Введение к работе
з .
Актуальность работы. Постановка темы диссертационной работы вытекает іктуальной научно-технической задачи по экономии энергии, важность рой особенно возросла в последнее десятилетие в связи с резким изменением на электроэнергию. Способ литья в сырых песчано-глинистых формах по шему остается самым распространённым, им производят более 70% валового ^ска отливок. При этом для получения 1 тонны отливок приготавливают в дем 10 тонн формовочной смеси, что делает потребление электроэнергии на «приготовление весьма существенным.
В настоящее время в литейных цехах для приготовления сырых песчано-шстых смесей применяется более 10 различных типов смесителей. В России »вной парк смесителей составляют катковые (одиночные и сдвоенные), робежные, встречаются барабанные и другие конструкции. В странах ідной Европы широкое распространение получили роторные. Названные ины имеют различные рабочие органы, производящие специфическое для вдго из них воздействие на смесь. При рассмотрении рабочих процессов они іставляются различными, так, например, каток уплотняет смесь и производит застирание в результате буксования и проскальзывания, плужки рыхлят этнённую смесь и производят её перемешивание, ротор приводит смесь в ідоожиженное состояние. Вместе с тем, во всех смесителях достигается яаковый результат - нанесение плёнки связующего на зёрна формовочной :и, что является общей чертой для всех смесителей. Отыскание общих >номерностей в механизмах формирования оболочек связующего в различных іителях представляет несомненный научный интерес.
Переход от Катковых к безкатковьгм смесителям происходил постепенно, а гнсификация процесса смешивания осуществлялась за счет установки олнительных активаторов, рыхлящих пластин, пальцев, плужков, лопастей, эров. За рубежом накоплен опыт эксплуатации данных смесителей с лящими рабочими органами. Однако приводимые в проспектах зарубежных їм характеристики носят, в основном, рекламный характер, не позволяют производить технологические процессы, а предполагают покупку /бежного оборудования. В нашей стране почти полностью отсутствует опыт хлуатации смесителей нового поколения. В связи с этим методики расчёта ростных импортозамещающих смесителей и практические рекомендации по ению технологического процесса должны, без сомнения, быть востребованы мышленностью.
Цель работы. Снижение энергопотребления в процессе приготовления и ышение качества сырых песчано-глинистых формовочных смеси, п-авленная цель достигается путём решения следующих научных и нических задач:
уточнение физической модели обобщённого механизма обволакивания зёрен формовочной смеси глинистым связующим и его равномерного распределения по объёму смеси в течение рабочего цикла с учетом энергетических затрат;
" проведение обобщающего анализа энергопотребления у смесителей
различного типа и их ранжирование по экономичности; разработка комплексной методики оценки рабочих процессов смесителей.
проведение сравнительных испытаний смесителей и получение на их базе
практических рекомендаций по ведению технологического процесса
смесеприготовления.
разработка математической модели рабочего процесса роторно-плужковогс
смесителя с целью снижения энергетических затрат;
Методы исследования. В работе используются следующие методь научных исследований:
Теоретическое исследование и экспериментальное моделирование процессг внедрения шарового индентора в объём глинистого связующего, с привлечением методов математической обработки результатов экспериментов
Метод Монте-Карло для моделирования случайного процесса взаимодействие зерна шаровой формы с глинистой пастой.
Комплексный эксперимент по сравнительному анализу рабочих процессов і смесителях скоростного типа, с обработкой экспериментальных данных і электронных таблицах "EXCEL".
Научная новизна работы.
На основании анализа процесса смесеприготовления в различных смесителя: впервые выявлен общий для всех процессов механизм нанесения оболочкі связующего в результате внедрения зёрен в глинистую прокладку учитывающий потребление энергии. Величина работы по нанесению оболочю связующего принята за эталонную работу смесеприготовления, котора; определяется как произведение работы одного акта взаимодействия на и: число, необходимое для формирования оболочки. Причём работа одного акт; возрастает пропорционально квадрату относительной глубины внедрени зерна в глинистую прокладку, а число актов меняется обрат» пропорционально названной величине.
Установлено, что характерная величина внедрения зёрен смеси, радиусом R, глинистую прокладку в роторных смесителях не превышает 0,3R, а в Катковы составляет 0,7- 1R, что связано с работой для осуществления процесс смесеприготовления, величина которой в роторных смесителях составляет кДж/кг, а в Катковых 6 кДж/кг.
Выполнено ранжирование 9 типов смесителей по удельной работ смесеприготовления, которая складывается из эталонной работі смесеприготовления, работы по перемешиванию смеси и работы холостог хода. Показано, что в процессе совершенствования смесителей наблюдаете тенденция снижения удельной работы смесеприготовления.
Разработана комплексная методика по изучению взаимосвязанного изменени
физико-механических параметров смеси, её однородности
энергопотребления в процессе длительного цикла смешивания. Однородност
смеси оценивается по коэффициенту вариации прочности. Динамик
изменения физико-механических параметров смеси определялась в длительном цикле смешивания при адаптированной периодичности отбора проб. Энергопотребление фиксировалось непрерывно и увязывалось с изменением свойств. Обработка экспериментальных данных производится в электронных таблицах "EXCEL" для Windows-95".
Уточнены математические модели взаимодействия донного плужка с потоком смеси и динамики движения пакета формовочной смеси по лопасти ротора, определено, что угол наклона донного плужка должен уменьшатся от оси вращения к периферии, угол наклона лопасти ротора лежит в пределах 20-40, данные параметры удовлетворяют требованиям минимизации энергозатрат.
Практическая значимость и реализация результатов работы. На основании риведенных выше положений и результатов исследовашіи даны практические гкомендации по модернизации смесеприготовительного отделения с сономическим эффектом 100 тыс. рублей на ОАО «Нижегородский теплоход» г. ор, Нижегородской области. Результаты проведенных исследований :пользованы при проектировании и эксплуатации в промышленности шверсального смесителя формовочных материалов. Смеситель внедрён на опейском и Анжерском машиностроительных заводах, а его конструкция щищена свидетельством на полезную модель по заявке № 99120905. Установка методика оценки свойств глинистых паст применяется для накопления іедений о свойствах отечественных глин. Разработана программа «РОТОР», для ісчбта на ЭВМ кинематических и динамических характеристик движения пакета эрмовочной смеси по лопасти ротора. Комплексная методика сравнительных лытаний использовалась для оценки смесителей.
