CC BY
13
УДК 676.024.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОЖЕВОЙ ГАРНИТУРЫ КРИВОЛИНЕЙНОЙ ФОРМЫ ПРИ РАЗМОЛЕ ВОЛОКНИСТЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
В.И. Шуркина, Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев
ФГБОУ ВО Сибирский государственный технологический университет, 660049, Красноярск, (Россия), пр. Мира, 82., e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
Приведена методика расчета основных технологических параметров гарнитуры с криволинейной формой ножей. Целью работы является проектирование дисковой гарнитуры с окружными ножами и определение зависимостей, позволяющих прогнозировать технические и технологические параметры этой гарнитуры, качество получаемого полуфабриката при размоле, повышение производительности размольной установки и снижение энергозатрат при размоле.
Ключевые слова: Криволинейная форма ножей, ножевая гарнитура, размол, волокнистый полуфабрикат, дисковая мельница, технологические параметры размола.
The design procedure of the main technological parameters of the headset with the curved shape of the blades. The aim is to design a disk headset with peripheral knives and identifying dependencies, allowing prediction of the technical and technological parameters of the headset, the quality of the semi-finished by grinding, increasing the productivity of the grinding plant and reduction of energy consumption during grinding.
Keywords: curved shape of knives, knife headset, grinding, the pulp, disk mill, grinding process parameters.
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность размола волокнистых полуфабрикатов в ножевых машинах определяется, в числе прочих, основными технологическими параметрами (секундная режущая длина, суммарная площадь контакта, секундная площадь контакта). При всех прочих равных условиях мы стремимся к увеличению значений технологических параметров. Для ножей прямолинейной формы увеличение этих параметров может быть достигнуто путем увеличения числа ножей на гарнитуре, частоты вращения ротора и увеличением ширины ножей. Не всегда изменение ширины ножей позволяет получить волокнистых полуфабрикат необходимого качества при его размоле, в тоже время, увеличение технологических параметров ножевой гарнитуры без изменения геометрических характеристик ножей может быть достигнуто за счет изменения конструкции самих ножей или замены ножей прямолинейной формы на ножи криволинейной траектории. Кроме того, есть предположение, что использование ножей криволинейной формы позволит добиться увеличения производительности размольных установок, увеличение качественных показателей процесса размола и снижения энергозатрат при размоле. Это можно объяснить углами скрещивания ножей криволинейной формы статора и ротора и увеличением технологических параметров этой гарнитуры.
Вместе с тем, если для ножей прямолинейной формы имеются работы по построению единичного ножа и в целом построение рисунка гарнитуры по поверхности диска (Алашкевич Ю.Д., Набиева А.А. и др., 2009), то для ножей криволинейной формы таких исследований пока не проводилось. В связи с этим, в представленной работе предполагается решить за-
дачу по построению гарнитуры дисковой мельницы с ножами криволинейной формы и расчету основных технологических параметров этой гарнитуры.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для построения траектории единичного ножа воспользуемся фронтальной проекцией гарнитуры с криволинейной формой ножей представленной на рисунке 1.
ВС (хВс;УВс)
\
■t&yj
с криволинейной формой ножей
Где
г - радиус внутренней рабочей зоны диска; R - радиус наружной рабочей зоны диска; Rc - радиус режущей кромки статора; Rр - радиус режущей кромки ротора; т. А - точка пересечения окружных режущих кромок ротора и статора с внутренней рабочей зоной диска;
Хвойные бореальной зоны, XXXII, № 1 - 2, 2014
т. Вс - точка пересечения режущей кромки окружного ножа статора с наружной рабочей зоной диска;
т. Вр - точка пересечения режущей кромки окружного ножа ротора с наружной рабочей зоной диска;
т. Ор - центр кривизны окружной режущей кромки ножа ротора;
т. Ос - центр кривизны окружной режущей кромки ножа статора;
т.О - центр осей координат ОХ и ОУ; ас - угол наклона касательной к радиусу режущей кромки статора в т. А;
ар - угол наклона касательной к радиусу режущей кромки ротора в т. А.
Длина режущей кромки единичного окружного ножа ротора или статора определяется по формуле (Корн Г., Корн Т., 1974):
Л
Ы = 2 • ж • Ш • (1)
где Ы -длина режущей кромки, мм; Ri - радиус окружной режущей кромки ротора или статора, мм;
X - величина центрального угла дуги окружности дисков. Для ротора - Хр, для статора - Хс.
Для расчета значений центральных углов Хр и Хс определяем координаты центров кривизны окружных ножей ротора и статора с учетом зависимостей (Алашкевич Ю.Д., Смирнов К.А. и др., 2012):
у. = г - Ri • cos(90 - а.) х = Ri • а.
\ х2 + у2 = г2 [(х - х)2 + (у - )2 = Я2
Хс = 90°-ят
(V
Ус-А(у)
(хс-А(х))2 + (ус - А(у))2
+
+
|Ус-Увс
(5)
90°-ят
Ур-А(у)
+ 5Ш
(л/
I 1У]
I Р-хВр)2 + (ур-увр)
(хр-А(х))2 + (ур-А(у))2 1Ур~Увр1_|
+
(6)
где (х) и (у) координаты соответствующих точек оп осям ОХ и ОУ.
Подставив полученные значения ХС и Хр из формул (5) и (6) в формулу (1), получаем искомое значение длины режущих кромок окружных ножей ротора Ыр и статора Ыс:
Ьр=Ьс=Ы2р(с)
(2) (3)
где а. - угол наклона касательной к радиусу режущей кромки ротора или статора в точке касания кромки с внутренней рабочей зоной диска.
Составляем систему уравнений для определения точек пересечения режущих кромок окружных ножей ротора и статора с внутренней и наружной рабочей зонами диска гарнитуры [4]:
Рисунок 2 - Определение длины режущих кромок окружных ножей
Величины Ыр и Ыс используем для определения секундной режущей длины по известному выражению [2,3]:
^ = Ьр(с)-гс(р)-п
60
(7)
(4)
В результате расчетов получаем координаты точек Ас, Ар, Вс, Вр. Для определения углов, образованных отрезками ОсА и ОсВс, ОрА и ОрВр воспользуемся рисунком 2 и достроим прямоугольные треугольники: АЕОс, ОсВс^, АОрН, ОрВр/.
Рассматривая полученные треугольники, определяем центральные углы наклона на основании теоремы треугольников (Корн Г., Корн Т., 1974):
(Хс-Хвс)2 + (Ус-Увс)2
где 2с, 2р - число ножей статора, ротора (с учетом одинаковых геометрических размеров ножей) определяются исходя из длины окружности диска гарнитуры и шага между ножами. 2с= 2р=63 шт;
п - частота вращения диска ротора, об/мин. Площадь контакта окружных ножей равна [3,4]:
^ = Ls• Ь (8)
где Ь - ширина ножа, мм.
Результаты расчетов технологических параметров гарнитуры с криволинейной формой ножей и сравнение их с параметрами гарнитуры с прямолинейными ножами представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты сравнения технологических параметров для гарнитур с различной формой ножей при: D = 0,29 м, d = 0,12 м
Показатели форма ножей количество ножей, шт - ротора - статора Длина режущей кромки единичного ножа, м
Суммарная длина режущих кромок, м Секундная режущая длина, Ls, м/с при оборотах двигателя, мин-1 400 600 1000 1500 1800 2000
площадь контакта ножей, м2 при оборотах двигателя, мин-1 400 600 1000 1500 1800 2000
Значения прямые окружные
60 60
0,076
4,56
1824 2736 4560 6840 8208 9120
7296 10944 18240 27360 32832 36480
63 63
0,128
8,064
3386,9 5080,32 8467,2 12700,8 15241 16934,4
10160,7 15240,96 25401,6 38102,4 45723 50803,2
1SOOO 15000 1фооо 12000 10000 аооо
5000 4000 2000 о
У
■ 2 /
} /
/
i / г1 1
/
К
в-''
ж
Как видно из таблицы 1 технологические параметры гарнитуры с криволинейными ножами выше, чем параметры гарнитуры с прямолинейными ножами. Для наглядности графические зависимости представлены на рисунке 3.
Как видно из графиков, представленных на рисунке 3, зависимости носят линейный характер и отличаются количественными значениями.
ВЫВОДЫ
Впервые решена задача построения единичного ножа криволинейной формы и распределение таких ножей по поверхности рабочей зоны диска.
Определены технологические параметры, в частности: секундная режущая длина и площадь контакта ножей. Значения технологических параметров для гарнитуры с криволинейной формой ножей выше, чем для гарнитуры с прямыми ножами.
С учетом геометрии криволинейных ножей, кроме повышения основных технологических параметров, при вращении диска ротора относительно диска статора, постоянно меняются количественные значение углов скрещивания ножей, можно предположить, что это положительно скажется на увеличении производительности дисковой мельницы и качестве помола.
60000
rj
s 50000 >=
|
g 40000
Е
1 зоооо
г
Е
2 20000 •о
i
f lOOOO
'1 Ш2 * t
У
/ V 1
У /у
г
ш
о 500 1000 1500 2000 2500 Частота вращения ротора, мин"1
500 1000 1500 2000 2500 Частота вращения ротора, длин"1
Гарнитура с окружными ножами; Гарнитура с прямолинейными ножами
Рисунок 3 - Графические зависимости технологических параметров для гарнитур с различной формой ножей
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК:
Алашкевич, Ю.Д., Набиева, А.А., Ковалев, В.И. Анализ формирования технологических параметров ножевых размалывающих гарнитур/ Ю.Д. Алашкевич, А.А. Набиева, В.И. Ковалев // Журнал «Химия растительного сырья», № 3, Барнаул, АлтГУ, 2009, - С. 169-172.
Ковалев, В.И., Алашкевич, Ю.Д., Васютин, В.Г Обоснование построения рисунка гарнитуры ножевых размалывающих машин /В.И. Ковалев, Ю.Д. Алашкевич, В.Г. Васютин // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III
Алт. Ун-т а : Кн. - Барнаул, 2007. - С. 90-94.
Ковалев, В.И. Размол волокнистых полуфабрикатов при различном характере построения рисунка ножевой гарнитуры: дис. на соиск. Учен. Степ. к.т.н. 05.21.03 / В.И. Ковалев. - Красноярск, 2007. - 176 с.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - М.: Наука, 1974, 832 стр.
Алашкевич, Ю.Д., Смирнов, К.А., Ковалев, В.И. Определение угла скрещивания режущих кромок окружных ножей размольной гарнитуры/ Ю.Д. Алашкевич, К.А. Смирнов, В.И. Ковалев // Журнал «Химия растительного сырья», № 1, Барнаул, АлтГУ, 2012, - С. 199-203.
Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках государственного задания по теме «Закономерности процессов и совершенствование оборудования при заготовке древесины, глубокой химической переработке биомассы дерева и восстановление лесов Сибири» № государственной регистрации НИР: 114042140006.
Поступила в редакцию 06.03.14 Принята к печати 26.05.14
