Теоретичні закономірності процесу руху глиняних мас у формуючих елементах пресового устаткування

 

 

Теоретичний опис руху глиняних мас при пластичному формуванні має велике значення для вибору раціональних параметрів формуючих і глинопереробних машин. При розрахунку і конструюванні машин необхідно розглядати деформацію глиняних мас з урахуванням фізико-механічних і реологічних властивостей мас, а також їхньої взаємодії в процесі обробки (рис. 3. 1).

 

 

1 – Хабарське (W = 19, 21%) ; 2 – Бескудніковське W = 24%) ; 3 – Кембрійське (W= 21, 25%)

Глиняні маси являють собою трикомпонентну, дисперсну систему, що містить у собі тверду, рідку і газоподібну складові. Дисперсним середовищем у цій системі є вода, а дисперсною речовиною – тверді частки і пухирці повітря. Механічні властивості дисперсної маси обумовлюються тим, що частки глини по ділянках розділені прошарком води і через ці прошарки діють сили молекулярного притягання. Ці сили і визначають міцність глиняної дисперсної маси, тому що вона сильно знижена в порівнянні з міцністю зчеплення самих часток. У залежності від концентрації дисперсної речовини змінюються і механічні властивості дисперсної маси. Так, при зміні дисперсної речовини, наприклад його зменшенні прошарку водяного середовища збільшуються, що веде до ослаблення молекулярних сил зчеплення по ділянках, а виходить, і до зменшення енергії при деформації.

Енергія деформації витрачається не тільки на подолання молекулярних сил зчеплення по ділянках, але і на орієнтацію часток по поверхнях дії максимальних напруг зрушення. Крім того, при пластичній деформації глиняних мас, паралельно процесам руйнування окремих видів зв'язку системи, йде процес виникнення нових зв'язків, що, у свою чергу, теж руйнуються розділити ці сили на сили тертя і сили зчеплення не уявляється можливим.

При деформації глиняної маси можна виділити наступні моменти. При додатку навантаження в глиняній масі виникають напруги, що приводять до деформації маси причому приріст деформації не пропорційний приросту напруги, що говорить про нелінійне! і даної системи. При знятті навантаження в деякому діапазоні спостерігається відновлення деформацій. Подальше збільшення навантаження приводить до такої критичної комбінації напруг, при якій встановлюється гранична рівновага між внутрішніми силами опору глиняної маси і зовнішнім навантаженням, що називається граничним напруженим станом. Подальше незначне збільшення навантаження приводить до розвитку пластичних деформацій.

Різний підхід дослідників до питання руху глиняних мас при формуванні привів до появи декількох методик розрахунку параметрів процесу пресування. Дані методики розрахунку ґрунтуються на:

- гідродинамічній теорії руху рідин;

- силовій взаємодії з робочими елементами формуючої машини;

- теорії подоби.

Методика, заснована на гідродинамічній теорії руху рідин, у даний час одержала подальший розвиток. В даній методиці передбачається, що процес руху пластичної глини аналогічний процесу руху в'язкої рідини, що незтискається і в якості вихідного розглядається рівняння плоскопаралельної течії в’язкої рідини Навье-Стокса, яке після прийнятих допущень має вид

В процесі рішення в рівняння підставляється значення ефективної в'язкості , в залежності від швидкості зсуву, що зв'язано з труднощями вибору фіксованої величини  для рішення визначених задач.

Відповідно до методики, заснованої на силовій взаємодії з робочими елементами формуючих машин розглядається рух глиномаси як тіла, що нестискається, на яке діють визначені сили з боку формуючого органа.

Методика, заснована на теорії подоби, припускає подається експериментального і теоретичного методів дослідження, що дозволяють робити узагальнення і встановлювати загальні закономірності. Приведені приклади теорії подоби при розрахунку глиноформуючих машин, однак прийняті допущення і виключення, а також неуважність до фізико-механічних властивостей мас, що переробляються, вносять істотні перекручування в дійсну картину руху глиняних мас.

Розрахунок конструктивно-технологічних і енергосилових параметрів пресових агрегатів

Розрахунок шнекового преса

Незважаючи на багаторічний досвід експлуатації шнекових пресів і аналітичних досліджень їхньої роботи, методики розрахунку основних параметрів, повною мірою описывающей процеси, що відбуваються при формуванні глиняної маси, у даний час не існує. Тому значна кількість пресових агрегатів на підприємствах галузі працюють у режимах, що не відповідають оптимальним умовам експлуатації. Спроби експериментальних рішень поліпшення роботи шнекових пресів не завжди приводять до позитивних результатів.

Рішення проблеми повинне складатися в комплексному дослідженні залежності параметрів процесу від геометричних і кінематичних даних шнека в сполученні з геометричними характеристиками формуючих елементів – голівки і мундштука – і з урахуванням фізико-механічних властивостей глиномасс. Такий комплексний підхід до проблеми розрахунку шнекових пресів розроблений кафедрою механічного устаткування МГСУ ім. В. В. Куйбишева. Сутність цієї методики полягає в наступному:

1. Визначається характеристика формуючих елементів преса, тобто залежність тиску від продуктивності і властивостей маси.

2. Визначається оптимальна геометрія шнека і його характеристика, тобто розраховується продуктивність при різних потрібних для процесу пресування тисках, обумовлених формуючими елементами і властивостями мас.

3. Визначаються потужність привода і навантаження на робочі органи преса.

Визначення характеристик формуючих елементів

Картина руху глиномаси в голівці і мундштуці має свої особливості. Випорна лопата шнека створює на вході в голівку різні швидкості руху глиномаси: максимальну – у стінок голівки і мінімальну в її осі. В міру просування глини до мундштука картина плину міняється на зворотну. Швидкість стає максимальної на