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.
Карты смазки и способы смазки
Карты смазки. В каждой инструкции по эксплуатации башенного крана имеется карта смазки крана, включающая схему крана.
На схеме указываются смазываемые точки и их номера; в карте приводятся номера смазываемых точек, наименование механизма или детали, подлежащих смазке, способ смазки, режим и количество смазки в смену на каждую смазываемую деталь, наименование смазки и расход ее в течение года. В табл. 23 приведена часть карты смазки крана БКСМ-3.
При эксплуатации башенного крана следует строго придерживаться указаний, содержащихся в карте смазки. Несвоевременная смазка приводит к быстрому износу машины и повышенному расходу энергии. Обильная смазка так же вредна, как и недостаточная.
Новый кран следует смазывать обильнее, чем кран, бывший в работе. Так, например, масленки, заправляемые обычно одич раз в сутки, в первые 10-15 дней следует заправлять два раза в смену.
Спустя 10-15 дней следует перейти на обычный режим смазки, указанный в карте смазки.
Способы смазки. При смазке механизма необходимо принимать меры, предотвращающие попадание в смазочные материалы посторонних загрязняющих примесей. Пыль, песок и другие вредные примеси, попадая между трущимися деталями, вызывают быстрый износ деталей, что ухудшает их эксплуатацию и приводит к преждевременному ремонту.
Смазку наносят на трущиеся поверхности различными способами. Жидкую смазку подают посредством масленок (рис. 197, а, б, в, г) и колец (рис. 197, д), непрерывно по фитилям или каплями из бачка (рис. 197, е) через определенные промежутки времени (фитильная и капельная смазка), под давлением от насоса особого устройства (рис. 197, ж) или заливают в корпус редуктора (рис. 197,з).
Густую смазку подают под давлением с помощью шприца (рис. 197, и), намазывают на открытые передачи или вручную набивают в корпусы подшипников лопаточками.
Таблица 23
Рис. 197. Способы нанесения смазки на трущиеся поверхности
Таблица 24
При смазке следует руководствоваться следующими основными правилами.
1. Перед нанесением новой смазки очищать смазываемую де^ таль от грязи и старой смазки и промывать керосином, после чего насухо вытирать.
2. При подаче густой смазки под давлением проверять, дошла ли смазка до трущихся поверхностей; при этом сначала под давлением должно выходить старое масло темного цвета, а потом новое - светлого цвета. Если этого не наблюдается, необходимо прочистить весь маслопровод от грязи и старой смазки.
3. Проверять качество смазочного материала на отсутствие воды и других примесей. Консистентные мази, кроме того, не должны содержать комков и посторонних примесей, что проверяется растиранием смазки на пальцах. Жидкие масла перед употреблением желательно профильтровать.
4. Хранить смазочные материалы в закрытой чистой посуде отдельно по видам и сортам.
5. Не производить смазку на ходу машины.
6. Экономно использовать смазочные материалы и не расходовать их сверх установленной нормы.
Для стальных канатов применяют мази или их заменители, приведенные в табл. 25.
Таблица 25
Стальные канаты имеют пеньковую сердцевину, пропитанную. смазкой, которая и является постоянным источником смазки прядей каната. Кроме того, необходима дополнительная регулярная смазка канатов.
При приготовлении мазей составы, подлежащие смешиванию, подогревают до 60°.
Канаты смазывают перед первоначальной установкой их на кран, а также всякий раз при новом монтаже крана. Лучший способ смазки каната - погружение его перед установкой на сутки в бак с минеральным маслом.
Для покрытия 1 пог. м каната диаметром от 8 до 21 мм требуется 30-40 г мази (указанных выше составов). При покрытии смазкой новых, не бывших в употреблении канатов норма расхода марки увеличивается на 50%. Смазку канатов можно производить вручную с помощью пропитанных мазью концов или тряпок или механически, пропуская канаты через ванну, наполненную мазью. Конструкции приспособлений для этой цели приведены на рис. 198.
При набивке подшипников смазку закладывают на 2/3 емкости корпуса.
Для данного анализа рассмотрю каждый вид болеее подробно, это позволит иметь точные представления о методе и оценить плюсы и минусы его. Способы нанесения консистентных смазок: механическое размазывание, выдавливание с последующим размазыванием, окунание в разогретую смазку, пневматическое или механическое распыление разогретой консистентной смазки.
Способ механического размазывания. Требует предварительной подготовки смазки до необходимой пластичности, специальных устройств для подачи пластичной смазки к месту ее нанесения.
Способ выдавливания с последующим размазыванием. Этот способ так же требует предварительной подготовки смазки до необходимой пластичности. При выдавливании пластичность смазки уменьшается.
Способ окунания в разогретую смазку. Требует специальной подготовки консистентной смазки с изменением ее агрегатного состояния - в результате значительная энергоемкость. Способ не является экологически чистым, так как при нагреве консистентных смазок выделяются легкие фракции, вредно воздействующие на окружающую среду.
Способ пневматического или механического распыления разогретой консистентной смазки. Способ так же требует специальной подготовки консистентной смазки с изменением ее агрегатного состояния. Способ имеет значительную энергоемкость и не является экологически чистым. Этот способ имеет потери (до 15%) смазки на туманообразование.
Способ индивидуального смазывания . Основной характерной особенностью и недостатком индивидуального способа является то, что обслуживание использующихся при его применении смазочных устройств (маслёнок различной конструкции) занимает значительное время. Это особенно ощутимо в тех случаях, когда для обслуживания машины предназначено несколько масленок и находятся они на значительном расстоянии друг от друга.
Способ центробежного нанесения пластичных смазок на поверхности. При котором консистентная смазка наносится на поверхности под действием центробежных сил, действующих на частицы смазки при вращении их ротором, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса нанесения консистентной смазки без изменения ее агрегатного состояния, нанесение ее на поверхность осуществляется вращающимся ротором с закрепленными на нем по винтовым линиям стержнями через щель корпуса, в котором вращается ротор. Использование предлагаемого способа нанесения консистентной смазки на поверхности обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- 1. Совмещение процессов перемещения смазки к месту нанесения, перемешивания и нанесения ее на поверхность.
- 2. Улучшение технологических свойств смазки при ее нанесении на поверхность, так как при нанесении смазки происходит ее интенсивное перемешивание и, следовательно, смазка становится пластичнее.
- 3. Меньшая энергоемкость, так как отсутствует разжижение смазки разогревом.
- 4. Возможность нанесения на поверхности герметизирующих смазок с волокнистыми наполнителями.
- 5. Возможность нанесения консистентных смазок или покрытий, не допускающих их разогрева.
- 6. Отсутствие потерь консистентной смазки.
Способ централизованного смазывания . Способ производится с помощью насоса ручным или автоматическим способом. Через трубки - пластичная смазка нагнетается непосредственно к трущимся поверхностям или в центральный распределитель, откуда поступает к смазываемым местам. Централизованное смазывание совершеннее индивидуального, так как обеспечивает лучшее качество и экономию времени на обслуживание машин.
В зависимости от того, как используется пластичный смазочный материал в процессе смазывания, различают две смазочные системы - проточную и циркуляционную.
При проточной системе пластичная смазка поступает в зону трения, а после смазывания трущихся поверхностей вытесняется за пределы механизма; Т.о. оно используется только однократно. Способы подачи различны: ручной, фитильный, капельный, путем набивки и т.д.
Способ циркуляционной системы . Характеризуется тем, что ПСМ, поступая в зону трения из емкости (бака, резервуара, картера), снова возвращается в ёмкость, циркулируя многократно между нею и комплексами трения. При этом циркуляция принудительная. При принудительной циркуляции ПСМ поступает в комплексы трения под действием силы тяжести, а также подаётся насосом или сжатым воздухом.
Устройства для смазывания консистентными смазочными материалами относятся к проточным системам. Это объясняется тем, что густые смазки, использованные однажды, теряют свои смазочные свойства и не могут быть использованы вторично. Густая смазка подаётся к комплексу трения под давлением - вручную шприцем, автоматически пружиной, насосом.
Устройства для индивидуального смазывания различают по способу - ручному и автоматическому.
При ручном способе трущиеся поверхности поливают периодически смазкой из маслёнки или с помощью шприца через специально предусмотренные отверстия, которые часто для защиты от грязи закрывают масленками, например, с шариковым клапаном. Тогда смазка (густая или жидкая) подается с помощью шприца.
Колпачковая масленка применяется для подачи густой смазки; завинчиванием колпачка масленки создается давление, при котором смазка подается к смазываемой поверхности.
Недостатком рассмотренных устройств является то, что рабочему приходится повторять операцию смазывания.
Масленки автоматического действия обеспечивают лучшие условия смазывания и сокращают время обслуживания оборудования (фитильная масленка).
Если смазывание должно производиться точными дозами масла, применяют капельные масленки.
Масленки представлены на рис. 1.
Рис. 1. а , б - жидкими маслами; в , г - консистентной смазкой.
