автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.16, диссертация на тему:Обоснование основных параметров многоступенчатого роторно-конвейерного пресса для прессования строительного кирпича из порошковых масс

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЯШ1Ш ИНЖШРНО-СТШИЕЛЬНШ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙБЫШЕВА

УДК 666.961.033

На правах рукописи

Иинолвнко Валерий Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО РОТОРКО--КОНВЕЙЕРНОГО ПРЕССА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО КИРПИЧА ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАСС

05.02.16 - Панины и агрегата производогва огройнатериалов

АВТОРЕФЕРАТ НА СШСВДИБ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Мооква --1992

Работа выполнена в.Московском Ордена Трудового Красного Знамени икженерко-строительном институте им, В.В. Куйбышева

Научный руководитель - Доцент, кандидат технических наук-

■ЫЕЛИЯ' Г.О. . •

Официальные огшонзнты - доктор технических наук, профессор

Богданов Василий Степанович . ' кандидат технических наук Лаггадан Геннадий Васильевич

Защите состоится 20 октября 1992 года в л. ' часов На ;

заседании специализированного совета К 053.П.03 в ШСИ иК. В;В.5Куй-бышева по адресу: . ■ -129337, Москва, Ярославское т., д.26, ШСИ иы. В.В. Куййа шева,' аудитория

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке ШСИ ум. В.В. Куйбыпева

Просим Вас принять участив в аащите и направить Ваш отзыв по адресу: ■ , • ' . ' У ; • * : . : -1

129337, Москва, Ярославское о., д. 26, ШСИ им. В,В. Куйбышева, Ученый Совет.-

Авторефврач разослан " .1992 года

Ученый секретарь специализированно! Совета, доц., к.*.н., проф.' < у ■ ТОТОЙИН Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В ооновных направлениях экономического и социального развития СССР на 1936-1990 г. и на период до 2000г. оообое вницание уделено оозданив и ускоренному обновлению основных фондов породного хозяйства, предназначенных на развитие общественного производства и решения социальных задач, координалыше повышенно эффективности строительного производства. Концентрация раоурсов на технологической перевооружении и техничеокой реконструкции действующих предприятий, на сооружении объектов определяющих научно-техппчеокий прогресо и решение социальных вопросов предполагает роот выпуска стеновых материалов. Немалую дола из этого объема занимают и будут занимать керамический стеновые материалы. В настоящее 'время производится около 2? млрд. ртук керамических отеновнх материалов, в той чколе методом полусухого проосованип 1,5. млрд. штук условного кирпича или 5,5$. Потребность в керамических изделиях в несколько раз превышает их производство только для промышленных зданий и сооружений гражданского строительства, по считая частного и дачного строитель«}? ва.

Предприятия по производству кирпича полуоухим'опоообом не иаевт специального прессового оборудовании, обладающего вдоокой надежностью и производительностью, а иоиользуют оборудование для производства огнеупорного кирпича - (21 1085. Это оборудование периодического дейотвия, не обладающее многооту- ' поичатооть» цикла преосовапия, не обеспечивающее выоокой производительности и качества продукции.

Актуальность диссертационной работы обеогтчиваетоя исследованием в ной нроцесоов прессования строительного кирпича на прессе новой конструкции (авторское свидетельство СССР N=126043).

Цель работы: исследование процессов компрессионного формования и определение рациональных параметров и режимов работы пресса, обеспечивающих качество изделий и выоокуи производительность. Для этого необходимо:

- аналитически исследовать кинеыигику рабочих органов нногоотупенчцтого роторно-конвейорного пресса о целью создания методики определения геометрии формующих органов (оиатеми силовой кулачок - .проссумций валок),обеспечивающих заданные

реиииы йреооования (сочетание нагрузок, гекпа нарщьвания давления, времэни выдержки), ~

- исоледовать охены раоотановки ступеней преооованип на замкнутой контуре рабочего органа о целью определения её влияния на тяговое уоиляе, нагрувки в элементах пресса и цощноотъ привода, • .-

- разработать методику расчета основных конструктивных параметров и аощнооти привода.

Научная новизна работы. На оонове предположения о поведении лреоодорогака з лроцеосе двухстороннего иреоо оиания как упругоплаотичного зела разработаны некогорыу теоретические принципы работы многоступенчатого роторно-конвейерного пресса -о установлением зависимостей взаимодайотвия рабочих органов преооа, величин углов захвата силовых кулачков пресоувдими валками, диаметра .преооующих валков, окорооти движения цегш преосфсрц', тяговых усилий, расходуемой мощности дифференцированно по отупэням преооозания.

Практичеокая пеиаооть; исоледована кинематика взаимодействия рабочих органов преооа, отработана методика расчёта основных параметров преооа, исоледована вовиоанооть наиболее \ рационального размещения ступзней прессования, что дает возможное?ь обоснованно подходите'к проектирони» преоаового оборудования роторно-конвейерного типа. : *

Проведанные исследования позволили формализовать выбор основных параметров и режимов работы многоступенчатого роторно-^•конвёйерного. преооа й зависимости от пластичности и влааноо-я?^.исходного глиняного материала. . „ .

. Анализ кшецатики работы силового кулечка о преооующим валком послужил ооновой для разработки новых конструктивных реазнйй» обеодечивающих большую надежность данной системы, , Доследование позиционной раоотановки и количеотва отупеней »ср'досовакия позволило в определенных случаях онизигь екерго и ".м$5ази«в«кооть преоса» : , ..

Внедрение результатов иооледований. Предложенные конотрук-здш я методика раочега ооновных параметров многоступенчатого роторно-Еоаьейэрного преооа реализованы оовмеотно о ВНИЖЛРШок в виде лабораторной уо1ановка, моделирующей процеос многоступенчатого формования о возможностью наследования необходимых •ои^овых парамегров. Совмаогно о КТБ Моооргстроймагериалов в

гиде рабочв-техничеокои документации пресса, образец которого р насЕоящее врвыя изготовляется на Аотраханскои СПО "Морокой вавод", В ходе проведенных экопереыенгалышх исследований на базе опытного 8а в ода ВНШСХРШа подтверждены практичеоки результаты теоретического анализа кинематики процесса многоступенчатого преооования на многоступенчатом роторно-коввойер-яоц преоое, расчётный зкономичеокий зффекш от внедрения ооста-вит 521 тыо. руб.. в год.

Аппробация работы. Ооновные результаты'работы докладывались на научно-технйчеокой конференции МИСИ и БТИСМ в 1988г., научно-технической оовете ВНИИСТРСЫ в 1989г.

. Публикации. Ооновное оодержание работы отражено в 3 отатьях, получено I авторокое овидетельотво и 3 положительных решения по 8аявкам на изобретение. ,

Методы исследования. Методы математической статиотики и планирования, графического моделирования кинематики, взаимодействия рабочих органов.

Структура и объем работы. Дисоертация общим объемом 162 страницы ( из них 20 страниц приложений ) ооотоит из введения, четырех глав, общих выводов иа результатов работы, спиока попользованной литературы, включает 45 рисунков на 44 страницах, 12 таблиц.

На защиту вынооятоя: - результаты анализа работы оистеыы оиловой кулачок-преооущий валок о определением геометрических параметров оиотомы

- методика определения тягового уоилия в цепи преооформ при пресоованни

- методика инженерного раочёга мощнооти привода многоступенчатого р.оторно-конвейерного пресоа

- результаты анализа влияния позиционной расотановки ступеней проооопання на усилио в тяговой цепном рабочем органе и мощность припода многоступенчатого роторно-конвейерпого пресса.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

В нерпой гл.-) по провиден анализ и клаооификация преооо-рого оборудошнип -дли коцпроссионного формования огроительннх

ивделий из порошковых ыаоа. Показано, что общими тенденциями в машиностроении, характерными для всех огран, производящих преооа является применение или стремление использовать равномернее , двухоторокнее проооовашю о эддеракой под нагрузкой, ступенчатое прилоаение усилия прессования, зибрироваиие про с-«' сфорыы, вакуушр ование ыаооы, ¡¡шрокое внедрение электроники 1 для управления и контроля за рабочими пр oneосами. Иыещся попытки отказаться от коробчатого засыпного механизма, который являетоя причиной увеличения простоев в пределах одного цикла пресоования, неравномерной за тапки цатриц прооспороикон и механического повреждения граней сырца во ио:,!я ого оьема» Коробчатый заоынной механизм, применяемый в колено-рачакшЕ: , и других прессах периодического действия лимитирует производи-толъиооть. •

Оточено, 420 проемуцестБОм роторных просоов является йвпрерывнооть процесса проооохгашш при шсокой производительности, многоступенчатое ( до трех отупеной ) преоооЕашш о . непрерывной заоьшкой матриц преооформ и оьам сырца о открытого стола, что повышает Зезопаскооть работы.

В ходе обзора конотрухций. прессов дано опиоание рабоэд ' предотчвлепнюс оно геи' о указанием доотоинотв и недостатков, возможностей применения в промышленности.

^отановлеяо, что наиболее выгодно отличается из роторных прессов конструкция ыногоотупенчатсго'рогорно-конваМерного йреоса. В главе представлено опиоание работы преооа о указанием ого доотоинств, (технических характеристик.

' Обобцены результаты анализа в поотавлены ол'едувдие задачи иэодедоваяия; • ■ ..

- зхоперекентальные исследования процесса компрессионного формования о целью определения рациональных, параиетров и решшов работы преооа, обеопзчававцих качеотво изделий и требуемую производительность» .

- аналитические исследования кинематики рабочих органов много-отупенчатого роцорно-конвейерного преооа о цель» ооадапия мою-дики определения геометрии формующих органов (оиотемы "иило-вой кулачок- прворувдий валок"), обеспечивающих заданные режиш преооования (оочетавие нагрузок, темпа яаращивввия давления,' времени.вцде^псн). .' ' •

^ иобдедовавие охемы раоотановки охупекей ареооования на замкну-

гон контуре тягового органа о цельв определения ее влияния на гягдвоз усилие, нагрузки в элементах пресса и мощность

привода.

» разработка методики расчёта основных конструктивных параметров и «оциосса привода преооа.

Во второй главе рассмотрена кинематика взаимодействия рабочих органов многоступенчатого роторно-коквейерного пресса. Па оонозашы анализа проведенных ранее исследований замечена разнорекииноси- работа пресса на каждой ступени преосоваиип, которая в свою очередь накладывает-определенные ограничения яа геокегркя рабочих оргзнов. Размеры ачатоии прессувзди валок - силовой кулачок о одной оторопи ограничешг величиной осадки на первой атупзни, о другой стороны максимальным давлением прессования на пятой ступени прессования. Для геометрического анализа взаимодейотвия пары силовой кулачок - прессующий валок использовался фиксированный профиль силового кулачка, обеопечиБоаздй необходимую технологию процесса и качество получаемого сирца (рис. I). Тогда чаоть осздгш пресспорашка на соометатвупщих уча о псах 1,11,III оилолого кулэчка определится как:

Л/ = &/СО-5¿р/ - • (I)

где - радиус прессующего валка,м

значошш косинусов последующего и предыдущего .. 11 углов контакта преоаунщого валка о силовым кулачком ( положение "О" - точка встречи до положения "5" - контакт прессующего валка и силового кулачка в точка "1,1" (рис. 2))

где - линеИннй размер участка II оилозого кулачка,м

- угол наклона участка II силового кулачка ( положение о "5" по "13" (рио. 2))

(Я

( положение "13" до совмещения о точкой "3" прессующего валка (<ша. 2))

Просумировав выражение (I) - (3) получим:

со

Поместив в одинаковых координатах графики зависимостей у

С уменьшенными значениями £ и4> (рис. 3) было определено, что угол захвата, влияющий на величину тяговых нагрузок в цепном рабочем органе. £? большей отопени зависит от размеров прео-

-а -

: Т~ криволинейный участок I- учаоток набора уоилия преооования I- участок выдержки пбд преосуюции уоилием г-радиуо кривиэны оилового кулачка , и / /S- утоп наклона учаоткаП, срад. •^,<$,^- линейны9 раэиеры проекций характерных участков " ((илового кулачка, соответственно I, II,. III Л - точка перехода участка I в учаоюк II Х- «очка перехода учаоткаП в учаоюк III

Рис. ' I Схема силового адлачка.;

"—¿кйнэватика системы валок-яулачок о у«эньшокным значвшзй?

--- первая ступень прессования •

-г— вторая стувднь прессования

Рис. 2 Геометрический анализ взаимодействия пары валок-кулачок.

¿> -

Л? Г/ /.? сз # 45 I*

где л - продвижение цепи прзссформ,

ш

'о/, ЛИ '

А; - оседка иросспорошка одииы проссущиь; вш;;:о:,! но

первой ступени прессовашш, ш

Диаграмма хода пуансона на первой ступзпи прессования в зависимости от пзрокслрнип прзссформы при постоянном размера волка и значэтшш » 10 им и " * 20 ш

' г Рис.3

* у ч « з л? V/ & ,1 *4 <Г"у«

Диаграмма хода пуансона на перооП ступени

прессовании в зависимости от перемещении просе

формы при уменьшенном рапморс пргссущего в ал к

^ » 75 мм

оувщего ваяка нояоля ог геометрия оилозого кулачка,, а процзоо 1£рпооозап;1я па II - У ступенях пропоходиз на наклонном учэот-ке силового кулачка. !'з выраЕэиия (4) определявтол. штодшышй радпуо ареоотвдего галка для заданной величины соадкп прооз--асрснга и угла захвата, ярового кулачка првооукщии валкой

. (5)

. Раоаиотрснноо тяговоо усплио в цопи преоофори как раз-пск)гь катя-зкни со ззоилх -до и ясоло зочкя контакта проооуа-пзх'О еплкя о оилозш! кулячмм Т/-То 603 у 45 га по и эр а на храме а водшнгивах олаэделяогся г.з щдзшзтш:

Ъ'То (6)

где $ - усилпа ирсоооглпля, Н

р " угол иеяду вертикальной ооья и пзпраллошш разпцойогвуЕДой уоилия прессования • О уйгом г его, тго в оШеи слу'-п э

З/лУ-'Л- (?)

гдэ X - горизонтальная ооотавлгоопая ошш натяяония, Н

■ Т - разиодоИотвувцая усилия просо озашм, И а пз II -У ступенях .прессования максимальное-значение Ил1 об ого уонляя будез в ыомспз оовладэяия линия контакта оилозого кулачка о пресоувдш валком в точке "X" ,силового кулачка (рис. 2)

Согласно приведенной охеыэ (рис. '4) о учзтем ойл трояия з подшипниках просоужцк валков щракеипе для расчета тя-гомпс усилий панноа вид:

Т/ '-То - 273/л / V* </*) (8)

где, Т° £}/&)$ Р)

- • ссзУ-¿-¿Я- , (10),

/V -•приведенный я оса коэффициент треняя окольнэикя "

подлинников ■ ¿ч - диамзтр ооя под яодгщнякоа, и. -диаметр преооуащего гзяжз, и Но анализа нагрузок з цепи првоо$<и>и нногодтупэнпагого роторно-коявейерного пресоа и винецагаки вааинодойоиия ого рабочих органов* ооуцэотзлявдих просоованив .пороака расход Коз&аота определяется паа:

- (12) где ■ Лт» - расход ыоадооти не проооованиэ :

- 12 -

/- уголнаклона силы Т к вертикали, гръд.

угол между вертикалью и линией, соединянцей точку "А" кона'акта валка и кулачка с центром валка, град. £ - угол между направлением силы и радиусом /( , град. Т - равнодействущая усилия прессования, И

диаметр вала под подшипником, м ¿> - диаметр прессующего валка, м у- радиус трения,' м

Х- горизонтальная составляющая, силы нажатия валка на кулачо»

Рис. V

Схемо к расчёту тлгоыгх усилий с учётом сил Тропи,! ъ подшипниках прлссущих п&лкоп.

- В -

- ре ох од мощности па трение в подшипниках валков ///л - расход мощности на выпрессовку изделия

Mj - раоход иощнооти на трение в шарнирах цепи

- раоход ыоцноота на закрывание пуаноонов

/Уц - раоход иощнооти на преодоление динамических нагруаоа В учётом незначительности ряда составляющих и возможности учесть й2 ксовзшшм путем энергетичеокиК баланс оиотемы определится какг

• Az = Ул+лЯ**'* (13)

ä соответствующие ооотавляыцне как:

Af-riJ-t (Х4)

?до /VJ- - ноиент трения» Ни

U^i - угловая окорооть вращения превоувдего валка,-о""*

(15)

гдо цаооз поступательно и зращагедьно движущихся частой, кг

СГТ - уокорение тормозения, м/с2

- начальная окорооть цепи пресоформ, м/о

X - /btbfr&J (К)

гдо Pep - среднее давление прессования, Па

ifc - окорооть цепи прессфорц при пресоовании, н/а рх - деформированная площадь карпича-оырца.и X - отношение- высоты засыпки а высоте кирпича-сырца . С целья иллюстрации и оценки величины инерционной' составляющей расхода мощнооти были исследованы скорости режимы двиаения Йвпи преоофори в момент преооования яод действием только скл инерции. -г

На основании рассмотрения изменения тягового усилия в' цогтоа рабочем, органа при последовательном обходе позиций npeotfa для случаев совместной работы всех ступеней преооования, совмещения I - III, II - I? и раздельной работа всех отупеней преооования сделано заключение о необходимости равнеоеняя во ¿ренвни работы воех отупеней преооования, как наиболее адоно* иичного режима. Проведена оценка' долговечности.работй цепа преоофори, раосмотрены вопрооы подхода к выбору маховиков*

В третьей главе раооаотрены вопросы определения методика проведения экоперементалкшх исследований в свете поотайлен-нше задач, определены оонозные зависимости для статичоокой обработки полученных результатов, произведен раочёх необходимого чиола зкоперементов. Дано подробпоэ описание специально спроектированной и изготовленной лабораторной установки (положитесь-

нов решение от 27.04.90 г, по заявке й 4437671/ 33) с указанием ыеот регистрации' требуемых параметров.процоооа многоотц певчатого преооования, предотавлены тарировочше завиоиноок иоподьзуемых датчиков. ,

В четвертой главе приведены результаты акоперененталь-ных иооледований, обобщены и формализованы некоторые вопрооь аналитического иоеледования процесса многоступенчатого форш ванин.

На основе проведенного анализа предложено для глин низкой , оредней и части плаотичных использовать давление п| оования не превышающее 20 -22,5 МПа в сочетании о многоступенчатым циклом преооования, а нижний предел ограничить 15 Ь

Рекомендовано для получения качественного изделия плавное наращивание давления преооования на первых трех ступени преооования.

Определены предельные значения давления преооования на первых трех отупенях преооования, как 5, 8, 16 МПа.

В ходе исследований замечено, что изменение окорсоти Ц( преосфорц не существенным образом влияет на качество прессой но ограничено конструктивными особенностями узлов и цеханиз! пресса, их ооглаоованной работой до 0,5 и/а.

Проведенные зкспереаенты выявили необходимость огранич« величин ооадок пресспороыка на первых трех отупенях значена» не превышающими 70, 18, ? % от полной осадки.

Замечено, что о уменьшением процентного содержания ила: и оникенця числа плаотичнооти глины наблюдается рост тягового усилия в связи о чем рекомендовано значенио влажности пресспорошка иметь В-9,5^.

Экоперенентальньши данными подтверждена практически линейная зависимость расхода мощности от окорооти движения преосфоры, на основании проделанной работы с целью снижения энергетичеоких затрат без существенных потерь качества сирцг и производительности пресса дли средне и высохопяастичных г; предложено применять четырех ступенчатое прессование.

Согласно полученный зависимостям предложена инженерная методика раочёта параметров многоступенчатого роторно-конве! ного пресоа и проведен сравнительный анализ результатов, теоретических и экспериментальных исследований.

Отмечена хорошая сходимость результатов аналитических I акоперементальных, исследовании.

Для упрощения рабой по выбору необходимых параметров и конструирования прессов аналогичных оно тем о помощью ЗЩ ли просчитаны и поотроены кореляциошше завиоиыооти я

ОБШИВ.ВЫВОДЫ

экаперементалышми и аналитическими исследованиями установлено, что формование изделий но роторно-конвсйерном преоое из глим средней и. выоокой пластичности следует ооуцеотвлять но менее чем на 4-х ступенях просо овзиил, а из низкоплаотачных глин но менее чем на 5-ти отупенях просоования з результате исследований установлено,'что для обеспечения требуемого качества кирпича я пукной производительности, опорооть движения преооформ должна быть в интервале 0,5 -- 0,55 и/о о плавным набором давления пре ос ования не пре-вышавцим на 1-ой ступени - 5МПа, на И-ой ступени - 8ЫПе, на Ш-ей ступени пресоования -16 ИПа. При этом ооадка пресспо-ропка на зтих отупенях не долкна преззыиать 70, 18, от полней ооадкя соответственно для I, И, III ступени прессования и его влажность для любых типов глин доляаа находитоя з пределах 8-10$.

рзяикы прессования реализуотоя геометрией пары валок-кула-час, в чаотноохи величиной утла наклона кулачка, Для реализации рациональных режимов пресоования он рекомендуется в пределах 7-9°.

теоретическими исследованиями и зкоперементаии установлено, что на III - 17 и 7-ой отупенях прессования процооо''передачи усилий от пресоуищих велкоз к силовым кулачкам лрисходит на наклонном участке последнего, и для ошгавния динамических воздействий на оиотему и повышения додговечяооти оилового кулачка в точке перехода от участка II к участку III - точка "К" (наиболее подверяенная износу), имеет смыол использовать два наклонных уча ома о углами окажем 9° и 2°. на оонове теоретического анализа и экопе^емеатальных исследований показано, что для уменьшения угла захвата прево'}ющиц' валком оилового кулачка и сяягевия динамики процесса ареооования желательно иметь диаметр валка, порядка 400 - 500 мм. для более равномерного нагруяения элементов преооа а двигателя, повышения надекнооти пресса, установлено, что вое ступени

преооования должны быть развеоены во времени.

- разработана инженерная методика раочёта ооиовных: геометрических параметров системы валок-кулачок, обеспечивающих заданные режимы преооования, тяговых уоилий в цепи преооформ и раохода мощнооти.

• оаидаеиый экономический эффект 6т внедрения многоступенчатого роторно-конвейерного преооа ооотавит 521 823 рублей в год.

Основные положения диооертации опубликованы в оледувдах . работах:

1. Мелия Г.С., Николенко В.А. Получение эффективного кирпича ив подуплаотичных глин методом компрессионного преооования - Сб. трудов 1ШСИ и БТИСЫ, Белгород, БТИСЫ, 1988г.

2. Целия Г.С., Николенко В.А., Апальков С.Г. "Кирпичный завод малой мощнооти". Дурная "Сельское отроательотво" й2, 1991г,

3.. Николенко В.А. "Конструкция преооа многоступенчатого

преооования строительного кирпича", -материалы конференции молодых специалистов технической школы Лейпцига, октябрь 19Е

Подписано в печать 27.05.92 Формат 60x54V16 Печ.офс. И-158 Объем I уч.-изд.л. Т. 80 Заквэ^ Бесплате

Ротапринт ШСИ им.В.В.Куйбышева