единицу времени непо­стоянно и зависит от изменения площади "зеркала" металла в ковше (рис.17).

Рис.17. Диаграмма усилий на крюке квантовой лебедки

Из указанного следует первое требование - механизм кантования должен обеспечить возможность регулирования скорости кантования ков­ша в зависимости от угла поворота, то есть в начале и в конце разлив­ки кантование для равномерного слива чугуна из ковша должно про­исходить быстрее, чем в середине операции разливки [7] .

2. С целью сокращения цикла разливки скорость обратного канто­вания порожнего ковша должна значительно (в 10-15 раз) превышать ско­рость кантования ковша с металлом.

3. Канаты кантовального устройства в процессе опрокидывания ков­ша должны незначительно отклоняться от верnикали [I].

4. Должна быть предусмотрена возможность автоматизации управле­ния работой механизма кантования.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис.18) состоит из чугуновозного ков­ша 1, лафета чугуновоза 2, стенда у разливочной машины 3, тележки 4 с расположенными на ней блоками грузового полиспаста 5 и блоками ре­гулировочного полиспаста 14, 15. Канаты грузового полиспаста б овива­ют блоки верхней Ь и нижней 7 подвесок, проходят через направляющие блоки и навиваются на барабан, приводимый в движение через редуктор 9 и ременную передачу 10 от электродвигателя 11.

Канат регулировочного полиспаста 13 овивает блоки 12, 14, 15 и жестко крепится свободными концами к динамометру 16.

Материальное обеспечение работы.

1. Установка кантовальной лебедки.

2. Динамометр.

1. Металлическая дробь, 30 кг.

3. Штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1. Ковш установить на лафет чугуновоза и загрузить металличес­кой дробью.

2. При помощи динамометра соединить захватное устройство ковша с крюком кантовальной лебедки.

3. Кантовальной лебедкой поворачивать ковш, останавливая его в заданных

Рис.18. Схема кантовального устройства у разливочной машины

положениях через интервалы 10°. В каждом положении ковша по показаниям динамометра записывать величину усилий на крюке канто­вальной лебедки и получить ступенчатую диаграмму нагрузок (см.рис.17) Исследование производить для двух случаев кантования ковша: на лафе­те чугуновоза и на стенде у разливочной машины.

4. Определить величины усилий на крюке в каждом положении ковша.

4. Определить для каждого положения ковша экспериментальное зна­чение опрокидывающих моментов из условия:

где G- - масса ковша с металлом;

Р- усилие на крюке;

h_G, h_p – плечи соответствующих сил.

6. Определить для каждого положения ковша величину момента на барабане кантовальной лебедки:

где - усилие в канате на барабане лебедки;

Р – усилие на кроке кантовальной лебедки;

D – диаметр барабана;

η – коэффициент полезного действия блоков, η = 0,96;

m – кратность полиспаста, m = 3.

7. Построить график изменения момента на барабане кантовальной лебедки в зависимости от угла поворота ковша М_б = f(I), воспользовавшись данными табл. 7.

Таблица 7

Мб = f(φi),	Положение ковша
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Угол поворота ковша, φi… ˚
Усилие на крюке, Н
Усилие в канатах на барабане, Н
Момент на барабане, Н·м
Опрокидывающий момент, Н·м

8. Определить величину опрокидывающих моментов аналитически.

Найти центр тяжести металла для двух заданных положений ковша с углами наклона φ₁ = 15° и φ₂ = 50°.

Полный объём металла разбиваем горизонтальными сечениями на эле­ментарные объёмы 1,2,3,...,n, которые заменяем обычными или сегмент ними цилиндрами. Для каждой элементарной замещающей фигуры находим объем, массу и координаты центре тяжести (рис.19).

При смычном цилиндре:

объем

масса

Рис.19. К нахождению центра тяжести жидкого металла в ковше

координаты центра тяжести:

где D_i - диаметр замещающей фигуры;

δ_i - высота элементарного слоя жидкости;

γ - плотность жидкого металла.

При сегментном цилиндре:

объем

масса

где F_i – площадь основания сегментного цилиндра.

Величину F_i определяем по табл. 8. Стрелка сегмента с центральным углом

θ ≤180° (рис.20, а) равна h_i/R_i. Величины стрелок и радиусы сегментных цилиндров определяем по чертежу (см. рис. 19). По табл. 8 находим f_i - площадь сегмента для ра­диуса r = 1.

Тогда

Так как таблица составлена только для сегментов с центральным углом θ≤180°, то при углах θ > 180° по таблицам определяется относительная площадь дополнительного сегмента f_i при относитель­ной стрелке

Рис.20. К определению параметров цилиндрического сегментa:

а - при θ < 180°; б - при θ > 180°

Таблица 8

Центральный угол	10˚		20˚		30˚	40˚	50˚		60˚	70˚	80˚	90˚
Относительная стрелка h = hi / Ri		0,0038		0,0152	0,0341	0,0603	0,0937	0,1340		0,1808	0,2340	0,2929
Относительная площадь сегмента fi для радиуса r = 1		0,0003		0,0030	0,0118	0,0277	0,0533	0,0906		0,1454	0,1986	0,2854
Относительная длина хорды bi		0,1743		0,3473	0,5176	0,8840	0,8452	1,0000		1,1472	1,2856	1,4142

Окончание табл. 8

Центральный угол	100˚		110˚		120˚	130˚	140˚		150˚	160˚	170˚	180˚
Относительная стрелка h = hi / Ri		0,3572		0,4264	0,5000	0,5774	0,6580	0,7412		0,8264	0,9168	1,0000
Относительная площадь сегмента fi для радиуса r = 1		0,3803		0,4901	0,6142	0,7514	0,9003	1,0590		1,2253	1,3794	1,5708
Относительная длина хорды bi		1,5321		1,6385	1,7321	1,8126	1,8790	1,9319		1,4696	1,9924	2,0000

Примечание. Для углов с точностью до 1˚ геометрические параметры сегмента находим по таблицам

справочника [4].

Площадь сегмента в этом случае составит:

По таблицам, в зависимости от величины относительной стрелки, находим относительную длину хорды в_i. Координаты центра тяжести цилиндрического сегмента будут (при θ < 180˚):

В случае, если θ > 180˚ и относительная стрелка больше единицы, то находим относительную хорду в´_i дополнительного сегмента (см.рис.20, б) и координату х_i­ вычисляем по формуле:

Координату у_i определяем по формуле та же, как и в предыдущем случае.

Результаты вычислений сводим в табл. 9.

Таблица 9

Номер фигуры	Объем Vi, см3	Масса Qi, кг	Абсциосы xi, см	Ординаты yi, см
1 2 … N

Координаты центра тяжести жидкости составят:

Масса жидкого металла в ковше для рассматриваемого положения

Центр тяжести порожнего ковша имеет координаты х_к = 0, у_к = 18 мм.

Тогда координаты общего центра тяжести ковша с жидкостью будут:

где G_k = 14,5 кг – масса порожнего ковша.

7. Построить два положения ковша с жидкостью (рис.21) при его кантовании на лафете (φ = 15˚) и на стенде у разливочной машины (φ = 50˚).

Рис.21. Расчетная схема кантовального устройства:

а - опрокидывание ковша относительно стойки лафета;

б - опрокидывание ковша относительно оси кантовального стенда

При этом удобно пользоваться предварительно изготовленным в масштабе шаблоном. Размеры для его построения приведены на рис. 21.

Рис. 22. Основные размеры модели чугуновозного ковша

8. Определить опрокидывающие моменты для двух положений ковша (см.рис .21):

где - диаметр опорной цапфы ковша или цапфы стенда, мм;

µ - коэффициент трения между опорными цапфами ковша или между лапами ковша и цапфами стенда, µ = 0,15;

l - плечо силы от веса ковша с жидкостью, мм.

Величину плеча определяем по чертежу (см.рис.19).

II. Найти .почетные усилия P_i, действующие на крюк, кантовального устройства, и натяжение каната S_б на барабане лебедки:

где m - кратность полиспаста, т= 3.

10. Вычислить относительную разность между опытными и расчетны­ми данными:

где - расчетное значение момента;

- экспериментальное значение момента.

Содержание отчета

Отчет должен включать:

1. Цель работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Описание лабораторной установки.

4. Результаты экспериментальных исследований и аналитических расчетов положения центра тяжести ковша, опрокидывающих моментов и усилий в канатах.

5. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

6. Выводы по работе.

Правила техники безопасности при выполнении работы

1. Привод кантовальной лебедки разрешается включать только и разрешения преподавателя.

2. При проведении экспериментального исследования отключить ру­бильник, на распределительном щите вывесить трафарет "Не включать - работают люди".

3. Кантование ковша осуществлять путем вращения шкива клиноременной передачи при отключенном рубильнике.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение разливочных машин?

2. Какова схема разливочной машины?

3. Какие требования предъявляют к устройствам для кантования чугуновозных ковшей?

4. Какова схема кантовального устройства разливочной машины конструкции УЗТМ (привод с дифференциальным редуктором)?

5. Какова схема кантовальной лебедки со вспомогательной полиспастной тележкой?

6. Каков порядок проведения эксперимента по определению опро­кидывающих моментов чугуновозного ковша?

7. Каков график изменения скорости кантования ковша?

8. Как определяется центр тяжести жидкого металла (аналитичес­кий метод)?

9. Как определяется центр тяжести жидкого металла (графический метод)?

10. Как определить центр тяжести сегментного цилиндра?

11. Как определить усилие на крюке кантовальной лебедки, если известна масса ковша с металлом G , h - плечо приложения силы и плечо приложения усилия на крюке кантовального устройства h_i?

12. Как определить усилие в канатах, наматываемых на барабан, при известном усилии на крюке и при известной кратности полиспаста?

13. Как определить кратность полиспаста?