Выбор рациональных геометрических параметров внутренней поверхности корпуса шнекового пресса при производстве стеновых строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_СТРОИТЕЛЬСТВО_

УДК 622. 23. 054.53

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСА ШНЕКОВОГО ПРЕССА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕНОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

© 2009 г. В.И. Григорьев

Шахтинский институт (филиал) Shakhty Institute (Branch)

Южно-Российского государственного of South-Russian State

технического университета Technical University

(Новочеркасского политехнического института) (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Рассмотрено влияние рифлёной внутренней поверхности корпуса шнекового пресса на движение массы глины. Получены зависимости величин коэффициентов трения от величины угла установки направляющих.

Ключевые слова: шнековый пресс; глиняная масса; траектория движения.

The influence of the riffled inner surface of the screw conveyer press body to the clay mass movement has been considered. Dependences of the coefficients of function quantities of the angle of arranging the guiding lines have been received.

Keywords: a screw conveyer press; clay mass; a trajectory of movement.

В настоящее время в строительстве жилищного фонда применяется большое количество стеновых материалов, но самым востребованным из них по-прежнему остается глиняный кирпич. При производстве глиняного кирпича пластическим способом применяют в основном шнековые пресса с рифленой внутренней поверхностью корпуса. Преимущество рифленых корпусов над гладкостенными очевидно, так как происходит увеличение коэффициента трения между глиняной массой и внутренней поверхностью корпуса за счет замены трения формуемой массы о металл корпуса на трение массы о саму же массу, которая заполняет межреберное пространство. Это уменьшает проворачивание формуемой массы в направлении вращения шнека и увеличивает поступательную составляющую движения массы в направлении формующих органов. Однако точного описания процесса движения формуемой массы в рифленом корпусе, дающего качественную и количественную характеристику эффективности применения рифлей, в литературе нет.

Основная идея данной работы заключается в том, чтобы заставить глиняную массу двигаться в пространстве между рифлями в направлении формующих органов. Это позволит увеличить коэффициент сопротивления движению формуемой массы по внутренней поверхности корпуса в направлении вращения шнеко-вого вала и уменьшить коэффициент сопротивления движению массы в направлении продольной оси шнека, а также сохранить проектную производительность пресса в течение длительного периода времени.

В рассматриваемом случае рифли направлены по образующим корпуса. Пространство между ребрами заполнено глиняной массой, которая может находиться как в покое, так и двигаться вдоль оси шнекового узла пресса [1]. В работе [2] уже рассматривались силы, действующие на часть глиняной массы и условия ее движения и было установлено, что наибольший

эффект от направляющих будет получен в случае выполнения условия:

cfMcosР> /Ц(с + 2a)t + ca/n , (1)

где t - шаг шнека; n - число витков шнека; р - угол между направлением движения глиняной массы и осью шнека; /ц - коэффициент трения массы о внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса пресса; /м - коэффициент внутреннего трения глиняной массы; а - высота рифлей; с - размер полости между ребрами.

При выполнении условия (1) сила трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении окружной скорости шнека будет больше силы сопротивления движению массы в направлении продольной оси шнека (рис. 1).

Р°,со°

80

60

40

20

0

\ \

ч X ? А // * / С

ч

>s ✓ / / f

2 ✓ у ✓ ! \

✓ / S \ \

/ / / / \ \

\

\ \

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

Рис. 1. Зависимость направления движения массы глины в винтовом канале пресса от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения массы: 1 - направление движения массы при /х < /у ; 2 - направление движения

массы при / = / ; 3 - кривая, полученная из условия (4)

0,5 0,6 0,7 / I /

Кривая 1 (см. рис. 1) характеризует направление движения глиняной массы в зависимости от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения в винтовом канале пресса при fx < fy. Кривая 2 - направление движения массы в винтовом канале пресса при /х = fy. Кривая 3 определяет условие движения

глиняной массы в пространстве между направляющими по внутренней поверхности корпуса пресса.

Таким образом, для того, чтобы повысить производительность шнекового пресса, недостаточно увеличить сцепление формуемой массы с внутренней поверхностью корпуса. Необходимо, чтобы коэффициент трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении продольной оси шнека был меньше, чем коэффициент трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса пресса в направлении окружной скорости шнека. Это возможно при условии движения глиняной массы в пространстве между направляющими. Следовательно, правильный выбор геометрических параметров внутренней поверхности корпуса шнекового пресса в зависимости от свойств формуемой массы и геометрических параметров шнека может существенно повысить эффективность функционирования шнекового пресса.

Чрезмерное увеличение отношения расстояния между направляющими к их высоте может привести к уменьшению коэффициента трения глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса в направлении вращения шнека /у , так как поверхность контакта основной части глиняной массы при ее вращательном движении с массой, заполнившей межреберное пространство, будет проходить не по цилиндрической поверхности 1, образованной верхними гранями направляющих, а по траектории 2 (рис. 2).

(с - 2d) f + Wa2 + d2 fM = f

(2)

Рис. 2. Траектория движения глиняной массы в пространстве между рифлями

Возможность такой траектории движения обусловлена тем, что коэффициент внешнего трения глиняной массы о металл корпуса пресса /ц меньше, чем

коэффициент внутреннего трения глиняной массы /м . Чем больше отношение /ц //м , тем больше отношение с/а , при котором формуемая масса будет двигаться не по траектории 1, а по траектории 2 (рис. 2).

Условие для определения максимального отношения с/а, при котором формуемая масса будет двигаться по траектории 1 , можно записать следующим образом:

где d - участок возможной траектории движения глиняной массы; Ь - ширина рифлей.

Величину d можно определить из условия минимизации левой части уравнения (2)

(с - 2d ) f + W« 2 + d 2 fM

= min.

(3)

Условие (3) позволяет определить величину участков d траектории 2 (см. рис. 2) движения глиняной массы при заданных значениях f fM, c, a . Отношение о/a, при котором происходит изменение траектории движения массы от линии 1 к линии 2 (рис. 3), назовем критическим. Зависимость критического отношения о/a от отношения коэффициентов внешнего /ц и внутреннего трения /м глиняной массы

определена по формулам (2), (3) с применением ПК.

Анализ зависимости отношения о/a от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы показывает, что с увеличением отношения f j fм критическое отношение расстояния

между направляющими к их высоте также увеличивается и в каждом конкретном случае его можно определить исходя из свойств формуемой массы, т.е. коэффициентов внешнего f и внутреннего fм трения.

Анализ условия движения глиняной массы в пространстве между ребрами показывает, что силу, продвигающую массу в межреберном пространстве, можно увеличить, а силу сопротивления движению этой массы - уменьшить, если расположить ребра не по образующей цилиндра корпуса пресса, а по спирали, с некоторым углом закручивания X в сторону вращения шнека. Это приведет к тому, что точка А пересечения кривых 2 и 3 (см. рис. 1) сместится в сторону увеличения отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы.

Рассмотрим движение глиняной массы в винтовом канале пресса с рифленым корпусом, рёбра которого расположены не по образующей цилиндра, а по спирали, с некоторым углом закручивания X в сторону вращения шнека.

Условие движения глиняной массы в пространстве между направляющими (1) в этом случае имеет следующий вид:

ca

с/м cos(P - X) > уц(с + 2а) + — cos X .

nt

На графике (рис. 1) это соответствует смещению кривой 3 вверх на величину X .

В работе [2] было получено условие, позволяющее определить направление движения глиняной массы в винтовом канале пресса в зависимости от геометрических параметров рабочих органов пресса:

S

Sf cos(ß - a)cos(ra - а) + (Sm /ш + -^Чп

2тс + P

+Sцfß/ш cos(ß - a))sin(ra - а) - S4yy = max. (4)

+

Направление движения основной части глиняной массы, определяемое из зависимости (4), изменится, так как изменятся величины / - коэффициент сопротивления движению глиняной массы по внутренней поверхности корпуса пресса и / - коэффициент

сопротивления движению формуемой массы по внутренней поверхности корпуса пресса, которые соответственно будут равны:

fß = f cos2 (ß-X)+fy sin2 (ß-X) ; fY = ^fx2 cos2 ( f - X) + fy sin2 (ra - X)

(5)

(6)

ca

-cosX,

где fx = /ц(е + 2а + b)/(c + b) +

nt(c + b) fy = (fMc + f,b)/(c + b).

После подстановки формул (5), (6) в формулу (4) имеем

5Ц cos(P - a) cos(ra - а)^ fl cos2(P - X) + sin2 (P - X) +

-ш fш + — ln

Ц

2mc + Fn

F

sin(ra - a) +

+-цfln cos(ß - a) sin(ra - a) x x^fx2cos2(ß-X) + fy2 sin2 (ß - X) x

= max.

(7)

когда X = 0. Однако при этом переход В ^ А, характеризующий прекращение движения глиняной массы в межреберном пространстве, смещается на графике вправо, что даёт повышение эффективности функционирования шнекового пресса при формовании глиняных масс с высоким коэффициентом внешнего трения.

Р°, со°

60

40

20

Условие (7) позволяет определить направление движения формуемой массы (угол ю) при /х < /у в

зависимости от геометрических параметров рабочих органов пресса и свойств глиняной массы, а также от угла установки направляющих на внутренней поверхности корпуса пресса. На рис. 3 представлены зависимости величины угла ю от отношения коэффициентов внешнего и внутреннего трения глиняной массы при различных значениях угла установки направляющих X и соответствующие кривые, полученные из условия движения глиняной массы в межреберном пространстве.

Анализ изменения величины угла ю показывает, что при возрастании угла установки направляющих X кривая 1, соответствующая движению глиняной массы при /х < /у, проходит выше, т.е. производительность пресса снижается по сравнению со случаем,

Поступила в редакцию

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 /ц / /ц

Рис. 3. Зависимость направления движения глиняной массы в винтовом канале пресса от отношения коэффициентов внутреннего и внешнего трения массы при различных значениях угла закручивания направляющих X :---- X = 10

Движение глиняной массы, находящейся между направляющими, оказывает существенное влияние на сохранение проектной производительности шнеково-го пресса за счет формирования различных сил сопротивления движению основной части массы по внутренней поверхности корпуса пресса в направлениях его продольной оси и окружной скорости шнека.

Литература

1. Апачанов А.С., Григорьев В.И., Цыбизова А.А. Развитие шнекового транспортирования вязкопластичных материалов // Перспективы развития Восточного Донбасса. Ч. 2: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ), 2008. С. 160-165.

2. Евстратова Н.Н., Апачанов А.С., Григорьев В.И. Влияние формы внутренней поверхности корпуса шнекового пресса на направление движения формуемой массы глины // Науюда пращ Донецького нащонального технь чного ушверситету. Вип. 14(127), серiя прничо-електро-мехашчна. Донецьк, 2007. С. 128 - 132.

22 апреля 2009 г.

Григорьев Владимир Иванович - ассистент, кафедра «Машины и оборудование предприятий стройиндуст-рии», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8-8636-22-58-60. E-mail: mops@itsinpi.ru

Grigorev Vladimir Ivanovich - assistant, department «Machinery and equipment of construction industry», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-8636-22-58-60. E-mail: mops@itsinpi.ru

0

+