CC BY
181
УДК 687.1.072
НАНЕСЕНИЕ КЛЕЯ ВАЛИЧНЫМ СПОСОБОМ НА ПОВЕРХНОСТЬ
РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1 2 E.JI. Кулаженко , В.И. Ольшанский
Витебский государственный технологический университет
РБ г. Витебск, Московский пр-т, 72
Аннотация - Выполнен комплексный анализ взаимодействия клея с материалом основы при валичном способе нанесения. Определены основные кинематические и конструктивные параметры клеенамазного устройства, учитывающие физические свойства клея в условиях ламинарного режима движения капельных жидкостей.
Ключевые слова: многослойные материалы; клей; клеенамазной валик; плоская поверхность; формирование клеевой пленки; дифференциальные уравнения Эйлера; давление; зона контакта.
DRAWING GLUING THE PLATEN ON THE SURFACE OF ROLLED
MATERIALS
E.L.Kulazhenko, V.I.Olshanskij Vitebsk state technological university, РБ Vitebsk, the Moscow avenue, 72
Summary - The complex analysis of interaction of glue with a basis material is made at a way of drawing by the platen. The cores kinematic and the design data of the smearing device considering physical properties of glue in the conditions of a laminar mode of movement of drop liquids are defined.
Keywords: multilayered materials; glue; the platen; a flat surface; formation of a glutinous film; Euler's differential equations; pressure; a contact zone.
Одним из этапов технологического процесса производства рулонных многослойных материалов с различным покрытием (например - волокнистого материала) является нанесение связующего состава на поверхность основы для закрепления волокнистых частиц. Поэтому при проектировании клеевого узла с целью получения определенной толщины клеевой пленки необходимо установить его основные параметры, а именно радиус и скорость вращения клеенамазного валика, давление валика на клеевой слой в зоне контакта с основой.
Рассмотрим схему нанесения клея на плоскую поверхность материала основы непрерывно вращающимися валиками (рис.1).
Обозначим глубину погружения клеенамазного валика в резервуар с клеем h; уровень клея в резервуаре H. Клее-намазной валик и верхний транспортирующий валик имеют одинаковые радиусы R1=R2=R, ширину в и вращаются с одинаковыми угловыми скоростями
W1 = W2.
При исследовании процесса нанесения клея примем следующие допущения и условия:
- движение основы и нанесенного клеевого слоя являются плоскопараллельным;
- движение основы, валиков и клеевого слоя установившееся;
Ґ’W, /Я, J 6
5 \ VI VQ Vap
4 //? V Ч "вал
Рисунок 1. Схема нанесения клея валиками: 1 - резервуар с клеем, 2 - клей, 3 - клеенамазной валик, 4 - слой наносимого клея, 5 - основа, 6 - верхний транспортирующий валик
- клей рассматривается как вязкая ньютоновская жидкость;
- для предотвращения проскальзывания линейная скорость основы Утр и валиков Увал равны между собой;
- уровень клея Н и глубина погружения клеенамазного валика к не изменяются.
Исходя из принятых обозначений и расчетной схемы, угол контакта клеенамазного валика с клеем равен
— = агссоз(1 - —). 2 Я
(1)
Зависимость величины угла контакта клеенамазного валика с клеем от величины погружения представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Зависимость угла контакта от величины погружения
Длина дуги контакта валика с клеем, определяется из отношения:
}иАВ = 2К агссов(1 - • (2)
К
Определим величину радиуса кле-енамазного валика из условия ламинарного режима движения вязкой жидкости из условия, что критерий Рейнольдса - Яе для поверхностей, отличающихся от круглого сечения равен Яе =580 [1, с.148].
Критерий Рейнольдса определяется по известной в механике жидкости и газа формуле:
Яе
(3)
где V - кинематическая вязкость клея, м2/с; V — линейная скорость клеенамазного валика, м/с, V = ( вал = ; ¿1, - экви-
валентный диаметр, м, = 4і?ГИДр , или
Ьав
ский радиус, м,
Я
гидравличе-
/
гидр
или
р
й™™ = ——• у_ площадь нанесе-
тидр
Щ'иАВ +6)
НИЯ клея, М2, / = 1\^АВв '■> Р ~ смоченный
клеем периметр, м, Р = 20^АВ + 6) • Тогда,
Яе = 2У1иЛБв
(4)
(ЬЛБ+ в)у
Длина дуги контакта
_ Яе V в
1^ЛБ~^-------— (5)
2Кв- ЯеУ
Учитывая соотношение (2), полу-
чим
к
2Я агеео8(1- —) =
Яеу в
2Кв- Яеу
. (6)
При максимальном погружении валика в резервуар, т.е. к=Я, получим для реального технологического процесса изготовления многослойных материалов с использованием текстильных отходов. Принимаем (по данным предприятия -изготовителя) е=0,5м, У=2м!с, у=1210"
4 2, м /с.
Я =
Яеу в
п(2Ув -Кеу) 580-12-10 4 -0,5
= 0,0849,
(2-2-0,5-580-12-10 4)3,14 м. (7)
Следовательно, диаметр клеенамазного валика О — 2К « 170 мм. Угловая скорость клеенамазного валика Ж, определяется из условия Утр = Уеал :
2Ут 2-2 ,
■23,5, с1. (8)
Ж =
тр
£> 0.17
Движение клея в зазоре между клеенамазным валиком и основой имеет ламинарный характер для чисел Рейнольдса, определяемых неравенством [2, с. 190].
Яе<30 (9)
где к1 - толщина клеевой пленки, м.
Нанесение клея валичным способом на поверхность рулонных материалов
, D-900 0.17-900
h >-----—->--------- —>0.46-10 , м.
Re2 5802
Для практических расчетов принимаем hx = 0.5 • 1СГ3 м или /Zj = 0.5 мм.
Клеенамазной валик, равномерно вращаясь в вязкой среде, испытывает сопротивление, обусловленное вязким жидкостным трением. Сила жидкостного трения Т определяется по известной формуле
* * d\
Т = -jU S
" (10)
dh
где л - динамическая вязкость клея, Па с, л ~ 1,5; £ - площадь трущихся слоев жидкости, м2; ёУ/ёк - градиент скорости, с-1.
Для ламинарного режима движения жидкости градиент скорости ёУ/ёк можно заменить отношением У/к1, тогда
Г* 0 * Т
- -¡л Ъ —
Их ■ (И) Площадь трущихся слоев жидкости можно определить, зная длину дуги
контакта ^лв и известной ширине валика
вк-
- 2агсс(К(|
. (12)
При максимальной дуге контакта Ьлв - ^ площадь равна
S = TiRe,.
(13)
После подстановки в формулу по-
лучим
Т = -// nReh
V
будет равен
^ . (14)
Момент силы жидкостного трения
Mmp = -TR = -fl nR2eh
V
^ . (15)
Необходимый крутящий момент
Мкр должен быть ^гр ~^»’Р .
С учетом потерь на работу сил трения, фактический крутящий момент на клеенамазном валике Мкр ф равен
Мкрф > -
/и 7TR 6 КУ hfl
(16)
Необходимая мощность определяется по условию Ыф= Мкр ф W, Вт.
Определим закон распределения давления валика на клеевой слой в зоне контакта с основой. Считаем, что вся масса жидкости движется с линейной скоростью, равной скорости транспортирования основы и относительного сдвига частиц клея не происходит. Такое движение клея можно рассматривать как относительное равновесие, для которого справедливо уравнение равновесия капельной жидкости Эйлера [1, с.49]
с!Р = р(Хс]х+¥ф+2Нг), (10) где ёР - дифференциал давления, н/м ; р - плотность, кг/м3; Х,У,2 - единичные массовые силы в проекциях на координатные оси.
На рисунке 3 представлена расчетная схема процесса в плоской координатной системе.
Рисунок 3. Расчетная схема процесса нанесения клея
В проекции на координатные оси единичные массовые силы равны
' ^2;
Z = W 2 R-g
y dV
X = -ц---------.
dzh\p
Y = 0
(11)
Тогда дифференциальное уравнение (10) примет вид
dP = p
(W2R - g)dz - ц, dV dx
ОгЦр (12)
В виду малой толщины клеевого слоя, градиент скорости по толщине
можно
/0.2 V/ \, тогда:
заменить отношением
dP-p
і V
(W R-g)dz-|і—dx
hlP
; (13)
? V
Р = р]¥1Ш11-у111-^—X, (14)
К
где у = - удельный вес клея, н/м ; ц -
динамическая вязкость клея, Па с, ц«1.5.
Максимальное давление на клеевой слой Ртах будет в зоне контакта клеена-мазного валика с клеем при х=0. Тогда
РтЯх = Р^2Щ-уЬ1 (15)
Рисунок 4. Зависимость давления валиков от координаты х
Минимальное давление Ртт=0 происходит на некотором расстоянии х0 определяемом из условия:
? V
ррг Щ-Ц—^х0 =0; (16)
х0
ч
(Ж2КрИ1 -у/^)/^
(IV
м
(17)
х0 =
0.0005(23.52 -0.0849-1000-9800) 1.5-2
= 1.5-10-6, м.
Численное значение максимального давления на клеевой слой в зоне контакта клеенамазного валика с клеем при х=0 рассчитанное по формуле (15) равно
18,5 Па; минимального - при х0 =1.5-10"б,л/ -0,5 Па.
Полученная теоретически зависимость давления валиков от координаты х согласно формулы 14 представлена на рисунке 4. Она построена с помощью программы Мар1е 9.5 при заданных показателях: р=1000 кг/м, Ж= 23,5 с-1, Я=0,0849 м, к1 =0,0005 м, у=9800 Н/м3, р=1,5Пас, У=2 м/с.
Из графика видно, что при увеличении расстояния от точки соприкосновения клеенамазного валика с поверхностью основы давление на клеевой слой уменьшается.
Выводы.
Выполнен комплексный анализ взаимодействия клея с материалом основы при валичном способе нанесения. Установлена зависимость длины зоны контакта валиков с конструктивными параметрами клеенамазного устройства. Определены основные кинематические и конструктивные параметры клеенамазно-го устройства, учитывающие физические свойства клея в условиях ламинарного режима движения капельных жидкостей. Для установившегося режима движения жидкости решены дифференциальные уравнения Эйлера, определены значения давления и зоны контакта, соответствующие качественному процессу формирования клеевой пленки. Полученные на базе теоретических исследований результаты хорошо согласуются с параметрами устройств для нанесения клея валичным способом, установленных на промышленных предприятиях.
Литература
1. Калекин, А. А. Гидравлика и гидравлические машины: учебное пособие для студентов вузов / А. А. Калекин.- Москва : Мир, 2005. - 512с.
2. Бутаев, Д. А. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Д. А. Бутаев, З. А. Калмыкова, Л. Г. Подвидз [и др.].- Москва : Машиностроение, 1972. - 472с.
координата х,м
1 Кулаженко Елена Леонидовна - к.т.н., доцент, доцент кафедры Конструирование и технология
одежды Витебского государственного технологического университета, тел. 297186603,
сйепаки126(а)тт1. ги;
Ольшанский Валерий Иосифович - к.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология и обо-
рудование машиностроительного производства», тел. 297186603, alenakul26@mail.ru.
