Содержание к диссертации
Введение
1. Направление развития и совершенствования теории проектирования шнековых прессов 9
1.1 Конструктивные особенности шнековых прессов 9
1.2 Анализ физико-механических свойств глиняных масс, формуемых шнековым прессом 24
1.3 Основные реологические свойства глиняной массы 35
1.4 Обзор литературных источников по теории проектиро вания шнековых прессов - 39
1.5 Цели и задачи исследования 42
1.6. Выводы 43
2. Математическое исследование движения глиняной массы в корпусе шнекового пресса 45
2.1. Физические свойства глиняных масс 45
2.2 Движение глиняной массы в корпусе шнекового пресса с рифленой внутренней поверхностью корпуса 65
2.3 Исследование влияния соотношения размеров ребер и интервалов между ними на направление движения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса шнекового пресса
2.4. Влияния угла установки направляющих на направление движения формуемой глиняной массы в корпусе шнекового пресса 71
2.5. Выводы 75
3. Разработка структурной схемы и моделирование процесса движения глиняной массы в корпусе шнекового пресса 77
3.1 Шнековый пресс с системой очистки внутренней поверхности корпуса- 77
3.2. Критериальный анализ и составление целевой функции 84
3.3 Факторный анализ, обоснование и построение модели процесса движения глиняной массы в винтовом канале пресса 89
4. Методика проведения экспериментальных исследований 98
4.1 Основные положения экспериментальных исследований 98
4.2. Методика проведения экспериментальных исследова- 99 ний
4.3. Результаты экспериментальных исследований 111
4.4. Методика, проведение и результаты производственных испытаний 117
4.5. Выводы 119
Выводы по работе 120
Список литературы . 124
Приложения 133
Акт заводских испытаний 134
Протокол заводских испытаний 136
Акты внедрения 144
- Основные реологические свойства глиняной массы
- Движение глиняной массы в корпусе шнекового пресса с рифленой внутренней поверхностью корпуса
- Влияния угла установки направляющих на направление движения формуемой глиняной массы в корпусе шнекового пресса
- Критериальный анализ и составление целевой функции
Введение к работе
Актуальность работы. Основу отечественной стройиндустрии составляют кирпичные заводы. По данным, представленным территориальными управлениями ФАС России, объем производства глиняного (керамического) кирпича за 2008 год составил 6 773 млн. условных кирпичей, общий объем реализации - 6 215 млн. условных кирпичей, объем реализации на товарном рынке. Российской Федерации 5 626 млн. условных кирпичей. Около 85% выпускаемого в РФ кирпича формуется пластическим способом, которое подразумевает использование шнекового пресса.
Правительством РФ была поставлена задача - довести объемы жилищного строительства до уровня мировых стандартов (т.е. до 140 млн. квадратных метров в год). Для этого необходимо увеличить мощности существующих предприятий стройиндустрии втрое. Кроме того, строительные материалы и конструкции требуются для набирающего обороты строительства специального назначения. Отсюда можно сделать вывод, что необходима модернизация базы стройиндустрии.
Основной операцией при производстве глиняного кирпича является формование, которое осуществляется на шнековых прессах. Достоинства шнековых прессов, такие как непрерывность подачи, герметичность, простота конструкции, возможность создания избыточного давления на выходе из шнека, возможность агрегирования с другим оборудованием, обусловили их широкое применение в производстве строительных стеновых материалов.
Основным недостатком шнековых прессов является низкая производительность вследствие сообщения шнековои лопастью прессуемой глиняной массе не только поступательного движения, но и вращательного, что приводит к проворачиванию глины вместе со шнеком.
Для повышения производительности шнековых прессов применяются различные устройства: контрножи, гребенки, скребки. С этой же целью внутренняя поверхность шнековои полости иногда выполняется не гладкой, а рифленой. Все рассмотренные устройства либо малоэффективны, либо существенно усложняют конструкцию шнековых прессов. Вращательное движение формуемой массы приводит к снижению производительности и увеличению мощности, потребляемой прессом.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы шнекового пресса при формовании кирпича пластическим способом, за счет создания условий, обеспечивающих уменьшение сил трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса, действующих в направлении продольной оси пресса.
Задачи исследования:
1. Определить условия формирования сил трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси пресса и окружной скорости шнека;
Провести теоретические и экспериментальные исследования движения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса шнекового пресса при различных условиях формирования сил трения;
Разработать рабочие органы шнекового пресса, обеспечивающие уменьшение силы трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси пресса;
Составить математическую модель работы шнекового пресса для определения рациональных геометрических параметров его рабочих органов в зависимости от свойств глиняной массы;
Провести производственные испытания шнекового пресса.
Идея работы. Заключается в уменьшении сил трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса, действующих в направлении продольной оси пресса за счет замены трения покоя трением скольжения.
Методы исследования. Теоретический анализ процесса прессования глиняной массы в шнековом прессе проведен с использованием методов теоретической механики, сопротивления материалов, механики грунтов, математического моделирования. Лабораторные и промышленные испытания проводились с применением тензометрических и электрических датчиков.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы основывается на применении комплекса современных апробированных методов исследований, включая: анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; применение современных вычислительных методов; и подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований (расхождение не превышает 9 %).
Научная новизна работы. Заключается в разработке теоретических положений об условиях формирования сил трения при движении глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса в направлении продольной оси пресса и окружной скорости шнека и закономерностях движения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса при изменении коэффициентов трения.
Доказана возможность повышения производительности шнекового пресса и снижения удельных энергозатрат прессуемой глиняной массы путем формирования условий, способствующих уменьшению сил трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси пресса.
Разработаны математическая модель, алгоритм и программа определения оптимальных параметров рабочих органов шнекового пресса из условия максимальной производительности при минимальных удельных энергозатратах в зависимости от свойств прессуемой глиняной массы и условий эксплуатации машины.
Автор защищает следующие основные положения:
1. Теоретические положения о целесообразности формирования сил
трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса
в направлениях продольной оси пресса и окружной скорости шнека и зако
номерностях движения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса
пресса при изменении сил трения;
Способ уменьшения сил трения между глиняной масой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси пресса;
Структурная схема шнекового пресса, обеспечивающая уменьшение сил трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси пресса;
Математическая модель работы шнекового пресса, позволяющая определить оптимальные геометрические параметры для его рабочих органов в зависимости от свойств глиняной массы;
Результаты теоретических и экспериментальных исследований движения материала по внутренней поверхности корпуса шнекового пресса при различных условиях формирования сил трения.
Практическое значение и реализация работы. Разработанный шне-ковый пресс может быть использован для изготовления кирпича пластическим способом.
Предложенная математическая модель движения глиняной массы в корпусе шнекового пресса, позволяет определить его оптимальные параметры для различных свойств глиняных масс и давления на выходе из шнековой полости.
Применение разработанного шнекового пресса обеспечивает экономический эффект за счет увеличения производительности и уменьшения удельных энергозатрат прессования.
Внедрение результатов диссертационной работы
Результаты исследований внедрены
на кирпичном заводе ОАО «РОСТОВНЕРУД»;
на ООО «Шахтинский кирпичный завод».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение: на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (2007 - 2009 гг.); Всероссийском студенческом смотре - конкурсе «Эврика - 2007», «Эврика - 2008» (г. Новочеркасск, 2007-2008 г.); на Международной научно-технической конференции (г. Донецк, 2007г.); на III Международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2007г.); на международной научной конференции студентов, аспиратнов и молодых ученых «Перспектива - 2009» (г.Нальчик, 2009г.)
Реализация работы.
Диссертационная работа выполнена в Шахтинском институте ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Ново-
черкасский политехнический институт)» в рамках научного направления: «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 1.03.2006 г., по госбюджетной теме: ПЗ - 845 «Повышение эффективности технологических и транспортирующих машин промышленности строительных материалов». Результаты теоретических и экспериментальных исследований, внедрены в промышленных условиях ОАО «РОСТОВНЕРУД» и ООО «Шахтинский кирпичный завод» (г. Шахты Ростовской области), а также в учебный процесс ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) на кафедре «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 статьей, 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, библиографического списка (84 наименования) и приложений, которые включают акты внедрения и промышленных испытаний. Общий объем диссертации состоит из 147 страниц с рисунками и таблицами.
Основные реологические свойства глиняной массы
В своей основе реологическими свойствами глин называется особен-ность течения водоглиняных суспензий, обуславливающее формовочные свойства глиняных масс. Процесс вязкого течения суспензий на основе глин не подчиняется закону Ньютона где Р - напряжение сдвига; D - скорость сдвига; 77 - коэффициент вязкости. При течении водоглиняных суспензий не наблюдается линейной зави-симости скорости деформации от напряжения сдвига [14]. Различные типы текучести жидких тел представлены на рисунке 1.14. На рисунке 1.14 прямая 1, проходящая через начало координат, указывает на прямопропорциональную зависимость скорости сдвига от напряжения сдвига. Получаемый угол наклона указывает на наличие коэффициента вязкости суспензии [20]. Данное течение свойственно истинным растворам, кроме концентрированных.
Суспензия глин представлена двумя фазами — частицами глин и водой. В данной системе частицы глины взаимодействуют с водой и друг с другом, это обуславливает образование структурных связей различной степени прочности. При увеличении напряжения сдвига структурные связи частично разрушаются и изменяется ход течения суспензии [24]. Кривая 2 характеризует полный процесс разрушения структуры в процессе нарастания напряжения сдвига при пластическом течении. При нарастании напряжения сдвига до величины Рк , суспензия не деформируется, т.е. в данном интервале напряжений сдвига она ведет себя как твердое тело. При увеличении напряжения сдвига выше величины Рк , начинается сдвиг суспензии, причем в интервале напряжений сдвига Рк —Рк нарастание скоро сти сдвига опережает рост напряжения сдвига, суспензия разжижается. В интервале напряжений сдвига Рк - Рк рост скорости деформаций пропорционален росту напряжений сдвига, т.е. имеет место бингамовская вязкость. При повышении напряжения выше величины Рк для некоторых видов суспензий глин наблюдается полное разрушение структуры суспензии, происходит линейное изменение вязкости, достигающее состояния ньютоновской вязкости. Кривая 3 показывает, что при увеличении напряжения сдвига выше величины Рк рост скорости деформации отстает от роста напряжения сдвига. Выпуклость данной кривой относительно оси абсцисс, показывает на увеличение напряжения сдвига, которое сопровождается загустеванием суспензии.
Взаимосвязь изменения скорости деформаций и напряжения сдвига связан с особенностями структуры глинистых суспензий. В зависимости от минерального состава глин можно наблюдать два типа кривых разжижения (рис. 1.15). Суспензии глин, сложенных минералами с неразбухающей кристаллической решеткой (коалитом, гидрослюдой и им подобными) достигают предельного разжижения при введении электролитов в количестве 40-60% от емкости поглощения катионов глиной (кривая 1, рис. 1.15) [24]. Минимальная вязкость сохраняется при увеличении содержания электролитов до количества составляющего 100-200% от емкости поглощения глиной катионов. При дальнейшем повышении концентрации электролитов суспензии начинают запустевать. При разжижении суспензий глин в состав которых входят монтмориллониты, минимум вязкости достигается при введении электролитов в количестве 20-30% от емкости поглощения глиной катионов и в весьма узком интервале концентрации электролитов; при последующем увеличении концен-трации электролитов суспензии резко загустевают (кривая 2, рис. 1.15). При повышении в суспензиях содержания электролитов до количества, превышающего емкость поглощения глиной катионов, вязкость суспензии достигает максимума, а в случае последующего возрастания содержания электролитов суспензия вновь разжижается.
Однако вязкость суспензий на участке второго минимума кривой разжижения выше, чем на участке первого минимума [14]. Аномалия вязкости была обнаружена Ф.В. Шведовым и затем Гарретом и Дюпре-Деннингом в коллоидных растворах. Аномалия заключалась в том, что изменения показывали уменьшение вязкости по мере увеличения градиента скорости, вопреки существующему представлению о постоянстве этого коэффициента в формуле Ньютона [26]. С реологической точки зрения пластическое состояние глиняной массы аналогично суспензиям. Пластичные массы отличаются от суспензий только более высокой концентрацией твердого вещества и вследствие этого -большим предельным напряжением сдвига. В результате глиняная масса обладает способностью сохранять придаваемую ей форму. Физические и химические связи, существующие между частицами в пластическом состоянии, обусловлены факторами, аналогичными действующими в суспензиях. Единственное отличие заключается в том, что в глиняной массе частицы расположены ближе друг к другу. Пластическое состояние глиняных масс сохраняется в интервале влажностей, при которых она способна формоваться, приобретая под давлением желаемую форму без нарушения целостности, а главное - не деформироваться после снятия давления [21]. Пластичность глиняной массы тем выше, чем больше интервал влаж-ностей. Однако следует заметить, что степень пластичности обусловлена теми же факторами, что-и способность суспензий разжижаться.при взаимодействии с электролитами (методика Аттерберга). Процесс формования глиняной массы в корпусе шнекового пресса — один из самых сложных процессов, используемых в производстве керамического кирпича. Именно в этом процессе диапазон физико-механических свойств формуемой глиняной массы проявляется во всем многообразии.
В связи с этим описание взаимодействия формуемой глиняной массы с рабочими органами шнековых машин не может быть исчерпано ни одной теорией из существующих на данный момент. , , Вопросами прессования различных пластических материалов занимались многие ученые, однако не все аспекты поведения формуемой массы в корпусе пресса в настоящее время изучены достаточно хорошо. Из опубликованных в этой области работ можно отметить следующие: статью Э.О: Ре-гера, П.Г. Романкова и Н.Б. Рашковской [44], посвященную вопросу истечения пластичных материалов - красителей и пигментов, из вибрационного питателя, в которой дается анализ влияния вибрации рабочих органов питателя на его производительность; труды СП. Ничипоренко и его сотрудников [58] в области переработки и формования керамических масс в ленточных шнековых прессах, посвященные установлению закономерностей движения глиняной массы в шнековой полости; статью М.В. Дубинского и А.Н. Левина [74], в которой исследуется работа двухчервячных прессов при формовании паст-ускорителей вулканизации резины, и многие другие. Изучая процесс формования различных материалов в корпусе шнекового пресса, почти все иссле
Движение глиняной массы в корпусе шнекового пресса с рифленой внутренней поверхностью корпуса
Эффект от ребер, при выполнении условия (2.47) будет тем больше, чем больше соотношение величин коэффициентов внутреннего и внешнего трения глиняной массы. На рис.2.8 представлена зависимость величины угла о от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения формуемой массы при следующих значениях геометрических параметров рабочих органов шнекового пресса и свойствах формуемой массы: угол подъема винтовой линии шнека а = 20; размеры направляющих с = 3 см, а = 0,5 см, 6 = 1 см; коэффициент внутреннего трения глиняной массы f =l; коэффициент трения массы о металл шнека и внутреннюю поверхность корпуса пресса -варьируемая величина. Кривая 1 (рис.2.8) характеризует изменение направления движения глиняной массы в зависимости от соотношения величин коэффициентов внешнего и внутреннего трения в винтовом канале пресса при fx fy. Кривая 2 показывает направление движения массы в винтовом канале пресса при fx=fy. Кривая 3 получена из зависимости (2.47), определяющей условие движения глиняной массы в пространстве между направляющими внутренней поверхности корпуса пресса. Значение соотношения величин коэффициентов внешнего и внутреннего трения в точке А (рис.2.8) на пересечении кривых 2 и 3 является критическим. При дальнейшем увеличении данного соотношения движение глиняной массы в пространстве между направляющими прекращается, и направление движения основной части формуемой массы (угол со) в корпусе с направляющими становится таким, как если бы корпус имел гладкую внутреннюю поверхность. На графике этр отражено переходом угла & из точки В на кривой 1 в точку А на кривой 2 (угол /?).
Таким образом, для того, чтобы повысить производительность шнекового пресса, недостаточно увеличить сцепление глиняной массы с внутренней поверхностью корпуса. Необходимо, чтобы коэффициент трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении продольной оси шнека был меньше, чем коэффициент трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении окружной скорости шнека. Это условие соблюдается, если происходит движение глиняной массы в пространстве между направляющими. Следовательно, правильный выбор геометрических параметров внутренней поверхности корпуса шнекового пресса (с учетом свойств формуемой массы и геометрических параметров шнека) может существенно повысить эффективность работы шнекового пресса. Анализ зависимости (2.47) показывает, что при fx fy величина угла со между направлением движения глиняной массы и продольной осью шнека зависит от соотношения величин коэффициентов трения fx и /и. Чем больше fy/fx, тем меньше угол, со и, следовательно, больше осевая составляющая абсолютной скорости движения глиняной массы. Отношение fyjfx зависит от коэффициентов внутреннего трения глиняной массы /вт и внешнего трения массы о металл корпуса f , а также от ширины и высоты направляющих, расртояния между ними, количества витков и шага винтовой линии шнека Чем меньше размеры направляющих и чем больше расстояние между ними при одинаковом отношении /ц//вт , тем больше отношение fy/fx
Однако следует учесть, что чрезмерное увеличение отношения рас-стояния между направляющими к их высоте может привести к уменьшению коэффициента трения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса в направлении вращения шнека f , так как поверхность контакта основной части глиняной массы (при ее вращательном движении) с массой, заполнившей межреберное пространство, будет проходить не по цилиндрической поверхности 1, образованной верхними гранями направляющих, а по траектории 2 (рис.2.8). Возможность такой траектории движения обусловле-на тем, что коэффициент внешнего трения глиняной массы о металл корпуса пресса f меньше, чем коэффициент внутреннего трения глиняной массы fem. Чем больше отношение f4/fem, тем больше отношение С/а, при котором формуемая масса будет двигаться не по траектории 1, а по траектории 2 (рис. 2.9). Условие для определения максимального отношения с/а, при котором формуемая масса будет двигаться по траектории 1 (рис. 2.9), можно записать следующим образом: где d- участок возможной траектории движения глиняной массы (рис.2.9). Величину d можно определить из условия минимизации Рисунок 2.9. Траектория движения глиняной массы в пространстве между рифлями Условие (2.50) позволяет определить величину участков d траектории 2 (рис.2.9) движения глиняной массы при заданных значениях f , /вт, с, а. Отношение с/а, при котором происходит изменение траектории движе ния массы от линии 1 к линии 2 (рис.2.9), назовем критическим. Зависимость критического отношения с/а от отношения коэффициентов внешнего / и внутреннего трения fem глиняной массы определена по формулам (2.49, 2.50) с применением вычислительной техники и представлена на рис.2.10.
Анализ зависимости отношения с/а от соотношения величин коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы показывает, что с увеличением отношения /ц I f6m критическое отношение расстояния между направляющими к их высоте также увеличивается и в каждом конкретном случае его можно определить исходя из свойств формуемой массы, то есть, коэффициентов внешнего f -и внутреннего /вт трения. Рисунок 2.10. Зависимость критического отношения расстояния между направляющими к их высоте от соотношения величин коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы Увеличение длины корпуса пресса и уменьшение площади поперечного сечения канала между направляющими снижает коэффициент сопротивления движению глиняной массы по внутренней поверхности корпуса в направлении продольной оси шнека, а значит, повышает производительность пресса. Анализ условия движения глиняной массы в пространстве между реб рами (2.33) показывает, что силу, продвигающую массу в межреберном пространстве (2.25), можно увеличить, а силу сопротивления движению этой массы - уменьшить, если расположить ребра не по образующей корпуса пресса, а по спирали, с некоторым углом закручивания Я в сторону направления вращения шнека. Это приведет к тому, что точка А пересечения кривых 2 и 3 (рис. 2.8) сместится в сторону увеличения отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы.
Влияния угла установки направляющих на направление движения формуемой глиняной массы в корпусе шнекового пресса
Рассмотрим движение глиняной массы в винтовом канале пресса с рифленым корпусом, рёбра которого расположены не по образующей цилиндра, а по спирали, с некоторым углом закручивания Я в сторону направления вращения шнека. Условие движения глиняной массы в" пространстве между направляющими (2.33) в этом случае имеет следующий вид: На графике (рис.2.8) это соответствует смещению кривой 3 вверх на величину Я. Направление движения основной части глиняной массы, определяемое из зависимости (2.47), изменится, т. к. изменятся величины fp и fy, которые соответственно будут равны: Условие (2.56) позволяет определить направление движения формуемой массы (угол а) при /х /уъ зависимости от геометрических параметров рабочих органов пресса и свойств глиняной массы, а также от угла установки направляющих на внутренней поверхности корпуса пресса. На рис.2.11. представлены зависимости величины угла о от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы при различных значениях угла установки направляющих Я и соответствующие кривые, полученные из условия движения глиняной массы в межреберном пространстве (2.51).
Анализ изменения величины угла у показывает, что при возрастании угла установки направляющих Л кривая 1 (соответствующая движению глиняной массы при fx fv) проходит выше, т.е. производительность пресса снижается по сравнению со случаем, когда Л= 0. Однако, при этом переход В — А, характеризующий прекращение движения глиняной массы в межреберном пространстве, смещается на графике вправо, благодаря чему эффективность функционирования шнекового пресса при формовании глиняных масс с высоким коэффициентом внешнего трения повышается. При отрицательных значениях угла Л, которые соответствуют установке направляющих по спирали, в сторону, обратную вращению шнека, будет наблюдаться противоположная картина. Кривая 1 будет проходить ниже, чем при X— 0, т.е. угол отклонения движения массы от оси шнека будет меньше, что даст положительный эффект при формовании глиняных масс с небольшими коэффициентами внешнего трения. Однако при этом переход В — А сместится влево, что существенно ограничет движение глиняной массы в межреберном пространстве. Таким образом, для повышения эффективности функционирования шнековых прессов целесообразно подбирать угол установки направляющих Л в зависимости от геометрических параметров рабочих органов пресса, величины давления прессования и свойств формуемой массы. Движение глиняной массы, находящейся между направляющими, оказывает существенное влияние на производительность шнекового пресса, что происходит засчет формирования различных сил сопротивления движению основной части массы по внутренней поверхности корпуса пресса в направлениях его продольной оси и окружной скорости шнека. і 1.
В теоретических исследованиях закономерности движения глиняной массы в корпусе шнекового пресса оно рассматривается как движение либо ньютоновской жидкости, либо абсолютно твердого тела, тогда.как в реальных условиях глиняная масса обладает пластичностью, вязкостью и упругостью, и наиболее точно идентифицируется как среда Бингама. В настоящее время невозможно найти математическое описание процесса движения глиняной массы в корпусе шнекового пресса, которое бы позволяло уменьшить силы трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса пресса в направлении продольной оси- пресса. Игнорирование реальных свойств, формуемых глиняных масс приводит к необоснованному выбору геометрических параметров рабочих органов шнековых прессов при проектировании, из-за чего неизбежно страдает эффективность создаваемого технологического оборудования. 2.
Повышение коэффициента трения глиняной массы О внутреннюю поверхность корпуса пресса во всех направлениях затрудняет не только вращательное, но и поступательное движение глиняной массы в направлении оси шнека. Поэтому для достижения максимального положительного эффекта от рифления внутренней поверхности корпуса шнекового пресса следует формировать различные условия трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлениях его продольной оси и окружной скорости шнека. Причем нужно стремиться к тому, чтобы коэффициент трения массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении окружной скорости шнека был как можно больше, а в направлении продольной оси-пресса - как можно меньше. 3. Зависимость (2.47) (рис.2.8) показывает, что движение глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса при /х /у повышает эффективность функционирования шнекового пресса за счет снижения враща
Критериальный анализ и составление целевой функции
Оценивать эффективность работы шнековых прессов следует по критериям эффективности, т.е. по многим показателям, в числе которых производительность и потребляемая мощность, надежность и долговечность, себестоимость и металлоемкость, экономичность и пр. Но для достижения поставленной цели - повышения эффективности функционирования шнековых прессов, одни показатели производительность, надежность и долговечность необходимо повысить, другие себестоимость, металлоемкость, энергоемкость снизить. Нетрудно заметить, что между критериями эффективности существует целевое противоречие, так как для достижения поставленной цели одни показатели надо повышать, а другие - снижать. Но в данном случае существует и внутреннее противоречие, поскольку повышение производительности, как правило, сопровождается увеличением энергоемкости и металлоемкости, повышение надежности и долговечности -увеличением металлоемкости и себестоимости. Обобщенным критерием оценки эффективности машиностроительных конструкций является принцип минимума затрат труда при изготовлении и эксплуатации машины с учетом распределения трудовых затрат во времени. Реализация этого критерия затрудняется отсутствием или нестабильностью экономических показателей. Обобщенный критерий для технологических машин в упрощенной форме - минимизация себестоимости изготовления единицы продукции. Себестоимость изготовления единицы продукции зависит от многих факторов: стоимости изготовления технологической машины, ее производительности, потребляемой мощности, трудоемкости, частоты ремонтов и технических обслуживании, стоимости запасных частей и т.п.
На одни из вышеперечисленных факторов определяющее влияние оказывает структура машины, на другие - параметры [66]. Так как объектами оптимизации являются параметры рабочих органов шнековых прессов, то очевидно, что критерии эффективности будут определяться факторами, зависящими от геометрических и кинематических параметров рабочих органов прессов. Основными количественными показателями эффективности функционирования технологической машины, значения которых в значительной степени определяется геометрическими и кинематическими параметрами рабочих органов, являются производительность Q и потребляемая мощность N. Следовательно, задачу параметрической оптимизации можно свести к однокритериальной, а кри і терий эффективности на этом этапе определить в виде минимизации удельных энергозатрат производства продукции Минимизация удельных энергозатрат может способствовать решению общей задачи повышения эффективности работы шнековых прессов, поскольку позволяет осуществить снижение расхода электроэнергии, установленной мощности и тем самым снижение стоимости машины и удельных затрат производства продукции. Поэтому, на этапе параметрической оптимизации в качестве глобального критерия эффективности принимается минимум удельных энергозатрат. Кроме того, при решении задач оптимизации параметров рабочих органов шнековых прессов параллельно с глобальным критерием используются локальные критерии эффективности [70]: максимум производительности, максимум коэффициента подачи шнека и максимум площади поперечного сечения винтового канала пресса. Здесь необходимо ввести понятие целевой функции. Целевая функция, это такая функция, аргументами которой являются допустимые значения параметров, а значениями - числа, характеризующие меру достижения поставленной цели при различных аргументах [67]. Так как величина удельных энергозатрат зависит от многих факторов (параметров), целевую функцию на этапе оптимизации параметров можно представить в следующем виде
Основные количественные показатели эффективности функционирования шнекового пресса (производительность и потребляемая мощность) определяются процессами, происходящими на поверхностях контактов формуемой массы с поверхностью шнекового вала и внутренней поверхностью корпуса пресса, а также процессами, происходящими в массиве глиняной массы. Характер этих процессов определяется свойствами глиняной массы, отношением давлений на выходе и входе в винтовой канал пресса и геометрическими параметрами рабочих органов шнекового пресса.
Производительность шнекового пресса (м3/мин) определяется по формуле [68] где R - радиус шнека, м; Р угол между направлением движения материала и осью шнека, град. Расход мощности основного привода шнекового пресса, кВт, определяется по формуле [68] материала, кВт; 7] - к.п.д. основного привода пресса; Р - давление в материале на выходе из шнека, Па; /ш - коэффициент трения материала о поверхность лопасти; сош - угловая скорость шнека, с ; / - объемный вес материала, НI м ; L - длина шнекового вала, м; ф — коэффициент сопротивления продвижению материала; а - относительное уменьшение объема материала в результате уплотнения.
Похожие диссертации на Шнековый пресс с системой очистки внутренней поверхности корпуса для формирования глиняного кирпича
