Розрахунок роторного преса

Площа Sk = aRH1, де RН – зовнішній радіус ротора;

1 – довжина ротора (відстань між зовнішніми стінками крайніх желобів ротора).

Виразивши окружну швидкість ротора як V0=2RHn, де n – частота обертання ротора (n, про/с), і виконавши відповідні підстановки і (3. 3 1) ; одержимо в остаточному виді

 При роботі роторного преса спостерігається прослизання глиняної маси щодо ротора, викликане її усадкою і передеформуванням. Цим обумовлена додаткова витрата потужності

N3 = FpVС. K (3. 35)

де Fp – ефективна сила тертя глиняної маси об стінки жолобів ротора; VCK – швидкість ковзання глиняної маси по стінках жолобів ротора.

При цьому Fp = fsPB3Sp, де SP =Rcpam – бічна поверхня всіх жолобів ротора (тут а- глибина жолоба; m – число жолобів). Швидкість ковзання VCK = Vcp – Vд, де Vcp – лінійна швидкість ротора на радіусі R; Vд – дійсна швидкість руху глиняної маси. Можна представити Vд = VСР Кп, де Кп =  коефіцієнт подачі (тут SЖ – cумарна площа поперечного переріза жолобів ротора) ; тоді VCK = Vcp - (1-КП).

По експериментальним даним, при формуванні на дослідному зразку роторного преса повнотілої цегли з глин середньої пластичності вологістю 20... 22% (ложком уперед) Кп= 0, 4... 0, 45.

Підставивши в (3. 35) значення знайдених величин, одержимо з урахуванням (3. 32) і (3. 33) в остаточному виді

Формулою (3. 36) не враховані втрати потужності на тертя глиняної маси о днище жолобів, оскільки вони оцінені формулою (3. 34), тому що при визначенні N2 у розрахунок була прийнята окружна швидкість ротора, а не швидкість ковзання глиняної маси по корпусі ротора.

У зоні установки гребінчатого ножа потік глиняної маси змінює напрямок руху. При спрощеному розгляді схеми руху глиняної маси в зоні контакту зі стінками жолобів ротора можна представити, що потік стопориться ножем і глиняна маса сковзає по стінці жолобів ротора зі швидкістю, рівною окружної швидкості на середньому його радіусі.

Потужність, затрачувана на подолання виникаючих при цьому опорів,

N4=FHVcp, (3. 37)

де Fh – сила тертя глиняної маси об стінки жолобів ротора на ділянці її витягу з жолобів. У цьому випадку

FH=fsqPocSH,

де SH – площа стінок жолобів ротора, у межах якої відбувається зміна напряму руху глиняної маси (при установці ножа під кутом 45°, SH=a2).

Підставивши в (3. 27) значення відповідних величин, одержимо

N4=2fsqPoca2mRcPn (3. 38)

Потужність двигуна привода ротора (без урахування потужності, що витрачається на привід живильного валка)

де η – КПД привода.

 

 

Розглядаючи камеру стиску перемінного перетину, можна припустити, що швидкості матеріалу по висоті камери не однакові. Причиною зміни швидкостей по висоті камери пресування є дотичні сили. В міру віддалення від поверхні дії цих сил слабшають, а між шарами матеріалу виникають зрушуючі напруги, що викликають різницю швидкостей у різних шарах.

В міру просування матеріалу в камері стиску перемінного перетину зона дії дотичних сил звужується і розподіл швидкостей по висоті камери пресування вирівнюється. Цей процес відбувається доти, поки дія дотичних сил по висоті камери стане постійною. У результаті подальшої зміни висоти камери зрушуючі напруги, перевищують дії дотичних сил і швидкості шарів матеріалу по мірі віддалення від поверхні тертя починають зростати, досягаючи максимальної величини біля центра камери пресування.

З огляду на вищевикладене, вважається можливим розглядати процес пресування по двох зонах: зоні відставання, де швидкості середніх шарів матеріалу менше швидкості біля поверхні, і зоні випередження, у якій швидкість внутрішніх шарів більше швидкості біля поверхні.

Розглянемо зону відставання в камері стиску преса з камерою змінного перетину. Виділимо з потоку глиномаси стовпчик матеріалу dx (мал. 3. 39), розмір стовпчика в напрямку ширини камери приймемо рівним одиниці.

З боку нижньої і верхньої стрічки на глиномасу діють нормальні зусилля Р1, Р2 і дотичні τ1, τ2. Крім того, на задню вертикальну грань виділеного стовпчика діє напруга σх+ dσх, що приймаємо рівномірно розподіленим, а на передню грань діє напруження σх. Виникаючі від цих напруг горизонтальні зусилля, що діють на передню і задню грані, будуть відповідно рівні σхhx і (σх +dσх) (hx +dhx), де hx – висота передньої частини виділеного елемента; hx +dhx – висота задньої частини виділеного елемента.

Сума горизонтальних проекцій усіх сил, що діють на елемент, виходячи з умови рівноваги, дорівнює нулю:

Psin-τ2cos-τ1+σхhx- (σх +dσх) (hx +dhx), (3. 40)

Виходячи з теореми про підсумовування зусиль, прикладених до деформуємого тіла нормально і дотично контактної поверхні, одержимо

Привівши подібні члени і відкидаючи нескінченно малі величини другого порядку, одержимо:

Рх tgdx-2τxdx-σxdhx-dσxhx =0 (3. 42)

З огляду на, що

dhx =dxtg і dx = dhx/tg,

після підстановки одержимо

Pxdhx-2τx (dhx/tg) -σxdhx- dσxhx = 0; (3. 43)

розділивши на hx, одержимо

Застосовуючи теорію пластичності [5…53], припустимо, що σ1 є максимальною головною напругою, тобто Рх =σ1, тоді σx =σ3 є мінімальною головною напругою. Виходячи з умови пластичності Треску і Сен-Венана, можна записати так:

де τ0- гранична напруга зрушення.

Тоді Px-x=20 (3. 46)

Дотичні сили τx можна представити у виді

τx=Pxf (3. 47)

де f – коефіцієнт тертя глиномассы по поверхні стрічок.

З огляду на вираження (3. 46) і (3. 47), можна записати так:

Приводячи подібні члени і з огляду на, що величина постійна, маємо

Рішення виконуємо в наступному порядку:

де С', С, С0-постійні інтегрування.

Постійну інтегрування С0 знаходимо з умови, що при hx = h0 (h0- розмір камери на вході, коли маса ущільнилася) тиск Рх = 20. Замінивши в рівнянні (3. 53) Рх = 20, а hx = h0 і вирішуючи відносно С0, маємо

Підставивши знайдене значення С0 у рівняння (3. 53) і ввівши коефіцієнт КСР = 1, 15, що враховує вплив середньої головної напруги, одержимо в остаточному виді

Розглянемо зону випередження. Сума горизонтальних проекцій усіх сил. діючих на виділений елемент,

P2sin +2cos +1+σxhx- (σx+dσx) (hx+dhx) = 0 (3. 55)

Порівнюючи вираження (3. 55) з вираженням (3. 40), можна помітити, що знаки при дотичних силах поміняли своє значення на протилежні, тобто сили тертя в даному випадку прагнуть перешкоджати руху глиномаси до виходу. Розглядаючи аналогічно зону відставання, одержимо диференціальне рівняння:

Вирішуючи рівняння (3. 56), одержимо

Постійну інтегрування С1, знаходимо з умови, що на виході з камери пресування при hx = h0 значення Рх = 20:

Остаточно для зони випередження маємо:

Поточна координата визначається з вираження

У каналі перемінного перетину між зонами випередження і відставання існує перетин максимального тиску. Цей перетин характеризується тим, що градієнт швидкості в напрямку, перпендикулярному руху матеріалу, дорівнює нулю. Для визначення висоти камери пресування в критичному перетині в роботі [54] пропонується наступна залежність:

Після перетворення отримаємо:

де h1 – висота камери пресування на виході;

К' – коефіцієнт, що характеризує розчин стрічок;

h0 – висота камери пресування на вході.

Координата критичного перетину на осі х визначитися:

Продуктивність преса

При формуванні глиняного бруса в безшнековому пресі з чотирма рухливими стінками продуктивність преса буде визначатися швидкістю руху формуючих стрічок, а саме швидкість виходу бруса буде відповідати швидкості руху стрічок

П = h1bV (3. 64)

де b – ширина вихідного бруса; h1 – висота вихідного бруса; V-швидкість виходу бруса, рівна швидкості виходу стрічок.

З огляду на, що

V = Dn,

остаточно одержимо

П = Dnh1b (3. 65)

Витрата енергії на процес формування в безшнекових пресах і розрахунок потужності приводу.

При русі матеріалу в камері стиску безшнекового пресу з камерою перемінного перетину глиномаса деформується до необхідної висоти бруса, рівній висоті готового виробу. Визначимо роботу деформації при пресуванні глиняного бруса з висоти h0 до висоти h1. Збільшення роботи при ширині бруса b і нескінченно малій зміні висоти бруса dh складе

dА= PCPbLdh, (3. 66)

де L – довжина камери на який відбувається пластична деформація бруса; РСР – середній питомий тиск у камері стиску.

Робота на довжині формування визначитися:

Вираження bL (h0-h1) - є об’єм глиномаси, зміщений під час пластичної деформації бруса. Отже, робота деформації пропорційна середньому тиску і зміщеному обсягу глиномаси. Інтегральна сума тиску на глиномассу, тобто площа під кривою тиску визначитися з вираження

У той же час площа епюри тисків через середній питомий тиск визначитися з вираження

де Рср – середній питомий тиск; L – довжина камери, L=x1- х0.

Прирівнюючи вираження (3. 68) і (3. 69), знаходимо величину середнього питомого тиску. З огляду на залежності для знаходження Рхом та Рхоп, маємо

де h0 – висота камери пресування на вході; h1 – висота камери пресування на виході; hx – поточна висота камери пресування в залежності від координати х.

Витрата потужності на переміщення і формування глиномаси складе

N = Azn, (3. 71)

де n – частота обертання барабана; z – число циклів пресування.