CC BY
13
УДК630*383
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНО-ПРЕССУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
© 2017 М.В. Кохреидзе, В.В. Лозовецкий, А.А. Шадрин
Московский государственный университет им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал)
Статья поступила в редакцию 02.03.2017
Представлены результаты экспериментально-аналитических исследований процесса прессования древесностружечных плит в ленточном транспортно-прессующем устройстве непрерывного действия. Предложена методика расчёта основных параметров ленточных прессов, что позволяет проектировать транс-портно-прессующие устройства, обеспечивающие высокое качество продукции при небольших затратах и успешно внедрять перспективную технологию непрерывного прессования в лесоперерабатывающую отрасль промышленности.
Ключевые слова: транспортно-прессующее устройство, реологические коэффициенты, натяжение ленты
В настоящее время в производстве древесностружечных плит широкое применение получают линии с прессами непрерывного действия, в кото-рык используется в качестве основного конструктивного элемента непрерывная лента из высокопрочной, жаростойкой нержавеющей стали. Такие установки имеют ряд преимуществ по сравнению с установками периодического способа производства: непрерывность движения главного конвейера, снижение материалоёмкости производства древесностружечных плит, возможность совмещения операций прессования и облицовывания и пр. Исследование технологического процесса прессования и разработка метода расчёта основных конструктивных элементов прессов непрерывного действия, является актуальной задачей, решение которой позволяет создать инженерные предпосылки для конструктивны« и технологических разработок [1, 19, 20].
В настоящей работе представлена методика расчёта основных размерных параметров ленточного пресса типа «Контроль», к которым относятся толщина, длина и ширина стальной ленты, диаметры приводных барабанов и диаметр роликов, а также необходимая мощность для привода такого типа транспортно-прессующих устройств. Основными исходными данными для расчета параметров являются производительность пресса О м3/год при заданной расчетной толщине древесностружечной плиты §к, мм, плотности плит рпл и с учётом формулы [1] плотности ковра после подпрессовки рн
Рп
Я = Я ГЛЛ. Рн
где S0, 5К - соответственно, начальная и текущая толщина древесностружечного ковра; рш - плотность плиты; рн - насытная плотность ковра.
Кохреидзе Мурман Васильевич, кандидат технических
наук, доцент. E-mail: kohreidze@mail.ru
Лозовецкий Вячеслав Владимирович, доктор технических
наук, профессор. E-mail: lozovetski@mail.ru
Шадрин Анатолий Александрович, доктор технических
наук, профессор. E-mail: shadrin@mgul.ac.ru
Скорость движения ковра определится выгра-жением
V = ■
Q
60mnb5„
(1)
где т - число суток работы пресса в год; п - число часов работы в сутки; Ь - ширина получаемой плиты (м); 8Ш - толщина получаемой плиты (м), равная
Р_н
Рпл
С учётом формулы (1) рабочая длина прессующего устройства Ь определится следующим выражением
= 8оГн
L = т„ V
(2)
где тп - время прессования является функцией конечной толщины плиты 5пл и т(Т,рпл) - удельного времени прессования, зависящего от температуры прессования Т и конечной плотности древесностружечной плиты рпл
Тп = 8плТ(Т >Рпл) (3)
Удельное время прессования определяется на основании наших расчетов или из справочной литературы. В частности, при температуре прессования Т=200оС и конечной плотности древесностружечной плиты Рпл = 650 кг/м3 удельное время прессования составляет т = 0,15 мин/мм [5, 6, 18].
Минимальный диаметр приводнык и прессующих барабанов транспортно-прессующего устройства определяется из условия прочности ковра [1]
-(
= 2-
Рпл Рн
А
-1
— KТР — 1
(4)
где Ктр=0,2-0,3 - коэффициент трения древесностружечного ковра о прессующую ленту [2].
В зависимости от конструктивных соображений величину диаметра можно рекомендовать
2
увеличить, что позволит снизить напряжения в стальной ленте. Величину давления прессования (отпора стружечного брикета) а(£) на участке сжатия рекомендуется определять по формуле [1]
<t ) =
R
5о Ир -1)
E(roí sin roí + cos roí)+ +E2ron(sin roí + ro n cos roí)
ER cos a R
-+ —
„ E2ro n + E
E + —-
. 1 - ro2íP у
где
R = So - s„„
1 - cosa
■ радиус барабана;
4
1 + к 2
угол между линией, соединяющей точку начала сжатия ковра с центром вальца и вертикалью (рис. 1); ш - угловая частота вращения барабана, г - время
сжатия древесно-стружечного ковра;
' р =
П
E1 + E2
время релаксации; п - коэффициент вязкости;
Е1Е2
" длительный модуль упругости. Значе-
E = -
Е1 + Е2
ния реологических коэффициентов Е, Еч, ^ можно получить по результатам обработки экспериментальных данных [7-14].
Рис. 1. Схема процесса сжатия древесностружечного ковра
С целью определения величины усилий в стальной лейте в характерных точках контура производим тяговый расчет ленточного пресса, что необходимо для проверки прочности ленты, определения оптимальной толщины ленты и диаметра роликов, расчета мощности привода. Этот расчет можно выполнить в соответствии с методикой расчета ленточного конвейера. Упрощенная схема изменения давления прессования в зависимости от времени прессования, а также усилий в ленте показана на рис. 2. Расчет начинают с точки сбегания ленты с приводного барабана (точка А). Далее в направлении движения ленты точка В соответствует окончанию прямолинейного горизонтального участка холостой ветви. Точка С ограничивает закругленный участок обхвата барабана лентой, точка С' - начало запрессовки древесностружечного ковра, точка Б - конец запрессовки и начало закругленного участка обхвата приводного барабана лентой. Усилие в каждой последующей точке ленты Б1 равно усилию в предыдущей точке плюс сопротивление движению на рассматриваемом участке Ж..(М)
S = sm + Wmm)
(5)
В табл. 1 приведены расчетные формулы для определения натяжения ленты в точках контура и сопротивления на участках.
Рис. 2. Расчетная схема для проведения тягового расчета
Таблица 1. Натяжение ленты в точках контура и сопротивление на участках
e
5
5
о
о
1
№ точек и участков на расчетной схеме Расчетная формула
точка А sa = sc6
участок А-В WA-в = 0
точка В SB = Sa + WA-В
участок В-С wb-c = k'b^ = 0,05SA + °db f ao о
точка С Sc = Sb + Wb-c = 1,05Sa + 1атиDb sin2 ao
участок С-Б oLbk wc d = р c-d 2
точка Б sd = sc + wc-d = 1,05sa + ^^db sin2 a0 + 1 °lbknp о 2
где К\_с - коэффициент сопротивления криволинейного участка: при 90° < а < 180° К'в-с = 0,05 ; кщ, - приведенным к окружности ролика коэффициент сопротивления движению ленты, равный
k _
пр dv-
(6)
где ц - коэффициент трения качения ленты по ролику ц=0,05 мм, dp - диаметр ролика, Ь - расстояние между барабанами; &б - набегающее усилие; &б -сбегающее усилие, равное
. _ кзы
S сб -
efa - F
(7)
где Кз-1,1 - коэффициент запаса сцепления ленты с барабаном; /=0,15 - коэффициент трения ленты по поверхности барабана; а=3,14 - угол обхвата лентой
барабана; F=1,05; M _ Dbsin2 а0 + 1oLbknp.
8 2
По формуле Эйлера [15]
S _ S efa _ KMefa
S нб _ S сбe _ f ,
e
- F
(8)
Усилие натяжения, соответственно, равно
G _ Sсб + Sнб
(9)
Наиболее напряженной будет точка Б, в которой наибольшие напряжения от растягивающих усилий в ленте сложатся с напряжениями изгиба на барабане [16, 17]. Из условия минимума напряжений в этой точке определим толщину стальной ленты.
„ Sнб + hEl
и _--1--
bh D
(10)
где И - толщина ленты.
Для этого возьмём первую производную по И от выражения (10) и приравняем полученный результат нулю
S E
_-^ + Ei _ о
bh2 D
(11)
Напряжения в точке С складываются из напряжений от растяжения ленты в этой точке и напряжений от изгиба ленты, от давления прессования и усилий на ролики. Из уравнения (13) диаметр роликов dp равен
p 111 bh bh
'нб Sc + hEl ) 2h2
---Г "
D
q
(14)
При проведении данного расчета диаметр роликов dp, а, следовательно, и величина сопротивления могут задаваться исходя из конструктивных соображений. В случае, если расчетное значение диаметра роликов из условия прочности будет значительно отличаться от принятого их значения из конструктивных соображений, расчет тяговых усилий следует повторить, задавшись новым значением указанной величины.
Характер изменения максимальныгх растягивающих напряжений в ленте за полный цикл можно оценить по следующим формулам:
^ S сб " _ .
^ _ Se+Eih
B bh D .
>
" _ * + qdp2
bh 2h2 ;
" Sнб + Eih '
an _--1--
D bh D
(15)
(16)
(17)
(18)
Результаты расчёта представлены на графике (рис. 3).
откуда толщина ленты равна
h _
bE1
(12)
где Е - модуль упругости стальной ленты.
Из условия равенства напряжений в точках С и Б получим
S^+_ + hEl
bh 2h2 bh D
(13)
где q - распределение напряжений в области прижимных роликов (рис. 2).
Рис. 3. График изменения напряжений в ленте за один ее оборот
Выводы: представленную в данной работе методику расчета основных конструктивных параметров устройства для непрерывного производства древесностружечных плит можно применять при разработке новых прессов аналогичной конструкции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Кохреидзе, М.В. Сопротивление древесностружечного ковра сдвигу при непрерывном прессовании // Научные труды МЛТИ. 1992. Вып. 249. С. 95-99.
2. Лозовецкий, В.В. Закономерности распределения структурных и физико-механических характеристик засыпок измельчённой древесины бункерах при гравитационном движении / В.В. Лозовецкий, АА. Шадрин, В.В. Лебедев, С.А. Катков // Лесотехнический журнал. 2016. № 3. С. 100-108.
3. Кохреидзе, М.В. Определение коэффициента трения древесностружечного ковра о прессующую ленту // Научные труды МГУЛ. 1994. Вып. 273. С. 74-76
4. Гордиенко, В.В. Обработка древесностружечных плит давлением / В.В. Гордиенко, Ф.М. Манжос. - М.: Лесная промышленность. 1987. 120 с.
5. Баженов, В.А. Технология и оборудования производства древесных плит и пластиков. Учебник для техникумов / ВА. Баженов, В.И. Карасёв, Е.Д Мерсов. -М.: Экология, 1992. 416 с.
6. Отлев, И.А. Справочник по производству древесностружечных плит / И.А. Отлев, Н.Б. Штейнберг, Л.С. Отлева и др. - М.: Лесная промышленность, 1990. 384 с.
7. Ткаченко, МА. Деформативность древесных частиц при прессовании. Диссерт. на соиск... к.т.н. - М., 1993. 226 с.
8. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Учебник для вузов. - М.: Лесная промышленность, 1986. 368 с.
9. Михин, Н.М. Исследование молекулярной составляющей коэффициента трения прессованной древесины / Н.М. Михин, А.И. Смольяков // Известия вузов. Лесной журнал. 1975. № 6. С. 76-80.
10. Булгаков, В.И. Определение коэффициента бокового распора и коэффициента трения при формировании сыпучих пресс-композиций / В.И. Булгаков, Г.Н. Афанасьев // В сб. научн. Трудов МЛТИ, вып. 203. Совершенствование технологии древесных плит и пластиков. 1988. С. 134-136.
11. Белянкин, Ф.П. Деформативность и сопротивляемость древесины / Ф.П. Белянкин, В.Ф. Яценко// Киев: Изд. Ак. Наук Украинской ССР, 1957. 217 с.
12. Кохреидзе, М.В. Физико-математическая модель процесса прессования древесностружечных плит в процессе непрерывного действия // Научн. Тр. МЛТИ, 1991. Вып. 237. С. 54-57.
13. Поташев, О.Е. Механика древесных плит / О.Е. По-ташев, Ю.Г. Лапшин. - М.: Лесная промышленность, 1982. 112 с.
14. Пижурин, А.А. Исследование процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная промышленность, 1984. 232 с.
15. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров // Г. Корн, Т. Корн. - М: Наука, 1984. 831 с.
16. Brinkmann, E. Entscheidende technologische Werte von Spannplatten und moplich Keiten zur deren Bes-chlussung der Produktion // «Holz als Roh- und Werkstoff». 1982, v. 41. № 10. P. 346-350.
17. Carll, C.G. Tensile and Compressive MOE of Flake Boards / C.G. Carll, C.L. Link // Forest Product Journal. 1988. V.38. P. 8-14.
18. Lyon, D.E. Minimising Press Time for Radio Frequency / D.E. Lyon, P.H. Short, W.E. Lehman // Cured Flakeboord, Forest Products Journal. 1980. V. 30, № 2. P. 33-38.
19. Soine, H. Kontinuirliche Preßverfahren in der Spannplattenindustrie. Bison Hydro-Dyn-Presse und Simpelkanp Stabteppich. - Presse «Holz als Roh-und Werkstoff». BRD. 1984. № 3. S. 93-98.
20. Soine, H. Herfahrensbedingte Ersparnisse und Platteneigenschaften. Bison Hydro-Dyn-Presse und Simpelkanp Stabteppich. - Presse «Holz als Roh-und Werkstoff». BRD. 1984. № 2. S. 1-5.
METHOD OF CALCULATION THE KEY PARAMETERS OF TRANSPORTATION AND PRESSING DEVICE
© 2017 M.V. Kokhreidze, V.V. Lozovetskiy, A.A. Shadrin
Bauman Moscow State University (Mytishchi Branch)
Results of experimental and analytical researches of pressing process the wood chipboards in the tape transportation and pressing device of continuous action are provided. The method of calculation the key parameters of tape press that allows to design the transportation and pressing devices providing high quality of products in case of small costs and to successfully implement perspective technology of continuous pressing in a wood-processing industry is offered.
Key words: transportation and pressing device, rheological coefficients, tape tension
Murman Kokhreidze, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. E-mail: kohreidze@mail.ru Vyacheslav Lozovetskiy, Doctor of Technical Sciences, Professor. E-mail: lozovetski@mail.ru Anatoliy Shadrin, Doctor of Technical Sciences, Professor. E-mail: shadrin@mgul.ac.ru
