10.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ
ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
С целью получения данных, позволяющих определить оптимальные
геометрические размеры основных узлов установки для ввода дробленых
ферросплавов в жидкую сталь в процессе ее разливки, использовался
специально разработанный лабораторный стенд, схема которого приведена на
рис. 145, Стенд включал цилиндрической формы бункер 4, размещенный на
основании 7 и снабженный дозатором. В состав дозатора входил
установленный в подшипниковых опорах вертикальный вал 5, к нижней части
которого крепился шнек 6. Верхняя часть вала посредством специального
измерительного элемента 3 соединена с тихоходным валом
коническо-цилиндрического редуктора 2. Быстроходный вал редуктора с
помощью муфты связан с электродвигателем 1 с регулируемой частотой
вращения. При вращении шнека производится дозированная выдача материала
из бункера. Благодаря установке дозатора с возможностью перемещения в
вертикальной плоскости вдоль оси симметрии бункера обеспечивалось
изменение числа витков шнека, находящихся в нижней конической части
бункера и в примыкающей к ней цилиндрической гильзе. Выдаваемый
дозатором материал поступал в приемную емкость 8.
При проведении лабораторных экспериментов планировалось, в первую
очередь, исследовать влияние на момент сопротивления, действующего на
шнек, следующих факторов: уровня материала в бункере; частоты вращения
шнека; диаметра и шага шнека; числа витков шнека, находящихся в
конической заборной части бункера (as); числа витков шнека, находящихся
в цилиндрической направляющей гильзе (Ь5); насыпной массы (у0) и
фракционного состава дозируемого материала.
Немалый практический интерес представляла также информация о влиянии
перечисленных факторов на равномерность выдачи материалов из полости
бункера.
Кругящий момент на валу шнека контролировался с помощью
тензорезисторного преобразователя, работающего в комплексе с усилителем
и 12-разрядным многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП)
L-CARD, плата которого устанавливалась на шине ISA IBM-совместимой ПЭВМ.
Конструктивно преобразователь был выполнен в виде гильзы, установленной
в подшипниках скольжения и помещенной в металлическую коробку с
прозрачной передней стенкой. На поверхность гильзы
наклеены тензорезисторы под углом 45° к ее Продольной оси, включенные в
мостовую схему. Сопротивление фольговых датчиков 200 Ом. Крутящий момент
определялся путем измерения деформаций кручения, поскольку главные
нормальные напряжения при этом направлены под углом 45° к оси гильзы.
Для съема электрического сигнала с измерительной диагонали моста
сопротивлений и подключения к нему источника питания на гильзе
установлены изолированные от ее корпуса медные кольца, контактирующие
своей наружной поверхностью с токопроводящими шинами, концы которых
соединены с разъемом, вмонтированным в боковую стенку коробки.
Электрический сигнал в виде постоянного тока, возникающий при
разбалаисировке измерительного моста сопротивлений, по экранированному
кабелю поступал на вход одного из каналов усилителя и далее
преобразовывался АЦП в цифровой код, последующая обработка и запись
которого выполнялась ПЭВМ при помощи прикладной программы OSCILLOSCOPE
фирмы L-CARD, поставляемой в комплекте с АЦП. Частота дискретизации
аналогового сигнала составляла 10 кГц.
Для тарировки тензорезисторного преобразователя прикладывался крутящий
момент при помощи закрепленного на одном из концов гильзы рычага и
навешиваемых на него грузов с известной массой т. Другой конец гильзы
был при этом жестко зафиксирован. Рассчитанное значение момента М
заносилось в ПЭВМ, где также сохранялся соответствующий ему измеренный
сигнал в виде цифрового кода. По полученным данным при помощи прикладной
программы вычислялись коэффициенты уравнения тарировочной зависимости и
оценивалась погрешность измерений. Данные тарировки сохранялись в памяти
ПЭВМ и использовались в дальнейшем при проведении лабораторного
эксперимента.
Контроль частоты вращения шнека и числа совершенных им оборотов
осуществлялся с помощью специального счетного устройства, связанного с
гильзой тензорезисторного преобразователя и подающего контрольные
сигналы для обработки в ПЭВМ.
Интенсивность подачи реагентов из бункера контролировалась непрерывным
способом, сущность которого состояла в постоянном измерении массы
выдаваемого шнеком материала в приемной емкости за определенный
промежуток времени с использованием тензометрического метода в комплексе
с АЦП и ПЭВМ, аналогично описанной методике измерения крутящего момента
на валу шнека.
Эксперименты по выявлению степени влияния перечисленных выше факторов на
момент сопротивления, действующий на шнек при работе дозатора,
выполнялись в три этапа. На каждом из этапов на выходном валу дозатора
лабораторной установки использовался шнек определенного типоразмера. В
процессе работы дозатора с фиксированной частотой вращения рабочего
органа и использованием одного и того же дозируемого материала
контролировался момент сопротивления, действующий на шнек, для различных
вариантов соотношения числа витков шнека, находящихся в заборной части
бункера и в направляющей гильзе.
В результате статистической обработки результатов, полученных при
контроле момента сопротивления, действующего на привод дозатора, удалось
установить следующие особенности его работы:
строгой зависимости момента сопротивления от уровня материала в бункере
и частоты вращения шнека отмечено не было;
зафиксирован рост момента сопротивления, действующего на шнек, при
увеличении наружного диаметра и шага витков шнека, а также числа витков
шнека в заборной части бункера;
наблюдалось резкое повышение момента сопротивления, сопровождавшееся
частым заклиниванием рабочего органа дозатора при увеличении числа
витков в направляющей гильзе. На рис. 146, а представлены графики
зависимости момента сопротивления от числа витков в направляющей гильзе
для шнека типоразмера I (табл. 39).
На основании полученной экспериментальным путем информации можно сделать
вывод о том, что для эффективной работы дозирующего устройства с
вертикально расположенным шнеком необходимо, прежде всего, подобрать
оптимальное число витков шнека, находящихся и заборной части бункера и в
направляющей гильзе, при котором одновременно обеспечиваются нормальные
условия забора и дозированной подачи материала из бункера с минимально
возможными энергетическими затратами.
Для оценки степени влияния физико-механических свойств дозируемого
материала на устойчивость работы рассматриваемого устройства провели
контроль его функционирования в процессе выдачи из бункера дробленых и
порошкообразных ферросплавов, имеющих различные характеристики (). Во
время работы с каждым из указанных материалов геометрические параметры
шнека дозирующего устройства оставались неизменными, а контроль
действующего на него момента сопротивления осуществлялся при трех
фиксированных значениях частоты вращения рабочего органа (100, 200 и 300
мин"1) во всем диапазоне изменения уровня дозируемого материала внутри
бункера (от 0,5 м до полного его опорожнения).
На основании полученной информации построены графики зависимости
действующего на шнек момента сопротивления от насыпной плотности
дозируемого материала (рис. 146, б). Как видно из приведенного графика,
момент сопротивления, препятствующий вращению шнека, возрастает при
увеличении насыпной массы материала.
Степень равномерности ввода реагентов и значение производительности
применяемого при этом дозатора, в первую очередь, определяются
постоянством и значением коэффициента производительности р, который
характеризует отношение среднего значения объема материала, выдаваемого
за один оборот шнека, к объему одного витка шнека.
Для определения коэффициента р при различных режимах работы исследуемого
дозатора осуществили непрерывный контроль массы ферросилиция,
выдаваемого из бункерной установки.