Введение к работе
Актуальность проблемы. Во многих отраслях промышленности процесс производства основной продукции сопровождается образованием техногенных материалов, которые могут быть использованы при выпуске строительных материалов и изделий.
Для формования различных порошкообразных и вязко-пластичных материалов (глинистых и карбонатных пород, доломита, органических материалов и др.) используются пресс-валковые экструдеры (ПВЭ). По сравнению с другими типами прессовых агрегатов они обладают рядом преимуществ: простотой конструкции и необходимой эксплуатационной надежностью, высокой производительностью и незначительными удельными энергозатратами, невысокой металлоемкостью и возможностью получения спрессованных тел с заданными физико-механическими характеристиками и др. Это создает условия для широкого распространения ПВЭ как в крупнотоннажных производствах, так и в технологических процессах малых предприятий.
Особое значение использование ПВЭ имеет при утилизации техногенных материалов и композиционных смесей (пылеуноса сушильных и обжиговых агрегатов, золо-шлаковых отходов, фосфогипса и др.), характеризующихся различными физико-механическими параметрами: исходной насыпной массой, истинной плотностью, удельной поверхностью, гранулометрическим составом, пластичностью и др. Это, в свою очередь, создает необходимость проведения комплексных теоретических и экспериментальных исследований ПВЭ новой конструкции, исследования рациональных режимов его работы, а также разработки малотоннажных технологических комплексов (МТК), различного функционального назначения.
Все это определяет актуальность данной диссертационной работы. Цель работы. Разработка и исследование пресс-валкового экструдера для формования техногенных порошкообразных материалов, расчет его конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров с учетом физико-механических и реологических характеристик исследуемых материалов.
Научная новизна. Разработана механическая модель процесса формования шихт с учетом их физико-механических и реологических характеристик. Установлены аналитические зависимости, описывающие процесс движения шихты в зоне формования и выдержки упругих формующих элементов под давлением. Разработана методика расчета основных конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров
4 новой конструкции пресс-валкового экструдера с учетом физико-механических и реологических характеристик формуемых материалов.
Автор защищает: 1.Механическую модель формования шихт, учитывающую стадийность процесса экструдирования материалов с различными физико-механическими и реологическими характеристиками. 2.Конструкцию ПВЭ многофункционального действия. 3.Методику расчета скоростных потоков шихты по ширине валков при ее движении в зону формования, а также методику расчета площадки контакта упругих формующих элементов и времени стабилизации напряжений экструдируемых материалов.
4.Методику расчета основных конструктивно-технологических и энергосиловых параметров пресс-валкового экструдера и процесса экструзии. 5.Результаты экспериментальных исследований в виде установленных основных закономерностей процесса экструдирования техногенных порошкообразных материалов с различными физико-механическими и реологическими характеристиками, разработанные на уровне изобретений технические способы для реализации установленных закономерностей. б.Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения разработанного агрегата, технико-экономическую эффективность его использования в МТК.
Практическая ценность работы заключается в разработке патентно-защищенных конструкций пресс-валковых экструдеров для пластического формования техногенных порошкообразных материалов с различными физико-механическими свойствами, методики расчета их конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров, а также МТК, различного производственного назначения, используемых при утилизации техногенных шихт и производстве теплоизоляционных изделий.
Реализация работы. По результатам теоретических и экспериментальных исследований для машиностроительного предприятия ООО «ЛУЧ» была разработана конструкторско-технологическая документация на промышленный образец пресс-валкового экструдера, позволяющего осуществлять производство гранул различного технологического назначения производительностью до 1 т/ч. Данное оборудование апробировано на промышленном предприятии ООО «БЕНТОПРОМ» (г. Ст. Оскол) и на технологической линии ООО «РЕЦИКЛ» БГТУ им. В.Г.Шухова при производстве фибропористых заполнителей и утилизации техногенных материалов. Экономический эффект от использования фибропористых заполнителей при производстве теплоизоляционных изделий составляет 250 тыс. рубУгод.
Апробация работы. Диссертационная работа проводилась в БГТУ им. В.Г.Шухова на кафедре технологических комплексов, машин и механизмов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международных научно-технических конференциях и студенческих форумах, проводимых в БГТУ им. В.Г.Шухова в 2003-2005гг., областных конкурсах научных работ «Молодежь Белгородской области», г.Белгород, 2004, 2006гг.; Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии», 2004 г. (г.Могилев респ. Беларусь), Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов», 2005 г. (г.Харьков).
Публикации. По результатам работы опубликовано 12 научных статей, получен патент РФ на изобретение и А. св. на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 185 страниц, в том числе 10 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 139 наименований и 8 приложений, состоящих из 63 страниц.
