13.1. Чистка форм.
13.2. Смазка форм.
13.3. Виды смазок.
13.4. Способы нанесения смазки.
Срок службы форм зависит не только от надежности их конструкции, но и от ухода за ними в процессе эксплуатации.
Основные требования правильной эксплуатации сводятся к тщательной очистке форм, освобожденных от изделий, к применению хорошей смазки, облегчающей извлечение готовых изделий, а также к рациональной организации текущего и предупредительного планового ремонта форм.
13.1. Чистка форм.
При формовании изделий на металлической форме или поддоне после распалубки остаются мелкие кусочки бетона, поверхности покрываются цементной пленкой, остатками смазки и др. Если форму не чистить, на ней образуется слой затвердевшего бетона, который ухудшает качество изделий и затрудняет их распалубку.
Поэтому формы после каждого цикла формования очищают, применяя для этого различные приспособления.
Машины с абразивными кругами:
Применяются только для периодической чистки форм (1 раз в 2 – 3 месяца). При этом поверхности формы должны быть гладкими.
При частом использовании таких машин очищаемые поверхности быстро изнашиваются.
Машины с металлическими мягкими щетками:
Такие машины эффективны только на незапущенных поддонах для очистки их после каждого цикла промывания. Применение жестких щеток не желательно, т.к. царапают поверхность металла, что увеличивает сцепление бетона с поддоном.
Машины с инерционной фрезой:
Фреза имеет 6 пальцев, на которых свободно висят металлические кольца. При вращении фрезы кольца ударяют по очищаемой поверхности поддона и дробят оставшуюся на нем пленку схватившегося цемента.
Форму очищают по двум схемам:
1) Машина передвигается над формой (форма не подвижна)
2) Форма перемещается под машиной.
Рис. 70. Инерционная фреза
Вид А (сверху)
Рис. 71. Блок инерционных фрез: 1 – инерционная фреза
Блок инерционных фрез – 1 – располагаются в шахматном порядке.
После обработки поддона инерционной фрезой все остатки, отделившиеся частицы сметают с поверхности металлическими щетками.
Химический способ очистки форм:
Основан на свойстве некоторых кислот (соляной), разрушать цементную пленку. Для очистки необходим: 7-15% раствор технической соляной кислоты, в зависимости от толщины пленки, температуры форм.
Например, при увеличении температуры формы с 20 о С до 50 о С скорость реакции увеличивается в 10 раз.
13.2. Смазка форм.
На качество железобетонных изделий существенно влияет сцепление бетона с поверхностью формы.
Одним из способов уменьшения сцепления является применение различных смазок.
Смазка для форм должна удовлетворять следующим требованиям:
1) По консистенции должна быть пригодной для нанесения распылителем или кистью на холодные или нагретые до 40 о С поверхности формы.
2) Ко времени извлечения изделия из формы смазка должна превращаться в прослойку, не вызывающую сцепления с поверхностью форм.
3) Не оказывать вредного воздействия на бетон, не приводить к образованию пятен и подтеков на лицевой поверхности изделия.
4) Не вызывать коррозии рабочей поверхности форм.
5) Не создавать антисанитарных условий в цехах и быть пожаробезопасной.
6) Технология приготовления смазки должна быть простой, позволяющей механизировать процессы ее нанесения.
13.3. Виды смазок.
Смазки, которые применяются на заводах железобетонных изделий можно разделить на три группы.
Таблица 4
Виды смазок
СМАЗКИ |
||
Водные и водно-масляные суспензии | Водно-масляные и водно-мыльно-керосиновые эмульсии | Машинные масла, нефтепродукты и их смеси |
Водные растворы минеральных веществ (тонкодисперсных) Известковая Меловая Глиняная Шламовая Такие смазки просты в приготовлении и имеют низкую стоимость, но не всегда дают хорошие результаты при распалубке изделий. | Коллоидные системы, состоящие из двух малорастворимых друг в друге жидкостей Обратные. Прямые эмульсии («масло в воде»): Эмульсол ЭКС в количестве 10л на 100л смазки; вода мягкая = 90л, сода кальцинированная = 0,7кг. Обратные эмульсии ОЭ – 2 («вода в масле») – более водостойкие и вязкие: 20л ЭКС на 100л Водный раствор (насыщенный извести): 1г извести на 1л воды = 53л Вода =27л | Керосин Петролатум Машинные масла Соляровое масло, солидол и зола 1:0,5:1,3 по массе Соляровое масло, солидол и автол 1:1:1 Парафино-керосиновая смазка 1:3 Применение таких смазок ограничено их высокой стоимостью. |
13.4. Способы нанесения смазок.
1) Ручное нанесение.
2) Механизированное нанесение – при помощи удочки или распылителей.
Виды смазок, ^дним из способов уменьшения сцепления бетона с поверхностью форм является применение различных смазок. Правильно подобранная и хорошо нанесенная смазка обеспечивает легкое освобождение изделия и способствует получению ровной и гладкой его поверхности. 1
Смазка для форм должна удовлетворять следующим условиям:
По консистенции она должна быть пригодной для нанесения распылителем или кистью на холодные или нагретые до 40°С поверхности;
Ко времени выемки изделий из форм смазка должна превращаться в прослойку, не вызывающую сцепления с поверхностью форм, например, порошкообразную или типа пленки, легко разрушаемой при распалубке;
Не оказывать вредного действия на бетон, не приводить к образованию пятен и потеков на лицевой поверхности изделия, не вызывать коррозии рабочей поверхности формы;
Не создавать антисанитарных условий в цехах и быть безопасной в пожарном отношении;
Смазка должна быть простой по технологии приготовления и позволяющей механизировать процесс нанесения.
Смазку следует наносить на тщательно очищенную от бетона поверхность; на бетонной пленке, на поверхности с вмятинами, царапинами она не может дать положительных результатов.
Смазки, применяемые на предприятиях сборного железобетона, можно распределить на три основные группы: 1) водные и водно-масляные суспензии, 2) водно-масляные и водно-мыльнокеросиновые эмульсии, 3) машинные масла, нефтепродукты и смеси из них.;
Суспензии, или водные растворы тонкодисперсных минеральных веществ, применяются на заводах, главным образом, при отсутствии других смазок. К ним относятся известковая, меловая, глиняная, шламовая (отходы при шлифовке мозаичных изделий) и др. Эти смазки просты в приготовлении и имеют невысокую стоимость. Недостатком их является легкая размы - ваемость водой, что способствует нарушению смазки при бетонировании; прочность пленок, образуемых суспензионными смазками, довольно высока, и это затрудняет распалубку и очистку форм и изделий.
Известковая и меловая смазки применяются для деревянных поверхностей, известково-глиняная дает сравнительно хорошие результаты на бетонных поверхностях.
Широкое распространение получила водно-цементно-масляная смазка, отличительной особенностью которой является ее стойкость во время укладки бетона и превращение в порошкообразную прослойку, легко счищаемую при съеме изделия. На ряде заводов полностью механизировано приготовление, транспортирование и нанесение этой смазки.
Эмульсионные смазки имеют много различных составов, допускают возможность комплексной механизации их приготовления и нанесения на формы, превосходя в этом отношении многие другие смазки. Наиболее удобны в производственных условиях водно-масляные эмульсии; они не вызывают у рабочих раздражения кожных покровов и слизистых оболочек, не огнеопасны.
На ряде заводов успешно используют водную эмульсию трансмиссионного автотракторного масла и натриевой соли нафтеновой кислоты (мылонафта), вместо которой в качестве эмульгирующего и стабилизирующего компонента можно применять соапсточные отходы, мыльные отходы промышленности или мыло. Трансмиссионное автотракторное масло (нигрол) можно заменить автотракторным маслом (автолом) с увеличением его количества в смазке в 1,2-1,5 раза.
Водно-мыльно-масляные эмульсионные смазки вполне оправдывают себя в условиях вертикального формования изделий (в кассетных установках); их можно наносить на горячие металлические поверхности, имеющие температуру до 100°С. Эти смазки не оставляют на стенках форм пригара и легко очищаются. Внутренние углы и ребра форм, на которые наносить эмульсии затруднительно, следует смазывать солидолом, расплавленным парафином или автотракторным маслом.
Смазка из соапстока (отходы мыловаренного производства) с водой дает относительно большое сцепление бетона с поверхностью формы, поэтому ее следует применять только для. горизонтальных поддонов. Ее наносят на поверхности в горячем виде. Так как применение этой смазки вызывает ржавление металла, необходимо 3-4 раза в месяц смазывать формы машинным маслом.
Машинные масла, керосин, петр о л а ту м и смеси из них составляют самостоятельную группу смазок. Наиболее употребительны масла соляровое, веретенное, автол и отработанное, а также смеси этих масел с керосином в соотношении по весу 1:1.
Широко применяется смазка из солярового масла, солйдола и золы (по весу 1: 0,5: 1,3). Она обеспечивает беспрепятственное распалубливание и приготовляется путем замешивания жидкого солидола и солярового масла при температуре 60°С с последующим добавлением золы ТЭЦ или извести-пушонки. Во время пропаривания изделий соляровое масло почти полностью улетучивается и между бетоном и формой остается порошкообразная прослойка, легко сметаемая с поверхности форм и изделий.
Хорошие результаты дает смазка из солярового масла, солидола и автола (1:1:1), стеарино-керосиновая (1: 3), парафи - но-керосиновая (1:3) и др. Однако применение этих смазок ограничено дефицитностью материалов.
Петролатумно-керосиновая смазка состоит из недефицитных дешевых материалов, она дает малое сцепление бетона с поверхностью формы, не оставляет пятен на поверхности бетона, не расслаивается гтри хранении; ее можно применять при низких температурах (на открытых полигонах).
Недостатком петролатумной смазки, а также смазки из нигрола, растворенного в соляровом масле или керосине, является вредное действие их на кожные покровы, возможность раздражения слизистой оболочки рта и носа при неосторожном обращении со смазкой. Опыт работы крупнейших заводов показал, что устройство вытяжных колпаков над машинами для смазки форм полностью устраняет вредное влияние этих смазок.
На заводах сборного железобетона широко применяются эмульсионные смазки, стоимость которых не превышает 10 Руб /т. Если, например, при производстве изделий в кассетных формах принять стоимость солидоло-соляровой смазки за 100%, стоимость петролатумно-соляровой смазки составит 54%, нигрольно-мыльиой - всего 18-31%. Это объясняется сравнительно низкой стоимостью компонентов эмульсионной смазки и возможностью реже производить профилактическую очистку формовочных поверхностей. Составы рекомендуемых к применению смазок приведены в табл. 6. На расход смазки влияет ряд факторов: консистенция смазки, конструкция и тип форм (горизонтальные, вертикальные) , способ нанесения, смазки (ручной, механический) и качество поверхности форм.
|
Приготовление И нанесение смазок. Весьма эффективным способом приготовления водомасляных эмульсий является гидродинамический преобразователь, так называемый «жидкостный свисток», в котором вследствие колебаний металлической пластинки создаются акустические волны ультразвукового диапазона. Возникающие при этом давления и быстрые движения частиц жидкости дают возможность получать различные эмульсии, т. е. смешивать между собой в обычных условиях несмешивающиеся жидкости, например, бензин с водой, масло с водой и т. д.
Ультразвуковой эмульгатор типа Ленинградоргстроя, работающий на ряде заводов для. приготовления смазочных эмульсий, имеет производительность 100-120 Л/ч (рис. 41). Для приготовления эмульсий используется гидродинамический преобразователь, состоящий из сопла и закрепленной перед ним в четырех точках пластинки. При перекачивании жидкости через сопло в пластинке возбуждаются колебания. Скорость истечения жидкостей и расстояние между соплом и пластинкой подбирают так, чтобы получить резонанс колебаний пластинки; частота колебаний пластинки возрастает до 18-22 тыс. Гц, и из смеси жидкостей получается стойкая эмульсия.
В смесительный бак загружают составляющие - воду, масло и мыльный раствор - в соответствующей пропорции общим объемом 50 Л. Затем включают насос, и смесь циркулирует че-
Рез сопло свистка, в зоне которого происходит интенсивное перемешивание составляющих. Цикл перемешивания длится 10- 15 Мин; за это время весь объем жидкости 3-5 раз проходит через свисток. Готовая эмульсия подается насосом установки в сборный бак, из которого под давлением / 2 з
3-4 Атм подается насосом к распылителям.
Стабильность такой эмульсионной смазки при комнатной температуре составляет около 3 суток.
Для приготовления смазок из однородных продуктов, например растворов машинного масла в керосине, применяют лопастные мешалки. Компоненты, представляющие собой густую или твердую массу, например, пет - ролатум, необходимо подогревать. Петрола - тум в баке или ванне с паровой рубашкой разогревается до капельно-жидкого состояния (при температуре 60-80°С), затем в него с легким перемешиванием вливается керосин. Смазка может храниться длительное время, так как она не расслаивается.
Соапсток при нагреве до 90° полностью растворяется в воде. Известковые, меловые и другие суспензии приготовляют в обычных лопастных растворомешалках или приводных краскотерках; длительное хранение их невозможно, так как они довольно быстро расслаиваются.
Приготовление эмульсионной смазки производится централизованным путем по схеме, показанной на рис. 42.
Нанесение смазки на поверхность удочкой с форсункой производится сжатым воздухом или форсунками, в которых распыление смазки достигается действием центробежной силы.
Однако применять удочки для нанесения смазки в тесных или узких местах затруднительно, например, в нижней части кассетных форм, на криволинейные поверхности и т. д. В этих случаях применяют специальные механизмы.
|
|
Механизм для смазки формующих поверхностей кассетных установок представляет собой тележку с электроприводом, передвигающуюся по рельсам на уровне верха форм. На тележке расположена передвижная каретка с гребенкой перфорированных труб. Обработка одной формовочной полости производится в два приема при движении гребенки сверху вниз и, после горизонтального смещения каретки, снизу вверх.
При нанесении смазки распылителями меньшие потери да* ет применение более вязкой смазки. Верти - кальные формы требуют большего расхода смазки, чем горизонтальные, так как часть смазки стекает, особенно с нагретых поверхностей. Ручное нанесение смазки кистью повышает ее расход, так как при этом смазку наносят слоем излишней толщины (более чем 0,2-0,3 Мм), что, кроме того, ухудшает качество изделий. Наличие выбоин, глубоких вмятин и перекосов форм приводят к скоплению в них излишней смазки, к тому же образуются пятна на поверхности изделий.
Технологические смазки непосредственно в процессе прокатки путем подачи в очаг деформации между полосой и валками применяются в обязательном порядке при холодной прокатке листов. Однако в последнее время технологические смазки находят все более широкое применение и в процессе горячей прокатки листового металла в основном на ШСГП. Их использование позволяет повысить эффективность производства проката, снизить расход энергии и износ валков, уменьшить усилие на валки, снизить температуру рабочих валков, уменьшить величину коэффициента трения, сократить количество дефектов, снизить окалинообразование, повысить качество поверхности полосы, а также повысить производительность стана и улучшить качество проката.
В то же время, при горячей прокатке существуют неблагоприятные условия для образования и удержания равномерного смазочного слоя на валке или полосе.
Первая проблема состоит в том, что вода, которая применяется для охлаждения валков, не только смывает масло с поверхности валка, но и ухудшает адгезию масла к металлической поверхности. Также, в очаге деформации смазка находится под действием высокого давления и температуры, которые приводят к разложению смазки. Однако ее горения в очаге деформации не происходит из-за малого (сотые доли секунды) времени нахождения в очаге деформации.
В связи с наличием таких экстремальных условий, к смазке предъявляют следующие требования:
- смазка должна обеспечивать эффективное снижение силы трения и износа валков;
- не смываться с валков и не выдавливаться из очага деформации, образуя равномерную пленку;
- не вызывать коррозии оборудования и прокатываемого металла;
- быть доступной, дешевой и недефицитной;
- удовлетворять требованиям санитарии и гигиены;
- быть технологичной с точки зрения подачи в очаг деформации;
- легко удаляться с поверхности готового проката после охлаждения.
Основной эффект от применения технологических смазок заключается в снижении силы прокатки, что в свою очередь влияет на снижение расхода электроэнергии на прокатку
(таблица 3).
Таблица 3 Расход электроэнергии при прокатке листов со смазкой и без на ТЛС 2300 Донецкого металлургического завода
Таким образом, удельный расход электроэнергии, потребляемой на прокатку с использованием смазки в чистовой клети толстолистового стана 2300, снизился на 5,3…12,5%.
В целом, преимущества применения смазок при горячей прокатке следующие:
- увеличение стойкости валков по износу на 50…70%, за счет чего снижаются потери времени на перевалку валков и повышается производительность на 1,5…2%;
- снижение силы прокатки на 10…20 %, за счет чего обеспечивается экономия электроэнергии на 6…10%, уменьшается прогиб валков и повышается точность прокатки;
- снижение теплопередачи от раската к валкам, за счет чего снижается пиковое значение температуры поверхности валков на 50…100 ºС, снижается уровень термических напряжений в валке и повышается его стойкость, а также уменьшаются потери тепла раскатом;
- более «мягкие» условия работы валков способствуют уменьшению числа валков, которые списываются из-за выкрашивания поверхности, в несколько раз;
- улучшается качество поверхности листов за счет чистоты поверхности валков;
- изменяется фазовый состав окалины – снижается ее твердость, что облегчает ее удаление. Количество окалины уменьшается в 1,5…2 раза.
Виды смазок для горячей прокатки
Смазки, которые используются при горячей прокатке по агрегатному состоянию можно разделить на: твердые, пластичные (консистентные) и жидкие. По происхождению выделяют смазки, основывающиеся на применении неорганических(графит, тальк и др.), органических (минеральные масла, жиры и др.) материалов, и синтетические смазки (например, использование растворимых в воде полимеров). На рис. 23 представлена классификация технологических смазочных средств, применяемых при горячей прокатке.
Рис. 23. Классификация технологических смазок для горячей прокатки стали
Твердые смазки в основном изготовляются на основе графита в виде брикетов. Слой смазки наносят на валок путем прижатия брикета к поверхности вращающегося валка.
Однако конструктивные трудности крепления брикетов и сложность тонкого дозирования не позволили этим смазкам получить широкое применение.
Технологические смазки на основе жидкого стекла , наносятся на поверхность полосы. Однако, несмотря на высокую эффективность, они не нашли широкого применения на станах из-за трудности равномерного нанесения на всю поверхность полосы и удаления стеклянной пленки с поверхности готового проката. Также такие смазки неблагоприятно влияют на условия работы персонала стана.
Консистентные и пастообразные смазки также весьма эффективны, но из-за трудностей тонкой дозировки тоже не нашли широкого промышленного применения. Солевые смазки применяются в виде водных растворов, которые можно наносить на заготовку до ее нагрева в печи. Однако такие смазки вызывают повышенную коррозию деформируемого металла и оборудования.
Наиболее рациональным, как показали результаты исследований и опыт применения смазок на промышленных станах, является использование жидких технологических смазок , которые могут применяться в чистом виде, в виде эмульсий, водомасляных смесей, в виде раствора друг в друге, расплава и т.д. Характеристики жидких смазочных систем представлены в таблице 4.
Таблица 4
В качестве технологической смазки при горячей прокатке предложены сложные смеси следующих составов: смесь минерального масла с растительным, минерального с касторовым и добавками окиси парафина, полиоксилэтиленсолбутан, смазки на основе жиров и другие смеси. Для повышения эффективности смазки в качестве специальных добавок можно использовать жиры и жирные кислоты. Характеристика некоторых масел, которые могут быть использованы в качестве технологической смазки для горячей прокатки приведена в таблице 5.
Таблица 5Характеристика масел, которые могут быть использованы в
качестве технологической смазки для горячей прокатки
Способы нанесения смазок
Смазку можно наносить как на полосу, так и на прокатные валки. При нанесении на полосу смазка должна быть негорючей (соли, силикатные расплавы), ее наносят или перед прокатной клетью или на заготовку перед нагревом в печи, однако, как уже говорилось, данные способы не нашли широкого применения.
Поэтому основным является способ нанесения смазки на прокатные валки. Существуют различные способы подачи технологических смазок на валки:
- Ввод вместе с охлаждающей жидкостью через коллекторы охлаждения;
- Разбрызгивание с помощью форсунок;
- Нанесение контактными устройствами;
- Распыление воздухом или паром.
Выбор способа зависит от конкретных условий применения: типа стана, температуры прокатки, прокатываемого металла, скорости прокатки. Рассмотрим вышеперечисленные способы.
Ввод смазки вместе с охлаждающей жидкостью через коллекторы охлаждения
По этому способу смазка вводится в трубопровод системы охлаждения непосредственно перед коллектором подачи воды на прокатные валки. Такая система достаточно проста, однако при ее использовании существуют определенные трудности с обеспечением точной дозировки смазки и образованием равномерной смазочной пленки.
Рассмотрим в качестве примера подачу смазки на валки сортового стана (рис. 24). На сортовом стане горячей прокатки валки охлаждаются водой, подаваемой насосом по трубопроводу через коллекторы охлаждения непосредственно в калибры.
Рис. 24. Система технологической смазки при приготовлении смеси в коллекторах: 1 — насос подачи охлаждающей воды; 2 – трубопровод; 3 – насос подачи масла; 4 –трубопровод подачи масла; 5 — клапан; 6 – коллекторы охлаждения; 7 – прокатные валки; 8 – раскат
Смазку в виде смеси минерального масла с жировыми присадками подают насосом по трубопроводу в магистраль подачи воды, где она, под влиянием турбулентности, смешивается с водой, и полученная водомасляная смесь из коллекторов поступает в калибры валков. При отсутствии раската в клетях подача смазки прекращается за счет срабатывания клапана, наличие раската в валках контролируется с помощью специальных датчиков.
Разбрызгивание с помощью форсунок
Для реализации данного способа в пространстве прокатной клети необходима установка форсунок для подачи смазывающей жидкости на рабочие валки. Схемы автономной подачи смазки на валки четырехвалковых клетей непрерывных широкополосных станов приведены на рис. 25. При использовании данного способа смазка предварительно готовится в специальном баке, а затем подается на валки. Во многих случаях предусматривают подачу смазки на опорные валки, при этом количество форсунок для подачи смазки на нижние валки больше, чем на верхние.
Рис. 25. Схемы подачи технологической смазки на валки: а — стан 1725 в Питтсбурге (США), б — стан в Равенскрейге(Англия), в — стан 1725 фирмы «Шарон стил» (Англия), г — стан 1525 фирмы «Шарон стил» (Англия), д — подача смазки в очаг деформации, е — комбинированный способ подачи смазки (автономно на верхний опорный валок и совместно с охлаждающей водой на нижний рабочий валок), ж — подача смазки при одностороннем охлаждении валков
На рис. 26 представлена система нанесения смазки на рабочие валки фирмы Siemens.
Рис. 26. Устройство для нанесения смазки на рабочие валки (а), конструкция форсунок (б) и расположение устройства в рабочей клети (в): 1 – трубопроводы воды и смазки, 2 – форсунки, 3 – уплотнительная лента
Основные форсунки для разбрызгивания смазки устанавливаются с рабочей стороны валков, а с выходной стороны устанавливаются форсунки для охлаждения валков. Приготовление водомасляной смеси производится непосредственно в самой форсунке, а равномерное распределение смеси по поверхности валка обеспечивается уплотнительной лентой.
Рис. 27. Подача смазки в калибр клети сортового стана
Использование форсунок возможно и на сортовых станах. В этом случае форсунки устанавливаются так, чтобы смазка сразу попадала непосредственно в калибр (рис. 27).
Нанесение контактными устройствами
По этому способу смазка наносится с помощь контактных устройств, которые прижимаются к валку. Контактирующий элемент, который представляет собой металлический или текстолитовый короб, заполненный смазкой, по периметру снабжают эластичным износостойким материалом, который отжимает воду с валка и удерживает смазку в устройстве. Также возможно нанесение смазки с помощью пористого материала, либо путем прижатия брикетов. Способ позволяет использовать смазку, как в твердом, так и в пастообразном или жидком состоянии.
Система для нанесения смазки контактным способом включает в себя 2 подсистемы:
- подсистема хранения и приготовления смазки;
- подсистема подачи смазки на валки рабочей клети.
Первая подсистема включает в себя резервуары для хранения концентрированной жидкой смазки, емкости для приготовления смеси необходимой концентрации и температуры. Вторая подсистема состоит из насосов, фильтров, запорной и регулирующей арматуры, магистралей для транспортировки смазки и устройств для нанесения смазки на валки.
Схему устройства для контактного нанесения смазки на валки четырехвалковой клети ШСГП представлена на рис. 28.
Рис. 28. Система для подачи смазки на валки контактным способом: 1 — бак; 2 — сливной патрубок; 3 — запорный вентиль; 4 — фильтр; 5 — насос; 6 — манометр; 7 — клапан; 8 — блок управления; 9 — датчик наличия полосы в клети; 10 — полоса; 11 — валки; 12 — контактное устройство для нанесения смазки
Контактное устройство представляет собой текстолитовый короб, который уплотнен по контуру войлоком и открытой стороной прижат к валкам. Водо-маслянная смесь (концентрация масла 6…8%) готовится в баке емкостью 9 м 3 путем продувки паром и воздухом в течение 20 минут. Смесь подогревается до 50…60 °С. Смазка подается только в тот момент, когда полоса находится в клети, что контролируется датчиком. Система имеет два контура, первый используется для перемешивания смеси, второй для подачи смеси на валки.
Распыление воздухом или паром
Данный способ предусматривает создание так называемого масляного тумана внутри рабочего пространства прокатной клети. Масло поступает во всасывающую камеру эжектора, где смешивается с рабочей средой и в виде масляного тумана направляется к контактным устройствам, где распыляется по поверхности валков.
Несмотря на все преимущества с точки зрения эффективности нанесения смазки, данный способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, приходится применять достаточно сложное оборудование и полностью изолировать рабочее пространство клети. Во-вторых, масляный туман создает небезопасные условия для здоровья рабочих стана.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области техники, связанной с разработкой и применением способов смазки скользящей поверхности лыж (систем нанесения покрытий на скользящую поверхность лыж).
Занятие лыжным спортом, так же как лыжные прогулки и походы, невозможно представить без использования специальных покрытий (лыжных смазок). Лыжные смазки применяют для того, чтобы лыжи хорошо скользили - лыжники говорят «катили», и не проскальзывали назад - на языке лыжников «держали». Поэтому все смазки разделяют на две большие группы: мази скольжения или парафины, которые обеспечивают наилучшее скольжение, и мази держания, которые обеспечивают отсутствие проскальзывания, «держат».
Парафины (мази скольжения) разделяются на две группы: без фтора (простые) и фтористые, обеспечивающие лучшее скольжение. При применении парафинов с добавками фтора учитывается не только температура воздуха, но и его влажность, а также тип и структура снега.
Скользящая поверхность современных лыж выполнена из полиэтиленов различных сортов. В гоночных моделях лыж скользящая поверхность изготавливается из аморфных полиэтиленов с высоким молекулярным весом. Различаются они содержанием добавок, например, графита (черная скользящая поверхность) или фтороуглерода (цветные вкрапления в пластике), «впекаемого» в структуру пластика. Полиэтилен состоит из маленьких кристаллов, окруженных менее структурированным аморфным материалом.
При нанесении покрытий по современным технологиям, то есть при нагревании скользящей поверхности лыж, некоторые из кристаллов материала покрытия начинают плавиться прежде, чем весь материал (при температуре приблизительно 135°С). Когда материал смазки вплавляется утюгом в скользящую поверхность, жидкий парафин проникает между кристаллами и смешивается с аморфным материалом. Это значит, что происходит не только насыщение скользящей поверхности материалом смазки, но и непосредственно изменяется ее химическая структура.
Обработка поверхности лыжи смазкой не только улучшает качество скольжения, но и предохраняет поверхность от механического разрушения кристаллами льда, механическими загрязнениями снега.
К сожалению, даже качественно нанесенное парафиновое покрытие разрушается при эксплуатации лыж и туристу приходится повторять трудоемкую операцию практически ежедневно, а спортсмену - многократно в течение соревнований. В связи с этим, необходимость применения эффективного способа нанесения скользящих покрытий, способного обеспечить высокое качество скольжения и длительность эксплуатации, является актуальной.
Известен способ смазки скользящей поверхности лыж , заключающийся в том, что нанесение смазки осуществляют электроутюгом, снабженным вращающейся щеткой, с которой соприкасается брусок лыжной мази. Нагретый утюг перемещают по скользящей поверхности лыжи, нагревая ее, и одновременно с этим, вращающаяся щетка захватывает частицы мази и наносит ее на нагретую поверхность лыжи.
Известен также способ смазки скользящей поверхности лыж , реализуемый с помощью устройства - плиты, в которой установлен плоский электронагревательный элемент. На плите смонтирована емкость с лыжной мазью, снабженная пресс-масленкой, приводимой в действие рычагом, свободный конец которого смонтирован на рукоятке. Передвигая устройство по поверхности лыжи, спортсмен дозирует вручную количество подаваемой на лыжу мази.
Применяется также способ по патенту , при реализации которого лыжа устанавливается в наклонном положении на специальном стенде скользящей поверхностью наружу. Вдоль этой поверхности размещено сопло, перемещаемое вверх-вниз по направляющим и соединенное трубопроводом с емкостью для разогрева лыжной мази.
Недостатком всех описанных аналогов является: во-первых, - отсутствие контроля температуры поверхности лыжи и, следовательно, неравномерный ее нагрев по длине, что обуславливает перегрев смазки и прожоги поверхности лыжи; а во-вторых, - недостаточное заполнение имеющихся на скользящей поверхности лыжи пор и микротрещин смазкой, что ухудшает ее беговые свойства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ нанесения смазки на скользящую поверхность лыжи по патенту , принятому за прототип. Способ заключается в нанесении материала смазки на скользящую поверхность лыж, осуществлении энергетического воздействия и равномерном распределении смазки.
В прототипе лыжи размещают в контейнере, затем наносят смазку на их скользящую поверхность с разогревом поверхности и смазки. Перед нагреванием контейнер, с помещенными в него лыжами, герметизируют. Лыжи в контейнере помещают на упоры, выполненные из материала смазки, между которыми по всей длине лыж, со стороны их скользящей поверхности, равномерным слоем насыпают смазку в виде порошка. Затем из контейнера откачивают воздух до вакуума 0,2-0,9 атм и нагревают в течение 4-20 мин внутренний объем контейнера с находящимися в нем лыжами и смазкой до 70-90°С. После окончания нагрева давление внутри контейнера повышают до 1-3 атм и поддерживают его в течение 1-3 мин и затем лыжи извлекают.
Прототип позволяет частично устранить недостатки известных способов, однако обладает следующими существенными недостатками:
1. Не обеспечивает глубокого проникновения материала смазки в структуру полимерного покрытия лыжи. Улучшить проникновение возможно только путем повышения температуры (снижения вязкости смазки и расширения пор полимерного покрытия). Однако такой путь на практике реализовать недопустимо из-за меньшей температуры плавления кристаллов полимерного покрытия, по сравнению с температурой плавления окружающего их аморфного материала, в который должен проникать парафин. На практике это приводит к прожогам скользящей поверхности и порче лыж.
2. Не обеспечивает длительного нахождения на скользящей поверхности и выделения материала смазки на поверхность из глубины материала лыжи при эксплуатации лыж. В результате происходит освобождение приглаженных парафином ворсинок полимерного материала поверхности лыжи и образование новых. При скольжении эти ворсинки снижают скорость и их необходимо либо срезать (шкурить), либо вплавлять в поверхность. И то и другое приводит к ухудшению качества скользящей поверхности и снижению срока эксплуатации дорогостоящих лыж.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в устранении недостатков существующего способа и создании нового способа, способного обеспечить равномерное нанесение смазки и лучшее заполнение микропор на поверхности скольжения лыжи, осуществить равномерное нанесение смазки на скользящую поверхность лыжи при температуре, ниже температуры плавления материала скользящей поверхности и осуществить глубокое проникновение парафина в ее поры.
Проведенный анализ реализуемых в настоящее время способов смазки скользящей поверхности лыж показал их несостоятельность и необходимость поиска новой технологии нанесения покрытий на скользящую поверхность лыж. Очевидно, что такая технология должна обеспечивать глубинное проникновение парафина в структуру полимерного материала скользящей поверхности при температуре, меньшей температуры его плавления при одновременной полировке поверхности и удалении ворсинок.
Суть предлагаемого технического решения заключается в нанесении материала смазки на скользящую поверхность лыж, осуществлении энергетического воздействия, равномерном распределении материала смазки вдоль участков скользящей поверхности лыж, причем энергетическое воздействие осуществляют с помощью электромеханического преобразователя, имеющего плоскую излучающую поверхность и ограничитель, обеспечивающий регулируемый зазор между излучающей поверхностью и скользящей поверхностью лыжи. В зазор вводят смазку и на материал смазки воздействуют ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот 20...100 кГц, с интенсивностью, достаточной для возникновения кавитации в материале смазки. Перемещением преобразователя, вдоль скользящей поверхности лыж, осуществляют формирование слоя смазки между излучающей поверхностью преобразователя и скользящей поверхностью лыж, а скорость перемещения преобразователя устанавливают в зависимости от вязкости и кавитационной прочности материала смазки.
Анализ функциональных возможностей различных методов энергетического воздействия на скользящую полимерную поверхность лыж позволил установить эффективность применения ультразвуковых технологий, основанных на явлениях ультразвуковой пропитки, низкотемпературной сварки, снижения вязкости, дегазации .
Ультразвуковые технологии, применительно к решению проблемы подготовки скользящей поверхности лыж, позволяют реализовать следующие технологические процессы:
1. Ультразвуковую пропитку , основанную на звукокапилярном эффекте и снижении вязкости материалов, способную обеспечить ввод расплавленного материала смазки глубоко в материал поверхности при низких температурах, т.е. без термического повреждения поверхности. В процессе ввода ультразвуковых колебаний происходит ускорение молекул смазки за счет возникающей в ней кавитации и более глубокое их проникновение в скользящую поверхность лыжи. При введении ультразвука в смазку происходит его дегазация, что обеспечивает ровную поверхность парафинового покрытия, без газовых пузырьков - пустот.
2. Ультразвуковую сварку , реализуемую при температурах ниже температуры плавления соединяемых материалов и основанную на многократном ускорении процессов диффузии. Она обеспечивает не только интенсификацию проникновения парафина в полимерное покрытие, но и позволяет разрушать и вваривать в поверхность лыжи образовавшиеся на ней волоски (ворсинки).
3. Размягчение смазки (перевод в вязкопластичное состояние), происходящее при температуре ниже температуры ее плавления за счет снижения вязкости материала, подвергаемого УЗ воздействию. Возможно, также, низкотемпературное распыление материала смазки при применении ультразвуковых колебаний высокой интенсивности.
К несомненным достоинствам ультразвуковой технологии следует отнести, также, возможность исключения непосредственного механического контакта поверхности ультразвукового преобразователя с обрабатываемой поверхностью. Воздействие осуществляется через тонкий слой (0,5...3 мм) жидкого материала смазки в кавитирующем состоянии. Это исключает разогрев скользящей полиэтиленовой поверхности до температуры плавления или разложения полиэтилена.
Предложенный способ смазки скользящей поверхности лыж поясняется фиг.1, на которой приняты следующие обозначения:
1 - колебательная система, 2 - пьезокерамические элементы, 3 - отражающая накладка, 4 - корпус, 5 - защитный корпус, 6 - вентилятор, 7 - подложка, 8 - упорное кольцо, 9 - лыжа, 10 - скользящая поверхность лыжи, 11 - смазочный кавитирующий материал.
Для практической реализации предложенного способа нанесения смазки на скользящую поверхность лыжи 10 используются пьезоэлектрическая колебательная система 1 (фиг.2) и осуществляющий ее электрическое питание электронный генератор (не показан). Реализация предложенного способа осуществляется следующим образом. На скользящую поверхность лыжи 10 наносится материал смазки 11, после чего происходит обеспечение контакта ультразвуковой колебательной системы с наносимым покрытием и ввод ультразвуковых колебаний. При этом происходит поглощение УЗ колебаний в материале смазки 11 и смазка становится жидкой, в ней начинаются кавитационные процессы, при которых взрывы (захлопывания) кавитационных пузырьков обеспечивают проникновение смазки в глубь скользящей поверхности лыжи 10.
Для практической реализации предложенного способа создано специализированное малогабаритное оборудование, обеспечивающее необходимую и достаточную мощность излучения на заданной площади обработки.
Оборудование включает в себя:
1) специализированную ультразвуковую колебательную систему 1 (см. фиг 2), имеющую размер рабочей поверхности, превосходящий ширину скользящей поверхности лыжи и обеспечивающую равномерное распределение ультразвуковых колебаний на излучающей поверхности для обеспечения равномерного размягчения и нанесения парафина по всей ширине лыжи;
2) генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты для питания колебательной системы, обеспечивающий регулировку выходной мощности и стабилизацию ультразвукового воздействия в процессе обработки поверхности лыж.
Технический результат заключается в создании нового способа, позволяющего повысить качество нанесенного на скользящую поверхность лыж покрытия, повышении производительности процесса при одновременном уменьшении энергозатрат и исключении необходимости применения систем термического нагрева. Эффект достигается за счет оптимизации параметров энергетического и временного воздействия. Разработанный способ нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж обеспечивает снижение трения скольжения не менее чем на 5%, увеличение объема смазки, введенной в материал скользящей поверхности лыж - на 5...10% (в зависимости от типа лыж и покрытия), что позволяет не менее чем в 2 раза увеличить время эксплуатации лыж.
Поскольку используемые материалы смазок имеют различную исходную вязкость, различную температуру плавления, кавитационный процесс возникает в них при различных мощностях ультразвукового воздействия, и скорость перемещения преобразователя при нанесении покрытия может быть различной и устанавливаться экспериментальным путем для каждого вида смазки.
Для реализации предложенного способа разработана специализированная ультразвуковая колебательная система, выполненная по полуволновой схеме в виде пьезоэлектрического преобразователя Ланжевена . Внешний вид колебательной системы представлен на фиг.2. Спроектированная и разработанная ультразвуковая колебательная система работает следующим образом. При подведении к электродам пьезоэлементов 3 электрического напряжения происходит преобразование электрических колебаний в механические колебания, которые распространяются в колебательной системе 1 и усиливаются за счет выбора продольных и поперечных размеров накладки 2 таким образом, что продольный резонанс всей колебательной системы совпадает с диаметральным резонансом рабочей частотно-понижающей накладки.
Колебательная система 1 крепится в корпус 4 при помощи винтов, вкручивающихся в подложку 7 (фиг.1). Колебательная система снабжена крепежным фланцем, который зажимается между корпусом и подложкой 7. Колебательная система снабжена дополнительным защитным корпусом 5 (фиг.1). Воздух вентилятором 6, через отверстия, втягивается в корпус колебательной системы, проходя там, он охлаждает разогревающиеся пьезокерамические элементы 2.
Разработанная колебательная система имеет рабочую частоту 27±3,3 кГц, диаметр рабочей излучающей поверхности 65 мм. Для обеспечения регулируемого зазора между излучающей поверхностью ультразвуковой колебательной системы 1 и поверхностью лыж 10 использовано упорное кольцо 8.
Одним из составляющих ультразвукового технологического оборудования является электронный генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты (на фигурах не показан). Он предназначен для питания ультразвуковой колебательной системы.
Для обеспечения максимальной эффективности работы колебательной системы, при всех возможных изменениях ее параметров, электронный генератор снабжен блоком автоматической подстройки частоты генератора и стабилизации амплитуды колебаний излучающей поверхности.
Разработанный генератор для питания ультразвуковой колебательной системы имеет следующие параметры:
Рабочая частота, кГц 27±3,3
Пределы регулирования мощности, % 0-100
Потребляемая электрическая мощность, Вт 250
Напряжение питания, В 220±22
Внешний вид аппарата представлен на фиг.3.
Кроме интенсификации процесса пропитки и удаления ворсинок, применение ультразвукового аппарата исключило необходимость применения специальных нагревательных приборов (утюгов) для разогрева материала смазки.
Проведенные исследования функциональных возможностей созданного ультразвукового аппарата позволили разработать следующую методику нанесения парафина на скользящую поверхность лыж:
1) предварительное включение и работа аппарата без нагрузки (на воздух) на мощности 100% в течение 3...5 минут. Такой режим обеспечивает прогрев излучающей поверхности до 80...85°С. При такой температуре на поверхности плавится материал смазки (парафин);
2) снижение мощности аппарата ниже 100%, не более 75%;
3) нанесение парафина на скользящую поверхность и работа аппарата на мощности 75...85% неограниченное время.
При этом скорость нанесения смазки отличалась незначительно при использовании различных материалов смазки. Уменьшение скорости не приводило к снижению качества нанесения смазки.
Проведенные испытания показали, что скорость скольжения лыжи после применения ультразвукового способа нанесения парафина на скользящую поверхность лыжи увеличивается на 5...7%, а длительность работы скользящей поверхности увеличивается на 13-15%.
Внешний вид созданного ультразвукового аппарата представлен на фиг.3.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение эффективности (повышение производительности и улучшение качества пропитки) нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж за счет реализации возможностей ультразвуковой интенсификации процессов.
В результате реализации предлагаемого технического решения оптимизирована технология нанесения покрытия на лыжи, с точки зрения обеспечения максимальной производительности, реализации возможности контроля за процессом, снижены энергозатраты и исключено применение высокотемпературных устройств.
Разработанный в лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института Алтайского государственного технического университета способ нанесения покрытия на поверхность лыж прошел лабораторные и технические испытания и был практически реализован в действующей установке. Мелкосерийное производство устройств планируется начать в 2004 году.
Источники информации
1. Патент ФРГ №3704216 от 1987 г.
2. Патент Швеции №446942 от 1986 г.
3. Патент Франции №2577816 от 1986.
4. Патент РФ №2176539 (прототип).
5. Холопов Ю.В. Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов Л.:
Машиностроение, 1988 г.
6. Донской А.В., Келлер O.K., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнические установки Л.: Энергоатомиздат, 1982.
7. Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск, «Наука и техника», 1981, 135 с.
8. Меркулов А. Г., Харитонов А.В. Теория и расчет составных концентраторов, «Акустический журн.», 1959, N 2.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ смазки скользящей поверхности лыж, заключающийся в нанесении материала смазки на скользящую поверхность лыж, осуществлении энергетического воздействия, равномерном распределении материала смазки вдоль участков скользящей поверхности лыж, отличающийся тем, что энергетическое воздействие осуществляют с помощью электромеханического преобразователя, имеющего плоскую излучающую поверхность и ограничитель, обеспечивающий регулируемый зазор между излучающей поверхностью и скользящей поверхностью лыжи, вводят в зазор смазку и на материал смазки воздействуют ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот 20-100 кГц, с интенсивностью, достаточной для возникновения кавитации в материале смазки, перемещением преобразователя, вдоль скользящей поверхности лыж, осуществляют формирование слоя смазки между излучающей поверхностью преобразователя и скользящей поверхностью лыж, а скорость перемещения преобразователя устанавливают в зависимости от вязкости и кавитационной прочности материала смазки.
Загрузка...
