6.3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВРАЗРАБОТАННЫХ СИСТЕМ СКОЛЬЗЯЩИХ ЗАТВОРОВ

6.3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБОТАННЫХ СИСТЕМ СКОЛЬЗЯЩИХ ЗАТВОРОВ

С целью сопоставления показателей эффективности работы различных систем прижатия огнеупорных плит и оценки их влияния на нагрузки, возникающие во время работы в элементах двух- и трехплитных затворов, проведены лабораторные испытания изготовленных опытно-промышленных образцов спроектированных разливочных устройств, показанных
на рис. 82. Ставилась задача получить информацию об усилии страгива-пия подвижной обоймы и распределении нагрузок в стяжных винтах при различных вариантах прижатия огнеупорных плит.

Для выполнения экспериментальных исследований разработан и изготовлен испытательный стенд, позволяющий моделировать условия работы скользящего затвора, близкие к производственным, а также подготовлена система контроля силовых параметров изучаемого механизма, обеспечивающая фиксацию значений возникающих в его элементах нагрузок как при нормальных, так и при экстремальных режимах работы.

Схема стенда представлена на рис. 83. Он включал сварную раму 8, на которой при помощи двух штырей 7 с резьбой и гаек б крепился исследуемый затвор 5, действующий от электромеханического привода. В состав привода входил электродвигатель 3 с установленным на его валу шкивом 2, связанным двумя ремнями со шкивом 4, закрепленным на быстроходном валу трехступенчатого цилиндрического редуктора 1. На тихоходный вал редуктора посажен эксцентрик И, кинематически связанный посредством шатуна 10 и пальца 9 с подвижной обоймой затвора.

Рис. 82. Конструкции разработанных кассетных затворов: а - двухплитного; б - трехплитного

Привод обеспечивает перемещение подвижной огнеупорной плиты затвора с возможными остановками и реверсированием. Управление приводом стенда дистанционное с использованием переносного пульта.

Для контроля основных силовых параметров затворов, проходящих испытания, разработана измерительная система, состоящая из тензорези-сторных преобразователей, двух четырехканальных усилителей типа УТЧ-1 ТУ25.06.1377-82 и JBM - компьютера с установленной на его шине платой L-154 12-разрядного многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) фирмы L-CARD. Структурная схема измерительной системы приведена на рис. 84.

Тензорезисторные преобразователи выполняли с использованием четырех фольговых датчиков с сопротивлением 200 Ом, соединенных по мостовой схеме. При этом два датчика, включенные в противоположные плечи моста и наклеенные на детали затвора таким образом, чтобы их продольные оси совпадали с направлением действующей на эту деталь нагрузки, являлись рабочими. Два других, включенные относительно рабочих датчиков в смежные плечи моста, были компенсационными.
Электрический сигнал, возникающий при разбалансе измерительного моста, по экранированному кабелю поступал на вход одного из каналов усилителя. Далее усиленный сигнал, представляющий собой напряжение переменного тока, преобразовывался АЦП в двенадцатиразрядный числовой код. Последующая обработка цифрового представления сигнала выполнялась ЭВМ в реальном масштабе времени при помощи прикладной программы OSCILLOSCOPE (фирмы L-CARD), поставляемой в комплекте с АЦП.

Для определения силы прижатия огнеупорных плит, развиваемой стяжными винтами, снабженными специальными гайками с проушинами, на каждой из них крепились с помощью специального клея тензоре-зисторные преобразователи. С целью обеспечения удобства подключения преобразователей к измерительной цепи вблизи них на проушинах с помощью миниатюрных кронштейнов крепились электрические разъемы. Во избежание повреждения тензодатчиков в процессе проведения опытов преобразователи покрывали слоем эпоксидного клея, образующего после затвердевания защитную пленку.

Контроль нагрузок, действующих на электромеханический привод затвора, осуществляли путем измерения силы, возникающей в шатуне эксцентрикового механизма во время перемещения соединенной с ним подвижной обоймы затвора. Тензодатчики, включенные в мостовую схему, наклеивали на боковые поверхности в местах с наименьшим поперечным сечением, т. е. там, где в теле шатуна ири работе привода возникают максимальные деформации, а значит, и напряжения, что позволяет обеспечить максимально возможную чувствительность измерительной системы. Подключение тензорезисторного преобразователя шатуна к измерительной системе осуществлялось также с помощью разъема, закрепленного на установленном кронштейне.

Контролировать положение подвижной плиты в процессе измерения нагрузок на элементы затвора позволял специальный блок измерительной системы, в непрерывном режиме фиксировавший перемещения запирающего канал затвора огнеупорного элемента путем выведения на экран монитора и последующей печати графика измерений во время его пути. Данный блок состоял из ползункового реостата, включенного в мостовую схему, и кинематически связанного своим ползуном с неподвижной обоймой затвора. Электрическая схема измерительного блока питалась от отдельного источника постоянного тока.
Перед началом проведения измерений силовых параметров работы опытно-промышленных образцов двух- и трехплитного затворов кассетного типа выполняли тарировку тензорезисторных преобразователей, закрепленных на стяжных винтах шиберов и шатуне привода стенда. Для этой цели использовали приспособления, выполненные в виде двух вертикальных колонн, установленных на основании и связанных в верхней части траверсой, к которой крепился пружинный динамометр, имеющий шкалу. 11ижняя часть приспособлений имеет винтовой механизм с захватом.

Тарировку преобразователей осуществляли в таком порядке. Стяжные винты затворов и шатун привода стенда, на которых были установлены тензорезисторные преобразователи, закреплялись в захватах соответствующих приспособлений (рис. 85). После подключения тарируемого преобразователя с помощью экранированного кабеля к измерительной системе и ее балансировки осуществляли нагружение указанных деталей с фиксацией прикладываемых сил в заранее рассчитанном диапазоне и соответствующих им значений электрического сигнала, поступающего с измерительной диагонали моста сопротивлений. По полученным данным строили графики тарировочных зависимостей и с помощью прикладной программы рассчитывались значения коэффициентов корреляции, позволяющих оценить по-фешность проводимых измерений.

Вид графиков тарировочных зависимостей приведен на рис. 86. Систематическая ошибка не превышала 2 %. Данные тарировки заносились в память ЭВМ. После завершения тарировки преобразователей осуществлялась сборка опытных образцов кассетных затворов - двухплитного для сталеразливочного
и трехплитного для промежуточного ковшей.

В ходе проводившихся лабораторных экспериментов изучался характер изменения нагрузок в стяжных винтах затворов и сила страгивания подвижной обоймы, развиваемой приводом стенда при открывании и закрывании разливочного канала затвора.

Порядок проведения исследований был следующим. Опытные образцы затворов поочередно устанавливались на стенд и надежно закреплялись. Тензо-резисторные преобразователи шатуна привода подключали к входным каналам усилителей. С помощью динамометрического ключа осуществляли затяжку винтов затвора с моментом 100 Н-м. Сила затяжки каждого из винтов при этом контролировалась по числовым показаниям, выводимым на экран компьютера с учетом тарировочных зависимостей. Сила прижатия огнеупорных плит, принимаемая равной сумме сил, возникающих в стяжных винтах, задавалась дискретно, начиная с 15 кН и постепенно увеличивалась при каждом последующем измерении на 5 кН. Перед включением привода стенда запускали программу OSCILOSCOPE. После пуска привода стенда осуществляли запись сигналов в течение полного цикла перемещения подвижной обоймы (открытие-закрытие затвора). Обработку результатов измерения выполняли в реальном масштабе времени и их периодическое представление выводили на печать. При этом использовали прикладную программу MathCAD.

В ходе стендовых испытаний осуществлялся одновременный контроль сил в стяжных болтах и шатуне в зависимости от положения подвижной огнеупорной плиты при различных условиях работы затвора (наличие или отсутствие смазки поверхностей трения, клиновидность плит, неравномерность затяжки прижимных винтов и т. д.).

Данные статистической обработки позволили рассчитать текущие значения параметров, характеризующих функционирование механической системы затвор-привод. В качестве примера на рис. 87 приведены графики изменения наиболее значимых характеристик этой системы при наличии смазки на дорожках качения роликовых опор подвижной обоймы затвора и одинаковых начальных силах затяжки стяжных винтов.

В процессе проведения экспериментов осуществлялась также имитация экстремальных ситуаций путем преднамеренного создания неблагоприятных условий работы элементов затвора, вызываемых разнотол-щинностыо и перекосом установленных в обоймах плит, а также наличием в канале металлической корки, моделировавшейся тонкостенной стальной втулкой, предварительно размещенной в зоне контакта рабочих поверхностей плит.

Установлено, что балансирная система прижатия плит, включающая специальные рычаги, допускает большие упругие деформации (примерно 0,1 мм на 10 кН нагрузки). Это позволяет компенсировать неточность сборки и разнотолщинность плит до 3 мм по их длине, а также обеспечить надежность контакта (отсугствие зазора) между рабочими поверхностями плит при значительных расклинивающих силах, возникающих при перерезании металлической корки, образующейся в разливочном канале [66].

Данные этих лабораторных экспериментов, полученные при исследовании работы опытного образца трехплитного затвора, показали, что нагрузка на его привод во время перемещения подвижной обоймы постоянно изменяется при любом значении силы прижатия плит. Причем, независимо от суммарной силы, развиваемой четырьмя стяжными винтами, нагрузка в шатуне привода при закрывании затвора в 1,5-2 раза выше, чем при открывании. В качестве характерного примера на рис. 88 приведена распечатка зарегистрированных сигналов в процессе контроля нагрузки в шатуне, соответствующей силе прижатия огнеупорных плит 20 и 35 кН перед началом перемещения подвижной обоймы.

Наблюдавшееся непостоянство нагрузки в шатуне, воздействующем на подвижную обойму, связано с перераспределением напряжений (давлений) на контактных поверхностях огнеупорных элементов при различном их относительном положении, а отмеченное увеличение силы страгивания средней плиты во время изменения направления ее перемещения обусловлено эффектом “рыскания”, проявляющемся в случае проталкивания огнеупора между защемляющими его верхней и нижней неподвижными плитами.

Из-за влияния на коэффициент трения между двумя касающимися под действием сжимающей нагрузки поверхностями огнеупорных плит таких факторов, как характер их соприкосновения, размеры и качество поверхности контакта, а также взаимное перекрытие, распределение силы сопротивления по ширине плит весьма неравномерное, что и приводит к иозникновению усилий, способствующих повороту средней плиты в горизонтальной плоскости, в результате чего появляется дополнительная сила трения между металлическим корпусом подвижной обоймы и боковыми направляющими. Данное обстоятельство необходимо учитывать при определении силы страгивания подвижной обоймы трехплитного затвора путем введения в расчетную зависимость поправочного коэффициента, равного 1,5-2,0.

Сила прижатия огнеупорных элементов затвора в зависимости от его типа должна назначаться с учетом прочностных характеристик материала и относительного перекрытия плит в соответствии с полученными выражениями (2.23) и (2.24), а не по значению силы тяжести столба жидкой стали, действующей на рабочую поверхность подвижной плиты, перекрывающей разливочный канал ковша, как рекомендуется в известной работе [136]. Для проверки справедливости данного положения пропели лабораторный эксперимент с целью определения напряжений, возникающих в огнеупорных плитах скользящего затвора при различных схемах их нагружения.

Как известно, для контроля напряжений в теле и на контактных поверхностях сплошных плит, к которым можно отнести керамические детали скользящих затворов, рекомендуется использовать тензометрические преобразователи, выполненные в виде столбиков с наклеенными I ензодатчиками, соединенными по мостовой схеме. При этом предусмотрено два варианта работы таких месдоз. Согласно первому месдоза устанавливается свободно в предварительно выполненное в плите отверстие и не связана с плитой. Во втором варианте месдоза и плита соеди-| (ены цементным раствором и подвергаются совместной деформации под воздействием нагрузки. Так как gradcrо, что нашло подтверждение при моделировании напряженного состояния плит затворов с использованием поляризационно-оптического метода, в первом случае кроме тарировки месдозы необходимо знать закон изменения сжимающих

напряжений на длине базы месдозы, a. во втором показания месдозы зависят от соотношения grad стг и се базы, поэтому точность измерений будет низкой и не позволит объективно оценить полученные результаты, В связи с этим в ходе проводившегося эксперимента исследовали на-

пряженно-деформированное состояние огнеупорных плит с известными механическими характеристиками (предел прочности ав, модуль упругости Е и коэффициент Пуассона) для случая возникновения опасных напряжений. Идея эксперимента состояла в том, что с использованием зависимостей (6.24), (6.25) для конкретной схемы нагружения выбранных огнеупорных плит предварительно рассчитывали значение силы прижатия, способную вызвать их разрушение. После этого огнеупорные плиты устанавливали в обоймы опытно-промышленного образца затвора и выполняли его сборку, обеспечивая относительное положение обойм с огнеупорными плитами в строгом соответствии с расчетной схемой, и подвергали их нагружению путем затяжки винтов. Применяемая при этом измерительная система позволяла с известной точностью контролировать текущее значение нагрузки, действующей на плиты. Нагрузку постепенно увеличивали до момента разрушения одной из плит, фиксируя значение силы, вызвавшей появление трещины в огнеупорном изделии. Зафиксированное значение разрушающей силы сопоставляли с расчетным.