Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках
Приведены расчетная схема и аналитические выражения для определения энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в валковых прессах. Выполнен анализ расчетных данных энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в формующих элементах с различной конфигурацией...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2007
|
| Назва видання: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22056 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках / В.А. Носков, К.В. Баюл // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 278-285. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-22056 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-220562011-07-30T19:50:42Z Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках Носков, В.А. Баюл, К.В. Металлургическое машиноведение Приведены расчетная схема и аналитические выражения для определения энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в валковых прессах. Выполнен анализ расчетных данных энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в формующих элементах с различной конфигурацией 2007 Article Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках / В.А. Носков, К.В. Баюл // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 278-285. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22056 622.7: 621.777.003.12 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение |
| spellingShingle |
Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение Носков, В.А. Баюл, К.В. Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description |
Приведены расчетная схема и аналитические выражения для определения
энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в валковых
прессах. Выполнен анализ расчетных данных энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в формующих элементах с различной конфигурацией |
| format |
Article |
| author |
Носков, В.А. Баюл, К.В. |
| author_facet |
Носков, В.А. Баюл, К.В. |
| author_sort |
Носков, В.А. |
| title |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| title_short |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| title_full |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| title_fullStr |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| title_full_unstemmed |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| title_sort |
оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Металлургическое машиноведение |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22056 |
| citation_txt |
Оценка влияния конфигурации формирующих элементов на энергсиловые параметры брикетирования в валках / В.А. Носков, К.В. Баюл // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 278-285. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| work_keys_str_mv |
AT noskovva ocenkavliâniâkonfiguraciiformiruûŝihélementovnaénergsilovyeparametrybriketirovaniâvvalkah AT baûlkv ocenkavliâniâkonfiguraciiformiruûŝihélementovnaénergsilovyeparametrybriketirovaniâvvalkah |
| first_indexed |
2025-07-02T22:58:00Z |
| last_indexed |
2025-07-02T22:58:00Z |
| _version_ |
1836577808692805632 |
| fulltext |
278
УДК: 622.7: 621.777.003.12
В.А.Носков, К.В.Баюл
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ФОРМУЮЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ НА ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ БРИКЕТИРОВАНИЯ
В ВАЛКАХ
Приведены расчетная схема и аналитические выражения для определения
энергосиловых параметров брикетирования мелкофракционных шихт в валковых
прессах. Выполнен анализ расчетных данных энергосиловых параметров брикети-
рования мелкофракционных шихт в формующих элементах с различной конфигу-
рацией.
Современное состояние вопроса. В процессах брикетирования мелко-
фракционных отходов горно–металлургического комплекса наиболее часто в
качестве прессового оборудования используют валковые прессы. Современный
уровень развития технологий брикетирования требует совершенствования кон-
структивных и технологических параметров данных машин. Важным этапом
при проектировании валковых прессов является выполнение расчета их энер-
госиловых параметров.
В ранее выполненной работе [1] приведены результаты теоретического ис-
следования процесса уплотнения мелкофракционных шихт в очаге деформа-
ции валкового пресса. Получены аналитические выражения, позволяющие вы-
полнить расчет напряженно–деформированного состояния и изменения плот-
ности шихты в очаге деформации. Результаты этих исследований являются
основой для выполнения прочностных расчетов, определения энергосиловых
параметров и мощности привода, разработки конфигурации формующих эле-
ментов при проектировании новых конструкций валковых прессов, обеспечи-
вающих заданные технологические параметры брикетирования.
Для определения конструктивного решения узлов и элементов пресса наи-
более важными являются такие показатели как момент прессования Мпр и рас-
порное усилие Р . Значение распорного усилия является основополагающим
фактором при расчете прочностных параметров и конструктивном решении
несущих элементов пресса. Величина суммарного крутящего момента от сил
прессования и потребляемая мощность оказывают существенное влияние на
конструктивное исполнение привода.
Целью данной работы является совершенствование метода расчета энер-
госиловых параметров валковых прессов с учетом влияния геометрии фор-
мующих элементов.
Изложение основных материалов исследования. Для решения по-
ставленной задачи рассмотрим расчетную схему для определения энергосило-
вых параметров, представленную на рис.1. Принятая расчетная схема преду-
сматривает условное представление очага деформации как совокупности кри-
волинейных полос ANB. Обоснование и описание основных положений, ка-
сающихся принятой расчетной схемы, приведены в работе [1].
279
На схеме приведен случай деформирования шихты в валках с зубчато–
желобчатой конфигурацией формующих элементов. При такой конфигурации
брикет формируется в пространстве между ячейками, разделенными между
собой выступами в виде зубьев, на одном валке и поверхностью в виде кольце-
вого желоба на другом валке, при их встречном вращении.
Рис. 1 Расчетная схема определения энергосиловых параметров брикетирования
В случае, когда калибровка валков симметрична, то есть формующие эле-
менты обоих валков имеют одинаковую конфигурацию, в виде полуформ, рас-
четная схема несколько изменится, но принцип ее построения и решение зада-
чи останутся аналогичными.
Валки пресса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями, т.е.
ωωω 21 ≡= . В силу конфигурации формующих элементов радиусы R1 и
R2 не равны. Таким образом, из расчетной схемы следует, что частицы
шихты, заключенные внутри рассматриваемой полосы, за единицу време-
ни перемещаются на различные расстояния вдоль дуги прессования. В
любой из полос, на которые разбит очаг деформации, должно соблюдать-
ся условие неразрывности деформации, а во всей зоне уплотнения мате-
риала в валковом прессе – условие постоянства расхода масс.
Для соблюдения данных условий необходимо, чтобы в процессе уп-
лотнения слои шихты, заключенные в полосе и расположенные вдоль ли-
ний AN и NB, пересекали линию центров валков, находясь в горизонталь-
ном положении. Данное условие будет выполнено, если принять, что ве-
личина угла прессования для обоих валков будет одинакова, то есть
280
α2α1α ≡= . В этом случае, как видно из рис.1, возникает наклон (обозна-
ченный углом β) участка ANB полосы относительно линии, соединяющей
центры валков.
На площадках 1ds и 2ds в окрестностях точек А и В действуют на-
пряжения (давление) 1p и 2p , вызванные силами прессования, абсолют-
ные величины этих напряжений равны между собой из условия равнове-
сия и определяются по методике описанной в работе [1]. Следует заме-
тить, что величина площадок 1ds и 2ds определяется шириной полос, на
которые разбит очаг деформации.
Нормальная и касательная составляющие давления прессования опре-
деляются согласно выражений:
)αγcos( 111 −= pp n , )αγsin( 111 −= pp t ,
где ))('(arctgγ 1 xF= , )(1 xF – функция, описывающая контур зубчатого
ряда в системе координат yx0 .
Нормальная и касательная составляющие давления прессования, дей-
ствующие на площадке 2ds , представлены выражениями:
)βαcos( 222 −= pp n , )βαsin( 222 −= pp t ,
где ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+−+
−=
δ)αcos1)((
αsin)(arctgβ
221
221
RR
RR , δ – зазор между валками.
Помимо вышеуказанных, на рассматриваемых площадках действуют
силы, вызванные трением шихты на контакте с рабочей поверхностью
формующего элемента, в результате чего возникают контактные напря-
жения:
npfmpp 111 = , 122 fnpmpp = ,
где 1f – коэффициент внешнего трения.
Определим величину распорного усилия для одного ряда формующих
элементов. Горизонтальная составляющая напряжений на элементарной
площадке 1ds :
( )γsin)αγcos(αcos 11111 −+= fppГ .
Распорное усилие, действующее на площадку 1ds :
111 dspdP Г= ,
учитывая, что )αcos)α('(arctg))('(arctgγ 11111 RFxF −== ,
где )α('1F – функция, описывающая контур зубчатого ряда в системе
координат 110αρ , запишем:
281
( )
11111
111111111
))αcos)α('(arctgsin(
α)αcos)α('(arctgcosαcos
dsRF
RFfpdP
−×
×−−+=
.
Из условий неразрывности деформаций в очаге деформации валково-
го пресса вытекает условие 21 αα = . Распорное усилие, приходящееся на
один ряд формующих элементов:
∑= 111 dPhP ,
где
1h – приведенная ширина формующего элемента.
Общее распорное усилие:
zPP 1= ,
z –количество рядов формующих элементов.
Крутящие моменты на площадках 1ds и 2ds соответственно:
1
2
11111111 α))α()(αcos))α('(arctgcos( dFRFpfdM −= ,
( ) 2221
2
222 α)βαsin()βαcos( dfRpdM −+−= ,
где 21 αα dd = из условий представления очага деформации в виде набо-
ра криволинейных полос равной ширины.
Крутящий момент от сил, действующих на один зубчатый ряд и же-
лоб соответственно:
∑= 111 dMhM , ∑= 212 dMhM .
Общий крутящий момент:
zMMM )( 21 += .
Ориентировочная мощность привода определяется выражением:
30η120
π
⋅⋅⋅
⋅⋅=
g
MnN ,
где n – частота вращения валков пресса; η – общий КПД привода;
g =9,8 м/с2.
Производительность пресса определяется следующим выражением:
– для зубчато–желобчатой конфигурации формующих элементов
60рянасбр ⋅⋅⋅⋅⋅⋅= nzzКуVQ ρ ,
–для линзовидной конфигурации формующих элементов
60энасбр ⋅⋅⋅⋅⋅= nzКуVQ ρ ,
где брV – объем брикета; насρ – насыпная плотность шихты; яz – количе-
ство ячеек в одном ряду по длине окружности валка; рz – количество ря-
дов формующих элементов на поверхности валка; эz – количество ячеек
на поверхности валка; n – частота вращения валков.
282
На основе приведенных выше расчетных выражений определим энер-
госиловые параметры уплотнения шихт валками с формующими элемен-
тами, представленными на рис.2.
Геометрические параметры валков и формующих элементов соответству-
ют конструктивному исполнению валковых прессов конструкции ИЧМ. Рас-
стояние между осями валков – 648мм, зазор – 0,5мм, количество рядов фор-
мующих элементов на каждом валке – 9. Приведенная ширина формующих
элементов 21мм и 17мм. Объемы брикетов 4,815см3 и 6,608см3 соответственно,
с учетом зазора между валками в 1мм. Для расчета приняты две шихты с раз-
личными физико–механическими свойствами 96,5% силикомарганца (фр. –
6мм) + 3,5% органического связующего и 90% коксовой мелочи (фр. –3мм) +
10% лигносульфоната технического. Заданное средние значение коэффициента
уплотнения Ку для брикетов из шихты 96,5% силикомарганца (фр. –6мм) +
3,5% органического связующего равно 2,1, а среднее значение плотности –
4,053г/см3 для обеих конфигураций формующих элементов. Аналогично для
шихты 90% коксовой мелочи (фр. –3мм) + 10% лигносульфоната технического
коэффициент уплотнения равен 2,6, плотность – 1,43г/см3 соответственно.
Результаты расчета энергосиловых параметров брикетирования и произво-
дительности пресса для принятых формующих элементов и шихт приведены в
табл. 1 и 2.
Распорное усилие для обеих шихт имеет максимальное значение при
использовании формующих элементов линзовидной конфигурации, для
зубчато–желобчатых конфигураций этот параметр ниже на 30…40%. Ве-
личины крутящих моментов и мощности привода, для зубчато–
желобчатой конфигурации формующих элементов выше на 35…40%, чем
для линзовидной. Что касается параметров производительности прессов,
то для линзовидных формующих элементов этот показатель на ≈17% вы-
ше, чем для зубчато–желобчатых.
Рис. 2 Формующие элементы: а. – зубчато-желобчатый; б. – линзовидный
283
Таблица.1.Энергосиловые параметры брикетирования шихты (90% коксо-
вой мелочи +10% ЛСТ).
Конфигурации формующих элементов
Параметры Зубчато–
желобчатая Линзовидная
Распорное усилие Р, КН 244,37 380,7
Крутящий момент М, Нм 60748 37425
Мощность привода при 9 мин–1 N,
КВт 58,4 36
Производительность при 9 мин–1
Q, т/ч 3,48 4,2
Таблица.2.Энергосиловые параметры брикетирования шихты (96,5% си-
ликомарганца +10% ОС).
Конфигурации формующих элементов
Параметры Зубчато–
желобчатая Линзовидная
Распорное усилие Р, КН 245,34 443,16
Крутящий момент М, Нм 58188 38745
Мощность привода при 9 мин–1 N, КВт 55 37,25
Производительность при 9 мин–1 Q,
т/ч 9,86 12
Для оценки влияния конфигурации формующих элементов на энерго-
силовые параметры брикетирования в качестве примера на рис.3 приведе-
ны характерные картины распределения силовых факторов вдоль дуги
прессования для двух конфигураций формующих элементов.
Различие в величинах распорных усилий, моментов прессования и мощ-
ности привода для различных конфигураций формующих элементов обу-
словлено влиянием геометрии последних на радиальные рад1р , рад2р и ок-
ружные окр1р , окр2р составляющие сил прессования. В исследованиях [2]
приведены сведения, указывающие на то, что захват прессуемого материала
для зубчатого ряда формующих элементов и линзовидных формующих эле-
ментов обусловлен условиями внутреннего трения, а для желоба – внешнего.
Данное явление оказывает влияние на напряженно–деформированное со-
стояние шихты в очаге деформации и энергосиловые параметры процесса
брикетирования. Это подтверждается расчетными данными, приведенными в
настоящей работе.
284
Рис. 3 Распределение радиальных радр1 , радр2 и окружных окрр1 , окрр2 со-
ставляющих сил прессования для: а.) зубчато-желобчатой и б.) линзовидной кон-
фигураций формующих элементов
Конфигурация формующего элемента определяет соотношения между
составляющими давления прессования. Для зубчато–желобчатой конфигура-
ции формующих элементов характерны большие значения окружной состав-
ляющей окр2р давления прессования на желобе, что приводит к росту обще-
го крутящего момента. При этом уменьшение величины окр1р у вершин
зубьев снижает величину горизонтальной проекции давления прессования,
соответственно снижается и величина распорного усилия. Для линзовидной
конфигурации формующих элементов характерно увеличение горизонталь-
ных проекций Гр1 и Гр2 давления прессования, что приводит к росту рас-
порного усилия.
Заключение. Таким образом, для условий прессования любой заданной
шихты, при условии получения брикетов с одинаковыми значениями средне-
го по брикету коэффициента уплотнения и плотности, значение суммарного
крутящего момента от сил прессования будет выше при зубчато–желобчатой
конфигурации формующих элементов. При этом значение суммарного рас-
порного усилия для линзовидных формующих элементов будет выше.
На величину энергосиловых параметров оказывают влияние также глу-
бина и размер формующего элемента. Оценка данного влияния является
предметом дальнейших исследований.
Изменяя конфигурацию и геометрические параметры формующих эле-
ментов, можно обеспечить уменьшение величины распорного усилия и кру-
тящего момента, что улучшает условия эксплуатации пресса, снижает воз-
можность его поломок.
285
В заключение следует отметить, что в результате выполненной работы
изучены особенности аналитического определения энергосиловых парамет-
ров брикетирования мелкофракционных шихт в валковых прессах. При этом
учтены ранее не принимаемые в рассмотрение при определении энергосило-
вых параметров касательные tp1 , tp2 и вызванные силами трения трp1 ,
трp2 составляющие давления прессования. Полученные в работе аналити-
ческие выражения позволяют расчетными методами с учетом влияния кон-
фигурации формующих элементов определить энергосиловые параметры
брикетирования мелкофракционных шихтовых материалов в валковых прес-
сах, на основе чего осуществить выбор конструктивного исполнения узлов и
элементов валкового пресса.
1. Носков В.А., Баюл К.В., Харун И.В. Исследование уплотнения и напряженно–
деформированного состояния мелкофракционных шихт в валковом прессе //
Металлургическая и горнорудная промышленность, 2006. – №4. – С.142–146.
2. Носков В.А. Определение силовых параметров процесса брикетирования сы-
пучих шихт в валковых прессах // Фундаментальные и прикладные проблемы
черной металлургии: Сб.научн.тр. Выпуск 3. К.: Наукова думка, 1999. –
С.349–356.
Статья рекомендована к печати канд.техн.наук И.Ю.Приходько
|