CC BY
19
УДК 676. 15 /. 16. 054. 1 (075. 8)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА СКРЕЩИВАНИЯ РЕЖУЩИХ КРОМОК ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ НОЖЕЙ С ОДНОСТОРОННИМ ИСПОЛНЕНИЕМ
В.И. Ковалев, Ю.Д. Алашкевич
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e - mail: mapt@sibstu.kts.ru
Предложен графо - аналитический метод определения угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей дисков гарнитур ротора и статора в произвольной точке кольцевой размалывающей зоны сопряжения их рабочих поверхностей при одностороннем исполнении рисунка последних. Введен новый входной параметр, представляющий собой угол поворота режущей кромки ножа ротора. Созданы предпосылки для разработки конструкций гарнитур, работающих в энергосберегающем режиме, при одновременном снижении удельных энергозатрат и повышении производительности, качества и эффективности процесса размола.
Ключевые слова: входные параметры, гарнитура, нож, одностороннее исполнение, окружная кромка, поверхность размола, режущая кромка, угол наклона, угол поворота, угол скрещивания
It is offered graphic - an analytical method of definition of a corner of crossing of cutting edges of rectilinear knifes of disks set of a rotor and case in any point of a ring grinding zone of interface of their working surfaces at unilateral execution of drawing of the last. The new entrance parametre representing a corner of turn of the cutting edge of a knife of a rotor is entered. Preconditions for working out of designs the set working in энергосберегающем a mode are created, at simultaneous decrease in specific power inputs and increase of productivity, quality and efficiency of process crushing.
Key words: entrance parametres, set, a knife, unilateral execution, a district edge, a surface crushing, a cutting edge, an inclination corner, a turn corner, a crossing corner
ВВЕДЕНИЕ
Размол растительных волокнистых полуфабрикатов является определяющим процессом их предварительной обработки в производстве бумаги и картона.
Из существующих способов наибольшее предпочтение в целлюлозно - бумажной промышленности традиционно отдаётся ножевому воздействию на волокно.
Известно, что производительность ножевых размалывающих машин, качество обработки волокнистых суспензий и удельные энергозатраты на их обработку в немалой степени зависят от особенностей рисунка ножевой размалывающей поверхности гарнитуры ротора и статора.
К сожалению, до настоящего времени, построение такого рисунка осуществлялось эмпирическим путём. Это обстоятельство не позволяет выяснить:
- закономерности расположения ножей в кольцевых размалывающих зонах дисков ротора и статора;
- характерные особенности механизма взаимодействия режущих кромок ножей вращающегося ротора и неподвижного статора.
Серьёзным фактором, влияющим на характер процесса размола в дисковой мельнице является средняя величина угла скрещивания режущих кромок единичных ножей ротора и статора. Экспериментально подтверждено, что данный фактор оказывает существенное влияние на качество размола волокнистых полуфабрикатов. Величина угла скрещивания заметно влияет на характер и интенсивность силового воздействия на волокнистые наслойки в месте сопряжения режущих кромок но-
жей ротора и статора.
Прогнозирование в области технических объектов приобретает все большую значимость и охватывает все более широкий круг научных и технических направлений. Оно также играет ключевую роль при проведении научных исследований, предшествующих проектным эскизным и рабочим конструкторским разработкам.
В связи с этим представляется, что, для прогнозирования оптимальных режимов работы ножевых размалывающих машин, очень важным является:
- получение аналитических зависимостей угла скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора в произвольных точках кольцевой размалывающей полости;
- выявление характера изменения угла скрещивания в направлении от центра к периферии диска гарнитуры.
При аналитическом построении рисунков ножевой поверхности дисковых мельниц выяснилось, что их геометрия может иметь четыре вида исполнения:
- радиальное, при котором линии режущих кромок ножей ротора и статора проходят через центр их диска;
- двухстороннее, при котором линии режущих кромок ножей ротора и статора расположены эксцентрично относительно центра и с противоположных его сторон;
- одностороннее, при котором линии режущих кромок ножей ротора и статора расположены эксцентрично относительно центра и с одной его стороны;
- комбинированное, при котором, в процессе одного оборота ротора, имеют место два или все
три рассмотренных выше исполнения.
Радиальное исполнение является частным случаем двухстороннего и одностороннего исполнений (Ковалев, 2007). Двухстороннее исполнение было рассмотрено ранее (Ковалев, 2007).
В ходе информационного поиска, в выявленных известных источниках авторами не было обнаружено описание характерных особенностей одностороннего исполнения. В связи с этим их рассмотрение представляет достаточный интерес.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Известно, что при одностороннем исполнении:
- направления наклона и эксцентриситеты режущих кромок скрещивающихся ножей ротора и статора расположены с одной стороны относительно радиуса, проведённого из общего центра их сопряжённых дисков в точку пересечения (Брокгауз -Ефрон,1896; Ковалев, 2007);
- углы наклона режущих кромок ножей ротора и статора к радиусу и их угол скрещивания равномерно уменьшаются в направлении от центра гарнитуры к внешней окружности сопряжённых дисков (Афанасьев, 1883; Брокгауз - Ефрон, 1896; Ковалев, 2007).
- изменением угла скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора можно варьировать соотношение гидратирующего и укорачивающего воздействия на волокнистый материал (Легоцкий, 1990).
- уменьшение угла скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора способствует повышению сопротивления раздиранию, разрывной длины, сопротивления излому и удельного расхода энергии на размол (Киселев, 1979).
Присваиваем входным геометрическим параметрам изображённых на рисунке режущих кромок АВ с , АВ Р ножей, скрещивающихся в точке А на входной окружной кромке АА' сопряжённых дисков ротора и статора, следующие обозначения (рисунок разработан на базе рисунка 2, Ковалев, 2007):
ССр - угол наклона режущей кромки единичного ножа ротора к радиусу, проведённому из центра сопряжённых дисков гарнитуры ротора и статора точку скрещивания;
Сс - угол наклона режущей кромки единичного ножа статора к радиусу, проведённому из центра сопряжённых дисков гарнитуры ротора и статора в точку скрещивания;
Сскр - угол скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора.
Принимаем допущение, что Ср )сс . Тогда
Рисунок - Схема расположения режущих кромок единичных ножей ротора и статора при одностороннем исполнении рисунка их сопряжения
Присваиваем выходным геометрическим параметрам произвольно взятой точки скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора, расположенной в кольцевой размалывающей зоне гарнитуры:
С -
(Хр - угол наклона режущей кромки ножа ротора к радиусу, проведённому из центра сопряжённых дисков гарнитуры ротора и статора в точку скрещивания;
х
Сс - угол наклона режущей кромки ножа
статора к радиусу, проведённому из центра сопряжённых дисков гарнитуры ротора и статора в точку скрещивания.
скр
Сскр - угол скрещивания режущих кромок.
Принимаем допущение, что ср )ср . Тогда
С = ср
скр Р
С
р
с
(1)
С
скр
с
р
с
с .
Все параметры, входящие в зависимость (1) являются переменными величинами.
Исчерпывающее решение задачи определения угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей при одностороннем исполнении гарнитур, в известных источниках авторами, в ходе информационного поиска, также не обнаружено.
В результате аналитической проработки объёма информации, выявленной в ходе поисковой работы, авторами был сделан вывод, что для решения данной задачи необходимо нахождение
математических зависимостей, непосредственно связанных с:
- с основными входными геометрическими па-
раметрами,
ср
с
С и
с
- новым, неизвестным на данный момент, дополнительным параметром.
Представляется, что решение этой задачи может дать достаточно полную информацию о характере рисунка с односторонним исполнением сопряжения режущих кромок ножей ротора и статора в произвольной точке кольцевой размалывающей поверхности их дисков, необходимую для точного прогнозирования более мягких и энергосберегающих режимов обработки растительных волокон, по сравнению с традиционно известными.
ГРАФО - АНАЛИТИЧЕСКИЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ
На рисунке представлен фрагмент фронтальной проекции одностороннего исполнения ножевой кольцевой поверхности сопряжения, включающей режущую кромку единичного ножа вращающегося ротора, последовательно пересекающую режущую кромку АВС единичного ножа неподвижного статора.
Принимаем допущение, что, в качестве дополнительного параметра, может быть принят промежуточный угол поворота ¡5 единичного ножа ротора.
На основании этого соображения режущая кромка единичного ножа ротора изображена в двух положениях:
- исходном, АВР, когда она одновременно
пересекается с режущей кромкой АВ С единичного ножа статора, входной окружной кромкой и с осью ординат у в точке А ;
- промежуточном, А 'ВР , когда она повернулась в направлении вращения (см. круговую стрелку) на угол ¡ , при этом, точка А переместилась по внутренней окружной кромке в положение А , точка скрещивания по режущей кромке АВС -в положение Ах, а точка Вр по наружной окружной кромке - в положение В Р .
Линия ОА является радиусом Г дуги АА ' входной окружной кромки сопряжённых дисков.
Линии оСс , ОСр и оср перпендикулярные линиям АСс , АСр и А'С'р (продолжениям режущих
кромокАВС, АВР и А'ВР ) являются их односторонними эксцентриситетами относительно центра
О.
Аналитическая зависимость для угла скрещи-С р
вания ^ скр режущих кромок ножей ротора и статора находится следующим образом.
Из центра О проведены радиальные линии в точки А , А х и А' . Точки А и А' соединены прямой линией. При этом образовались четыре косоугольных треугольника АхА'О ,
Ах АО , АА' О и АА' Ах . Углы в треугольнике АА'А х определяются из следующих
выражений (Бронштейн, 1953):
- для ротора:
8р =180 -(ар +£р)=180 -(ар + 9( --^)=9( -(ар -■£)
(2)
- для статора:
¿Ъ =18С-(%-£) =18СН9б-2=9б-С-^-2) =9б+(^)
(3)
Из треугольника А А А х следует, что:
а
= 180 “ - (Зр +3с).
(4)
После подстановки в (4) зависимостей (2) и (3), получим:
1скр
^ = 180“ - {[90“ - (Ср - + [90“ + («С + ^-)]}
2'
2'
(5)
После преобразования зависимость (5) примет вид:
А = 180 ° - 90 ° + ^ -|- - 90 ° -ао -
(6)
После упрощения зависимость (6) примет окончательный вид:
а
скр
(7)
Таким образом, можно считать, что принятое выше допущение было оправданным и, путем введения в зависимость (1) нового дополнительного входного параметра, а именно, угла Р поворота
режущей кромки ротора из положения
АВ р в поставленная задача была
положение А 'В успешно решена.
г Г> Р '
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
Задача определения угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей, с односторонним исполнением, представляется достаточно актуальной.
В связи с этим, а также на основании результатов проведённого графо - аналитического эксперимента можно сделать следующие выводы:
- впервые получена аналитическая зависимость (7) для определения углов их скрещивания в произвольной точке кольцевой размалывающей поверхности;
- подготовлены условия для конкретизации характера данного рисунка;
А
- созданы предпосылки для детального анализа особенностей силового воздействия на волокнистый полуфабрикат, в месте сопряжения на всей рабочей кольцевой поверхности диска, от входной окружной кромки до выходной;
- разработана теоретическая база, позволяющая решить задачу определения радиуса окружности, проведённого из центра диска гарнитуры в произвольную точку их пересечения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для расширения диапазонов энергосберегающих режимов обработки различных волокносодержащих материалов, с одновременным повышением качества обработки и производительности ножевых мельниц, в лаборатории кафедры МАПТ СибГТУ, под руководством профессора Ю. Д. Алашкевича разрабатываются новейшие методики, открывающие существенные возможности для проектирования перспективных исполнений рисунков сопряжения размалывающих поверхностей подвижного и неподвижного дисков гарнитуры, не имеющих аналогов.
В частности, результаты графо - аналитического эксперимента создают предпосылки для проведения дальнейших экспериментальных исследований по выявлению существенных особенностей влияния величины угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей ротора и статора с односторонним исполнением на:
- характер распределения вдоль них силовых характеристик;
- качественные показатели размола;
- физико - механические характеристики отливок.
Достоинством предложенной здесь методики является то, что, по результатам расчёта угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей рото-
ра и статора с односторонним исполнением, можно предвидеть характер изменения качественных и количественных показателей помола даже без проведения эксперимента.
Эта задача представляется актуальной при выборе:
- и проектировании того или иного вида ножевой гарнитуры;
- конструктивных и технологических параметров ножевой гарнитуры.
Выявленные особенности и закономерности могут быть рекомендованы для широкого использования как при проектировании, изготовлении новых образцов гарнитур, так и при их эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Афанасьев, П.А. Курс мукомольных мельниц [ Текст] / П.А. Афанасьев - Санкт - Петербург, 1876. - 295 с. Афанасьев, П.А. Мукомольные мельницы [Текст] /
П.А. Афанасьев - Санкт - Петербург, 1883. - 357 с. Брокгауз - Ефрон. Энциклопедический словарь [Текст]. -Санкт - Петербург.: Типо - Литография И. А. Ефрона.
- т. XIX, кн. 37, 1896. - 476 с.
Бронштейн, И. Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. -
Киселев, С.С. Эксплуатация и ремонт дисковых и конических мельницах [ Текст] / С.С. Киселев, В.Ф. Пашин-ский// - М.: Лесная промышленность, 1979. - 208 с/. Ковалев, В. И. автореферат диссертации Размол волокнистых полуфабрикатов при различном характере построения рисунка ножевой гарнитуры, на соискание ученой степени кандидата технических наук: 26.10.07. [ Текст] / В.И. Ковалев. - Красноярск, 2007. - 22 с. Легоцкий, С.С. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы [ Текст] / С.С. Легоцкий,
В.Н. Гончаров. - М.: Лесная промышленность, 1990.
- 222 с.
М.: Государственное издательство технико - теоретической литературы, 1953. - 597 с.
Поступила в редакцию 13 августа2011 г. Принята к печати 3 ноября 2011 г.
