автореферат диссертации по металлургии, 05.16.08, диссертация на тему:Вопросы теории, расчета усилий и совершенствования конструкций гидравлических прессов для переработки металлолома

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

РГб од

2 3 ИЮН '9^7

На правах рукописи

БОБЫЛЕВ Александр Леонидович

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ, РАСЧЕТА УСИЛИЙ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛОЛОМА

05.16.08 — Машины и агрегаты металлургического производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степепи доктора технических наук

Днепропетрор.ск — 1997

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Днепропетровском областном производственном объединении "Вторчермвт" и Институте геотехнической механики HAH Украины.

Официальные оппоненты:

академик А|"Н Украины, доктор технических наук, профессор Большаков В.И.

доктор технических наук, профессор Колесник И.А.

доктор технических наук, профессор Франчук В.П. '

Ведущая организация -

НИИ "Черметмеханизация" (г. Днепропетровск).

Защита диссертации состоится " /1 1997 г<

в часов на заседании специализированного ученого совета

Д 03.II.02 Государственной металлургической академии Украины по адресу: 320600, г. Днепропетровск, пр. Гагарина, 4, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной металлургической академии Украины по адресу: 320600, г. Днепропетровск, пр. Гагарина, 4.

Автореферат разослан

Л/«

1997 Г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, доктор технических наук, профессор

Цабко В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большое влияние на интенсивность развития народного хозяйства оказывает увеличение использования вторичного сырья, как источника дополнительных материальных ресурсов, фактора снижения себестоимости продукции и уменьшения капитальных затрат. Наиболее важное значение как по размерам ресурсов, так и по своей ценности имеют вторичные черные металлы. В настоящее время из лома и отходов черных металлов выплавляется около половины всей стали и больше половины чугунного литья.

Основными технологическими машинами, с помощью которых в промышленности осуществляется подготовка металлолома к переплавке, являются: пакетировочные и брикетировочные прессы, гидравлические ножницы и прессовые установки для переработки чугунного лома. Конструкция этих прессов выполнена на довольно высоком техническом уровне. Однако они еще далеки от совершенства с точки зрения производительности, энергопотребления, затрат на эксплуатацию, качества продукции и улучшения условия труда.

В научно-технической литературе почти нет трудов, касающихся расчета и конструирования прессов для переработки металлолома. Поэтому проектирование новых прессов, особенно когда их конструкция отлична от действующих моделей прессов, весьма затруднительно. При этом не исключены случаи значительных ошибок при назначении основных параметров прессов.

Примером неправильного назначения усилий пакетирования может служить пресс ЧПА-ЮОО с усилием прессования 10 МН на предварительной ступени и 6,3 МН на окончательной ступенях прессования. При исследовании процесса пакетирования на этом прессе установлено, что усилие предварительной ступени прессования завышено, более чем вдвое, а усилия 6,3 МН окончательной ступени не всегда достаточно- для получения пакетов плотностью 2000 кг/ма, как это требует ГОСТ 2787-75.-

Примером нерационального назначения ус}иия прессов переработки чугунного лома может служить установка для переработки чугунного лома конструкции Днепропетровского завода прессов. При проектировании усилие главного пресса было назначено БО МН, вспомогательного - 16 МН. Опыт эксплуатации этих прессов показал, что усилие главного пресса завышено на 10-12 МН, и наоборот, усилие вспомогательного пресса должно быть на 5 МН больше принятого. В результате ошибки в назначении усилий на главном прессе

к ,

увеличилась длительность цикла, а на вспомогательном проссе не Ёсе куски чугуна поддаются измельчению.

Приведенные примеры показывают актуальность разработки вауч-но-обоснованных методов расчета прессов для переработки лома и отходов черных металлов, для разработки которых необходимо проведение дальнейших теоретических и экспериментальных исследований прессования и резки металлического лома.

Работа выполнялась в соответствии с постановлением Совета Министров СССР "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов" и рекомендациями комиссии Приднепровского научного центра Академии наук УССР "Современные проблемы технических наук" . з вопросу "Улучшения использоваггия вторичных металлов и ресурсов на предприятиях региона" от 10 ноября 1982 г.

Цель работы.Разработать на научной основе методы расчета усилий и рекомендации по совершенствованию конструкций гидравлических проссов для переработки металлолома, обеспечивающих высокую производительность и надежность в работе при минимальном расходе электроэнергии.

Идея работы заключается в использовании вновь установленных закономерностей процессов прессования и резки металлического лома для создания новых и реконструкции действующих прессов для переработки лома и отходов черных металлов с целью повышения их производительности и уменьшения энергопотребления.

Методика исследований. В теоретических исследованиях использовались фундаментальные положения и методы теории механики деформируемого твердого тела, теории трения, теории случайных процессов и моделирования. В экспериментальных исследованиях использовались методы с применением современной тензометрическоа аппаратуры, средств измерения параметров гидросистем, а также методы планирования экспериментов, метода лабораторных исследования физических моделей и промышленных испытаний.

Научные положения, выносимые на защиту.

I. Давление, реализуемое в камере пакетировочного или матри-' це брикетировочного пресса при сжатии металлического лома, зависит от коэффициента бокового давления,, представляющего собой отношение приращения бокового давления к приращению дэвлония прессования. В процессе прессования коэффициент бокового' давления возрастает пропорционально степени уплотнения металлолома.

2. На плотность спрессовки существенное влияние оказывает трение пакета (брикета) о стенки пресс-камеры (матрицы). С увеличением давления прессования коэффициент трения убывает по биномиальному закону и зависит от вида лома и состояния облицовочных плит пресс-камеры. ,

3. Уменьшение плотности пакета после его выталкивания из камеры пакетировочного пресса, происходящее вследствие реализации упругих сил сопротивления при прессовании, определяется коэффициентом уменьшения плотности пакета, который зависит от давления прессования,, формы и соотношения сторон сечения пакета, а также' от вида лома. С увеличением давления прессования коэффициент уменьшения плотности пакета увеличивается, с увеличением длины -уменьшается. Максимальное значение достигается при квадратной форме сечения пакета.

4.- Разрушение чугунного массива на прессовых устаровках происходит в два этапа: вначале образуются две макроскопические трещины, которые качественно изменяют .напряженно-деформируемое состояние массива, в результате чего на втором этапе происходит разделение массива на части вследствие отрыва, поэтому при определении рабочей нагрузки пресса на стадии отрыва необходимо учитывать структурные изменения в массиве, вызванные сдвигом. ■

5. Методы расчета гидравлических прессов для переработки лома и отходов черных металлов, учитывающие установленные автором закономерности процессов прессования_и резки металлолома.

6. Метод физического моделирования процесса прессования металлического лома при неидентичности напряженных состояний и физико-механических свойств металлолома модели и натуры, позволяющий с минимальными затратами на стадии проектирования прогнозировать параметры и контролировать достоверность их расчетов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: принятыми предпосылками, базирующимися на фундаментальных положениях и законах механики, теории деформируемого тела, теория упругости и случайных процессов.

' Достоверность результатов подтверждается данными большого объема лабораторных исследований на моделях, специальных устройствах и промышленных исследований,' выполненных на действующих прессах, с учетом специфики их эксплуатации, современных методик испытаний, оборудования и приборов, что обеспечивало требуемую точность измерений всех исследуемых параметров.

Сопоставление параметров, полученных в результате исследований, с результатами промышленных испытанна показало, что качественно они идентичны, а количественно отличаются не более,чем на 5-10 %.

Достоверность теоретических исследований успешно подтверждена при проектировании, изготовлении И. длительной промышленной эксплуатации пакетировочных прессов ББ-1338, Б-1345, ПГ-450 при реконструкции пресса для переработки чугунного лома усилием 55 МН и эксплуатации гидравлических ножниц Н0-340. Так например, расчетные усилия предварительных ступеней прессования у пакетировочных прессов ББ-1338 и ПГ-450 отличались от фактических не более, чем на 5-1035.

Н 'чная новизна проведенных исследования состоит в том, что в работе впервые:

разработаны научно обоснованные методы расчета усилия гидравлических прессов для переработки металлолома, которые учитывают установленные автором зависимости, описывающие характер процессов уплотнения, дробления и резки металлического лома;

установлено, что коэффициент трения пакета (брикета) о стенки пресс-камеры (матрицы) при прессовании металлического лома изменяется по биномиальному закону и зависит от вида лома, давления прессования и состояния поверхностей облицовочных плит прессовой камеры (стенок матрицы);

показано, что коэффициент бокового давления при прессовании металлолома является переменной величиной, изменяющейся прямо пропорционально степени уплотнения металлолома в процессе прессования; '

установлено, что разрушение чугунного лома на прессовых установках происходит в два этапа: вначале образуются две макроскопические трещины, которые качественно изменяют напряженно-деформированное состояние массива, в результате чего на втором э^апе происходит разделение куска чугуна на части вследствие отрыва;

показано, что изменение плотности пакета после его выталкивания из камеры пакетировочного пресса, следует учитывать с помощью коэффициента уменьшения плотности пакета, который зависит от давления прессования, формы и соотношения размеров сторон сечения;

разработан метод физического моделирования ' процесса прессования металлического лома при неидонтичности напряженных

состояний и физико-мэханических свойств металлолома модели и натуры;

показано, что в станинах рамного типа прессовых установок для переработки чугунного лома при ассиметричном приложении технологических нагрузок возникают напряжения значительно, меньше, чем в станинах колонного типа.

Научное значение- работы заключается в дальнейшем развитии теории пакетирования и брикетирования металлического лома. Впервые показано, что коэффициенты трения и бокового давления при прессовании металлического лома•величины переменные, причем пер-' вый изменяется по биномиальному закону, а второй - пропорционально степени уплотнения металлолома.

Для проведения дальнейших научных исследований на основа теории подобия разработана методика моделирования процесса пакетирования стального лома при ноидентичности напряженных состояний модели и натуры, а также в случае различных прочностных характеристик металлолома.

Исследования .механизма разрушения чугунных массивов на прессовых установках показали, что процесс разрушения, инициирующийся как срез, качественно изменяет напряженно-деформированное состояние массива и в дальнейшем распространяется как отрыв, что позволило уточнить расчетную схему определения разрушающего усилия.

Практическая ценность. Разработаны научно-обоснованные метода расчета усилий пакетировочных и брикетировочных прессов, позволяющие при проектировании назначать рационально силовые пара- • метры этих машин, исходя из заданных плотности и размеров пакетов и брикетов.

Предложены методы расчета усилий резки стального лома на гидравлических ножницах и раскалывания чугунного лома на прессах для переработки чугунного лома, которые позволяют эффективно использовать мощность ножниц и рационально расходовать электроэнергию. при переработке чугунного лома.

Сформулированы осноэные направления по дальнейшему совершенствованию прессов для переработки металлолома и предложен 'ряд ■ , принципиально новых конструкция прессов, позволяющих значительно сократить расход электроэнергии при их эксплуатации.

Впервые разработана методика расчета инструмента гидравлических прессов для переработки чугунного лома.

Апробация работы. Материалы работы были доложены,'обсувдены и одобрены на Всесоюзной секции КТО Вторчермет./Горький,1974/; на

Всесоюзном научно-техническом совещании по повышению качества ме-таллошихты дум сталеплавильного производства /Челябинск,1976/; на секции Вторичных черных металлов Украинского НТО черной металлургии /Днепропетровск, 1981,1992; Ровно, 1983; Севастополь, 1984; Львов, 1985; Киев ,1990, 1991/; на республиканской научно-технической конференции "Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования" /Днепропетровск, 1970, 1972, 1973, 1977/; на республиканской научно-технической конференции "Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в электросталеплавильном производстве" /Днепропетровск, 1989/; на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы теории и технологии' подготовки железорудного сырья для доменного произв четна и безкоксовой металлургии" /Днепропетровск, 1990/; в Приднепровском научном центре АН УССР /Днепропетровск, 1982/.

Реализация результатов работы. Установленная автором зависимость плотности пакетов от давления прессования и конструктивных особенностей пресса использована Новосибирским заводом "Тяжстан-когидропресс" при проектировании пакетировочных прессов усилиями 31,5 и 16.0 МН.

Формулы для определения усилий по ступеням прессования для пакетировочных прессов использованы Днепропетровским заводом прессов при проектировании пресса усилием 6,3 МН. Назначение усилий. прессования по предложенным формулам позволило снизить установочную мощность электродвигателей с 403 до 303 кВт и сократить продолжительность цикла пакетирования с 105 до 92 секунд, что дало годовой экономический эффект 51 тыс. руб. для каждого из прессов данной серии.

Методика расчета усилия прессов для переработки чугунного лома и рекомендации по совершенствованию конструкция прессов использованы Днепропетровским заводом "Вторчермет" при реконструкции пресса "5600" для переработки чугунного лома. Годовой экономический эффект составил 180 тыс. руб.

Рекомендации по совершенствованию конструкций прессов использованы Днепропетровским объединением "Вторчермет" при проек-■ тированш и изготовлении гидравлического пресса усилием 4,5 МН. Создание пресса по новой конструктивной схеме, .разработанной автором. позволило увеличить плотность пакетов и снизить расход электроэнергии. Годовой экономический эффект составил "257 тыс. руб. ' /

Результаты исследования автора по установлению зависимости между усилием резания металлолома и его количеством, одновременно находящимся в процессе резки на гидравлических ножницах, использованы Днепропетровским объединением "Вторчермет". Они позволили разработать мероприятия по обеспечению использования в полном объеме мощностей двух гидравлических ножниц Н0-340, в результате чего их проектная мощность была освоена на 122,5 %, что дало годовой экономический эффект 340 тыс. руб.

Экономические эффекты указаны в ценах 1988 г.

Публикации. По основному содержанию диссертации опубликовано' 3 монографии, 28 статей и получено 5 авторских свидетельств.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы из 283 наименования, приложений и содержит 259 листов машинописного текста, 8 таблиц и 48 рисунков

I.СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Создание новых моделей прессов для переработки металлического лома, обладающих повышенной надежностью в работе и минимальным потреблением электроэнергии, неразрывно связано с изучением процессов, происходящих при прессовании и резке металлолома, и разработкой теории этих процессов.

Существенный вклад в разработку, и развитие теорий процессов прессования и резки металлического лома, а также в совершенствование конструкция прессов для переработки металлического лома внесли ученые С.Е.Барк, А.М.Белявский, А.С.Буренко, М.Т.Васильев,

B.Ф.Вольф, Л.П.Головскил, И.Н.Гончаров, Б.В.Гузев, Ю.Г.Дорофеев, А.И.Зазимко, В.И.Моисеев, С.И.Морозов, В.И.Неимущий, В.И.Потоцкий, П.И.Пузырьков, С.Г.Рудевский, О.А.Семенов, Л.И.Цехнович,

C.Ф.Чукмасов, Н.С.Ширенко и другие.

-. Значительный вклад в . совершенствование конструкций прессов внесли Азовский завод кузнечно-прессового оборудования. Днепропетровский завод прессов. Новосибирский завод "Тяжстанкогадро-пресс", Одесский завод прессов, Ждярский машиностроительный завод (ЧССР) и фирмы Гарис Фанди (США), Голланд Хенинг (США), Линдеманн (ФРГ).

Однако, анализ работ по совершенствованию конструкций прессов и опыт их эксплуатации показывает, что для создания прессов нового уровня эффективности и надежности необходима дальнейшая

разработка научно обоснованных методов расчета силовых параметров Прессов и создание новых конструкций проссов, принципиально отличных от действующих моделей.

Настоящая работа направлена на реконио этих вопросов. Рассматриваются задачи дальнейшей разработки теорий прессования и резки металлического лома, разработки научно обоснованных методов расчета усилий прессов, а также разработки и внедрения принципиально новых конструкций прессов для переработки металлического лома.

2.РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ РАСЧЕТА ПАКЕТИРОЗОЧШХ ПРЕССОВ 2.1 . Трение и боковое давление при прессовании металлолома

Во время исследований, ранее проведенных автором совместно с П.И. Пузырьковым, впервые удалось отдельно измерить численные значения сил трения и бокового давлония. В результате исследований установлено, что коэффициенты трения и бокового давления, считавшиеся величинами постоянными - величины переменные и зависят от давления прессования и плотности пакетов.

Однако, при исследовании пакетировочного пресса ПГ-450, на котором стало'возможным получать пакеты плотностью 2,5-3,0 т/м3 и выше, было установлено, что ранее предложенные формулы для определения коэффициентов трения и бокового давления нуждаются в уточнении.

С этой целью автором была сконструирована пресс-камера с тонкостенным корпусом, что позволило более точно определять численные значения коэффициентов трения и бокового давлония. Обработка экспериментальных данных (рис.1) показала, что изменение

коэффициента бокового давления < описывается функцией

< ■ • (1>

и

где гп - плотность пакета: гн - плотность стали; <ст- коэффициент бокового давления для монолитной стали.

Обработка опытных данных (рис.2) позволила также получить уточненную эмпирическую формулу для определения коэффициента тро-ния при пакетировании металлического лома ■

1

г = -— -в, (2)

» ОН \

^ С,20 ■ ^

где кл - коэффициент вида лома; р - давление прессования: в = 0,1-0,2 - коэффициент, учитывающий смазку и состояние поверхностей облицовочных плит пресс-камеры и штемпелей.

оо £

*

в

» 1 Л 1 у* X'

1 1 1 1 < /' * *

1/ » / в

л листдЗая ¿)3рел с ¿¿/и/томпоЖна х струм на.

V

ч

^ а ^ '

£ ^

0.1

I

V ^ч«! \ ^УЧ'1 \ 'у Г х'" чл4 *

1 1 ! л

1 * *в

30

Ш ¿0

(¡мотнешь До$ление р, МПо.

Рис.1. Зависимость коэффициента Рис.2. Зависимость коэффициента бокового давления от плотности трения от плотности пакета

пакета

2.2. Расчет усилий пакетировочных прессов

При исследовании процесса пакетирования металлического лома проф. Л.И.Цехнович получил формулу для определения среднего продольного напряжения в пакете

"хср= дгег £-•""''"3). . (3)

в которой р - усилие прессования; м - коэффициент пропорциональности между поперечным и продольным напряжениями; г - коэффициент трения пакета о стенки пресс-каморы; с - периметр поперечного сечения пакета; з - площадь поперечного сечения пакета; 1 -■ длина пакета.

Однако, большим препятствие,« практическому использованию данной формулы явилось отсутствие в ней зависимости между давлением прессования р и плотностью пакетов г, и отсутствием сведений о раздельных значениях у и г для металлолома.

Автор в одной из своих ранних работ предложил следующую формулу для определения зависимости между давлением проссования р

и плотностью пакетов г с учетом всего комплекса факторов, влияющих на плотность: вида кл и температуры нагрева лома кт, сечения и длины пакетов кд, конструктивных особенностей прессов :

р = р ехр

i о,31 к к к к к i• ^

Л Т С' А ^

Позднее автор и П.И.Пузырьков, использовав метод определения условных главных напряжений в пакете, предложенный учеными ДМотИ; формулу (4), полученную автором, и численные значения коэффициентов- трения и бокового давления, полученные совместно автором и П.И.Пузырьковым, разработали методику определения напряженного состояния пакета в любой момент прессования и, следовательно, формул: доя определения усилий по ступеням пакетирования.

С учетом принятой системы координат на рис.3 напряжения определяются зависимостями: для первой ступени

о = ■ ' ■ Г1-е ^Л]; о - а = ; (5)

1 г 1 т 1 I * у г

1 4 1 » I 4 * 1 1 1

для второй ступени

Р2 Г, Г т 1

= . 1 1-е 4 2 2 2 ; а = о = {О

^ <■ г т I I х х >

2 2 I 1 ' 2 2

(6)

для третьей ступени р.

*» = Г

Ьг % = - .

а я «/ ' в з з

где р - давление прессования; { - коэффициент бокового давления; г - коэффициент трения; т - коэффициент торможения.

Наибольшие суммарные напряжения в пакете и наибольшие усилия возникнут в конце прессования третьей ступенью. Учитывая последовательность приложения нагрузки, усилия по степеням прессования будут равны

Р = р Р + « ( 5 Г ; (8)

I 11 гпрх'2 эпрэ э л '

р = р Р * { а Р ; (9)

и г г з прэ з х '

Р = Р Р . ' (10)

III э а

Использование в формулах (5)-(7) коэффициента бокового давления, вычисленного по вновь полученной формуле (I), и

коэффициента трения, определенного по уточненной формуле (2), позволяет весьма точно определять оптимальную величину усилий по ступеням прессований пакетировочных прессов.

Рис.3. Расчетные схемы к определению усилий пакетирования

2.3. Исследование упругой деформации при пакетировании лома

Ранее установлено, что после выталкивания пакетов из прессовой камеры, их плотность уменьшается. Однако, до настоящего времени закономерности упругого расширения пакетов изучены недостаточно. Чтобы восполнить этот пробел автором предпринята попытка определить численные значения упругой деформации пакетов после' выемки их из прессовой камеры.

Опыт пакетирования показал, что уменьшение плотности пакетов после их удаления из прессовой камеры зависит от. вида лома, давления прессования и'размеров пакетов, в первую очередь от их длины.

• ' Автор исследовал влияние этих факторов на упругую деформацию ' .пакетов. Исследования остаточной деформации пакетов проводились. на пакетировочных прессах ЧПА-ЮОО и БА-1642. Эти прессы Давали 'возможность получать пакеты одинаковых размеров, при сравните льйа. большом изменении давлений прессованйя (5>0-22к5 МПа). Размеры пакетов в Пресс-камере определяли по году кптемпелей с помощью специального устройства» сос1гийзэго йз сельсин-Датчика и сельсий-приемника! Усилия атеМпеЛеЙ определяли по д'айленйю рабочей жидкости в гидроцилйндре, для йзйерения которого использовался элект-роконтактныя манометр1

7.

В результате обработки экспериментальных данных получена эмпирическая формула для определения коэффициента уменьшения плотности пакетов после выемки их из прессовой камеры

п - 1---- , (II)

К К к 1п10р Л с л

В которой кд - коэффициент длины пакета; кс - коэффициент формы сечения пакета; кл - коэффициент вида лома; р - давление прессования.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР УСИЛИЙ БРИКЕТИРОВОЧНЫХ ПРЕССОВ 3.1. Способы брикетирования

Вначале металлурги сделали попытку брикетировать металлическую стружку с помошью различных связывающих веществ (жидкого стекла, цомента и др.) при давлениях 10-50 МПа, но она но дала положительных результатов. Этот способ требует расхода дополнительных материалов, поэтому весьма дорог, и при выплавке металла образуется дополнительное количество шлаков.

Более рациональным способом является брикетирование стружки без связывающих материалов, но при высоких давлениях - 200250 МПа.

В разное время предложено и опробовано несколько других способов брикетирования стружки: электробрикотирование, икпульсноо брикетирование, брикетирование с помощью контактной сварки, с применением вибрации. Однако, всо эти способы оказались непроизводительными, малоэффективными, а поэтому промышленного применения не получили. В тоже время в машиностроении образуется некоторое количество стружки, например титановой, которая даже в нагретом состоянии не брикетируется. Известно также то, что алюминиевая стружка легко спрессовывается в брикеты. Это послужило основанием для проведения автором исследовательских работ гю изучению . брикетирования алюминиевой стружки совместно со стружкой из высоколегированных марок сталой.

В результате опытов установлено,что при добавке 15-20% алюминиевой стружки к стружке из легированных марок сталей прочность брикетов удовлетворяет требованиям ГОСТа 2787-15.

Получение брикетов из указанной, композиции позволяет производить одновременно легированно основного металла другими

элементами для придания специальных свойств и изменять структуру металла с помощью раскисления алюминием.

3.2. Исследование процесса брикетирования металлической стружки

».

Сущность процесса брикетирования заключается в уплотнении некоторого количества дисперсного материала сжатием, при котором происходит уменьшение первоначального объема и формирование его в брикеты заданной формы. Изменение первоначального объема дисперсного материала существенно отличает его деформацию от деформации сплошного материала, объем которого лишь незначительно изменяется при приложении нагрузки. При прессовании металлической стружки деформация проявляется вначале в дроблении стружки, а затем в изгибе ее витков.

Анализ процесса брикетирования показывает, что наиболее ин-. тенсивное уплотнение происходит на первой стадии процесса, связанной с перераспределением элементов стружки и их более плотной упаковкой под действием внешних сил. Уплотнение на первой стадии связано с разрушением так называемых "арок" и происходит за счет свободного перемещения витков стружки друг относительно друга.

Вторая часть процесса характеризуется тем, что плотно упакованные элементы стружки при приложении нагрузки уже не могут свободно перемещаться друг относительно друга. Происходит деформация и дробление элементов внутри брикета_.

Следует отметить, что резкой границы между двумя стадиями брикетирования не существует. Все же можно сделать вывод о большом влиянии на процесс уплотнения перемещения витков стружки на первой стадии, деформации и разрушения на второй стадии, причем чем пластичнее металл стружки, тем при более низких давлениях начинается уплотнение за счет деформации витков.

Проведенные автором исследования позволили установить зависимость плотности брикета от основных факторов, влияющих на плотность: схемы и давления прессования, вида стружки и температуры ее нагрева перед брикетированием, размеров брикетов. После обработки результатов опытов зависимость плотности брикетов от названных факторов удалось описать функцией

. Г = а 1п е- к4кг, (12)

где г - плотность брикета; а -коэффициент, учитывающий вид стружки; р - давление прессования; р - нормирующий коэффициент; к -

коэффициент, учитывающий влияние соотношения высоты и диаметра брикета на его плотность; коэффициент, учитывающий степень нагрева стружки перед брикетированном.

Стружка в матрице при прессовании подвергается объемному сжатию. В какой-то степени стружка ведет себя подобно жидкости, т.е. стромится заполнить все пространство матрицы, в результате чего возникает давление на стенках матрицу. Однако, в отличие от .жидкости, равномерно передающей давление во всех направлениях, в стружке создается неравномерность давления на стенки, так как степень сжатия стружки в разных частях матрицу не одинакова. Происходит это от того, что на боковые стенки матрицы и пресс-шайбу передается значительно меньшее давление из-за сил трения, которые затруд нот перемещение отдельных элементов стружки в различные стороны, что создает неравномерность плотности брикета по объому.

Отношение бокового давления на стенки матрицы к давлению прессования принято называть коэффициентом бокового давления ?.

Как показали опыты, проведенные автором, для стальной и чугунной стружки коэффициент бокового давления в любой момент прессования описывается линейной функцией

? = ^ см . (13)

в которой ? - среднее значение коэффициента бокового давления; ri - плотность брикета в данный момент прессования; гк- плотность стали или чугуна в монолитном состоянии; с - коэффициент бокового давления для стали или чугуна.

В Ьбщем случае усилие прессования зависит от дисперсности и прочности стружки, а также от трения в паре "стружка-матрица". Коэффициент трения, как показали исследования автора, определяется той же зависимостью, что.и при прессовании логковесного стального лома.

3.3. Расчет основных параметров брикетировочных прессов

От усилия брикетировочных прессов зависят основные показатели качества брикетов: плотность и прочность. Установлено, что прочность брикетов из стальной и чугунной стружки.тем больше, чем выше их плотность, и при плотности 4500-5000 кг/м3 соответствует требованиям ГОСТа 2787-75. Поэтому -расчет силовых парамотрЪв брикетировочных прсссов может быть сведен к определении .усилии

брикетирования в зависимости от плотности и размеров брикетов, а также усилия выталкивания брикета из матрицы.

При проектировании брикетировочных прессов в качестве исходных данных задаются масса и плотность брикетов. Учитывая, что оптимальные размеры брикетов соответствуют значениям ь/о =,0,5, диаметр брикетов определяется из соотношения

о = г/ „уо . (14)

где о - масса брикета; га -плотность брикета в матрице.

Усилив брикетирования определяется с учетом зависимости • • плотности брикетов от различных факторов, учтенных в формуле (12).

Р = ^ р0 ехр Сг^а к^Э. . (15)

Усилие, необходимое для выталкивания брикета из матрицы, зависит от сил трения и бокового давления. Проведенные автором исследования сил трения и бокового давления, возникающих в матрице пресса при прессовании стружки, позволили установить следующую зависимость усилия выталкивания брикета рвыт от давления прессования р, диаметра о и высоты ь брикета, коэффициентов трения г и бокового давления ? :

Р.ь,т = "0ЬРГ?.- ' (16)

4. МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ ЧУГУННОГО ЛОМА И РАСЧЕТ УСИЛИЙ ПРЕССОВ ДЛЯ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

4.1. Механика разрушения чугунного лома

Разрушение .чугунных массивов может происходить при растяжении, сжатии, кручении или изгибе. Проведенные исследования показали, что из указанных способов разрушения наиболее эффективным является разрушение чугунного лома сжимающей нагрузкой.

В феноменологических теориях прочности различают два вида разрушения: отрыв в результате действия растягивающих напряжений и срез под действием касательных напряжений. Обычно отрыв соответствует хрупкому, а срез - вязкому разрушению.

Процесс разрушения начинается с образования субмикроскопических трещин и заканчивается макроскопическим разделением массива.

Любому разрушению металла, в том числе и весьма хрупкому, предшествует пластичоская деформация. Только перед хрупким разрушением она значительно меньше, чем пород вязким.

Особенность разрушения чугунного лома заключается в том,'что чугун в отличив от большинства металлов - материал хрупкий. Он как и все металлы имеет кристаллическую структуру. Однако, в кристаллической структуре чугуна - объемноцонтрировашюй кубиче-.ской - отсутствуют плоскости плотной упаковки, поэтому, как и все другио металлы с такой структурой, при сжатии чутун разрушается в виде отрыва, в отличии от других металлов, имеющих плотноупако-вашшо структуры, при приложении к которым критической нагрузки на сжатие обычно происходит срез.

С делью получония зависимости "разрушающее усилие - размеры чугунного массива" автором проведено иаучонио разрушения чугуна на промышленном прессе усилием 50 МИ. Для изучения процесса разрушения чугуна на прессе были проведены две серии опытов. Б первой к испытываемым образцам прикладывались усилия, не вызывающие разделония образца на части. Поело разгрузки были обнаружены остаточные пластические деформации, свидетельствующие о развитии от границ площадки клина трещин с образованием двух макроскопических плоскостей сдвига.

Во второй серии опытов испытываемые образцы нагружались до разрушения. В процессе деформирования образца визуально наблюдалось появление двух макроскопических плоскостей сдвига. После пересечения этих плоскостей сдвига процесс разрушения принимал характер отрыва и происходило разделение образца на две части.

На основании проведонных экспериментов можно предположить следующий механизм разрушения чугуна на прессовых установках.

На начальной стадии нагружения образца происходит упруго-пластичоское деформирование моталла. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит образование двух макроскопических плоскостей сдвига I и 2 (рис.4), развивающихся от границ площадки 3 контакта клина с образцом. Следует отметить, что при образовании макроскопических плоскостей сдвига происходит качественное изменение нап-' ряженно-деформированного состояния разрушаемого образца. Нагрузка от рабочего инструмента на тело образца передается через наклонные плоскости сдвига и в вертикальном сечении 4 образца возникают растягивающие напряжения. Дальнейшее разрушонио образца' - разделение его на части вследствие отрыва - происходит по вертикальному сечению 4.

Рис.4. Схема разрушения чугунного массива

Таким образом, главной особенностью процесса разрушения чугуна при сжатии на прессовых установках является наличие двух последовательных стадий - сдвига и отрыва.

Процесс разрушения сдвигом происходит в области под площадкой контакта образца с клином и не вызывает полного разрушения испытываемого образца. Поэтому при определении рабочей (разрушающей) нагрузки прессовой установки на стадии хрупкого отрыва необходим учитывать структурные изменения в образце, вызываемые сдвигом, что восьма сложно.

Определяющим фактором разрушения чугунных массивов являются напряжения от бокового давления, возникающие при приложении к раздавливаемому куску чугуна сжимающей нагрузки. Поэтому была предпринята попытка найти зависимость усилия р раскалывания чугунных массивов в'видо

р = гс?, с . ь. ь, ю. (17)

а р

гдо к - коэффициент бокового давления; - предел прочности чугуна на растяжение; ь и к -ширина и высота раскалываемого массива; к - коэффициент, учитывающий влияние угла заострения клина и ширины рабочей кромки клина на усилия разрушения чугуна.

Экспериментальные исследования по определению усилий, необходимых для измельчения чугунного лома, позволили установить связь между усилием раскалывания, прочностью и размерами кусков чугуна. В результата обработки экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость усилия раскалывания р от временного сопротивления <-' , ширины ь и высоты ь раскалываемых кусков чугуна

р = ьь . (18)

II р

Данная зависимость справедлива для разрушения чугунных массивов толщиной от 50 до 450 мм. При толщине чугуна менее 50 мм усилия раскалывания чугуна имеют большой разброс, при толщине свыше 450 мм процесс разрушения не исследовался.

4.2. Расчет параметров инструмента для раскалывания чугуна

Повышение производительности и надешюсти работы прессовых установок для переработки чугунного лома неразрывно связано с эффективностью и надежностью в работе инструмента пресса.

Эффективность работы прессов для переработки чугунного лома в большой мере зависит от конфигурации клина: угла заострения клина и ширины его рабочей кромки. Для изучения влияния угла заострения клина и ширины рабочей кромки клина на усилие раскалывания чугуна автором проведены две серии опытов.

В первой серии опытов изучалось влияние угла заострения клина на усилив раскалывания чугунного лома и срок службы клина. Во второй серии автор изучал влияние ширины рабочей кромки на усилие раскалывания и срок службы клина.

В результате исследовании установлено, что с технической и экономической точек' зрения наиболее оптимальным углом заострения клина является угол 40°, а рациональной шириной рабочей кромки ножа является ширина 8 мм для переработки чугунного лома толщиной до 200 мм и 10 мм - при толщине чугуна 200 мм и выше.

Вторым, весьма важным по степени влияния на величину, усилия раскалывания чугунного массива, элементом инструмента пресса для переработки чугунного лома является цилиндрический выступ на рабочем столе пресса.

Цилиндрический выступ предназначен для концентрации напряжений в разрушаемом массиве. Поэтому большое значение при конструировании имеет назначение оптимального радиуса выступа и определение возникающих в нем напряжений.

В качестве расчетной схемы для расчета радиуса цилиндрического выступа рассмотрим плоскую контактную задачу о взаимодействии цилиндрического тела радиуса к с упругим полупространством. В Соатрзтствии с результатами, приведенными в монографии К.Джонсона , распространение контактного давления имеет вид

4 а '

где р -усилие пресса; ь - длина выступа; а - полуширина площадки контакта, которая определяется равенством

2- 4РК /опч а = -- , (20)

гсье

где е*- приведенный модуль упругости системы;

Максимальное контактное давление р получим из (19), под-

тах ,

ставив х=о

Подставив в формулу (20) значение (21), получим

",пах-/г§к • <22>

Если допускаемое контактное давление равно [о-], то величина радиуса определяется условием

я? > РЕ . (23)

ПЬ [а]

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ НОЖНИЦ ДЛЯ РЕЗКИ СТАЛЬНОГО ЛОМА

5.1. Выбор схемы резки металлолома

Для резки металлолома применяют ножницы с параллельными ножами. В отличио от других известных конструкций (аллигаторпых, дисковых), они обесточивают более высокую производительность и 'легко поддаются автоматизации. Конструктивно ножницы с параллельными ножами можно разделить на три типа: ножницы с прямыми ножами, ножницы гильотинного типа и ножницы с ножами шевронного типа.

Ножницы с прямыми ножами, просты по устройству, надежны, однако, распространения не получили, так как по сравнению с гильотинными ножницами и ножницами с ножами шевронной формы требуют больших .усилия для порозки одного и того же металлического лома.

При резке металлолома на гильотинных ножницах сопротивление резанию оказывает не вся площадь поперечного сечения кусков лома, а некоторая ого часть. Благодаря наклонному расположению ножа, требуется меньшее усилие резания. Однако, во время резки металлолома па гильотинных ножницах возникают неодинаковые нагрузки в

стойках станины, лом скапливается под одной стороной станины,что приводит к их преждевременному разрушению.

Ножницы с ножами шевронной формы, благодаря наклону ножей, требуют, как и гильотинные, меньшего усилия резания, а симметричное расположение верхних наклонных ножек уравновешивает нагрузки в стойках станины. Кроме этого, в отличие от гильотинных ножниц, 1 при резке куски лома занимают более устойчивое положение, что позволяет сделать угол наклона ножей вдвое большим (5-10°), чем у гильотинных (3-6°). Это в свою очередь дает возможность резать металлолом большего сечения.

Конструкции ножниц различают также по способу подготовки металлолома к порезке. В настоящее время изготавливают ножницы с подпрессовкой кусков лома в желобе перед резкой или смятием лома перед сбрасыванием его в лоток желоба, по которому лом подается • под нож на резку. Наиболее совершенной является вторая конструкция, т.к. она позволяет резать металлолом, состоящий из объемных конструкций, сельскохозяйственного и автомобильного лома.

5.2. Экспериментальные исследования гидравлических ножниц

Экспериментальные исследования проводились на гидравлических ножницах Н0-340 Новосибирского завода "Тяжстанкогидропресс".

Во время исследований определяли зависимость усилия реза от величины зазора между ножами и степени их износа. Изучали работу механизма подачи металлолома, а также характер и причины износа отдельных узлов ножниц, в первую очередь деталей механизмов роза и прижима.

Для обеспечения большого количества измерений усилий резания последние определялись по упрощенной схеме. С этой целью давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах измерялось электроконтактным манометром, в котором вместо контактного рычага, служащего для подачи электрического сигнала в момент достижения в гидросистеме определенного давления, устанавливали рычаг-указатель, который фиксировал максимальное давление. В исходное положение После каждого реза рычаг возвращали вручную.

При исследовании зависимости усилия резания от количества одновременно разрезаемого металлолома, размеры поперечного сечения последнего определяли путем обмера кусков лома, оставшихся после реза под штемпелями механизма прижима,

В результате опытов установили зависимость усилия резания от количества разрезаемого металлолома, степени затупления ножей и величины зазора между ними.

Предложен ряд новых конструктивных решений отдельных механизмов гидравлических ножниц, в частности, новая конструкция привода механизма отвода штемпеля подачи металлолома на рез.

5.3. Определение усилия резания металлического лома

Процесс резания металла на ножницах состоит из трех периодов: вмятия ножей в металл, при этом усилие на нож постепенно увеличивается до максимального значения Рта><; собственно резания, при этом усилие резания уменьшается по мере уменьшения сечения разрезаемого металла; скалывания (отрыва) оставшейся неразрезанной части металла.

Максимальное усилие Рта>< наступает в конце смятия металла в момонт сдвига металла по плоскости резания, поэтому можно принять, что

' р" - т г (24)

так ре 2

где т - максимальное касательное напряжение при сдвиге металла; площадь сечения металла в момент начала собственно резания.

Известно, что для конструкционных сталей, составляющих основную массу металлолома, предназначенную для резки на ножницах, предел прочности при сдвиге т составляет (0,55-0,60) <?вр, поэтому уравнение (24) можно записать в виде

р = к с? г , (25)

та X 1 8 р ре э

где к0,55-0,60 - коэффициент, равный отношению максимального сопротивления среза к продолу текучести.

В зависимости (25) не учтено влияние напряжений, вызванных изгибающими силами. Лабораторные и натурные исследования, проведенные автором, показали, что эти напряжения незначительны. В результате апробирования данной зависимости применительно к различным по конфигурации кускам металлолома установлено, что она с достаточной точностью характеризует процесс резки металлолома. В то же время исследования показали, что в ней необходимо учесть влияние затупленич ножей и увеличения зазора между ними в процессе резки мета.члолома.

С учетом этих факторов формула дчя определения максимального усилия, необходимого для резки одного куска лемз. пркмот тот

Р = к к- к о F , (26)

max 12Эвррел .

где кг= ,1,2-1,3 - коэффициент, учитывающий увеличение усилия резания при затуплении ножей; 1,3-1,4 - коэффициент, учитывающий увеличение усилия резания при увеличении зазора между ножами.

На практике, как правило, режется одновременно несколько различных кусков лома. В процессе резания .в одно и то же время у одних кусков происходит вмятие металла, у других - сдвиг (срез), у третьих - отрыв оставшейся части сечения. Поэтому.в зависимость (26) вместо Fpej вводим приведенную площадь сечения металлолома, равную

р = к г . (27)

пр « общ* * '

где к - коэффициент, учитывающий площадь поперечного сечения, находящуюся в плоскости сдвига; говщ- общая площадь всех кусков лома, находящихся под ножом.

На основании многочисленных опытов по резке металлолома на ножницах с верхним подвижным ножом шевронной формы установлено, что к4= 0,35-0,70; причем, верхний предел соответствует процессу резки, когда количество одновременно разрезаемых кусков лома наименьшее, а их сечение минимальное и, наоборот, нижний предел -большему количеству кусков лома с максимальным сечением.

Окончательный вид формулы для определения максимального усилия резания после введения в нее коэффициента, учитывающего площадь общего сечения металлолома, находящегося в плоскости резания:

Р = к к к к с Г . (28)

так 1 X 8 4 В р ре э

Апробование данной эмпирической зависимости применительно к гидравлическим ножницам усилием 3,15; 6,3; 10,0 МН дало положительные результаты по сходимости опытных и расчетных данных.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ СТАНИН ПРЕССОВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЧУГУННОГО ЛОМА

Наиболее ответственным элементом конструкции прессов для переработки чугунного лома является станина, на которую часто воздействуют ассиметрично приложенные нагрузки.

Для ограничения эксцентриситета приложения технологической нагрузки прессы снабжали устройствами для выключения гидропривода

при отклонении колонн пресса от вертикали на 6-10 км на уровне архитрава. Это препятствовало нормальной работе пресса, так как он выключался при давлении рабочей жидкости в два-три раза меньшем номинального.

С целью уменьшения напряжений в станине, пресса при асимметричном приложении нагрузки под руководством автора на Днепропетровском заводе "Вторчермет" во время реконструкции чугунолома-тельноя установки "5600" бкла установлена станина рамного типа, изготовленная на Новокраматорском машиностроительном заводе.

Для оценки прочности станины автор провел экспериментальное исследование напряженного состояния модели станины поляризацион-но-оптическим методом. Модель станины пресса изготавливалась из оптически чувствительного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-6 в масштабе 1:100. Исследования выполнялись на поляризацион-но-проекционной установке ППУ-7.

В последствии автор разработал методику численного расчета станин рамного типа прессов чугуноломательных установок методом конечных элементов. В качестве расчетной схемы выбиралась первая основная плоская задача 'теории упругости для прямоугольной области с большим центральным отверстием и граничными условиями, заданными в соответствие с выбранными схемами нагружения.

После реконструкции установки ЧЛМ-5600 учеными ДМетИ совместно с работниками объединения "Вторчермет" произведено исследование напряженного состояния станин в процессе работы и сопоставление условий работы станин рамного и колонного .типов с точки зрения стоимости их изготовления, металлоемкости, надежности и долговечности.

Анализ полученных данных показал, что напряжения в стойках станины рамного .типа не превышают допускаемых значений при максимально возможной величине эксцентриситета приложения нагрузки. Стоимость изготовления станины рамного типа составляла 153 тыс. руб., колонного типа - 273 тыс. руб., а масса станин - 215 и 290 т при коэффициентах запаса прочности 9,15 и 4,10 соответственно.

С момента установки станины рамной конструкции на прессовой установке ЧЛМ-5600 аварий, связанных с поломкой станин, не случалось, в то же время на однотипной прессовой установке ЧЛМ-5000 аварии в связи с поломками колонн случаются почти ежегодно.

Анализ эгих и других параметров станин позволяет сделать вывод о предпочтительности применения станин рамного типа в прессах для переработки чугунного- лома.

7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛОЛОМА

При проектировании новых прессов, особенно, когда они по своему классу отличны от известных конструкций, конструкторам ещё на стадии проектирования желательно получить подтверждение достоверности произведенных расчетов и правильности назначенных параметров. Такие данные сравнительно просто, с достаточной точностью, может дать физическое моделирование.

Пакетирование лома сопровождается пластическими деформациями, поэтому моделируем этот процесс на основании уравнения пластического подобия, которое предусматривает геометрическое подобие 1 , подобие относительной деформации с, предела текучести от, касательных напряжений т, напряженного состояния р, скорости процесса V, вязкости материала коэффициента трения г.

Геометрическое подобие процесса пакетирования определяется размерами пакетов, пресс-камер и кусков прессуемого лома, т.е., принимая за масштаб подобия п, получаем 1/г>.

С целью получения наиболее достоверных результатов моделирования, модель металлолома подбирается из тех же марок сталей, которые составляют натуральный лом. Очевидно, что в этом случае критерий подобия по' текучести материала, касательных напряжений, коэффициента трения и вязкости будет'соблюдаться наилучшим способом.

Скорость моделируем по аналогии с геометрическими размерами.

Относительная деформация е - величина безразмерная, поэтому моделировать ее нет необходимости.

Из второго положения закона пропорциональных сопротивлений Ф.Кика следует, что усилия, необходимые для подобной деформации двух геометрически подобных тел из одинакового материала, относятся как площади поперечных сечений этих тел, т.е.

р г 1

и шм /оо\

р - - р- - . (29)

н шн п

где ри, р - усилия пакетирования модели' и натурного пресса. При этом давления штемпелей модели ри и натуры ри равны между собой.

Однако на модели не всегда удается осуществить такие давления на штемпелях, как и в реальном прессе. Поэтому уменьшение давления штемпелей модели можно выразить через коэффициент несоответствия давления:

р

Т> = рА • (30)

и

Плотность пакетов гк, подученных на модели, пересчишвается в плотность гн натурального пакета по формуле

1п р + 1п Т)

г = г --- Г) . (31)

ни 1п р д

и

где vд - коэффициент несоответствия длины пакетов, полученных на модели и прессе:

к

I к~

ч = . (32)

где кдн и кди - коэффициенты длины пакета для натурального пресса и модели.

Моделирование процессов брикетирования металлической стружки идентично моделированию процессов пакетирования легковесного стального лома. При исследовании процессов брикетирования возникает необходимость в моделировании усилия (давления) брикетирования.

Исследования, проведенные автором, показали, что для моделирования процессов брикетирования лучше всего использовать в качестве модели лома стружки из металлов, обладающих меньшим пределом текучести при сжатии <*тсж. например, алюминием или медью. В этом случае должно соблюдаться условие

1п р 1п р

Со ■ с^Г- • • <33>

Т С Ж И тсжн

где ри, рн- давление пресс-штемпелей модели и натуры.

Физическое моделирование процесса ножничной резки стального лома и раскалывания чугунного лома следует производить на основании общего физического подобия и закона пропорциональных сопротивления, т.е. сечение разрезаемого стального лома и раскалываемых кусков чугуна моделируется пропорционально усилиям резки и раскалывания.

Исследования процессов моделирования резки стального лома и раскалывания чугуна также показали, что при моделировании этих процессов в обязательном порядке должно соблюдаться динамическое подобие процессов. При нарушении этого условия результаты моделирования дают большую погрешность и значительный разброс результатов измерения.

ДМ

8. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПРЕССОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛОЛОМА

Совершенствование конструкция пакетировочных прессов должно развиваться по двум направлениям. Прежде всего, это совершенствование конструкция с целью увеличения плотности пакетов. В определенных пределах, как показали.исследования автора, это возможно за счет увеличения давления прессования.. Увеличение давления от 20 до 30 МПа позволяет увеличить плотность пакетов на 7-8%. Дальнейшее увеличение плотности связано со значительными энергозатратами. Устройство третьей ступени прессования позволяет увеличить плотность пакетов на 5-7%. Несколько больший эффект дает применение двухстороннего сжатия на окончательной ступени прессования (6-8%).

Второе направление - создание пакетировочных прессов с минимальным потреблением электроэнергии. Примером такой конструкции может служить пакетировочный пресс ПГ-450, разработанный автором и успешно апробированный в эксплуатации в Днепропетровском объединении "Вторчермет".

Назрела необходимость в создании передвижного заготовительного пресса, на котором можно прессовать легковесный стальной лом в "пакеты-заготовки", предназначенные для дальнейшего пакетирования на стационарных пакетировочных прессах. Такой пресс, установленный на автомобильном прицепе или железнодорожной платформе, подавался бы в моста эпизодического образования легковесного лома или районы, в которых, из-за малого образования легковесного лома, не целесообразно устанавливать стационарный пресс, а на передвижном, в силу ограниченных размеров прессовой камеры, данный лом не поддается прессованию.

Автором разработана конструкция пакетировочного пресса с прессовой камерой достаточной для прессования стального лома толщиной до 8 мм. Лом на этом прессе уплотняется двумя ступенями прессования, причем штемпели этих ступеней имеют форму клина, что позволяет на 42% уменьшить усилие каждой из ступеней прессования. Штемпели обеих ступеней :перемещаются в прессовой камере параллельно друг другу, что дает возможность придать прессу минимальные размеры по ширине. В результате пресс мощностью 4-6 МН свободно размещается на автомобильном прицепе или железнодорожноя платформе.

Совершенствование конструкций брикетировочных прессов должно идти по пути создания новых моделей, предназначенных для прессования стружки легированных сталей, прежде всего тех видов, которые в обычных условиях не брикетируются. Этого можно достичь созданием брикетировочных прессов, специально . предназначенных для брикетирования стружки в нагретом состоянии или двух видов стружки одновременно, причем один вид стружки должен выполнять роль сзязующего вещества.

Совершенствование конструкций прессов для переработки чугунного лома должно идти по пути создания установок, на которых можно полностью перерабатывать изложницы, включая их донную часть. Ода! из вариантов такой конструкции разработан группой изобретателей, в том числе и автором, а УКО ВНИПИЛома изготовил технический проект.

Для сокращения расхода электроэнергии установки для переработки чугунного лома лучше всего, по предложению автора, оборудовать двумя клинами, один из которых предназначен для предварительной насечки, а второй - для окончательного разрушения чугунного массиза. В этом случае на 20-25% уменьшается усилие раскалывания чугуна и на 10-15« сокращается расход электроэнергии.

При проектировании гидравлических ножниц необходимо создавать модели по новым прогрессивным схомам: с механизмом подпрес-совки в загрузочном коробе или со сминателем в подающем желобе, уплотняющими металлолом перед порезкой.

Неиспользованным резервом совершенствования прессов для переработки металлолома является их универсализация. С ее помощью можно увеличить диапазон выполняемых операций на одном прессе. В создании универсальных прессов необходимо развивать два направления: создание прессов, которые могут работать в двух или более режимах, например, резать или прессовать моталлолом, и создание' прессов, которые в одном технологическом процессе могли бы совмещать несколько операций, например, дробить, а затем прессовать металлолом. Оба эти направления позволят сократить номенклатуру прессов, снизить в них потребность в народном хозяйстве, уменьшить затраты на их изготовление. 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты работы состоят в

следующем:

1. Коэффициент трения при прессовании лома и отходов черных металлов изменяется по биномиальному закону и зависит, от вида лома, давления прессования и состояния облицовочных плит прессовой камеры и штемпелей.

2. Впервые установлено, что коэффициент бокового давления при прессовании лома и отходов черных металлов - переменная величина и изменяется пропорционально степени .уплотнения лома в процессе прессования.

3. Исследована упругая деформация пакетов после их выталкивания из прессовой камеры и установлено, что она зависит от вида лома, давления прессования и размеров пакетов.

4. Установлено, что разрушение чугунных массивов на прессовых установках происходит в два ■этапа: вначале образуются две макроскопические трещины, которые качественно меняют напряженно-деформированное состояние массива, в результате чего на втором этапе происходит разделение массива на части путем отрыва.

5. Разработан метод физического моделирования процесса пакетирования металлического лома при неидентичности напряженных состояний и физико-механических свойств металлолома модели и натуры.

6. Разработаны методы расчета усилий гидравлических прессов для переработки лома и отходов черных металлов, которые учитывают впервые установленные зависимости, ойисывающие характер процессов прессования и резки металлического лома.

7. Экспериментальными и теоретическими исследованиями показано,что при работе прессовых установок для переработки чугунного лома возникают асимметричные нагрузки, которые лучше воспринимаются прессами со станинами рамное конструкции.

8. Впервые разработаны научно обоснованные рекомендации по выбору и расчету инструментов прессов для переработки чугунного лома.

9. Разработаны рекомендации по совершенствованию конструкций гидравлических прессов для переработки лома и отходов черных металлов с целью повышения их производительности при одновременном снижении энергопотребления.

10. Разработаны принципиально новые конструкдаи падатировдн-ных прессов и прессовых установок для переработки чугунного лома.

11. Выполненные исследование использованы при проектировании пакетировочных прессов Б-1345, ББ-1338, ПГ-450, при реконструкции прессрвой установки для переработки чугунного лома ЧЛМ-Б600, а также для создащ?Я эффективного технологического процесса резки

металлолома па гидравлических ножницах Н0-340 и инструмента повышенной стойкости к прессовым установкам для переработки чугунного лома. В настоящее время результаты исследований используются для проектирования передвижного пакетировочного пресса усилием 4,0 МН.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Бобылев Л.Л. Гидравлические прессы для переработки металлолома.- Киев: Техн1ка, 1931.- 208 с.

2.Бобылев А.Л. Расчет и конструирование гидравлических прессов для переработки металлолома.- Киев: Техн1ка, 1993.- 175с.

3.Морозов С.И., Бобылев А.Л. Машинист прессовых установок для переработки металлолома.- М.: Металлургия, 1988.- 150 с.

4.Бобылев А.Л..Пузырьков П.И. Пути повышения производительности пакетировочных прессов // Чормотинформацин. сор. 18.-1976.-Я 6.- 16 с.

5.3азимко А.И..Бобылев А.Л. и др. Гидравлические ножницы Н0-340 для резки металлолома // Черметинформация, сер. 18.-1975.-Jí 3,- 8 с.

б.Зазимко А.И..Бобылев А.Л. и др. Исследование работы прессовых установок для переработки чугунного лома //Черметинформация, сер. 18.- 1977.- Jí I.- 8 с.

7.3азимко А.И.,Бобылев А.Л. и др. Пакетировочные прессы ЧПА-400, ЧПА-ЮОО, ЧПА-МОО-З // Черметинформация, сер. 18.- 1973.- J5 2.- 20 с.

8.Пузырьков П.И., Бобылев А.Л. Совершенствование конструкций пакетировочных прессов // Черметинформация, сер. 18.- 1974.- Jí 2.12 с.

Э.Бобылев А.Л. Исследование гидравлических ножниц для переработки металлолома //Черная металлургия.- 1992.- Jí 4.- С. 38.

Ю.Бобылев А.Л. Исследование прочности станин прессовых установок для переработки чугунного лома // Черная металлургия.-1993.- Jé I.- С. 42-43.

П.Бобылев А.Л. Исследование стойкости инструмента гидравлических прессов // Металлургическая и горнорудная промышленность.-1993.- Jí 3.- С. 51-52.

12.Бобылев А.Л.Определение плотности пакетов из стального лома // Бюллетень института "Черметинформация".- 1972.- Jí 18.-С. 56-57.

I3-. Бобылев А.Л. Гасчет усилий прессов для переработки чугунного лома // Черная металлургия,- Л 2.- С. 43-44.

14. Бобылев А.Л. Расчет усилия прессов для переработки лома // Черная металлургия. - 1991.- J£ 4.- С. 31-32.

15., Бобылев А.Л. Стойкость инструмента гидравлических прессов для переработки металлолома // Черная металлургия. - 1993.1 S 2.- С. 43-44.

16.Бобылев А.Л. Упрочнение бронзовых втулок гидравлических прессов для переработки металлолома с помощью термической обработки // Черная металлургия.- 1993.- JS 6.- С. 51-52.

17.Бобылев А.Л., Ермаков И.Ф., Фомичева Л.Е. Межзаводская икала га изучению опыта горячего пакетирования стальной стружки // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1974.- Jf I,-С. 87-83.

18.Бобылев А.Л.» Цузырьков П.И. Моделирование процессов па-кетирааания металлического лома // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1976.- £ 2.- С. 90-92.

Ю.Бобылев А.Л. Романова Л.А. Определение плотности и коэффициента бокового давления при уплотнении сыпучих материалов // В сб.: Вибрационные и волновые транспортно-технологические машины.-Киев: Наукова думка.- 1991.- С. I07-II0.

20.Пузырьков П.И..Бобылев А.Л. Боковой распор при пакетировании лоыа // Кузнечно-штамповочное производство.- 1979.- Ji 7,-С. 17-18.

21.Цузырьков П.И., Бобылев А.Л. Расчет силовых параметров пакетировочных прессов // Металлургическая и горнорудная промышленность .- 1978.- & 4.- С. 61-63.

22.Цузырьков П.И..Бобылев А.Л. Увеличение срока службу плун-шров и бронзовых втулок пакетировочных прессов //Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1973.- № 5.- С. 65-66.

23.Пакетировочный пресс на передвижной платформе: A.c. -Ü I80I785 СССР. В 30 В 15 /32/ А.Л.Бобылев (СССР). - 3 е.: рис.

24.Установка для брикетирования скрапа: A.c. X 763155 СССР, Н.Кд.3 В 30 13/00 / А.Л.Бобылев (СССР).- 3 е.: ил.

25.Установка для переработки чугунных массивов: А.с.Л I78266I СССР, В 02 С 2I/0q / А.Л.Бобылев (СССР).- 3 с.: ил.

26.Устройство для переработки массивов: A.c. J6 580941 СССР Ы.Кл.2 В 22 С 21/00 / А.Л.Бобцлев (СССР).- 3 е.: рис.

27.Устройство для учета выпуска продукции: A.c. № 913424. СССР. М.Кл! С 07 С / 08 / А.Л.Бобылев (СССР).- 4 е.: рис.

23. Бобылев А.Л. Научно-технические основы расчета гидравлических прессов для измельчения металлолома.- Институт

геотехнической механики АН Украины.- Днепроштровск, 1992.- 30 е.- Рус.- Деп. в УкрИНТЭИ 15.10.92. № 1631 - Ук92.

29.Бобылев А.Л. Расчет и конструирование гидравлических прессов для переработки металлолома.- Институт геотехнической механики HAH Украины.- Днепропетровск, 1994.- 30 е.- Рус.-Деп. в УкрИНТЭИ 15.12.94, ,4 2481 - Ук94.

30.Бобылев А.Л. Использование полиметалличесгая брикотоз га отходов производства // Проблемы теории и технологии подготовим железорудного сырья для доменного процесса и безкоксовой металлургии: Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции.- ПНЦ АН УССР, Днепропетровск, 1990.- C.I5I-I52.

31.Бобылев А.Л. Организация ремонтной службы и мероприятия по сокращению сроков и улучшению качества ремонтов //Тезисы докладов на Всесоюзной секции НТО 4M.- Горький, 1974.- С. 8-10.

32.Бобылев А.Л. Повышение надежности и долговечности деталей и узлов гидравлических пакотировочных прессов // Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции.- Днепропетровск. 1972.- С. II9-I2Q.

33.Бобылев А.Л. Пути увеличения срока службы деталей пакетировочных прессов // Повышение надежности и долговечности оборудования на предприятиях черной металлургии: Тезисы докладов и Республиканской научно-технической конференции.- Днепропетровск. 1970.- С. 180-182.

34.Бобылев А.Л., Иайдров Ю.А. Повьшенив плотности брикетов из стальной стружки для переплавки в злоктросталвплавильных почах // Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в электросталеплавильном производстве: Тезисы докладов на третьей Республиканской научно-технической конференции. -Днепропетровск, ПНЦ АН Украины.- 1989.- С. 79-80.

35.Бобылев А.Л..Шайдров Ю.А. Подготовка легковесного стального лома методом пластической деформации для выплавки электростали // Техническое перевооружение, и внедрение новых ресурсосберегающих технологии в электросталеплавильном производстве: Тезисы докладов на третьей Республиканской научно-технической конференции.- Днепропетровск, ПНЦ АН Украины.- 1989.- С. 81-82.

3G.Пузырьков П.И..Бобылев А.Л. Повышение надежности работы пакетировочных прессов // В сб.: Повышенно надежности и долговечности металлургического оборудования.- Днепропетровск. 1972.- С. 37.

ANNOTATION

Bobylov A.I. Questions of theory, forces calculation and • perfection of hydraulic presses constructions ior scrap process.

Thesis (manuscript) for the doctor oi technical sciences degree on speciality 05.16.08 - machines and units of metallurgical production. Institute of geotechnlcal mechanics of Ukrainian National Academy of Sciences, Dnepropetrovsk, 1997.

The basic coefficients which describe scrap compression and cutting process are determined. The methods of presses forces calculation for scrap process are elaborated. New constructions oi presses are suggested and applied to production. The main results are published In 3 monographs, 28 printed papers and 5 patents.

АН0ТАЩЯ

Бобильов О.Л. Питания теорП, розрахунку зусиль 1 вдосконо-дення конструкШй Г1дравл1чних прес!в для переробки металобрухту.

Дисертац1я (рукопис) на здобуття наукового ступеня доктора техн1чних наук по спец1альност1 05.16.08 - машини 1 агрегата ме-талург!йного виробшщтва, 1нститут геотехн1чно1 механ!ки HAH Ук-ра!ш, Дн1пропетровськ> 1997.

Визначено основн! коефЩ1енти, що описують процеси пресування 1 р!зання металобрухту, розроблено метода розрахунку зусиль прес1в для переробки металобрухту, запропоновано 1 впрова-даоно у виробшщтво нов! конструкцП прес!в. Основний зм!ст робота опубл!ковано в трьох монограф1ях, 28 друкованих роботах 1 реал1зовано у 5 винаходах.

Клхяов! слова: прес, зусилля, конструкц!я.

АВТОРЕФЕРАТ ВиповЦальний за внпуск В. К. Цабко Пипислно до apvsy 27.05.97. Фермат 60x84/16. Пагпр друкарськии. Офсетний друк. Умовн. друк. арк. I ,86. Уыовн. фаро.-вио. 1,86. Тираж 80. Замовлснна N 703. Замовлене. ЗЛТ Видавництво •Пл11граф1ст», 320070, м. Дмшропстровськ, вул. Серова, 7.