CC BY
8УДК 622.331.002.5
Гусева А .М.
Гусева Анна Михайловна, к. т. н., доцент кафедры технологических машин и оборудования Тверского государственного технического университета. 170023, Тверь. Академическая, 12, guseva_ann@ mail.ru
Яблонев А. Л.
Яблонев Александр Львович, д. т. н., зав. кафедрой гидравлики, теплотехники и гидропривода Тверского государственного технического университета. 170023 Тверь. Академическая, 12, alvovich@ mail.ru
ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА КУСКОВОГО ТОРФА
Аннотация. Оперативная оценка качества кускового торфа в технологическом процессе является актуальной задачей. Представлены конструкция стенда для реализации разрушающей нагрузки и методика определения изгибной прочности с обоснованием конструктивных особенностей устройства стенда. Данный вариант исполнения конструкции стенда позволяет проводить испытания на изгибную прочность кускового торфа, максимально приближенные к реальным.
Ключевые слова: кусковой торф, изгибная прочность, испытания, деформации.
Guseva A.M.
Guseva Anna M., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Chair of Technological Machines and Equipment of the Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12, guseva_ann@mail.ru
Yablonev A.L.
Yablonev Aleksandr L., Dr. sc., Prof., Head of the Chair of Hydraulics, Heat Engineering and Hydraulic Drive, Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12, alvovich@mail.ru
EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR DETERMINING THE QUALITY OF SOD PEAT
Abstract. Rapid assessment of the quality of sod peat in the technological process is an urgent task. The design of the stand for the implementation of the breaking load and the method for determining the bending strength with the substantiation of the design features of the stand device are presented. This version of the design of the stand allows testing the bending strength of sod peat products under conditions as close as possible to real ones.
Key words: sod peat, bending strength, testing, deformation.
Производство кускового торфа в энергетических целях в настоящее время набирает темпы. Прочность кускового торфа - характеристика, дающая представление о его качестве и сохранности в процессе производства и транспортирования. Анализ существующего уровня техники и технологии показал, что в настоящее время получили распространение два способа оценки прочности формованной торфяной продукции: определение механической прочности кускового торфа или брикета путем испытания во вращающемся барабане по крошимости кусков, обусловливающей, соответственно, относительную механическую прочность и испытание формованного торфа на изгиб на гидравлическом прессе [1, 2].
Большинство операций по производству кускового торфа после его формования (во-рочка, валкование, переукладка валков, убор-
ка) связано с изгибными деформациями куска, поэтому испытания на изгиб являются наиболее информативными. Использование гидравлического пресса имеет ряд недостатков: не позволяет исключить из испытаний на прочность динамические нагрузки и обеспечить возможность регулирования скорости движения штока гидроцилиндра (для предотвращения удара) в случае его гидропривода, а также зависимость качества получаемых результатов от давления жидкости.
С целью минимизации влияния на испытания вышеуказанных факторов и обеспечения возможности оперативного контроля качества продукции разработана и создана конструкция стенда для испытания образцов на прочность с ручным многоступенчатым приводом, преобразующим вращательное движение штурвала в поступательное конического наконечника (рис. 1) [3-5].
6 /i
V
/77 /77
X
X
dl
/77 /77
X
3
5
d
2
7
4
Рис. 1. Устройство и кинематическая схема стенда для реализации разрушающей нагрузки и контроля изгибной прочности формованной торфяной продукции
Fig. 1. Device and mechanical scheme of the bench to create the breaking load and to control flexural strength of molded peat products
Стенд для реализации и измерения разрушающей нагрузки включает станину 1, кожух 2, закрывающий механический привод, включающий штурвал 3 диаметром 430 мм, соединенный через шестерню 4, зубчатое колесо 5, и шестерню 6 с вертикально расположенной зубчатой рейкой 7, столик 8 с установочными опорами 9 для крепления испытываемого образца 10, а также узел измерения разрушающей нагрузки. Узел измерения нагрузки выполнен в виде тензометрической 5-образной скобы 11 с коническим наконечником 12 и закреплен на зубчатой рейке 7. Тензометрическая скоба 11 соединена с цифровым динамометром ДОУ-3-1И 13, установленным на столике 14 и имеющим верхний предел измерений 1 кН.
Испытания формованной торфяной продукции проводятся на стенде следующим образом. Испытываемый образец брикета или кускового торфа 10 располагают на установочные опоры 9 столика 8 и вращают штурвал 3, приводящий в движение механический привод, в результате которого перемещается зубчатая рейка 7 с установленной на ней тензометрической скобой 11 и коническим наконечником 12. В результате конический наконечник 12 внедряется в испытываемый образец 10 и происходит деформирование тензометрической скобы 11. При этом электрический сигнал поступает от тензометри-ческой скобы 11 в цифровой динамометр по кабелю. Цифровой динамометр 13 работает в двух режимах: дискретной фиксации нагрузки и фиксации максимального усилия. При втором варианте цифровой динамометр 13 запоминает максимальную нагрузку, действующую на конический наконечник 12 при разрушении образца, и отражает его на цифровом дисплее [3, 6].
Конструкция механического привода с многоступенчатым зубчатым зацеплением позволяет обеспечить плавное создание разрушающей нагрузки с коэффициентом усиления до 500, в результате чего отпадает необходимость приложения больших усилий к штурвалу.
Выполнение установочных опор регулирующимися позволяет проводить испытания образцов различной формы и размеров, длиной испытываемой части от 75 до 300 мм, а шириной и высотой от 1 до 130 мм. Исполнение поверхности базирующих установочных опор и конического наконечника в виде по-
верхностей с радиусом постоянной кривизны снижает риск скалывания и развития трещин, моделирует реальные условия нагружения, а следовательно повышает качество получаемых результатов.
Силовая схема создания нагрузки стендом и эпюра изгибающих моментов представлены на рис. 2.
А
Гг
А
ж
Ra
C
U L
C
F
Rb
П
<?В
Ут
р.
В
м,„
Рис. 2. Силовая схема создания нагрузки и эпюра изгибающих моментов
Fig. 2. Force diagram for load generation and bending moment diagram
Приложенная в центре испытываемого на изгиб образца нагрузка F (Н) вызывает равные реакции установочных опор при условии равенства расстояний L1 и L2 (м):
ra -rB ~2F-
(1)
Изгибающий момент (Н-м), действующий по всей длине образца, имеет максимальное значение в точке С (точке приложения нагрузки) и определяется по формуле:
L1LFL umax- 2~Т'
(2)
Прочность образца на изгиб (Па) в наиболее нагруженной точке может быть определена, как отношение максимального изгибающего момента, действующего в сечении к моменту сопротивления образца изгибу (м3):
ст„ =
М
(3)
Зная, что момент сопротивления круглого образца определяется по зависимости:
.13
, (4)
raf w = 0
*кр 32
где do - наружный диаметр образца (м),
L
2
L
а момент сопротивления прямоугольного образца определяется по формуле:
W =
хпр
bh2
(5)
где Ь и И - ширина и высота сечения образца (м) соответственно [7], можно получить конечные формулы для вычисления изгибающих напряжений аикр и аипр соответственно, для круглых и прямоугольных образцов формованной торфяной продукции с учетом зависимостей (4) и (5):
8 FL
а™Р =
1,5 FL bh2 '
(6)
(7)
Формулы (6) и (7) при испытании образцов на изгиб учитывают и расстояние между установочными опорами (Ь), и форму сечения кускового торфа или брикета.
Таким образом, для испытания образцов формованной торфяной продукции на прочность с помощью описанного выше стенда (рис. 3) следует: измерить геометрические характеристики сечения испытываемого образца; выставить необходимое расстояние
между установочными опорами; включить цифровой динамометр, дав ему прогреться в течение 10 мин, обнулить показания и перевести в режим фиксации максимального значения разрушающей нагрузки; поместить на установочные опоры стенда испытываемый образец; штурвалом подвести конический наконечник стенда к образцу; медленно вращая штурвал, довести нагрузку до максимального значения, при которой образец разрушается; занести в журнал наблюдений зафиксированное на цифровом динамометре значение максимальной нагрузки F; определить по формулам (6) или (7) прочность образца; эксперимент повторить 5-6 раз на однотипных образцах для достижения корректности результатов.
Сохранение формы кускового торфа в технологическом процессе и последующей транспортировке обеспечивается изгибной прочностью, оперативное определение которой дает представление о качестве полученного торфяного топлива. Предлагаемые стенд и методика определения изгибной прочности позволяют создавать режимы на-гружения, близкие к существующим в реальных условиях, а значит корректно оценивать качество получаемого кускового торфяного топлива, а при необходимости и возможнос-
Рис. 3. Испытание на изгибную прочность образцов кускового торфа круглого сечения Fig. 3. Test of bending strength of sod peat samples of circular cross-section
ти оперативно изменять параметры добывающих агрегатов и режимы их работы для обеспечения требуемой стандартом изгиб-ной прочности кускового торфа, с одной стороны, и достижения минимума энергозатрат и других технологических показателей, с другой.
Библиографический список
1. СеменскийЕ.П. Технический анализ торфа / Е.П. Семенский. - М.: Недра, 1966. - 232 с.
2. Булынко М.Г. Брикетирование торфа / М.Г. Булынко, В.Н. Иванов, М.И. Сарматов. -М.: Госэнергоиздат, 1962. - 303 с.
3. Пат. RUS 2696070, 07.12.2018. Устройство для создания и измерения разрушающей нагрузки / Яблонев А.Л., Гусева А.М., Жуков Н.М. Опубл. 30.07.2019, Бюл. № 22.
4. Яблонев А.Л. Методика и оборудование для испытания на прочность кускового тор-
фа / А.Л. Яблонев, А.М. Гусева // Горное оборудование и электромеханика. - 2018. -№ 6 (140). - С. 26-33. DOI: 10/26730/18164528-2018-6-26-33.
5. ЯблоневА.Л. Определение прочности на изгиб формованной торфяной продукции / А.Л. Яблонев, А.М. Гусева // Вестник ТвГТУ Серия «Технические науки». - 2019. -№ 3 (3). - С. 47-55.
6. Яблонев А.Л. Механическое оборудование для испытания на прочность кускового торфа/ А.Л. Яблонев, А.М. Гусева // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Сборник трудов XVIII международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубаче-ка». - Екатеринбург, 2020. - С. 84-87.
7. Степин П.А. Сопротивление материалов / П.А. Степин. - М.: Высшая школа, 1988. -367 с.
