Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Шнековые прессы и их параметры 9
1.2. Развитие конструкции и основные типы современных шнеко-вых прессов 11
1.3. Анализ методов расчета основных параметров шнековых прессов 15
1.3.1. Обзор и анализ методов расчета производительности . 16
1.3.2. Обзор и анализ методов расчета давления, создаваемого прессом ' 34
1.3.3. Обзор и анализ методов определения технологической мощности шнековых прессов 42
1.4. Выводы по главе и задачи исследования 43
2. Экспериментальные исследования реологических физикомеханических свойств пластифицированных асбестоцементных масс 45
2.1. Определение реологической модели и реологического уравнения 45
2.1.1. Цель экспериментального исследования, постановка задачи 46
2.1.2. Описание экспериментальной установки и эксперимента.. 46
2.1.3. Анализ полученных кривых "деформация-время" 47
2.2. Коэффициенты трения и эффективная вязкость 54
2.2.1. Цель экспериментального исследования 54
2.2.2. Описание экспериментальной установки 55
2.2.3. Методика определения коэффициентов внешнего и внутреннего трения и эффективной вязкости смеси 57
2.2.4. План исследования и обработка экспериментальных данных 61
2.2.5. Анализ результатов эксперимента 70
2.3. Уплотнение и изменение давления в асбестоцементной смеси 72
2.3.1. Цель экспериментального исследования 72
2.3.2. Описание экспериментальной установки 73
2.3.3. Методика определения коэффициента уплотнения и рассеивания давления в асбестоцементной смеси 75
2.3.4. План исследования и обработка экспериментальных данных 77
3. Аналитическое исследование основных параметров шнековых прессов 81
3.1. Аналитическое исследование шнековой части пресса 81
3.1.1. Общие положения и обоснование принятого метода расчета 81
3.1.2. Принятые обозначения 84
3.1.3. Усилия, действующие, на выделенные элементарные объёмы перерабатываемого материала 87
3.1.3.1. Усилия, действующие на элементарный объём массы в винтовом канале шнека 87
3.1.3.2. Усилия, действующие на элементарный объём массы в радиальном зазоре цилиндра пресса 88
3.1.4. Давление в канале шнека 91
3.1.4.1. Давление, действующее на перерабатываемую массу в середине винтового канала шнека 91
3.1.4.2. Перепад давления по ширине винтового канала шнека.. 93
3.1.4.3. Величина возможного пульсирующего давления в конце шнека 95
3.1.4.4. Разница давлений, действующих с двух сторон на лопасти шнека 96
3.1.5. Давление в радиальном зазоре 97
3.1.5.1. Давление в середине радиального зазора 97
3.1.5.2. Перепад давления в радиальном зазоре 99
3.1.6. Осевое усилие на валу шнека 101
3.1.7. Крутящий момент на валу шнека 104
3.1.8. Направления движения частиц перерабатываемого материала в цилиндре пресса 105
3.1.8.1. Определение значения угла 105
3.1.8.2. Определение значения угла 105
3.1.9. Производительность пресса 106
3.2. Аналитическое исследование формующих органов пресса 113
3.2.1. Взаимосвязь между реологическими свойствами асбесто-цементной смеси и длиной профилирующего участка мундштука 113
3.2.2. Анализ движения перерабатываемого материала в каналах формующих органов пресса 116
3.2.3. Давление в элементах формующих органов пресса 120
3.2.3.1. Характер изменения давления в цилиндрическом канале 120
3.2.3.2. Характер изменения давления в канале прямоугольного сечения 123
3.2.3.3. Характер изменения давления в коническом канале... 124
3.2.3.4. Характер изменения давления в канале с сужающимся прямоугольным сечением 125
3.2.3.5. Характер изменения давления в канале сложного профиля 126
4. Лабораторное исследование шнекового пресса 129
4.1. Цель и задачи экспериментального исследования 129
4.2. Описание экспериментальной установки 130
4.3. Описание экспериментов и необходимые расчеты 133
4.4. План исследования и обработка экспериментальных данных. 136
4.4.1 Влияние геометрических параметров формующих органов и режимов формования на качество изделия 139
4.4.2. Исследование силовых параметров работы пресса 145
4.5. Определение предельной деформативности, времени релаксации 148
4.6. Выводы по главе 150
Основные выводы по работе и рекомендации 152
Литература 154
Приложение 1 173
- Развитие конструкции и основные типы современных шнеко-вых прессов
- Коэффициенты трения и эффективная вязкость
- Аналитическое исследование формующих органов пресса
- Описание экспериментальной установки
Введение к работе
Повышение экономичности строительства требует создания новых эффективных материалов на основе дешевого и недефицитного сырья, низких энергозатрат и металлоемкости производства. В настоящее время в странах с развитой промышленностью этому вопросу уделяется значительное внимание, в частности предлагается более широкое использование шнековых прессов не только в керамической промышленности, но и для изготовления асбестоцементных / GGGP , США, Япония, Бельгия / и гипсоперлитовых /ВНР/ сборных изделий.
Решающими факторами роста объёма производства крупноразмерных сборных экструзионных строительных изделий является совершенствование технологии, повышение эффективности существующего оборудования, разработка и создание новых машин. Одним из направлений повышения эффективности работы оборудования является достижение максимально возможной производительности за счет снижения энергозатрат и количества брака, что может быть осуществлено различными путями. Для этого необходима научно обоснованная методика расчета основных параметров оборудования и режимов работы в зависимости от физико-механических, реологических свойств перерабатываемых материалов. Поэтому исследования, направленные на совер -шенствование этой методики, являются актуальными.
Целью настоящей работы является:
экспериментальное исследование реологических, физико-механических свойств пластифицированных асбестоцементных смесей,
экспериментальное и теоретическое исследование взаимосвязи между геометрическими, техническими и технологическими пара -метрами шнековых прессов, физико-механическими свойствами перера-батъгоаемого материала и качеством отформованных изделий,
___- разработка на основе теоретических и экспериментальных
исследований методики расчета технических и технологических параметров шнекових прессов.
Научная новизна работы состоит в уточнении представления физической сущности процесса формования крупноразмерных строительных изделий из пластифицированных асбестоцементных смесей экструзионным способом. При этом учитывается совместное действие внешнего и внутреннего трения, что позволяет связать качество переработки сложно-дисперсных, упруго-вязкопластичных масс с режимами работы шнековых прессов. Установлены углы направления движения сложно-дисперсных смесей как по валу и лопастям шнека, так и по цилиндру пресса. Определены величины прямого и обратного потока массы как по винтовому каналу шнека, так и по радиальному зазору между лопастями и цилиндром.
На основе физико-механических свойств формуемых масс разработана аналитическая методика, позволяющая не только определить производительность и потребляемую технологическую мощность пресса, но и провести полный силовой анализ как шнековой части, так и формующих органов пресса.
В результате исследования процессов, происходящих в формующих органах шнековых прессов, разработана аналитическая методи -ка, позволяющая связать качественные показатели отформованных изделий с физико-механическими свойствами массы и геометрическими параметрами головки и мундштука пресса.
Изготовлены специальные приборы "РЕОТРИБОМЕТР" для изучения коэффициентов внешнего и внутреннего трения, а также эффективной вязкости, и "УШЮТОМЕТР" для измерения уплотнения и потери давления в сложно-дисперсных массах.
Новизна предложенных технических решений защищена авторским свидетельством.
Практическая ценность разработанной методики состоит в повышении точности определения основных технических, геометрических и технологических параметров шнековых прессов. Это позволяет снизить энергоёмкость и металлоёмкость машины и использовать шнековые прессы в рациональных режимах с одновременным повышением качества отформованных изделий.
Предложенный метод выбора геометрических параметров рабочего канала формующих органов пресса позволяет разработать серию мундштуков дня выпуска асбестоцементных панелей различных профилей при минимальном количестве брака изделий.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на и научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ в институте МИСИ им.В.В.Куйбышева /1982 и 1984 гг./, на научно-технических конференциях "
/1982,1983 и 1984 гг./ и /1984г./.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи статьях. Получено одно авторское свидетельство ЛБ
Объём работы. Диссертация изложена на страницах, включает рисунков на страницах и таблиц, содержит введение, четыре главы, основные выводы по работе и рекомендации, список использованной литературы из наименований, пять приложений на страницах.
I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью настоящей главы является:
-Анализ тенденции развития шнековых прессов, применяемых в производстве строительных материалов, в том числе при выпуске крупноразмерных асбестоцементных изделий.
-Обзор и анализ существующих методов расчета основных параметров пресса: производительности, создаваемого давления, потребляемой технологической мощности.
-Анализ взаимосвязи между физико-механическими свойствами перерабатываемых материалов и основными техническими параметрами шнековых прессов.
Развитие конструкции и основные типы современных шнеко-вых прессов
Целесообразно рассматривать развитие экструзионного оборудования в целом, так как существует тесная функциональная связь и аналогичные конструкционные решения между отдельными узлами, элементами шнековых прессов и узлами экструдеров, применяемых в различных отраслях промышленности.
Корни экструзионной технологии уходят в далекое прошлое. Разные авторы [25, 26, 27] указывают разное время начала применения этой технологии. JAMWHN [,28] пишет, что первый поршневой экструдер создал JOSEPH bRAMAH в 1797 году в Великобрита ний для формования свинцовых труб без шва. Из работы (28J известно также, что для производства колбас фирма FOLLOWS AND BATESуже в 1869 году выпустила пресс с двумя шнеками. Но производство экструзионного оборудования стало бурно развиваться только с середины 30-тых годов нашего столетия, в связи с применением их для переработки резин [24] . Это подтверждается и советскими авторами [29, 30, 31, 32] .
Проанализировав эти работы, необходимо отметить, что в США [зз] уже более чем 30 лет тому назад тщательно изучали и учитывали физико-механические свойства перерабатываемого материала при разработке новых конструкций шнековых прессов. Таким обра -зом, американские концерны значительно опередили своих европейских 141, 42 ] конкурентов.
Если рассматривать развитие экструзионного оборудования начиная с 1935 года, можно установить некоторую регулярность в чередовании периодов продолжительностью в 15 лет каждый.
Для периода с 1935 по 1950 гг. характерно применение шнековых прессов при производстве строительных материалов только для формования изделий грубой и тонкой керамики. Эти машины не снабжались агрегатами для предварительной переработки сырца и устройством вакуумирования. Типичным представителем шнековых прессов этого времени является пресс ТР - 45 фирмы APRrroGEPGYAR /ВНР/, принципиальная схема которого показана на рисунке I.I.
В период 1951 - 1965 гг. появились первые прессы агрегатного типа, дающие возможность быстро монтировать и менять отдельные узлы и элементы машин. С этого времени шнековые прессы тонкой и гру бой -керамики стали снабжаться установками предвари -тельной переработки сырца и системой вакуумирования /рис.1.3./.
В период 1966 1980 гг. на основе исследований реологи -ческих свойств сырьевых материалов разрабатывается новое семей ство шнековых прессов. Б этот период экструзионный способ формования уже применяется и для производства бетонных /SpiROL / и асбестоцементных /HONDA / изделий. Типичными стали вакуумные прессы агрегатного типа разных комбинаций и геометрических расположений отдельных узлов машин / рис. I.4./. Были созданы прессы / СМК - 217 и др./, дающие возможность регулировать число оборотов выжимного шнека и, таким образом, производительность.
На основе полученных данных реологических исследований фирмам BON&IOANHl, MORANDO, HUMBLE) HONDA- удалось создать шнековые прессы с повышенной производительностью и пониженной эксплуатационной энергопотребностью при одновременном контроле качества экструзии и применении автоматической, системы управления. Применение ЭВМ для управления процесса экструзии открывает новые перспективы данной технологии [_34,35,36,37J .
Б последние годы шнековые прессы все чаще снабжаются быст-росъёмными пресс-головками и легко заменяемыми формующими инструментами: мундштуками, кернами. Б производстве грубой и тонкой керамики можно увидеть тенденцию выпуска прессов со шнеками с тормозящей нарезкой / рис. I.5./ или тормозящими дисками [22, 38, 39 J . Необходимо заметить, что такую идею MESKAT J40l ещё в 1951 году предложил с целью улучшения переработки пластмасс.
В результате применения экструзнойного способа для формования строительных материалов, содержащих в большом количестве цемент, были созданы шнековые прессы нового типа. Эти машины /H0NM ED""650V/ и т.д./ имеют также конструкционные решения, которые позволяют быстрый монтаж и демонтаж, а также чистку отдельных узлов, соприкасающихся непосредственно с формуемой смесью.
Дальнейшее усовершенствование конструкции шнековых прессов возможно лишь с учетом физико-механических и реологических свойств перерабатываемых материалов. Советскими и зарубежными учеными накоплен большой опыт в области проектирования машин для производства строительных материалов и изделий [43,44,45,46,47,48,7,13,18,49,50,51,52,53,54,55, 56,57,58,59J . Лишь сравнительно недавно появились работы, в которых указывается взаимосвязь между физико-механическими характеристиками формуемых масс и механическими параметрами шнековых прессов и режимами их работы.ко-пластичное" тво" [68,69,70
Процесс формования изделий в агрегатах, имеющих шнековый нагнетательный орган, является достаточно сложным. Поэтому при анализе процесса экструзии отдельные авторы рассматривают перерабатываемый материал как "твердое тело" [бО J , как "вязкую жидкость , которая подчиняется законам гидродинамики [61,62,63] , как "вяз 64,65,66,67] или "упруго вязко-пластичное вещес-, как "уплотненную дисперсную систему" [71,72,73) и как "смесь, распадающуто на твердый и жидкий слои" [74,75,76,77, 78,79] .
В связи со сложностью физико-механической модели пластифи -цированных асбестоцементных смесей некоторые авторы даже в настоящее время предпочитают определять параметры прессов на основе эмпирических зависимостей.
Основными параметрами шнековых прессов следует считать производительность, развиваемое давление и потребляемую мощность Эти параметры непосредственно связаны с геометрическими и кинематическими показателями рабочих органов прессов и зависят от свойств перерабатываемых масс.
Одніми из первых исследований по определению производительности шнековых прессов были работы КОРОЛЕВА К.М. и его соавторов [88, 89І , в которых кроме определения производительности пресса указывается зависимость потребляемой технологической мощности от свойств сырья и конструкции рабочих деталей.
Б работах Г88,89І производительность пресса сводится к представлению процесса движения массы в шнековом рабочем органе аналогично движению "гайки на винте", т.е. объёмная производитель -ность выражается как произведение поперечного сечения материла в канале шнека на скорость его осевого перемещения:где Ъ) oL - соответственно наружный и внутренний диаметры шнека, м; О - шаг винтовой поверхности шнека, м; 5 - толщина лопасти, м; П. - скорость вращения шнека, об/с;Кф - коэффициент подачи /учитывает уменьшение действи -тельной производительности против расчетной/. Такой же метод расчета принят в работах САПОЖНИКОМ М.Я.[80]. ИЛЪЕВИЧА А.П. [8l], ЛЕВИЦКОГО Г.Д. [82J .
Основным недостатком зависимости (I.I) является то, что не учитывается влияние головки, мундштука и создаваемого шнеком давления на производительность пресса /рис.1.6./, несмотря на то, что это влияние в то время уже было известно [83, 84 J .
В раоотя. по механическому оборудованию [ssj САПОЖНИКОВ М.Я. подробно остановился на изучении работы ленточных прессов. Здесь расчет производительности проводится исходя из теоретического объема массы, подаваемой шнеком за один оборот,при этом вводится
Коэффициенты трения и эффективная вязкость
Для определения параметров экструзии асбестоцементных изделий и получения технических характеристик формующего шнекового пресса необходимо знать: .и фрикционные свойства, т.е. коэффициенты внешнего и внутреннего трения асбестоцементных смесей.
Именно коэффициенты внутреннего трения JUL , внешнего трения /L и эффективная вязкость р смеси являются решающими физико-механическими характеристиками, влияющими как на процесс переработки, так и на величины нагрузки и производительности шнекового пресса.
Целью настоящего пункта является:- Создание экспериментальной установки для определения изменения высоты смеси в приборекоэффициента внешнего тренияградиента скоростей деформациии эффективной вязкостиисследуемой массы в функциональной зависимости от технических /р, HQ, к,/ и технологических /П, Q,T, W/ параметров формования, где р - величина нормального напряжения сжатия, МПа; И0 - начальная высота слоя материала в приборе, м; л» - число оборотов ротационного элемента прибора, l/c; П - содержание пластификатора по отношению к сухимкомпонентам, %; Q - соотношение сухих компонентов друг к другу; Т - температура массы во время исследования, С; W- влажность смеси, %.- Разработка методики расчета экспериментальных данных.- Факторный анализ исследуемых параметров с применением теории математического планирования и математической статистики.
При разработке экспериментальной установки были изучены приборы, применяемые в различных отраслях строительства и производства строительных материалов [69,94,138,183,206,207,208,209,210, 211,212] . Основной недостаток этих приборов заключается в том, что на них невозможно создание давления и скорости деформации , действующих на массу в процессе её переработки на шнековых прессах. Таким образом, в ходе выполнения данной работы была создана специальная установка, принципиальная схема которой изображена на рисунке 2.6.
Эта установка имеет рабочий орган в виде двух соосных роторов, нижний I из которых выполнен с кольцевым цилиндрическим пазом /контейнером/ для испытываемой смеси 2, а верхний 3, выпол -ненный в виде кольца, установлен на раме 4 прибора в направляющей 6, обеспечивающей его осевое перемещение, и связан с измерителем крутящего момента 5. На раме установлен рычаг 7, обеспечивающий передачу на смесь нормальных напряжений через кольцо верх него ротора 3. Нагрузочное устройство 8 обеспечивает создание в материале нормальных напряжений в пределах 0,01 ... 3,0 МПа с помощью гирь, устанавливаемых на платформу 9.
Для плавного изменения частоты вращения нижнего ротора используется привод постоянного тока 10, питание которого обеспе -чивается через преобразователь напряжения II, а вращение, к нижнему ротору I передается через сменный редуктор 12.Привод обеспечивает изменение частоты вращения ротора в диапазоне 0,003... ...1,2 с , которая контролируется тахометром 13.
Прибор снабжен датчиком высоты слоя смеси 14, который позволяет определить и уплотнение массы в процессе эксперимента. Сигналы от датчиков вращающего момента 5 и высоты слоя смеси 14 усиливаются с помощью тензоусилителя 15 и регистрируются шлейфовим осцилографом 16.
Принцип действия установки основан на измерении крутящего момента М» передаваемого с нижнего кольца на верхнее через слой смеси, имеющий высоту Н, при различных скоростях вращения сО нижнего кольца и различных величинах нормальных напряжений р на верхнее кольцо. Причем, как показано на рисунке 2.7.,для предотвращения скольжения смеси нижнее кольцо выполнено с радиаль -ным рифлением, а поверхность верхнего кольца выполняется либо с радиальным рифлением /рис.2.7-а./, либо гладкой /рис.2.7.б./.
Для определения коэффициентов трения и вязкости смесей на дно контейнера укладывается и закрепляется зубчатое/рифленое в радиальном направлении/ кольцо с целью полного предотвращения скольжения массы по дну контейнера. При исследовании коэффициен
Аналитическое исследование формующих органов пресса
Формующие органы пресса являются сменными инструментами , позволяющими сравнительно легко переналаживать технологическую линию на выпуск разнообразных изделий из различных по свойствам смесей без замены самого пресса и другого технологического оборудования .
В настоящее время основной задачей проектирования является разработка аналитической методики определения величин давлений, возникающих в материале , в зависимости от фрикционных свойств массы и геометрических параметров формующих органов пресса. Для получения аналитических зависимостей использован метод равновесия сил, заменяющий отдельные связи, действующие на выделенный элементарный объём массы.
На качество крупноразмерных асбестоцементных строительных изделий, изготовленных экструзионным способом, сильно влияет геометрия мундштука, особенно параметры конечного, профилирующего участка. Поэтому прежде всего необходимо найти существующую взаимосвязь между реологическими параметрами формуемого материала и длиной профилирующего участка мундштука пресса.
Реологическая модель и реологическое уравнение пластифицированных асбестоцементных смесей были определены экспериментальным путем в пункте 2.1., а фрикционные свойства /величина и характер изменения коэффициентов внешнего и внутреннего трения, а также эффективной вязкости/ в пункте 2.2.
На рисунке 3.14. представлены характерные кривые зависимости напряжения сдвига смеси от времени деформирования, полученные при различных скоростях деформации массы между гладкими и рифлеными поверхностями ротационного прибора "РЕОТРИБОМЕТР". Как видно из графиков, во время деформирования смеси между рифлеными поверхностями прибора напряжение сдвига достигает максимальной величины, соответствующей пределу текучести %т. Затем в зависимости от скорости деформации наблюдается переход к течению типа ползучести при напряжении сдвига близком к fT4, или разрушение структуры и переход к течению при практически постоянном напряжении сдвига t . .
Полученные результаты экспериментов хорошо показывают, что при скоростях деформации порядка 0,0011м/с, соответствующих скоростям деформации в головках и входных участках мундштуков, в течение нескольких секунд наблюдается деформация типа ползучести.
Время структурной релаксации материала может быть определено по ниспадающему участку кривой 5" /рис.3.14./. В том случае, когда условия испытания асбестоцементной массы на ротационном приборе близки к условиям движения массы на профилирующем участке мундштука, длина этого участка с достаточной точностью может быть определена по вышеупомянутой кривой 5":где tp - время релаксации напряжения сдвига в материале, с; V - скорость перемещения измерительной поверхностиротационного реометра, м/с. Таким образом, зависимость (3.86) связывает теоретическую длину профилирующего участка мундштука с реологическими параметрами формуемого материала.
При установившемся режиме работы пресса материал поступает в головку уже в уплотненном и упроченном виде. Таким образом, основное назначение головки - это согласование геометрических параметров цилиндра пресса и мундштука, заключающееся в обеспечении плавного перехода массы без образования "мертвых" зон и разрывов сплошности потока при минимальном сопротивлении движению смеси.
Мундштуки являются наиболее ответственными узлами формующих органов, их конструкция в значительной мере определяет качество формования и энергоёмкость процесса. Часто с одной и той же головкой используется большое количество мундштуков, предназначенных для формования изделий разного профиля.
На рисунке 3.15. представлены основные типы головок. При формовании крупноразмерных асбестоцементных строительных изделий на практике прежде всего применяются головки, соответствую щие схеме рис.3.15.а. По геометрической форме профиля рабочего канала головку условно можно разбить на три части /рис.3.16./.
Мундштук также может быть условно разбит на отдельные участки /рис.3.17./. Входной участок мундштука служит для согласования геометрических параметров выходного сечения головки и профилирующего участка мундштука. Здесь должно обеспечиваться создание стабилизированного потока смеси с равнопрочной структурой и равномерным распределением скоростей по ширине мундштуков. Обычно этот участок представляет собой плоский конический канал, конусность которого определяется выходным сечением головки и профилем изделия.
На профилирующем участке мундштука должна происходить окончательная стабилизация потока материала и формирование плоского фронта скоростей экструзии. Поэтому данный участок выполняется в виде канала или комбинации каналов с плоскопараллелъными стенками или весьма незначительной конусностью. Длина данного участка должна быть достаточной для завершения процесса релаксации напряжения в перерабатываемом материале, иначе на выходе из мундштука остаточные напряжения могут привести к разрушению наружных слоев экструдата.
Естественно, что оптимальной суммарной длиной головки и мундштука будет длина, при которой по ширине выходного отверстия мундштука получается плоский фронт скоростей экструзии. Однако при этом должно соблюдаться условие получения оптимального давления массы на входе в мундштук. Использование этого условия позволяет правильно распределить соотношение длин головки и мундштука; на практике, когда геометрия одного из элементов /чаще головки/ задана, нарушается условие оптимальности, при этом следует следить, чтобы максимальные относительные деформации изделия на выходе из мундштука были меньше предельно допус
Описание экспериментальной установки
При проведении экспериментов использовалась стандартная смесь, состоящая из 84% цемента Шуровского завода, 16% асбеста и пластифицированной метилцеллюлозы в количестве 1% от веса сухих компонентов. Варьировалась только влажность массы.
В ходе подготовки исследуемого материала к экспериментам сухая смесь /10 кг/ загружалась в смеситель типа С08 - У2 и перемешивалась в течение 5 минут. Затем добавлялся раствор метил-целлюлозы с таким содержанием воды, чтобы обеспечивалась планируемая влажность смеси. После этого перемешивание продолжалось еще 5 минут. Полученная таким образом масса гранулировалась на лабораторном прессе, затем пресс подготавливался к очередному опыту согласно матрице планирования. На выходном отверстии мундштука закреплялась рамка со струнами и после того, как устано -вился процесс экструзии, выполнялись измерения, необходимые для расчета неравномерности выдавливания массы по сечению мундштука. Опыт повторялся три раза, отформованная смесь возвращалась в лабораторную установку. Затем удалялась рамка со струнами, включалась измерительная и регистрирующая аппаратура, включался пресс и проводилось формование образцов для испытания прочности на изгиб с одновременной регистрацией параметров процесса. Отформо -ванные образцы маркировались и укладывались в камеру твердения.
Скорость выдавливания определялась по длине образца,экстру-дируемого за 15...30 секунд. Неравномерность выдавливания по сечению мундштука определялась по следующей формуле: _ где п. - число отформованных элементов по ширине панели;{). - расстояние от оси мундштука до центра -С - го отформо ванного элемента, м; Ь\ - относительная скорость І, - го элемента, определяется как:
Относительная скорость GJ. фактически представляет собой усредненную относительную деформацию панели по ширине мундштука, а графически определяется тангенсом угла наклона прямой апрокси-мирующей одну ветвь кривой распределения относительных скоростей экструзии по ширине мундштука к оси абсцисс, как это показано на рисунке 4.4.
Определение бокового давления на входе в головку, осевого усилия на головке, вращающего момента и осевого усилия на валу шнека осуществлялось с помощью тензометрических датчиков специальной конструкции и стандартной тензометрической аппаратурой. На основе полученных осциллограмм значение измеряемых параметров /функции отклика регрессионного анализа/ рассчитывалось по формуле:где h - ордината сигнала на осциллограмме,К - коэффициент чувствительности измерительного тракта, величины которого определялись по градуировочным графикам. Прочность отформованных образцов определялась после твердения (в закрытом баке над водой при нормальной температуре в течение одного месяца) испытанием на изгиб на машине INSTRON 1193 с применением расчетной формулы:
Учитывая большое количество факторов, влияющих на параметры процесса формования, и трудоёмкость опытов, работа выполнялась с использованием статистических методов планирования многофакторных экспериментов [213, 214 J .В соответствии с целями эксперимента были определены уровни и интервалы варьирования факторов, которые представлены в таблице 4.1.
Эксперимент планировался таким образом, чтобы реализирова «7-3лась реплика С от полного факторного эксперимента с генерирующим соотношением Х4=ХуХ2, Xc=XjXg, Xg=X9Xo, X XjX Xo. Это позволило в дальнейшем получить уравнения регрессии с линейными коэффициентами, свободными от парных взаимодействий. В эксперименте проводились три параллельных опыта в каждой точке. Матрица планирования эксперимента и среднее арифметическое значение трех параллельных опытов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ ІУ,в табл.ІУ.І.
Для правильного анализа полученных экспериментальных результатов необходимо напомнить, что датчик "бокового давления на головке пресса" находился от входа в головку на расстоянииL=0,23D2.
