Влияние профиля шнековой лопасти на производительность винтового пресса. Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622. 23. 054.53

ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ШНЕКОВОИ ЛОПАСТИ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВИНТОВОГО ПРЕССА

© 2009 г. Н.Н. Евстратова

Шахтинский институт(филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института

Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Получена зависимость, позволяющая исследовать влияние угла наклона образующих шнековой лопасти на направление движения формуемой массы в винтовом канале шнекового пресса и на производительность пресса.

Ключевые слова: шнековый пресс; образующая шнековой лопасти; формуемая масса; коэффициент подачи шнека; элементарный объем глиняной массы; винтовой канал пресса.

The dependence giving the possibility to investigate the influence of the screw conveyer blade generating lines incline angle to the direction of the mass formed in the screw canal of the screw conveyer press and to the productivity of the press has been obtained.

Keywords: screw conveyer press; screw conveyer blade generating lines; mass formed; screw conveyer delivery coefficient; clay mass elementary volume; press screw canal.

Производительность шнековых прессов для формования глиняного кирпича определяется как произведение площади сечения шнека на проекцию скорости материала на ось шнека (рис. 1)

Q = ^2 - г ,

где R - радиус шнековой лопасти по кромке, м; г -радиус вала шнека, м; vx - проекция скорости материала на ось шнекового вала, м/с.

бтеор =Я(R2 - Г 2)V

теор

где vтеор =ю0 Rtga - максимально возможная (теоретическая) скорость движения формуемой массы; ю0 - угловая скорость вращения шнекового вала, с -а - угол подъема винтовой лопасти шнекового вала, рад.

Отношение фактической производительности Q к теоретической Qтеор характеризует эффективность

работы пресса и называется коэффициентом подачи шнека [1]

kp -

Q

vx cos a cos ß

1

Q„

cos(ß - a) 1 + tgatgß

где р - угол между направлением движения формуемой массы и осью шнека (рис. 1). Тогда

Q - ^йгеор -

Q„

1 + tgatgß

Рис. 1. План скоростей

Максимально возможная (теоретическая) производительность будет иметь место, если абсолютная скорость движения материала будет направлена вдоль оси шнека

В шнековых прессах пластического формования угол отклонения движения глиняной массы от оси шнека составляет 75 - 80 градусов [2], вследствие чего коэффициент подачи шнека низок кр = 0,33 ^ 0,42

Применение различных конструкторских решений, направленных на увеличение трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса или уменьшение трения глины о шнек, может значительно повысить производительность пресса.

V

n

v

V

y

Сила трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса зависит от коэффициента трения глины об эту поверхность и от силы нормального давления. Увеличить силу нормального давления формуемой массы на внутреннюю поверхность корпуса пресса можно, изменив геометрию шнековой лопасти таким образом, чтобы образующие лопасти были направлены не по нормали к оси шнека, а имели наклон в сторону, противоположную направлению движения материала, от оси шнека к периферии, т.е. располагались под углом 6 к нормали оси шнека (рис. 2).

а Ось шнека

d ф

Z

Рис. 3. Схема сил действующих на элементарный объем материала в шнековом канале пресса

Разность сил противодавления и подпора F5 - F4 = AP(R - r)2^Rtga ,

(1)

где АР - разность давлений на переднюю и заднюю стенки рассматриваемого элемента глиняной массы, Па.

Сила трения формуемой массы о внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса шнекового пресса

F3 =

2nR dфtga|P/ц 1-fcos(ß-a)tg6

(2)

где dф - угол сектора рассматриваемого элемента формуемой массы, рад; Р - давление глиняной массы на внутреннюю поверхность корпуса пресса, Па; ц -коэффициент бокового распора; ^ - коэффициент

трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса.

Сила нормального давления на лопасть шнека от силы К

F2 =

2nR dфtgaцP/ц cos(ß-a) [1-/ cos(ß-a)tg6]cos0

(3)

Составляющая силы трения материала о лопасть шнека от действия силы К3;

Направление движения формуемой массы

Рис. 2. Шнековый вал, образующая лопасти которого расположена под углом 6 к нормали оси вала

Рассмотрим равновесие элементарного объема глиняной массы, вырезанного из канала, образованного внутренней поверхностью корпуса пресса, валом и лопастью шнека (рис. 3). На элементарный объем глиняной массы действуют те же силы, что и в шнеке с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнека [3] и имеющие следующие значения.

ß

тр1

2nR 2dфtga|P/ц/ш cos(ß-a) [1-/ц cos(ß-a)tg0]cos 0

(4)

где /ш - коэффициент трения глиняной массы о поверхность шнекового вала.

Составляющая силы трения материала о шнек от давления Р

F „ = F + 2F

тр2 тр.в тр.л

где F = цР/ш(Я2 - r 2)d ф/(2cos a cos 8) - сила трения материала о лопасть шнека от давления Р, Н; F = 2%Rrd фtgaцР/ш - сила трения материала о вал

шнека, Н;

Условие равновесия элементарного объема материала относительно оси шнека после подстановок значений сил и моментов из (1 - 4) имеет вид:

Z X = 0;

dP

-R(R - r) — sina-

P/ц/шR sin a cos(ß-a)dф

[1 - /ц cos(ß - a)tg0] cos 0

P/jjR cosa cos(ß-a)dф " 1 - /ц cos(ß - a)tg0

- P^Rr sin adф -

P^(R2 -r2)dф n cos 0

Р/ц R2 cos ßd ф 1 - /ц cos(ß - a)tg0

= 0.

(5)

Проинтегрировав (5) по dф в интервале от 0 до 2пп, где п - число витков шнека, имеем

0

+

R(R -r)

sin a ln

P0 + 2nna

P

2лп/"ц/шR sina cos(ß-a) [1 - / cos(ß - a)tg6] cos 0

2%n/vR cosa cos(ß-a) " 1 - /ц cos(ß - a)tg0

- 2тт/ш Rr sin a-

2п/ш (R 2 - r 2)

cos 0

2тог/цR 2 cos ß 1 - /ц cos(ß - a)tg0

- = 0.

(6)

формуемой массы в направлении продольной оси шнека. Анализ полученных результатов показывает, что рациональное значение угла наклона образующих шнековой лопасти зависит от свойств формуемой массы и составляет 10 ^20°.

Решение уравнения (6) с применением вычислительной техники позволяет определить влияние угла наклона образующих шнековой лопасти на направление движения формуемой массы, а следовательно, и на производительность шнекового пресса.

На рис. 4 представлена зависимость коэффициен-

7 Qфакт 1

та подачи шнека кр = —— =-, характери-

р Qтеор 1 + tgatgp

зующего эффективность работы шнекового пресса, от угла наклона образующих лопасти шнека при различных значениях коэффициента трения формуемой массы о металл шнека и корпуса пресса и следующих значениях геометрических параметров рабочих органов пресса: радиус лопасти шнека R = 0,2 м; радиус вала шнека г = 0,05 м; угол подъема винтовой линии

шнека а = 20°.

Количественные результаты показывают, что производительность шнекового пресса с лопастью, имеющей наклон от оси шнека к периферии, выше, чем у пресса с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнекового вала, на 10 -30 % при подаче пластичных глиняных масс за счет увеличения поступательной составляющей движения

kß /ц = /ш = 0,4 /ц = /ш = 0,5 /ц = /ш = 0,6

0,4 0,3 0,2 0,1

\ \ 1 /

— 1 c—-----

0

5

10

15

20

25 0°

Рис. 4. Зависимость коэффициента подачи шнека от угла наклона образующих шнековой лопасти

Литература

1. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / Силенок С.Г., Бор-щевский А.А., Горбовец М.Н. и др. М., 1990.

2. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий. М., 1987.

3. Туренко А.В. Расчет глиноперерабатывающего оборудования и прессов пластического формования для производства керамических строительных изделий. М., 1985.

Поступила в редакцию

20 февраля 2009 г.

Евстратова Наталья Николаевна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) Тел. 8-8636-22-74-41. E-mail: [email protected]

Evstratova Natalya Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, departament « Machines and equipments of building enterprises», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-8636-22-74-41. E-mail: [email protected]

+