Текст книги "Большая энциклопедия техники"

Индукционно-плавильная печь

Индукционно-плавильная печь – электротермическое устройство для плавки различных материалов способом индукционного нагрева. Индукционный нагрев осуществляется в теплопроводящих материалах возбуждением в них электрических токов переменным электромагнитным полем. При этом источником электромагнитного поля является нагревательный индуктор – электромагнитное устройство, состоящее из индуктирующего провода, создающего это переменное электромагнитное поле, и токопроводов, при помощи которых индуктирующий провод подключается к источнику электрической энергии. Переменное электромагнитное поле создается токами низкой – 50 Гц, средней – до 10 кГц, и высокой – более 10 кГц частоты. Как правило, для питания индуктора используются машины-преобразователи или ламповые генераторы. Индукционный нагрев – самый совершенный способ передачи электроэнергии и преобразования ее в тепловую энергию.

Индукционные плавильные печи стали применяться в XX в. с развитием промышленного производства.

Модификация индукционной плавильной печи различается по видам: тигельная и канальная.

Тигельная индукционная плавильная печь – это индуктор-соленоид, изготовленный из медной водоохлаждаемой трубки, тигель изготовлен из графита, стали, или других материалов, что зависит от свойств расплава.

Тигельные индукционные плавильные печи используются для выплавки драгоценных металлов, меди, алюминия, магния, стали, чугуна. Емкость тигля может иметь объем от нескольких килограммов до нескольких сотен тонн. Сама печь может быть вакуумной, открытой, компрессионной, газонаполненной. Для питания печей используются токи низкой, средней и высокой частоты.

Канальная индукционная плавильная печь состоит из плавильной ванны и индукционной единицы, состоящей из индуктора, магнитного сердечника и подового камня. Канальные печи отличаются от тигельных тем, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую осуществляется в канале тепловыделения, для этого он постоянно заполнен электропроводящим телом. При первичном пуске канальной печи в производство в канал заливают расплавленный металл. Иногда используют шаблон из того материала, который будет плавиться в печи. Когда плавка завершена, то металл из печи сливают не полностью, оставляя заполненным канал тепловыделения для следующего использования. Конструкция канальной индукционной плавильной печи устроена так, что индукционные единицы являются съемными, это позволяет заменять родовой камень. Канальные индукционные плавильные печи используются для выплавки чугуна, цветных металлов или их сплавов. Основная характеристика индукционных плавильных печей обоих видов – это емкость, которая может иметь объем от нескольких сотен килограммов до нескольких сотен тонн. Питание осуществляется током переменной частоты. Плавку в индукционной плавильной печи характеризуют высокая производительность и высокое качество переплавляемого металла. Поэтому индукционные плавильные печи используют для переплава металлов, для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой. И дальнейшее усовершенствование конструкции индукционной плавильной печи направлено на увеличение ее производительности, качества и использования.

Кабельный кран

Кабельный кран – грузоподъемное устройство для подъема грузов и перемещения их в горизонтальном направлении на расстояние от 100—1500 м. Кабельный кран состоит из двух опор башенного типа. На одной башне находится приводное силовое устройство – электродвигатель, механизм управления – это башня-машина, другая башня – опора на противоположной стороне карьера. Опоры могут быть передвижные или же стационарные. Между этими опорами-башнями натянут канат. По нему на роликах передвигается тележка, оснащенная блоковым подъемным устройством, к ней подвешиваются ковш или вагонетка, на опорах укреплены шкивы, через которые идет другой канат – тяговый, он приводит в движение тележку, канат идет от нее к рабочим тяговым шкивам лебедки. Высота опор может достигать 50 м. Высота подъема груза доходит до 50 м. Пролет – 100—1500 м. Грузоподъемность кабельного крана – 5—50 т. Скорость движения тележки по несущему канату 8—10 м/с. Скорость спуска – 1,5 м/с. Конструкции современных кабельных кранов выполнены из прочных сплавов. Применяются такие кабельные краны на открытых горных разработках руды, угля, камня и на строительных площадках. Модификации кабельных кранов в основном связаны с использованием различных грузозахватных приспособлений и вида опор (передвижных или стационарных), передвижные опоры передвигаются по рельсам, проложенным по обеим сторонам карьера параллельно. Или может применяться также и радиальное перемещение – одна опора неподвижная, другая перемещается по кругу. Если же опоры стационарные, то внутри карьера используется дополнительный транспорт для доставки груза к канату. Дальнейшее усовершенствование конструкции данного крана состоит в увеличении его основных характеристик – грузоподъемности, длины пролета, производительности.

Канатная пила

Канатная пила – машина, применяемая для получения блоков из горных пород, используется для работы в карьерах, на камнеобрабатывающих производствах, для получения изделий из камня. Основное рабочее устройство – стальной канат до 6 мм в диаметре, который режет камень. Канат может иметь длину до 1500 м и двигаться со скоростью более 10 м/с. Канат движется через приводной шкив. А натяжение канату обеспечивает натяжное приспособление. Во время резания под канат все время подается водный раствор абразива. В зависимости от твердости пород как абразив используется кварцевый песок или карборунд. Для твердых пород (гранит) используют карборунд. Для среднетвердых пород (мрамор) используют кварцевый песок. Скорость резания канатом может составить до 15 см/ч. Но она зависит также от твердости породы и качества абразивного материала. По всей длине канат поддерживают ролики. Рабочее движение каната называется пропилом. Пропил делают с помощью пильных стоек, которые имеют устройство, перемещающее ролики. Чем выше пильные стойки, тем больше глубина пропила, как правило, она достигает 3 м. Отличительная особенность канатной пилы в том, что она используется в теплом климате, так как в холодном районе вода замерзает, и это делает невозможной работу. Эффективна канатная пила для добычи мрамора, гранита, а также для изготовления архитектурных изделий сложной конфигурации на заводах по обработке камня.

Такой способ добычи камня известен с древности и успешно применяется и развивается до сих пор. Усовершенствование такого способа направлено на применение новых специальных приспособлений – резцов, закрепленных на канате. Резцы, армированные алмазом, используются для распиловки мрамора, резцы из твердых сплавов – для известняка.

Кантователь

Кантователь – погрузочное устройство, предназначенное для переворачивания изделий. Выполняет работу при транспортировке, упаковке грузов. Такие механизмы используются на складах при упаковке и погрузке штучных грузов, в заводских цехах: литейных, кузнечных.

Различаются по конструкции, зависящей от характера работы и назначения. Например, цепной подвесной кантователь из прямоугольной рамы с электродвигателем, двигатель с редуктором, на его валу смонтировано устройство, осуществляющее движение цепи. Такой кантователь удерживается крюком мостового крана, установленного в кузнечном цехе. На цепи кантователя находится поворачивающаяся поковка, во время движения цепи поковка поворачивается.

Грузоподъемность цепного кантователя 200 т. Кантователь-манипулятор различается по типу крепления и бывает подвесной или напольный.

Подвесной кантователь-манипулятор крепится на тележке, двигающейся по монорельсу, находящемуся под потолочным перекрытием цеха вдоль него. Напольный кантователь-манипулятор – это мост, движущийся на опорах по цеху. Горизонтально по мосту движется специальное устройство – захват.

Оно может двигаться вверх/вниз или поворачиваться вокруг своей оси. Грузоподъемность кантователей манипуляторов различна и составляет от 0,7 до 75 т.

Кантователь – роликовый конвейер. Это переворачивающее устройство состоит из двух таких роликовых конвейеров, которые поворачиваются и принимают горизонтальное положение. Этот кантователь используется для манипуляции рулонами листовой стали.

Кантователь рычажный и поворотная каретка используются во время сварочных работ для сварки балок, рам, емкостей в цехе. Кантователь с выдвижными упорами используется в цехе или складе, выдвижные упоры переворачивают изделия и упаковывают их в коробки или ящики, которые движутся по конвейеру.

Кантователь, оборудованный специальными вакуумными захватами, применяется для работы с плоскими, листовыми деталями, на различных производствах.

Картоноделательная машина

Картоноделательная машина – устройство для производства картона. Это разновидность бумагоделательных машин. Подразделяются на четыре типа: плоскосеточные, круглосеточные, комбинированные, горизонтального формования.

Плоскосеточные машины изготавливают однослойный картон массой до 500 г/м², их производительность достигает 850 т/сутки картона. Эти машины имеют длину до 170 м, массу 4000 т, мощность около 13 Мвт.

Круглосеточные многоцилиндровые машины производят многослойный картон массой до 600 г/м², рабочее, формующее устройство этих машин – полые цилиндры до 1,5 м в диаметре, сделанные из металлической сетки. Принцип работы основан на вращении цилиндров, находящихся в ваннах. В ванны поступает волокнистая масса, и вода проходит через сетку. Внутри волокна остаются на сетке цилиндра и образуют слой картона массой до 100 г/м². Отдельные слои соединяются в полотно картона. Эти машины вырабатывают слоистый картон, наружные и внутренние слои его из разных материалов: макулатуры, древесной массы. Круглосеточная машина имеет предварительную и главную прессовую часть, оборудованную различным числом пар валиков – прессов. Ее производительность до 500 т/сутки картона.

Комбинированные машины изготавливают картон для односторонней или двухсторонней литографии массой до 500 г/м². Эти машины имеют комбинированную формующую часть: плоские сетки и круглосеточные цилиндры. Картон соединяется на плоской сетке перед Гауч-валом. Производительность комбинированных машин – 300 т картона.

Картоноделательные машины с горизонтальным формованием имеют сеточную часть из одной нижней и нескольких верхних сеток, расположенных друг за другом. Волокнистая масса проходит между нижней и верхней сеткой. Количество сеток определено числом слоев картона. Производительность этих машин составляет 350 т/сутки.

Ковочные машины

Металлообрабатывающие машины: способ действия – ковка, штампование. Машины различаются по характеру движения рабочего устройства, которое зависит от вида обрабатываемого материала. Машины бывают: горизонтально-ковочные, вертикально-ковочные, ротационно-ковочные, ковочные вальцы.

Горизонтально-ковочные машины

Принцип их действия основан на горизонтальном движении рабочего устройства, жестко связанного с кривошипным механизмом. Рычажно-кулачковый механизм осуществляет работу вспомогательных устройств машины.

Вертикально-ковочные машины

Их способ действия основан на вертикальном движении рабочего устройства и не связан жестко с кривошипным механизмом.

Вращение передается ползуну от эксцентрикового колеса через промежуточную деталь – мотыль. Пружины прижимают ползуны к мотылю, под их действием ползуны и совершают рабочий ход. Вертикально-ковочные машины выполняют действия ковки: протяжку, обжимку, обкатку. Применяется нагрев обрабатываемых изделий. Эти машины вырабатывают различные по назначению и размеру изделия: заготовки зубил, ножей, крюков, винтов, топоров.

Ротационно-ковочные машины

Способ их действия основан на вращательном движении рабочего устройства с инструментом, который не связан жестко с кривошипным механизмом. Эти машины выполняют обжимку изделий цилиндрической формы – прутов, труб. Вращение от приводного вала передается ползуну через промежуточную деталь – цилиндрическую обойму. Внутри обоймы находится шпиндель с радиальными пазами снаружи – ролики. В пазах шпинделя расположены ползуны со штампами. Обойма может быть неподвижной, но с вращающимся шпинделем. Или применяется вращающаяся обойма и неподвижный шпиндель. Частота вращения обоймы или шпинделя достигает 500 об/мин.

Ковочные вальцы

Промежуточные машины между кузнечными и прокатными станами.

Они во много раз производительнее кузнечных штамповочных машин. Ковочные вальцы используются для формования изделий без переходов и изменений поперечных сечений: гаечных ключей, ручек, зубьев, лопаток турбин. Принцип действия основан на прохождении заготовки через сменные сектора, укрепленные на вращающихся валках при помощи механизмов, перемещающих материал из одного углубления в другое. Эти углубления находятся на поверхности секторов и предназначены для придания заготовке заданной формы. Привод от электродвигателя. Машина оборудована регулируемыми упорами, фиксирующими длину изделия. Ковка как способ обработки металла была известна с древности, в IV—III тысячелетии до н. э. Материалом служили железо, медь, серебро, золото. Ковка применялась горячая и холодная. Ковка использовалась для получения различных изделий: инструментов, оружия, орудий сельского хозяйства, деталей, светильников и др. Изделия были различных размеров и форм, часто украшались насечкой, рельефными узорами. Также широко ковка применялась и в Средние века и до сих пор сохранена как вид народного искусства. Впервые теория ковки была разработана в России в 1868 г. Ученые, работавшие в этой области: П. П. Аносов, Д. К. Чернов. Процесс ковки, как правило, происходит с нагревом металла, для повышения пластичности. Температура нагрева зависит от структуры материала. Для стали – 800—1100 °С, для алюминия – 420—480 °С. Ковка бывает свободная – без штампов и со штампами. Различие состоит в том, что при штамповании заготовка металла получает форму, ограничивающую его стенками рабочей плоскости. При свободной ручной ковке на заготовку воздействуют молотом. Машинную ковку осуществляют ковочные машины. На современном производстве в основном применяют ковку в штампах. Свободная ковка используется на малых производствах для изготовления отдельных изделий. Ковка происходит специальными кузнечными инструментами, придающими заготовке металла заданную форму. Виды ковочных работ: осадка, обкатка, высадка, протяжка, раскатка, прошивка. Современная ковка – это экономичный и эффективный способ, осуществляющийся на ковочно-гидравлических процессах с усилением до 300 Мн (20 000 тс). При обработке тяжелых изделий массой 350 т и более применяют подъемные краны, мостовые или поворотные.

Дальнейшее развитие в использовании ковочных машин направлено на использование новых технологических процессов для формовки особо прочных материалов или сплавов.

Козловый кран

Подъемный кран представляет собой мост на жестких опорах (козлах), которые передвигаются по рельсовому пути. Грузозахватное приспособление – крюк. В качестве грузовой тележки иногда применяются самоходные электрические тали. Иногда используют козловые краны сразу с двумя тележками при монтаже крупных изделий в судостроении, это дает возможность кантовать груз на весу. Пролет крана (т. е. расстояние между опорами) общего назначения, передвигающегося по рельсам, как правило, 40 м, в судостроении – до 170 м. Грузоподъемность до 3—50 т, но на электростанциях и в судостроении применяются краны грузоподъемностью 400—800 т. Но при использовании сразу двух тележек грузоподъемность может составлять 1600 т. Скорость передвижения крана – 20—100 м/мин – это его рабочее движение. Козловый кран – это неповоротный кран с горизонтальным перемещением грузов, как и все краны мостового типа. Высота подъема груза зависит от высоты опор, которая может быть различной и зависит от конструкции и назначения крана. Механизм привода крана – электродвигатель. Конструкции крана сварные, выполнены из прочной стали. Производство и широкое применение козловых кранов налажено с середины XX в., что связано с растущими потребностями таких отраслей, как судостроение, транспорт, строительство, обслуживание электростанций. Козловые краны используются для перегрузочных и монтажных работ в судостроении, на складах, на электростанциях, для перегрузки штучных грузов, лесных грузов, контейнеров, для секционного монтажа. Модификация кранов зависит от грузоподъемности, длины пролета, что продиктовано их применением. На электростанциях и в судостроении используют более грузоподъемные краны с двумя тележками. При малых грузах вместо грузовой тележки применяют самоходные электрические тали. Для перегрузки штучных грузов используют пневмоколесные козловые краны, их опоры установлены на пневмоколесах. Их пролет составляет 6—15 м, а грузоподъемность небольшая: 15—30 т. Рабочая скорость движения – 8 км/ч. Краны, используемые в строительстве, имеют переменное место работы и являются самомонтирующимися. Дальнейшее усовершенствование конструкции кранов состоит в увеличении грузоподъемности, длины пролета, высоты опор, производительности.

Кольцевая печь

Кольцевая печь – оборудование металлургической промышленности, в ней нагреваются заготовки при прокатке трубы, колеса и различные металлические изделия. Печь имеет вращающийся под, на котором расположены нагреваемые изделия, неподвижный кольцевой канал. Печь имеет также специальные окна, через которые в нее загружают и получают изделия. Этот процесс выполняют погрузочно-разгрузочные машины. Пространство внутри печи называется рабочим пространством, его разделяет жаростойкая перегородка между окнами. Водяные затворы уплотняют кольцевые щели между неподвижной частью и подом, который вращается на опорных рамках при помощи электрического привода. Кольцевая печь отапливается жидким топливом или газом. Небольшие печи имеют постоянную температуру и одно окно для загрузки и выгрузки изделий. Первая кольцевая печь появилась в России в 1924 г., конструктор Н. Д. Булин. Современные печи имеют разные габариты и производительность. При диаметре 30 м ширина пода составляет 6 м, производительность – до 75 т/ч.

Координатно-расточный станок

Координатно-расточный станок – металлорежущий станок, обрабатывающий отверстия и плоскости с особо точным расположением центров. Используется также для обработки поверхностей без применения специальных приспособлений для направления инструментов. На координатно-расточном станке для точного измерения размеров имеются устройства с жесткими или регулируемыми концевыми мерами, индикаторные датчики, ходовые винты с лимбами и нониусом, масштабные валики с оптическими измерительными приборами. На координатно-расточном станке режущий инструмент и изделия перемещаются взаимно в прямоугольных координатах (точность линейных перемещений до 2 мкм) и в полярных координатах (точность угловых перемещений до 5 мкм). Конструкция станка обеспечивает плавную передачу движения и балансировку вращающихся деталей, что способствует уменьшению вибрации. Такие станки находятся в специальных изолированных помещениях, где поддерживается постоянная температура 20 °С, что необходимо для точной работы станка. Работает на таком станке высококвалифицированный рабочий. Координатно-расточные станки современного вида появились в XX в. с развитием станкостроения, параллельно с производством металлорежущих станков. Конструкции и оснащение координатно-расточных станков выполнены из высококачественных сплавов. Станки используются при изготовлении измерительных приборов, режущих инструментов, штампов, кондукторов, особо ответственных деталей машин и приборов в мелкосерийном производстве. На станках осуществляются сверление, фрезерование, развертывание, растачивание и другие виды обработки.

Модификации координатно-расточного станка различаются по конструкции. Двухстоечные станки (портальные) – со столом, с одним перемещением, и одностоечные станки – со столом, имеющим два перемещения. У двухстоечных станков шпиндельная головка движется горизонтально по перечине, перемещающейся вертикально. У одностоечных станков шпиндельная головка движется только вертикально. Дальнейшее развитие конструкции координатно-расточного станка направлено на увеличение скорости точности и качества обработки деталей и поверхностей.