Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 11
1.1 Классификация и анализ отжимных устройств 11
1.2 Структураи особенности конструкций валов модулей 18
1.3 Обзор работ по исследованию процесса отжима текстильных материалов 31
1.4 Постановка цели и задач исследований 43
1.5 Выводы по главе 45
2. Исследование механики валковых отжимных устройств 46
2.1 Математические модели форм слоя обрабатываемого материала 46
2.2 Основы процесса взаимодействия валов в модулях 52
2.3 Анализ напряженного состояния в зоне контакта валов 55
2.4 Силовой анализ валковой пары отжима промывной машины 59
2.5 Выявление оптимальных условий захвата материала в жале валов 64
2.6 Особенности захвата валами деформируемого материала 69
2.7 Влияние неровности слоя на тяговую способность модуля 70
2.8 Влияние динамических факторов на работу модулей 74
2.9 В ыводы по главе 77
3. Основы теории процесса отжима материалов 78
3.1 Анализ процесса обезвоживания материалов 78
3.2 Определение параметров модели валкового отжима 81
3.3 Гидродинамическая модель течения жидкости 85
3.4 Анализ изотропной модели слоя шерсти ...90
3.5 Исследование слоистой модели волокнистой массы 92
3.6 Определение скорости движения жидкости и материала 97
3.7 Дифференциальные уравнения движения жидкости в областях входа в зоне контакта модуля 101
3.8 Определение давления жидкости в области входа в жало и контакта валов модуля 104
3.9 Выводы по главе 108
4. Исследование и разработка отжимных устройств для первичной обработки шерсти 109
4.1 Состав и особенности работы линии для промывки шерсти 109
4.2 Анализ конструкции валкового отжима 112
4.3 Расчет прогиба валов с опорами рубашки по торцам 115
4.4 Разработка математических моделей упругих характеристик 118
4.5 Определение вида покрытия вала по комбинированным графикам 123
4.6 Обоснование и сущность разработки конструкции отжимного вала 127
4.7 Исследование жесткости на изгиб вала с дисками 130
4.8 Определение изгибных. колебаний составного вала 139
4.9 Исследование крутильных колебаний составного вала 146
4.10 Оценка эффективности внедрения отжимного устройства 153
4.11 Выводы по главе 157
5. Экспериментальное и аналитическое исследование валкового отжима промывной линии 158
5.1 Основные деформационные характеристики слоя шерсти 158
5.2 Технические средства для исследования деформации шерсти 160
5.3 Обоснование выбора тензометрических датчиков 164
5.4 Экспериментальное определение зависимости модуля деформации шерсти от плотности ее массы 166
5.5 Разработка математической модели упругой характеристики обрабатываемого материала 171
5.6 Оценка погрешностей результатов экспериментальных исследований... 176
5.7 Зависимость влажности материала после отжима от технологических факторов 177
5.8 Влияние факторов на потребную приводом отжимного устройства мощность 183
5.9 Определение потребной мощности на деформацию слоя шерсти 188
5.10 Расчет мощности на деформацию покрытия вала 193
5.11 Разработка рекомендаций по проектированию валковых отжимов для шерсти 194
5.12 Выводы по главе 199
Результаты работы, общие выводы и рекомендации 200
Библиографический список используемой литературы
- Структураи особенности конструкций валов модулей
- Анализ напряженного состояния в зоне контакта валов
- Определение параметров модели валкового отжима
- Расчет прогиба валов с опорами рубашки по торцам
Введение к работе
Актуальность темы. Опыт эксплуатации действующего валкового отжимного оборудования в составе промывных линий показал, что процесс отжима шерсти в них отличается высокой и неравномерной остаточной влажностью, значительными затратами воды и электроэнергии, низким КПВ отжимных устройств. Теоретические вопросы механики валковых модулей, предназначенных для отжима влаги из шерсти, изучены недостаточно.
Перспективным направлением в области промывного оборудования для шерсти является разработка экономичных устройств, обеспечивающих получение минимальной остаточной влажности материала и ее неравномерности по ширине слоя, снижение затрат энергоресурсов на технологический процесс. Выбор темы обусловлен необходимостью проведения теоретических исследований процесса отжима шерсти в валковых модулях и разработки новой экономичной конструкции отжимного устройства, отвечающей требованиям технологического процесса.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование проектирования новой конструкции валкового отжимного устройства для обработки шерсти, позволяющей снизить ее остаточную влажность и неравномерность по ширине слоя.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи: - предложена классификация валковых отжимных устройств, включающая их конструкции для отжима волокнистых материалов;
- проведен анализ научно-исследовательских работ, связанных с процессами отжима текстильных материалов и выявлены основные направления повышения эффективности этих процессов;
- рассмотрены особенности механики валковых модулей с одним и двумя приводными валами в установившемся движении при обработке волокнистой массы шерсти;
- разработана физическая модель валкового отжимного устройства, определены ее параметры для расчета остаточной влажности шерсти после отжима;
- экспериментально установлены упругие характеристики покрытий валов из резины, полиуретана и шерстяной бумаги;
- предложен теоретически обоснованный метод определения изгибной жесткости составного вала и получены дифференциальные уравнения его изгибных и крутильных колебаний;
- определены деформационные характеристики слоя шерсти (грубой и тонкой) и зависимости ее остаточной влажности после отжима от технологических факторов;
- выявлена зависимость потребной мощности на привод валковых модулей от условий обработки шерсти и получены выражения для расчета составляющих энергозатрат;
- на основе проведенных исследований разработаны новая конструкция составного вала с резиновыми армированными дисками и рекомендации по проектированию валковых отжимных машин для шерсти, определена экономия от внедрения разработок.
Методы исследований. Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами.
В теоретических исследованиях применены методы математического моделирования, интегрального и дифференциального исчислений, теоретической механики и сопротивления материалов. Явления в зоне контакта валов модулей описывались с использованием законов механики жидкости и закона Дарси. Для раз 8 работки конструкции отжимного устройства применялись методы теории механизмов машин и учитывались особенности технологии процесса отжима влаги в валковых модулях.
Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных стендах с использованием современной электронной измерительной аппаратуры как с целью применения их результатов в теоретических расчетах, так и для определения адекватности разработанных моделей. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с использованием ЭВМ.
Достоверность предложенных научных разработок, выводов и рекомендаций подтверждена результатами производственного эксперимента и актом внедрения результатов исследований.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны физическая модель отжимного устройства и математические зависимости движения жидкости в областях контакта его валов для определения параметров, влияющих на остаточную влажность шерсти;
- получены степенные математические зависимости упругих характеристик покрытий отжимных валов с твердостью от 50 до 95 усл. ед. (по Шору А), обеспечивающие научно обоснованный выбор технологических и конструктивных параметров (удельного давления на слой шерсти, диаметров валов и вида покрытия);
- предложен метод аналитического определения изгибной жесткости составного вала, учитывающий продольные усилия и упругие деформации, действующие на пакет дисков, силы трения между дисками и их толщину;
- получены дифференциальные уравнения изгибных и крутильных колебаний составных валов, позволяющие рассчитать на этапах проектирования их динамические характеристики с учетом влияния усилий сжатия пакета дисков, де-планаций и инерции поворота поперечных сечений;
- установлено влияние технологических факторов и конструкции отжимного устройства на остаточную влажность шерсти после отжима; - получены зависимости потребной мощности отжимного валкового модуля от технологических факторов и разработаны рекомендации для его проектирования с учетом результатов исследований.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты исследований особенностей механики, зоны контакта валов отжимных устройств, деформационных характеристик их покрытий и слоя шерсти, зависимости влажности волокнистого материала после отжима и потребной мощности на привод от технологических факторов позволяют принимать рациональные решения при проектировании валковых устройств для отжима шерсти.
Полученные математические выражения используются для расчетов изгиб-ной жесткости и круговой критической частоты вращения составных дисковых валов по дифференциальным уравнениям их изгибных и крутильных колебаний. На основании проведенных исследований при личном участии автора разработана конструкция отжимного устройства с дисковым составным валом, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель. Разработаны рекомендации для проектирования отжимных устройств, работающих в составе промывных линий для шерсти.
Результаты работы в виде технических решений и рекомендаций внедрены в АО "Монино"(Московская обл.), и используются при проектировании валкового отжимного оборудования в Ивановском НИЭКМИ. Внедрение полученных результатов по сравнению с результатами полученными на базовом отжимом устройстве обеспечило снижение остаточной влажности шерсти после отжима в среднем с 80% до 60% и ее неравномерности по ширине слоя до 5%, уменьшение энергозатрат в линии на 15%.
Апробация работы. Основные результаты научно-исследовательской работы были доложены и получили положительную оценку на:
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2003).- г. Иваново, ИГТА, 2003 г.; - международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (Прогресс - 2004).- г. Иваново, ИГТА, 2003 г.;
- межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2004).- г. Иваново, ИГТА, 2003 г.;
- техническом совете НИЭКМИ, г. Иваново, 2004 г.;
- расширенном заседании кафедры проектирования текстильного отделочного оборудования ИГТА, 2004 г.
Публикации. По результатам теоретических и экспериментальных исследований опубликовано десять печатных работ, в том числе четыре статьи в журнале «Вестник научно-промышленного общества», одна статья в журнале «Вестник ИГТА», одна статья в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», четыре тезиса докладов на международных и межвузовских научно-технических конференциях, получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, списка использованной литературы из 154 наименований, 2 приложений. Работа выполнена на 219 страницах, содержит 77 рисунков и 6 таблиц.
Структураи особенности конструкций валов модулей
Валы предназначены для выполнения технологических операций отжима, пропитки или отделки текстильных материалов и обеспечивают поддержание параметров обработки (температура, давление, влажность) на заданном уровне.
Валы разрабатываются конструктивно-унифицированными рядами на рабочие ширины 1200, 1400, 1600, 2000, 2200 мм... Основу их структуры составляет металлоконструкция и покрытие, имеющие различные варианты исполнений (рис. 1.4). Металлоконструкция воспринимает нагрузки, возникающие в процессе проведения технологических операций, и в зависимости от функционального назначения выполняется на базе оси или шипов и оболочки с силовыми элементами и соединениями. Оси или шипы валов поддерживают заданное напряженно-деформированное состояние в эластичном покрытии вала, а оболочки (рубашки) формируют зону контакта.
Оболочки в сочетании с силовыми элементами образуют конструкции с нерегулируемым и регулируемым прогибом, отличающиеся способами закрепления.
В качестве силовых элементов используются: диски, гайки, сковороды, фланцы, втулки и т.д. При проектировании валов применяются следующие типы соединений: болтовые, резьбовые, сварные, шпоночные, с гарантированным натягом.
Эластичные покрытия валов (ЭПВ), создающие условия формирования зоны контакта, по структуре могут быть сплошными, слоистыми и наборными: - сплошное ЭПВ образуется равномерным слоем эластичного материала (ЭМ), нанесенного на гладкую или с резьбой поверхность металлической оболочки вала и скрепленного с ней посредством клея; - слоистое ЭПВ (из нескольких слоев ЭМ различной твердости); - наборное ЭПВ создается совокупностью элементов ЭМ, удерживаемых в рабочем положении под давлением деталями крепления вала.
Наборное ЭПВ различают двух типов: без внутренних напряжений и напряженно-деформированное. Состояние набора определяет механические характеристики вала в процессе конструирования. В производстве используются следующие типы набора ЭПВ, находящегося в недеформированном состоянии: кольцевое (из колец ЭМ), намоточное (ткань и др.) и планочное (сегменты ЭМ).
Специфические требования, предъявляемые к валам, определяются, прежде всего, их технологическим назначением, компоновкой мапшны, рабочей шириной и скоростью. Основные требования — минимальный прогиб и динамическая уравновешенность.
Конструкция и геометрические размеры вала должны обеспечивать максимальную жесткость при наименьшем весе. Чем меньше прогиб вала, тем выше его допустимая рабочая скорость и равномернее нагрузка на ткань.
Конструктивно разделяют: валы обычной конструкции (с креплением патронов по торцам рубашки): и малопрогибные: - со сплошной осью (на подшипниках качения или скольжения, резиновых кольцах, установленных внутри рубашки); - с опорами посередине; - с рубашками, установленными на трех опорах.
При проектировании валковых отжимов конструкторы стремятся обеспе 4г чить равномерность технологической нагрузки в жале валов. Определение опти мальных конструктивных параметров и средств, которые позволяют получить наилучшие результаты при отжиме, имеет большое практическое значение и является предметом особого внимания исследователей как в нашей стране, так и за рубежом.
Обрезиненные валы (рис. 1.5) изготовляются металлическими с рабочей по верхностью, покрытой слоем эбонита и резины. Общая толщина покрытия составляет от 6 до 30 мм [3].
Вал состоит из рубашки 4, шипов 8, ребер жесткости 5 и дисков 1. При изготовлении детали 8, 5 и J образуют неразъемные конструкции, которые запрессовываются в рубашку 4 и привариваются. Длина запрессовки L составляет 0,9...1,0 D. Для работы в условиях агрессивной среды диск 6, втулка 7 и рубашка выполняются из нержавеющей стали. Затем вал балансируется и окончательно обрабатывается. На поверхность рубашки 4 перед обрезинкой наносится резьба. Эбонит и резину в несколько слоев закрепляют с помощью клея и подвергают вулканизации в специальных автоклавах. После вулканизации в отверстия дисков 1 вставляются резиновые пробки 10, вал по обрезинке протачивается и шлифует ся. Для снижения напряжений на эластичном покрытии по торцам выполняют фаски с углом а=15...25.
Эбонит (слой 2) содержит большое количество серы (35-60 весовых частей серы на 100 весовых частей каучука) и хорошо крепится к металлам и резине. Толщина эбонитового слоя выбирается из условия: 5, мм 6 7-12 13-19 20-30 5, мм 1,5 3,0 4,5 6,0.
Резиновый слой 3 получается в результате вулканизации резиновых смесей, состоящих из каучука, наполнителей, смягчителей, вулканизирующих агентов, ускорителей вулканизации, противостарителей и т. д. Твердость покрытий обрезиненных валов определяется с помощью твердомера и является одной из основных их характеристик.
Валы устанавливают в сферических подшипниках 9, позволяющих компенсировать неточности их монтажа. Дисбаланс вала на должен превышать 2% от его веса. Для предупреждения появления трещин на эластичном покрытии валы необходимо хранить и транспортировать при температуре 2...20С. Срок годности обрезиненного вала составляет 9 месяцев и исчисляется со дня изготовления его заводом. В настоящее время ведутся работы по повышению долговечности покрытий валов путем получения новых материалов. Конструкции обрезиненных валов применяются при интенсивности нагрузки до 400 НХп.см для предупреждения разрушения резинового покрытия.
Металлические валы конструктивно выполняются в различных вариантах (с опорами по торцам и посередине рубашки). Одна из конструкций представлена на рис. 1.6 и состоит из патронов 1, запрессованных по торцам в рубашку 2. Вторая рабочая рубашка 3 выполнена из двух половин, напрессованных на рубашку 2 и сваренных в средней части. Конструкция относится к малопрогибным, так как под действием нагрузки в большей степени прогибается внутренняя рубашка 2 по сравнению с наружной рубашкой 3.
Анализ напряженного состояния в зоне контакта валов
В процессе обработки слоя шерсти а валах модуля интенсивность рабочей нагрузки q определяется из соотношения: где Q - полная нагрузка в паре валов; Ъ - рабочая длина вала.
Силы взаимодействия валов с обрабатываемым материалом на поверхностях их контакта являются равнодействующими возникающих контактных напряжений - нормальных и касательных. При абсолютно жестких валах и равномерном распределении массы обрабатываемого материала в направлении их осевой линии напряженное состояние будет идентичным по всей длине валов, а интенсивность нагрузки - постоянной q = const.
Это явление реализуется при условии применения валов повышенной жесткости и при обработке равномерного по толщине слоя. В действительности валы всегда прогибаются, что ведет к неравномерному распределению интенсивности нагрузки вдоль оси вала даже при обработке абсолютно равномерного по толщине материала (например, тонкая ткань в расправленном состоянии). Если же слой обрабатываемого мате риала неравномерен по толщине, то интенсивность нагрузки будет распределяться вдоль образующей вала по закону, копирующему распределение массы материала в слое q ф const. [82].
Объемные эпюры распределения нормальных напряжений в паре валов для двух указанных случаев неравномерного распределения интенсивности нагрузки показаны на рис. 2.7 (а, б).[54]. Технологический эффект процесса отжима шерсти определяется интенсивностью нагрузки в данном сечении и отличается неравномерностью обработки. Выравнивание интенсивности нагрузки по ширине отжимной пары производится применением различных конструкций малопрогибных валов, систем их нагружения, специальных эластичных покрытий и т.д.
Интенсивность нагрузки не дает полного представления о взаимодействии вала с обрабатываемым материалом в данном сечении пары плоскостью, перпендикулярной осям валов. Дополнительно к интенсивности необходимо иметь данные о характере распределения напряжений по дуге контакта.
Распределение нормальных и касательных напряжений вдоль дуги контакта определяется упругими и фрикционными свойствами слоя прокатьгоаемого материала и покрытия вала, схемой действия сил в зоне контакта.
В динамике распределение нормальных и касательных напряжений становится ас-симетричным и будет отличаться от статического. Часть дуги контакта, находящаяся в зоне возрастания деформаций, дополнительно нагружается. Другая, в зоне восстановления формы, наоборот разгружается. При различных соотношениях моментов движущих сил и сил сопротивления по-разному могут распределяться касательные напряжения [23]. В пределе они могут иметь один знак и определять максимальное тяговое усилие пары валов.
Однако, как показали эксперименты, при малых сопротивлениях вращению валов закономерность распределения нормальных и касательных напряжений отличается от статической незначительно. [17, 46]. Поэтому в этих случаях для исследования явлений, происходящих при отжиме слоя шерсти, можно принимать статические закономерности распределения нормальных и касательных напряжений по дуге контакта. В случае, если напряженное состояние на поверхности контакта не является плоским (интенсивность нагрузки непостоянна по длине вала), то его взаимодействие с обрабатываемым материалом характеризуется объемными эпюрами распределения напряжений (рис. 2.8).
Определение параметров модели валкового отжима
Практика эксплуатации отжимных машин показала, что на результат обезвоживания материала влияют следующие факторы: интенсивность распределенной нагрузки в жале модуля, диаметры отжимных валов, твердость и толщина эластичного покрытия, определяющие ширину площадки контакта валов, условия отвода отжимаемой жидкости от жала, ее температура и вязкость, скорость обработки, вид и свойства полотна, состояние отделки.
Основным параметром валковых модулей, определяющим качество обработки материала, является нагрузка в жале отжимных валов. Под действием нагрузки эластичное покрытие деформируется, и образуется площадка контакта. Поскольку параметры контакта (ширина площадки и зоны нарастания давления, характер его изменения и максимальное значение в зоне контакта) неизвестны, то при оценке обезвоживания пользуются понятием интенсивности распределения нагрузки.
Графическая зависимость остаточной влажности материала от удельной нагрузки представляется в виде кривой, близкой к неравнобочной гиперболе, позволяющей установить оптимальное значение нагрузки для заданных условий отжима. При увеличении нагрузки от 10 до 30 кН/м эффективность удаления влаги может увеличиться на 10...20% и на 1...2% при изменении нагрузки от 60 до 80 кН/м [4, 5].
Диаметр вала - один из важных конструктивных параметров валкового модуля. Его влияние на эффективность отжима проявляется в значительно меньшей степени, чем влияние удельной нагрузки. Для интенсификации процесса отжима рекомендуется применять валы малого диаметра, при этом зависимость остаточной влажности от диаметров валов имеет линейный характер. Однако при выборе диаметров валов следует учитывать требование, связанное с обеспечением равномерного распределения удельной нагрузки по рабочей ширине.
Вторым по значимости после удельной нагрузки фактором является жесткость (или упругость) эластичного покрытия отжимных валов. Влияние этого фактора оценивают в основном по твердости и толщине покрытия. Отмечается, что повышение твердости покрытия способствует снижению остаточной влажности полотен. Толщина покрытия влияет на этот показатель тем меньше, чем больше его твердость. Повышение твердости эластичного покрытия способствует стабилизации размеров площадки контакта и уменьшению объема облицовки вала. При выборе твердости покрытия необходимо учитывать также и свойства обрабатываемого материала, условия его переработки и расположение валов в машине.
Существенное влияние на эффективность работы валов оказывает ширина контактной полоски прижима, которая зависит от радиусов валов и жесткости покрытий. Чем больше радиус вала, тем ниже фактическое давление, приходящееся на единицу площадки контакта. В случае применения валов малого диаметра с жесткими покрытиями можно повысить эффективность их действия, но до известного предела, так как при этом создаются условия для увеличения их прогиба, вызывающего неравномерность прижима.
Эффективность отжима увеличивается при улучшении условий отвода отжимаемой жидкости от валов (при горизонтальном их расположении), с повышением ее температуры и снижении вязкости. Эффективность снижается при увеличении скорости движения материала и его толщины.
Сущность метода расчета по модели (рис 3.2) заключается в раздельном вычислении нормального (сжимающего) и гидравлического давлений в зависимости от деформации обрабатываемого материала и скорости его проводки.
Такая постановка задачи стала возможной за счет условного выделения в деформированном материале чистого канала, размеры которого определяются как разность высоты полотна в каком либо сечении и постоянной толщины скелета материала. При заданных радиусах отжимных валов и минимальных расстояниях между ними h = const, определяемых толщиной сжатого материала, находится длина зоны контакта и высота канала в произвольном сечении:
Закон изменения давления сжатия Р = Р(х) вдоль зоны контакта валов определяется изменением толщины полотна h = h(x) согласно уравнению (3.3). Принимая сечение канала симметричным, получаем, что кривая Р = Р(х) также симметрична относительно линии, соединяющей центры валов, и не зависит от скорости проводки материала.
Расчет прогиба валов с опорами рубашки по торцам
Удельная нагрузка на материал в зоне контакта валов модулей зависит от усилия прижима и размеров контактной площадки. Под действием усилия Р эластичное покрытие вала в сечении по оси симметрии деформируется на величину hmax и образуется площадка пшриной Ьт (рис.4.4). Упругая характеристика покрытия эластичного вала представляет собой зависимость h=f(P) и определяет показатель удельного давления на материал.
Интенсивность распределенной нагрузки в жале валов: в, в. р р где Р0 - усилие на вал от механизмов прижима; Fc - суммарная сила сопротивления движению вала с корпусами подшипников; Вр - длина рабочей части валов модуля.
На начальной стадии проектирования возникает проблема оптимального выбора удельного давления на материал эластичного покрытия (резина, полиуретан, шерстяная бумага, непротекс и др.) с целью получения параметров контакта валов, соответствующих требованиям технологического процесса. Показателя интенсивности распределенной нагрузки вдоль образующей валов, указываемого в техническом задании на проектирование, для определения удельного давления недостаточно. Решение этой задачи возможно при условии знания величины деформации покрытия, размеров площадки контакта и модуля упругости эластичного материала. В качестве базовых физических модулей для определения указанных параметров использовались конструкции валов, рубашки которых имели различные покрытия: I и II - резина 2-606-5 и 2-606-7, ТУ 38-1051082-86; III - эла стомер полиуретановый наполненный (полиуретан) ГУП-5, ТУ 84-414-187-81; IV - бумага шерстяная типа А, ОСТ 13-172-83.
Средняя твердость (HS) эластичных покрытий составляла: для резины — 55 и 72 усл. ед., полиуретана - 86 усл. ед., шерстяной бумаги - 98 усл. ед. (по Шору А). Измерения твердости выполнены прибором 2056 ТИСП ТУ 25-06-79.
В экспериментах использовались модули, содержащие металлический с наружным диаметром D;=265 мм и эластичный диаметром D2=320 мм валы рабочей длиной /=1400 мм. Деформация h покрытий I, II, и III измерялась на плюсовке ПД1-140-7, а для покрытия IV - на каландре К-140.00 в условиях АО "НИМ" согласно методике [102]. Интенсивность рабочей нагрузки на валы в статическом состоянии модуля изменялась от 10 до 70 Н/мм.
Выражая значения деформации h через параметр интенсивности распределенной нагрузки q в жале валов, имеем: ht=bXql)\ (4.17)
Подставляя в (4.17) соответствующие значения коэффициентов Ъ и п из таблицы 4.1, строим графики упругих характеристик покрытий I, II, III и IV валов (в статике) в координатах h и q (рис.4.5). Анализируя полученные зависимости, отмечаем их нелинейный характер, причем с увеличением q рост деформации h замедляется.
Сравнение зависимостей деформации покрытий валов от контактного усилия в статике и динамике позволило установить, что при одинаковой нагрузке величина этого параметра в динамике на 15...20% ниже ,чем в статике.
Для получения упругой характеристики эластичного вала в динамике проводилась синхронная запись изменения давления в системе прижима каландра К-140.00 и перемещения буксы вала методом электротензометрии с помощью датчиков давления D} [104] и перемещения D2 (рис.4.6), которые на мостовой схеме подключались через усилитель ТА-5 к осциллографу Н-700.
Методики проведения экспериментов (в статике и динамике) и анализа их результатов рассмотрены в работе [102].
На основании численной обработки результатов экспериментов построены зависимости деформации набора вала от контактного усилия в статике (рис. 4.7, кривая 1) и динамике (кривая 2).
Экспериментальное определение упругих характеристик выполнено на восьми уровнях фактора Р при четырехкратной повторности каждого опыта матрицы планирования эксперимента. Результаты определения выходного параметра h с целью нахождения математической модели упругой характеристики подвергались статистической обработке по методике математического моделирования
Расчет коэффициентов Ъ и п модели проводился по методу наименьших квадратов. Для вала с набором из шерстяной бумаги соответственно в статике и динамике модели получены в виде: hcm =1,05-10-V 58, К =0,58-10-3 64. (4.18)
Адекватность полученной модели проверена по критерию Фишера. При доверительной вероятности 0,95 для серий опытов ошибка измерений не превысила допустимой величины 2%.
Размеры площадки контакта валов модулей отжимных машин стабильны по их длине [Вр = const) и изменяются по ширине {bm const) в зависимости от интенсивности нагрузки, диаметров валов и твердости материала эластичного покрытия.
Удельное давление на слой шерсти в жале валов в значительной степени определяется параметром Ъш и оказывает непосредственное влияние на качество процесса отжима: показатели остаточной влажности материала и ее равномерности по ширине слоя. В связи с этим расчет ширины площадки контакта целесообразен.
При относительных деформациях (до 4...8%) существует прямолинейная зависимость между деформациями и создающими их нагрузками даже для таких материалов, как резина, пластмассы, полиуретан и т. п.[105,106]. В этом случае допускается определение Ът по формулам Герца-Беляева [106]: 0,96qR,R2 Ь.=2 ЛУг (4.19) где R1 и R2 - радиусы валов с эластичным покрытием и металлического; , - статический модуль упругости резинового покрытия.
