Moduł dozowania ścierniwa

W badaniach erozyjnych ważnym zagadnieniem jest precyzyjne i równomierne dozowanie ścierniwa, od którego zależy intensywność zużywania erodowanej powierzchni materiału. Do testów w ramach badań normatywnych wg ASTM G 76 stosuje się jako materiał ścierny tlenek glinu Al2O3 o gramaturze 50 µm. Norma definiuje twardość, wielkość oraz kształt ziaren ścierniwa. Opracowany podajnik umożliwia dozowanie materiału

251W. Mizak, A. Mazurkiewicz, J. Smolik, A. Zbrowski: Urządzenie do badania zużycia erozyjnego. Zgłoszenie patentowe EP14172589.5.

170

ściernego o wielkości cząsteczek w zakresie 20÷150 µm, z dokładnością sprecyzowaną w normie ±0,5 g/min. W urządzeniu do badania zużycia erozyjnego dozownik wykorzystywany jest do dawkowania materiału ściernego do komory mieszania.

Podczas prac projektowych wykonano stanowisko badawcze i zrealizowano wiele badań laboratoryjnych prototypowego rozwiązania dozownika. Wynikiem przeprowadzonych testów było zastosowanie w module dawkowania typoszeregu kryz dozujących o zmiennej średnicy i długości. W zasobniku materiału ściernego został użyty moduł elektromagnesu z drgającym rdzeniem, który zapewnił precyzję oraz ciągłość procesu dozowania. Po zrealizowaniu badań laboratoryjnych przeprowadzono testy na urządzeniu do badania zużycia erozyjnego.

Na podstawie otrzymanych wyników dozownik dodatkowo wyposażono w moduł blokady podajnika oraz ponownie skalibrowano prędkość liniową transportera taśmowego.

Ponowna kalibracja była konieczna, ponieważ przepływ sprężonego powietrza w dozowniku wprowadzał zaburzenia w procesie dozowania, które nie występowały podczas testów na stanowisku laboratoryjnym. Schemat blokowy dozownika materiału ściernego przedstawiono na rysunki 64.

Rys. 64. Schemat blokowy dozownika materiału ściernego Źródło: opracowanie własne.

Dozownik ścierniwa (rys. 65 i 66) składa się z dwóch głównych modułów: zasobnika materiału ściernego wyposażonego w elektromagnes, grzałkę, czujnik temperatury oraz podajnika materiału ściernego, którego istotnymi elementami są transporter taśmowy, moduł blokady i czujnik temperatury. Wykonanie zbiornika z materiału transparentnego umożliwia kontrolę wizualną ilości materiału ściernego w zasobniku. Ciśnienie powietrza w zbiorniku może osiągnąć maksymalną wartość 6 barów, dlatego aby zabezpieczyć ścianki

171

przed uszkodzeniem i rozszczelnieniem, zasobnik pokryto osłoną z blachy perforowanej.

Na powierzchni zewnętrznej osłony zainstalowana jest grzałka opaskowa z czujnikiem, która stabilizuje i kontroluje temperaturę materiału ściernego. Wykonanie osłony z blachy perforowanej umożliwia obserwację wnętrza zbiornika oraz równomierne rozprowadzanie ciepła po całej powierzchni zewnętrznej ścianki zasobnika.

Rys. 65. Model wirtualny dozownika materiału ściernego: a) widok ogólny, b) widok komory transportera z przodu, c) widok komory transportera z tyłu

Źródło: opracowanie własne.

Dozownik wyposażono w dwa manualne zawory serwisowe, które umożliwiają niezależne odcięcie dopływu sprężonego powietrza do komory transportera oraz zasobnika materiału ściernego. Zawory wykorzystywane są podczas oczyszczania komory i zbiornika oraz wymiany kryzy dozującej. W komorze transportera zainstalowano czujnik, który kontroluje temperaturę powietrza.

172

Rys. 66. Dozownik materiału ściernego: a) widok ogólny, b– c) zestaw kryz dozujących Źródło: opracowanie własne.

W górnej części zbiornika zamocowany jest elektromagnes z drgającym rdzeniem, który zapobiega blokowaniu się materiału ściernego w kanale kryzy dozującej (rys. 67).

Podczas pracy elektromagnesu popychacz wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne z częstotliwością 15 Hz, które zapewniają płynny przepływ erodenta przez kryzę.

Ze względu na wymiary kryzy dozującej oraz maksymalną masę materiału ściernego w zasobniku 2 kg, zastosowano elektromagnes o sile pchającej 30 N i skoku 6 mm.

Popychacz wykonano z trzpienia ze stali hartowanej o średnicy 2 mm i twardości 60 HRC.

Wysoka twardość zewnętrznej powierzchni popychacza ogranicza negatywne oddziaływanie erodenta i wydłuża czas eksploatacji modułu elektromagnesu.

Wydatek ścierniwa zależy od prędkości liniowej transportera, wewnętrznej średnicy kryzy dozującej d oraz odległości pomiędzy powierzchnią czołową kryzy i pasem podajnika h. Prędkością liniową podajnika można sterować w zakresie 0,8÷3,6 m/min.

W opracowanym dozowniku zaprojektowano zestaw kryz dozujących o średnicy: 2,5 mm, 2,7 mm, 3 mm oraz 3,5 mm. Zastosowanie kryz o większych średnicach umożliwia dozowanie materiałów ściernych o większej gramaturze oraz zwiększenie wydatku ścierniwa podczas dawkowania ścierniwa drobnoziarnistego. Istotna jest również chropowatość otworu wewnętrznego kryz, szczególnie podczas dozowania erodenta o gramaturze poniżej 50 µm.

Gładka powierzchnia otworu zapewnia płynny przepływ ścierniwa, nawet przy małych średnicach kryz np. 2,5 mm. Kryzy wykonano w dwóch długościach, które zapewniają odległość pomiędzy kryzą oraz pasem transportera 0,1 mm oraz 0,2 mm. Modułowa budowa dozownika umożliwia szybką wymianę kryzy o większej średnicy lub długości.

173

System dozowania został skalibrowany dla tlenku glinu o wielkości cząstek 50 µm, można jednak dawkować także inne ścierniwa o większej gramaturze, m.in. tlenek żelaza, węglik krzemu oraz piasek kwarcowy. Ze względu na różnice w wielkości oraz gęstości cząstek erozyjnych, przed zastosowaniem ww. materiałów ściernych należy skalibrować dozownik.

Dobierając kryzę dozującą, należy zwrócić uwagę na średnicę dyszy w komorze pomiarowej.

Duży wydatek ścierniwa przy zastosowaniu dyszy o małej średnicy może spowodować nagromadzenie się materiału ściernego w komorze mieszania i zablokować przepływ ścierniwa przez dyszę.

Rys. 67. Przekrój dozownika materiału ściernego Źródło: opracowanie własne.

Ilość dostarczanego ścierniwa do komory mieszania uzależniona jest od stabilnej pracy transportera oraz ciśnienia, jakie panuje w dozowniku. W celu płynnej regulacji ciśnienia powietrza w komorze transportera oraz zasobniku ścierniwa zastosowano zawór proporcjonalny. Podczas przerwy w procesie dozowania, kiedy transporter jest zatrzymany, a mieszanina ścierniwa i powietrza opuszcza komorę mieszania, następuje chwilowy spadek ciśnienia. W trakcie wyrównywania ciśnienia pomiędzy zasobnikiem ścierniwa a komorą transportera następuje niekontrolowany wysyp ścierniwa przez dyszę dozującą.

Jest to zjawisko niekorzystne, ponieważ przed ponownym uruchomieniem procesu dozowania na pasie transportera znajduje się niezdefiniowana ilość ścierniwa. Nagromadzony w komorze dozownika materiał ścierny zaburza proces dozowania i wpływa na jego precyzję. W celu

elektromagnes

popychacz w górnym położeniu

zasobnik ścierniwa

h

d popychacz

w dolnym położeniu

popychacz kryza

dozująca

pas transportera kryza dozująca

transporter rdzeń

174

wyeliminowania tego zjawiska, w dozowniku zastosowano moduł szybkiego odcinania przepływu ścierniwa. W strukturze blokady znajdują się: siłownik dwustronnego działania z elastycznymi pierścieniami amortyzującymi, zawór bistabilny oraz mechanizm krzywkowy.

Podczas pracy dozownika siłownik przesuwa krzywkę w skrajne położenie, dzięki czemu materiał ścierny płynnie przemieszcza się z pasem transportera (rys. 68a).

W momencie zatrzymania procesu dozowania siłownik przyjmuje drugie skrajne położenie i oddziałuje na mechanizm krzywkowy. Krzywka, zmieniając pozycję stopniowo dociska pas transportera do dyszy dozującej, uniemożliwiając przemieszczanie się materiału ściernego z zasobnika do komory (rys. 68b). Zastosowane rozwiązanie skutecznie wyeliminowało zjawisko niekontrolowanego przepływu ścierniwa z zasobnika do komory transportera.

Opracowane oryginalne rozwiązanie inżynierskie układu dozowania zostało ujęte w europejskim zgłoszeniu patentowym EP14172591.1 „System dozowania materiału ściernego zwłaszcza w urządzeniu do badania zużycia erozyjnego”²⁵².

Rys. 68. Moduł blokady dozownika: a) w pozycji zamkniętej, b) w pozycji otwartej Źródło: opracowanie własne.