автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Кинетика и оптимизация циклических тепловых процессов при вулканизации резиновых заготовок

&.Э VI 9

Тамбовский институт химического машиностроение

На правах руасиици

. " . ; С/'.

ГАТАПОВА Наталья Цибиковна

УДК 679 05» 678.0.00

КИНЕТИКА И ОПТИМИЗАЦИЯ . ЦИКЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВУЛКАНИЗАЦИИ РЕЗИНОВЫХ ЗАГОТОВОК

Специальность 05.17.0В - Процессы п аппараты

химической технолога*

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой пана— кандидата технических наук

Тамбов - 1992

Работа аыяошанв во Всесоюзном научно-иссхвдоватахьском институте резлютехьичесюого машностроения (ВНИИРТмав, г.Тамбов) я а Та»Л>вскрм юстктуте мимического машиностроения (ТИХЫ, кв*едра процессов и ашарадгов мвегшсмоя технологии).

МаучныЯ руководители: доктор технических наук, профессор КОНОВАЛОВ Виктор Иванович.

СНицивонне оппонеты: доктор техшнвсккх мук, профессор 1Р0Л0В Владимир Федорович; кандидат технических наук, до цент . СЖНВОВ Алексея Степанович

Ведущая орпиаоацжя:

ТОДовскхЯ завод асбестовых к резиновым технических кэдвлиЯ

Зашита диссертации состоится 2 ? 1992г.

В \Ч Час. 00 мхн. иа заседании специализированного совета по лрмсуадвки» учено* степени кандидата технических наук К 064•20.01 в Тамбовском институте химического машиностроения по адресу: 352620, г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ТИХИ.

Отзывы к захючахия в 1-ом экземпляре, заверенные гербовой печать», прост штршять по. указанному адресу.

С дмссертацмвЖ иоано ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь слвциадюиров&кного совета, маидидат технических каух

ОС УГ^'срл, 1992г.

В. М. Нечаев

российская ■ . " .

¡Ъ-1ЯАЯ

£КА

ОБП'Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Процессы производства полимерных и резиновых из-далня в большинстве случаев являются циклическими: исходная смесь прохода ряд операций в комгаэте с рабочим}: устройствами оборудования С например, гагрев смеси, заполнение прессоормы, вулканизация, охлаядение и пр.), затон готовое изделие гнгрухаатся, а рабочие устройства после вспомогательны»: операция возвратится в цикл. ТепловоЯ резкм рабочих устройств нестационарен даж при установившемся регнме работы поточно;1, лижи или установки в цело!), что обуславливает сле-цксичгскиз особенности как самого процесса, тшс и оборудован]'-^, технологического рзгламента к обслуживания.

Это услохнггз? ггоддергакке необходимых температуры и давления, от которю: зависит качестгэ кгдзлгЛ.

Обычно коксгрукхшшо-тейюяогкчесхке репвния находятся эмпирическим готе!! за счет большого труда, опыта и интуиции специалистов, работаюшг: з отрасли.

Одкзга, многкз вопрос:; такс- путем ресаатся на оптимально, чрезмерно труд!», а кеюотопь."» из юс: чисто эмпирически решить вообсэ

Это обуславливает большую практическую актуальность разработки научных методов прооктировзннл и управления для циклических тепловая процессов.

Такие разработки прздетазлявг и самостоятельный научный интерес, так как мзтодологичоская ебшюсть возникакЕих проблем характерна для шгогочислешшх тепло- млссообтапа« циклических процессов в самых раз;шх отраслям проишленностк к естествознания.

Настоящая работа посватана исследования циклических тепловых процессов резиновой лронюявнностк, прежде всего - процессов вулканизация, т тс»!! чкслэ,* реализуемых в автоматических роторко-конвейер-юс£ лннз;пх С.'Т;СЛ).

Работа шгалигт^сь з сооггатстисг с !Ьо рдагцнонззг: планом на-учнэ-нсегэяягзтряьскк* р!»Зот АН СССР по кчпрззлэшм "Теогвтичесгсгэ оскопи ягзкееквй теиогогки" 1533-1520 !! кз 1920-1555 году (тегл

гг. зл'.о).

1Глчь. ;:~с.гпгэсацу:!. Нзучентз пегэткки однократных и цгаслкчэ-скнх теплой« процессов кагрзпа к охлаждения вулканкзацкакных разгекгпл прессФорм с иэдчлиянм при различные способа« теплотд-вода; полунэшеэ акалкткчосгаос *еаеккя 'задачи теплопроводности для составною цчлкшуа конечной длины и разработка ка »той основе

ГОС/ДЛГ--'4

БИёПНО!

автоматизированных катодов расчета циклических тепловых процессов; выполнение вариантно-оптимизационных расчетов нагревательна устройств проектируемых поточных линий для производства уплотнителей пэдаипников и азтокгмершх шктилей и и .'дача конструктивно-техноло-гическкх рекомендаций по их совершенствованию.

Научная нов у.:-.}-г. На основа полученных аналитических рзсаний приблнзонной эквивалентной задачи теплопроводности для составного цилиндра конечной длина, имитирующего вулкапнзацкоплую разъемную пресссорму, при граничных условиях 3-го рода к произвольных начальны« условиях и усовериинствованного катода эквивалектнзацик граничных условий к. граничным условиям 3-го рода с кусочно-линейной аппроксимацией теплового потока по временным зонам при комбинированном тегиогадшде (коквектквно-кнФракраснон, ивдукциокно-гаэнвэкгивкои н пр.) разработаны приемы, процедуры и методы решения задач расчета н вариантной оптимизации циклического нагпева-охлавдэнкя вулканизаци-онных разъемных г.рессоори. Экспериментальным путем получаны расчетные зависимости и величины всех необходимых кинетических характеристик.

Практическая ценность. Разработан и отлажен пакет программ для расчета процессов нагрева и охлавдаюш вулкшшзациотшх лрассчори с изделиями применительно к однократным С нестационарным) или циклическим тепловым процессам. Возможность оперативного выполквюи вариантных расчетов позволяет находить более совершенные (олгтшилькыз) конструктивно-технологические решения.

Реализация работы. Выполнены варнантно-оптимизационные тепловые расчеты нагревательных устройств в двух роторно-коквзйзрных линиях в процессе их проектирования ВНИИРТмавзм: 1) л ним для производства уплотнителей подшипников РКЛП~40 Синдекс 354.051); 2) линия для производства обрезинекных автогашрных вентилей ¥£13> (индекс БЭ2.181). Результаты работы использованы при конструировали* и изготовлении окктных стендовых образцов указанных линий. Расчетный экономический эффокг составил 217,8 тыс. руб. и 277,6 тыс. руб. соответственно (в ценах 1990 года) за счет повышения производительности оборудования в 2-3 раза. Линии включены в Каталог оборудования ВНИИТЭМР, 1990 г.

Разработано и использовано при проектировании роторно-конвейор-ных линий для производства РТИ устройс:контроля температуры поверхности движущихся вулканкзгаиошшх прзссФорм, зааигекиое авторским свидетельством.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 пзчатных работы, получено 1 авторское свидетельство.

Структура работы. Диссертация состоит из вгвдения, 7 основных глав, выводов, списка литературы и прилогений. Названия разделов в диссертации и автореферате совпадают.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР2АНИЕ РАБОТЫ

1. Введение

Во введении сформулированы направление исследования и цель работы, актуальность и связь ее с государственными программами, перечислены основные результаты, показана научная новизна и прикладная значимость, практические использование, технико-экономическая эффективность и возможности применения полученных результатов.

2. Циклические тепловые процессы производства изделия из полююрных материалов и задачи их совершенствования

Рассмотрены основные разновидности циклических тепловых процессов н кх характерные особенности: принципиальная нестационарность, даже в оборудовании непрерывного действия; сложность геометрии; разъзм н смыкание элементов прессФорм; установка арматуры и впрыск резиновой смеси; сложность и колебательность температурных полей и тепловых режимов как для прессФормы с изделием в сборе, так н для отдельных ее частей; взаимозависимость их для всего процесса, особенно влияние степени охлаждения элементов перед вулканизацией.

Приведены схемы и рассмотрены конструктивно-технологические особенности циклического вулканизациокного оборудования (роторно-кокзейерныо линии для производства РТИ, вулканизационные прессы, литьевые линии, литьевые прессы).

Сформулированы особенности и задачи разработки математического, программного и экспериментального обеспечения. Главной задачей математического обеспечения является достаточно адекватное описание температурных полей прессФормы и изделия для всего циклического тепло-есгс процесса, поскольку нагрев в термокамерах в основном определяется охлазденквм прессФорм вне' термокамер.

Программное обеспечение должно позволять оперативно выполнять сэрки вариантных расчетов для анализа влияния всех существенных для процесса переменных и отбора лучших (оптимальных) решений.

Аппроксимация полученных решения более простыни зависимостями от управляющих воздействий может использоваться в качестве алгоритмов для микропроцессорных систем управления.

Экспериментальное обеспечение должно включать комплекс оборудования, позволяющего исследовать и моделировать все основные используемые и перспективные виды теплоподвода (инфракрасный нагрев разными излучателями, индукционный нагрев токами высокой и промышленной частоты, конвективный нагрев), а также их комбинации.

3. Математическое моделирование циклических процессов нагрева и охлаждения

3.1. Задачи теплопроводности

Дан обзор и анализ известных решений. Показаны их недостатки или непригодность для рассматриваемых процессов.

Разработана следующая схема, допускающая надежное анаяилмюское решение и подтвердившая свою адекватность экспериментам (рис,

ПрзссФорма, состоящая

Тк(й,т) Тп

4

м л + о л

Тп В.т)

К

к

¡Т0(В.т)

о

г а л

Г

из основания и :<рьшвог, моделируется экш талант кым, условно одномерным цилиндром с ко-Тцп нечными высотами верха С крышки Ь^) м ннза (основания Ь0) по схеме рис. 1 (х, с, р -для основания я крыз-ки одинаковы).

Рис. 1

В момент контакта поле составного цилиндра моделируется кальнын тепловым смещением по радиусу (х)":

"ло-

Т/хХ

Т0(х) Ъ0 ♦ ТкСх) ьк

Условно принимаем продольную теплопроводность вдоль 00» ЦЯЯИЛЯ-ра хп —> о» , то есть считаем, что по высоте цилиндре во всех координатах температура одна и та же.

Тогда введение в задачу объемного стока тепла позволяет уч&ет» торцевые стоки при условно равномерном распределении их по васота.

Для обеспечения эквивалентности такой модели и реального' конечного цилиндра вводим коэоонциент переносе тепла между торцом1 к1 цент-

ром К,

цт

определяемый расчетной оценю* и подтверждаемы!!' здсперхч

чентом. Он вводится в коэвоициент теплоотдачи на тор^Й = "б * ^г '

'до - для боковой поверхности (далее о^ = о). Схэ.ча задачи представлена на рис. 2. ДкФФереш&тьное уравнение:

ГГСх. т)

= а

&т

а^гсх.т) 1 этсх.т)

Зхс

Эх

- /КтКх.т) - Тст)

С2Э

СЗ)

Граничные условия (ГУ); ЭТС^т)

х-- ♦ а СКЯ.т) - Т.) - О; (4)

дХ с

Усдозиэ сплопгости:

^ " ЭТСО.тЭ Тс '-—- - О;

Началмав услозяя ОШ: 3 ТСх.О) " ГСхХ

Заданы: Т0. Тс, Т^. о.^.Я.Н.х.а.

(5)

рис. г

Репанио задачи получена иагоалн раэдаяе:кя лргкаи в сгзду-ш вэдэ: .

се •>• ¿^у/, X

.г) - тст ♦ Р10иг

ехр

- а т

С©

ЙР'

ехр

11

- а' г - * А 1

1

.„ » 2С

т) - Т„- * —= • ЬСЯ"* Ю ♦ У —

ст I?43Г 1 1 п

стэ

Здесь: Zctj

А--; Се)

hx

« СТс - Тст>

С 9)

l^fT R) + al0С4ь~ R) - корня характеристического уравнения

J„C,i) - J,Cp) - 0; CiO)

° oR 1

РгЛ^А" J^ С м О + -iA"" RI.C4JT" R)J Си)

П О I 'П 1 о п

Sn(А) - -:- . (И)

CfiR2 ♦ * jfcMn)5

Зависимости дгя Сп и других воядонн дгиш в диссертации. 3.2. гквгвалонтнзафш ГУ при конбкшроБамнон теплоподаоде Прэдяозон уеошршэиствошюш штод гжшпшеитиггщгш rpaimчзш уелошя с кусочга-кшя&коя аляровсикэдаг» потока излучением гл вре-юш генам.

Кгхэдкнэ кэлмо&ш П?-3 пр:а кокметкаток »ли юиЕестишш-чзд»-ракгаокоя тегкогодаодэ:

ЗТСй.т) \л л

Х-—-- « СТс - TCR.r» ♦ С0<пр». СТ^В - CTCR.t»4). <12)

. | ■ ■

вводам маяениаяьиую температуру нагрева Тв , илходкмув итерациям» кз (12) прм равновесии * q^^ » 0, я кусочно-постояииав по эокам мо9ССзщибиты теплоотдачи изхучекнем агал

С^СТ^ - CTtR.r))4)

"ioa -;—=r—:—• С13)

Лоске преобраэоввюа» получаем »квивгюкгкые ГУ-3»: «К»,*)

X—--- « euCT_ - TCS.r)) , С14)

«к * ■ . ' '"

. где О, »О ♦ вад^. С15)

Процесс разбивается по времени на "i" аои, Переменю« ксу*вш-циента в предвяах эоны считаются кусочно-постоянными. Конечные усяо-вияпрвдыд/пв* зоны служат начальными усовиями мя посяедомовя зоны.

Общий граничные условия при индукционном теплолодЕодэ ТБЧ, ссэ-гда сопровождаемом конвекцией и изяучзнкэм, будут:

ЗТС R.г)

дх

- а

(Тс - TCR.r)) ♦ СК2ЛС4Л- (ТСК,т))Ъ + qffiw. С16)

Индутюкпса тсплссыдялзшзд ч,:нд прзкгичаскн япяязтел; попзржо-стнкн.

Выполшш акапогкчкьп прообразосаися, получаз« П?-Зэ з пидэ (1!), г до Од соответствует С155, а Т^ о про до п тате я с учетом зкггтаязоткой теютзратуры среда

чккд

X = г ■»•-. f 173

'с инд с у

°Vohs '

Эквнвалентнзацня ГУ-3 к ГУ-Зэ обеслзчивазт лишарязздоэ задач и возмогэюсть г.спольсоЕагсл гиалиткчзезтх рагг'зий.

3.3. Теплоотдача в ка.чзрах награда лрл раззичньк способ.?.* теплгподпода и из камор

В ка^зрах с »'-С.кзгр-зпом огршпгиЕйз»«.'! в^даогз.ч oi'r.yr.i'.i-.tvr.r.i получатель;as;' характзр::ст:1!::

1) эхагваязнтгил тегазратура кзяупузза систзии Т„„д;

2) э:г:Еаяе:гг!1гЛ углогоа ? для егггегя тал.

Тизл ггвнеит от мощности работягsix ¡¡ггроЕдтзэтя, • р яож>тся

уерэднрннык по координатам Со, h, 1) и отстояган для даааЯ гаекзт-ркн каюр и прзссФорм.

Агатромсаицпн для Тйзл и и гшогпись сбработгая эетпгряэи-талькых данных.

В гагарах с индукционным шгравэн ТЗЧ оснодноя задажз i-эдздк-ровання эяйкгрокагннткых провесов а систакэ кэдуггор - ззгрутаа являлось определенно гогпрхгастшго тапяопедэглнкя qra3 з стн от внэшшх регулирумги пг.рз-птроп индуктора, гоокэтркй, ргтю-пдния н эяоктромагмггкых характеристик загрузки с учотом jrmra-нкя во ерзмзни:

чпов ~ чповСР1 т£' sj аагр'

точный элвктрнчзсккй р2счэт 2ъщ2яя55ма 3 smv.cs 1тргсс'"0р':а

мощности iscosmssM. Это вызааяо: 1) сложной гоог;этр:пй системы пзаимодеПстсукккх тел (пшют -.рог—усовв с магшгтопрозоден к .тагтагл * набор взаимовлшгетнх гтросссврм, двигупяхея в кэлеасм ¡санало нндук-тора); 2) сложной гоенвтризя езюя лрссеворм; 3) слоеной взаимосвязь» и электромагнитным взаимодействиям в скстока: сеть - источник

Виталия СТШГМгО) - индуктор -прёссФормы; 4) условностью применяе-них электромагнитных Характеристик дале для идеализирова^ных систем и геометрии С»кзлзалск?ная толщина слоя тепловыделения; замена синусоидальных переменных напр#-а21эй, тр!са н пр. их уередненншх значениями или першд« гармониками; эквивалентная кривая намагничивания; пренебрежение язяениямн гистерезиса, рассеяния, смещения и т.д.).

Поэтому для выполнения достаточно корректных тепловых расчетов применяем упросенну» методику электрического расчета индукционного тепловиделекия. Для учета отклонений от идеализирований ■ охек-г используем интегральные поправочные коэосициенты, находимые_ из экспериментов на модёг.ыьа: цилиндрах к реальных пресссорил);.

Для учета отличия реального селевого индуктора и пресссорм от идеальной схекы в расчетну» величину напряженности нагнотного поля И введен коэффициент связи, определяекл ко до л ъ ко -з ге р^а « иг ал ьн^:! путей:

Чк

н ---!;.С19)

Для расчета конвективной теплоотдачи использованы янтер^ту^нш данные. Так как все они получены для условий стационарной теплоотдачи к в идеализированных геометрических системах, еозиоекы отякчкя от Фактических тепловых потоков в кашх условиям. Это приходится учитывать эмпирическими коэофкцизнтанн йо^и^ К^ :

где о^д - ьидгаяыюен значениа да юдзпиш услошт, подучаешх . расчетом по спрашчиач рекомендациям.

Для естественной конвекции для вертикального цилиндра без в.чсз-него загроюЕДйккя:

Ки « СС<ЗгРг)п * к. ... С£1>

Для прдасудкте льного /обдуга красгсорм в какадах:

Ки - СЕе\ сгг)

Крою того, кег^.учктцаазтся нзсучгякз (раздал 3.2), которая юеэт давать "•ешгашз потоки < 0. При «¡ток з!ак потока кзюг

кзшються в самок процессе кагр^ш-окяевдзккя б юнги.- .раданггса те. лератур поверхности тела к воздуха ТСй.т) в Тс. .<*то та.-; нагаз&э-тя точка инверсии.

3.4. Алгоритмы, программы и особенности счета на ЭВМ процессов нагрева и охлаждения прессФорм и экспериментальных макетов

Для расчетов используются полученные аналитические решения для составных цилиндров, для бесконечной пластины (в однослойном варианте) и эквквалентиэированныэ ГУ. В зависимости от конкретных счетных задач эти процедуры компонуются применительно к однократным или циклическим процессам.

При счете циклов ведется последовательный расчет для каэдой одиночной прессФоркы (модели), начиная с холодного ее состояния н до установления равновесного реаима (с принятой точностью) в результате кольцевого многократного прохондения всех устройств и операций в поточной линии.

Основные особенности машинного счета проанализированы для всех случаев выполненными сериями расчетов с варьированием условий и последующим выбором оптимальных условий счета: разрядность, продолжительность счетной зоны, погрешность итерация, автоматический выбор числа членов рядов в репеничх, число зон разбиения температурных КРИЕЖ.

Физкчность моделей (качественная и количественная) проверена анализом счета при варьировании основных переданных индивидуально и во всем возможном диапазона.

4. Экспериментальное оборудование и методика экспериментальных исследования

Комплекс экспериментального оборудования включает: электротепло вые устройства для нагрева прессФорм в составе стендов РКЛВ (рис.3)

Вид А

к РКЛП, системы питания и управления, электро- к теплоизмери-тельную аппаратуру, измерительные прессФормы для вулканизации автокамерных вентилей (ркс. 4) к уплотнителей подшипников, модельные образцы и макеты. Макеты Стрех типов из разных материалов) позволяли изучать раздельно чеплоподвод с боковых цилиндрических и с торцевых поверхностей, а теми радгальныЯ теплоперенос к центру прессФормы.

Это позволило проводить Физическое моде-лиро вание, ре кимныд электротепловые экст перимента, натурные теплотехнические ^ тех!юлогические опыть^ с основными принятым]} способами тепленодва-да: инфракрасный ИК нагрев с галогенными лампам:: накаливания; то же с излучателями типа ЭОИ; индукционный нагрев ТВЧ; кон-конвакгивныя нагрев . горячим / обдуваюакм циркулирующем б камз-. ре воздухом.

, Эксперимзитальнш исследования "включали: изучение твплопа-'..'■.': рокосных, издучаталь-ных и электромагнитных характеристик материалов образцов; ' изучаккз кинетических кривых нагрева к охлаждения во всем дналззоке условкй, возможном в промышленных линиях; изучение комплексных циклических процессов, включая период пуска и разогрева системы на опытных образцах линий.

Разработан, комплексный план проведения экспериментов.

5. Этопзримантальиае и литературкш данные по свойствам материалов к результаты опытов ¡¡о'кинетике нагрева -схлахлвкия макетов и ярессборм

Приведены теплопереносше, кэлу-.гтельнш, электромагнитные ха-

Рис. 4

рактеру.стики используемых материалов по литературным, собственным и расчетным данным.

Сняты кинетические кривые охладдекия макетов на воздухе; кине-тнческко кривые И1С нагрева макетов и прессФорм в какерах с лампами Г ЛИ и в йрах с ЭОИ; кинетические кривые индукционного нагрева ТВЧ и конвективного нагрева макетов и прессФорм.

Эксперименты проводились при мощности лампы ГЛН 0,5; 1,0; 5,0 i-Jh; при изменвики положения макета относительно ГЛН по длине и высоте; при одиночном расположении макета в цепи и при расположении в соседних гнездах цепи прессФорм.

В экспериментах в камерах с ЭОИ мощность нагревателей составляла 1,0; 1,5; 2,0; 4,2 кВт; положение макета менялось относительно ЭОИ по длина.

Для получения данных, усредненных по длине камер, проводились эксперименты с макетом, совершающим возвратно-поступательное движе-нио в камерах.

Кинетические кривые индукционного нагрева снимались при напряжениях итпч = 130, 200 и 300 В.

Средняя скорость обдува при конвективном нагрева составляла 8

м/<с.

Типичный пример кинетических кривых нагрева для разных точек образца показан на pjc. 5 Сц - центр; т - торец; бв, бн - боковые верхние и нижние точил под углом 30° и О0}.

Сняты кикэтические кривые циклического разогрева прессФорм при 'ЛЯ ✓ jOH нагреве на стенде РКЛП и при индукционном ✓ ЭОИ нагреве на

стенде РКЛВ. Приведены основные режимные параметры.

Интегральные сводные данные условий и результатов экспериментов сведаны в таблицу машинного информационного учета.

Качественный анализ кинетических кривых выявил большую поверхностную неравномерность теплош диода, что увеличивает разброс темпе-температур на вулканизуема изделиях, ухудшает их качество, снижает экономичность нагрева. Предложены конструктивные меры, повышающие равномерность теплоподвода.

6. Обработка экспериментальных данных и анализ результатов

Обработка экспериментальных данных проводилась на ibm рсуат в режиме диалога "Исследователь - ЭВМ".

В соответствии с модельными представлениями обработкой экспериментальных данных по охлаждению макетов на воздухе получены кинетические коэффициенты модели, учитывающие отличие боковой теплоотдачи

от "идеальной" СК^) и теплоперенос от торцев образца к центру проссФормы, где располагается изделие

При обработке экспериментальных данных по ИК нагреву е камерах с Г/Л и камерах с ЭОИ проводились мио-гошцьамэгричеисие иторации, в которых варьировались коэффициенты Kgg и к определялись эквивалентные хараторкст»-ки издучвигоя систсй? Ткзл«"-

№циклов

Рис. 6

Получены зависимости Тюя от мощности нагревателей Г ЛИ к ЭО'.Т. Обработкой экспериментальных данных по индивидуальному нагреву ТВЧ определялись кинетические коэФйицивиты К^ , К^, и коэсСидазнТ связи индуктор - загрузка К^.,.

Полученные кинетические характеристики теплопареюса и нагрева1-

льных устройств приведены в диссертации. Для конкретных условий и имеют значения, лежащие в следующем диапазоне; К^ = 0,6 + 1.8;

7 = 0,15 + 0,45; 1^СР)Эои = 32000 (1'° :сВт;> + 55000 С4'2 ^^ ]ЭСР)ГЛЯ = 320°С СО,5 кВт) «■ 800°С (5,0 кВт); ^кв = 0.27 + 0,90;

= 0.15 + 0,3?; Ки_3 = 0,60 + С, 90.

В некоторых случаях удалось получить достаточно простые корре-ции (например для Т^0И(Р) - зависимое.> линейна).

3 критериальных уравнениях коэффициенты и показатели степени вют значения: С = 0,8; п = 0,25 в уравнении (21); С = 0,148; = 0,633 в уравнении С22).

Надежность результатов резко увеличивается, когда их подтверж-зт расчет всего цикла разогрева с учетом изменения температур по «ии на каждом проходе прессФормой технологической цепочки.

Выполненные расчеты подтвердили приемлемость и эффективность здложенных моделей. Пример сравнения расчета и эксперимента дан на

6 (здесь точки - для центра изделия; линчи - для термопар, »еланных на поверхности (1) и в центре основания (2) и крыпхи (3) ¡сссормы).

7. Вариантно-оптимизационные расчеты нагревательных устройств и линий

7.1. Вариантные расчеты

В вариантах расчета для линии РКЛП варьировались вазкейпке для то случая параметры - температуру излучателей:

1 езриз;гг - ТГ™ 5 800°С; Т^ а 500°С (в первой зона КЗ);

2 вариант - 7™' = 050°С; я 400°С (в первой за из КЗ).

СраЕлекко установившихся температур ка ооормляюпей части пресеки Тк показывает, что нуаных текп^ротур варьированием такого родд ул добиться, однако, перепада теигйраяур по прессоормз в 1-« ванте («ньео.

Пуданна этого заключатся а боле® "гестком" характере теплопод-я в кадаро предварительного нагрева. Тазом образом, при прочих "У-: услсзклх цэлесообразтв' работать на болов "мягких* реххках

В вариантах расчета для линии ПШ при предварительном нагреве идуетора и дажективном нагрзве в камере вулканизадм сскожиыкх улируэмыкн параметрами являятся сила тока индуктора я температуре

v «

поступающего в КЗ воздуха. Соответственно варьировались:

1 вариант: I = 200 А; Тс = 225°С Св первой зоне КВ);

2 вариант: 1Ш[Д = 220 А; Тс = 205°С Св первой зоне КВ).

Результаты качественно сходны с результатами для линии РКЛП, «о перепады температур на прессоюрме здесь выше, так как индуктор даат наиболее "жесткий" нагрев.

Однако, сделать отсюда однозначный вывод о предпочтительюсти использования ламп ГЛН тред индукционным нагревом неправомерно, так как для п/оса лгсвй и управления индукционный нагрев предпочтительнее благодаря практически полной безюшрционности.

7.2. Оптимизационные расчеты

Представлению вшю расчеты подтвердили, что выбргкныа эпектро-топлоеыо устройства обеспечивают диапазон интенсивностей топлодадш-да, необходимый для получения нужных температур вулканизации 'твулк * 180°® с ДОстаточиыи запасом.

Однако, выбрать оптимальное соотно_юшю интексивкостеЯ режимов предварительного нагрева в КТО и стабилизации в КВ опытным путем чрезвычайно сложно.

В оптимизационных расчетах были поставлены основиш "-ехнологи-чаские задачи: 1) обеспечение температуры плевал.1« контакта пресс-Форш с резиной на входа 8 КВ Тк = С100 * з)°С; 2) пэддержашю этой температуры в процессе всего вре:.зни вулканизации в диапазона Тх = (180 * 5)°С.

Варьировались основнш управляющие воздействия.

В диссертации показано, что поставленные задачи обесточивается разящи приведении«« наборами управляющих воздействий.

Конкретике peдрдшш выбираться в производственных условиях с последующим включением в технологический регламент.

8. Конструктивно-технологические рекомендации и задачи дальнейших исследований

Для ..¿шин РКЛП рекомендован комбинированный нагрев ГЛН ✓ ЭОИ, для лк.ли РКЛВ - также комбинированный наггев Инд ✓ Конв.

Даны конструктивные рекомендации по выводам ламп, Форме, исполнению и охлаждению отражательных экранов, кзшненин мощности боковых к верхних нагревателей, типу тир>.оторных преобразователей 'частоты и регуляторов мощности.

Йодтварздона работоспособность разработанного устройства кгчт-роля температуры движущихся прессФорм типа басспайная термопары

Савторское свидетельство К 147Б054).

3 диссертации лриведен гита ряд других конструктивно-технологически* рекомендация.

Основные задачи дальнейших исследования состоят в отработкз конструктивных расзшй всех узлов автоматических роторно-2сэнвэйерньк линий для производства РТИ и в применении разработанных методов для другого резиноперерабатываюсего оборудования Спрессов, литьевых машин, шинных Еуг:санз<заторов и пр.).

S. ВЫЗОЛЫ

9.1. Заполнен анализ сукествуюших циклических тепловых процессов производства изделий из полимерных материалов. Выделены сскоыай особенности, которые долам учитываться при разработка гато,-,зз !'дте-матичоского описания, программного н экспериментального сбзепзчггсэт для проектирования и эксплуатации оборудования с ншяичзеккни тепловыми процессами (ккогоолзрационность; принципиальная гастaissnap-кость; сложность и колебательность температурных полой и тепловая режимов как для прессФоркы с изделием б сборе, так и для кх чаете Г:; кк взаимозависимость для всего процесса; наличке сгацкФкчеазк технологически: требований, ооеспечкваяютх качество изделий). По1сзззп| воздажньгэ nynt ксследризккя к повоет к регзш® с'ор^лкровакзп гз-

даЧ. ■

3.2. Палучеш аналитическое репзниэ пркблигзндаа э:гг®аяевтюЗ задачи тешшпроводкостк для составного цилиндра конечной длимы, кна-Г'фуиазвго разьонн^в вулкашаацконную прзссоорму, при граничных усго-елях 3-го рода к произвольна: лзчаййкж« условиях для частая циякйде.

9.3. Предлагая усоваргакстЕовангой изтод эягизалентизацк! гра-лкчниз усяоска к граничным условия! 3-го par,а с кусочка-лккейкоа сп-проксюаудазл телдодзго готега го врэкэнкым зонам при №>K3iac£0c=:S9.i теплоподиздэ- (¿»нагктлаю-кнораа-раснсм; иняутакокш-иоксееткггяи. к

3.4. Разработш и отлеалн шшзт программ, реализует® попучт-ts£3 решения и таблячдо-граозечеекка екеод результатов пргоонитеяыет к

• оджнераткш СьэстатжоркьаО или циклическим теплошм процессе* Спримэгепголым к персональным компьютерам IBM РОЛТ; Turbo-Paskal; AutoCAD).

9.5. Предложена гагодк-u : „гонаткзироваиноя гшалнтичьсквя a графоаналитической сирабо'пся' ¡-j ¿паркмзнтаяыа«'. данных, пркгеккмая дая конвективного, инфракрасного, хкдукш-мтюго нагрева и их комбинаций.

9.Б. Создано экспериментальное оборудование и выполнены экспериментальные исследования кинетики процессов нагрева-охлаждения на модальных образцах и реальных прессФормах в нагревательных устройствах, использующих основные способы теплоподвода Синфракрасный, индукционный, конвективный и их комбинации), а такте исследование кинетики циклического наг рева-охлаждения в условиях полупромшяенных стендов.

Получены необходимые данные по. кинетическим коэффициентам теп-лопереноса.

Отработана методика вариантных расчетов поточных линий, позволяющая находить регимы, обеспечивающие заданные оптимальные техночо-гкческке параметры, или подбирать оптимальные конструкторско-техно-логические проектные решения.

Точность совпадения расчетных и экспериментальных данных соот-ответствует предъявляемым требованиям.

9.7. Выполнены париантно-оптимизаячонныэ тепловые расчеты нагревательных устройств в роторно-конвейерных линиях, которые проектировались ВНИИРТМашем для производства уплотнителей подшипников РКЛП-40 (индекс 364.031) и для производства оорезкнешшх автоканер-ных Еентилей типа ЛБ (индеюг 692.181). Результаты работы использованы при проектировании и изготовлении опытных (стендовых) образцов указанных линия. Расчетный экономический эФФект составил 21?,В тыс. руб. (РЮТ-40) х 277,6 тыс. руб. (РКЛБ) (в ценах 1990г.)за счет повышения производительности оборудования в 2-3 раза. Линии включены в Каталог оборудования ВНИШМР, 1990 г.

9.8. Разработано и использовано устройство контроля температуры поверхности движущихся вулканнзационных прессФорм, запшивнное авторским свидетельством.

9.9. Внедрение автоматнчес: их роторю-конвайерных линия в рези-нопврерабатьвавщую промышленность выявило ряд затрудыний. Гребуотся решение .пополнительных конструктивно-технологических проблем, не связанных с теплотехническими задачами, исследованными в настоящая работе.

Как показано в диссертации, все попученньв в данной работе результаты могут с большой ЭФФек ивность» применяться в любом по-«имэр-перерабатываюявм оборудовании с циклически!«! тепловыми режимами (прессы, литьевые машины, индивидуальные вулканизаторы, поточные вулкаинзациокнда линии к пр.).

Основные обозначения:

Т - температура; т - время; х - координата; 1, d - длина, диаметр; к, а - тепло- и температуропроводность; с, р - теплоемкость, плотность; а - коэоокциент теплоотдачи; ¡j, и - вязкость кинематическая, динамическая; р - угловой коэффициент; а - удельный поток тепла; Р - электрическая модность; ff - скорость.

Индексы:

изл - излучение; к - конечное, кольца; п - поверхность; с - вневней среды; ср - среднее; экв - эквивалентное.

Сокрашния:

АРКЛ - автоматическая роторно-конвейерная линия; ГШ - галогенные лампы накаливания; ГУ - граничные условия; ДУ - дифференциальное уравнение; Ж - инфракрасное; KB - камера вулканизации; KfW - камера предварительного нагрева; НУ - начальные условия; Л® - прессФорма; Р - ротор; РОВ -АРКЛ для производства автокамерных вентилей; РКЛП -АРКЛ для производства уплотнителей пэдпилников; РТИ - резиновые технические изделия; ТВЧ - токи высокой частоты; УКТ - устройство контроля температуры; ЗОИ - электрообогреватель инфракрасный.

Материалы диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Гаталова Н.Ц., Немченко Г.Л., Крквснко E.H., Григорьев Ю.П. Системы нагрева и автоматического управления в doторно-конвеКерном и роторном оборудовании для производства РТИ /v Тезисы докл. отрасл. семинара. - Тамбгв: ВНИИРТмаш, 1383.- С. 19-21.

2. Моделирование тепловых_реяимов обработки FTH на АРКЛ у 3-Й. Коновалов, Н.Ц. Гаталова, Е.Н.Туголухов. С. В.Пронин их Ученда вуза -производству. Тезисы докл.- Тамбов: ТИХМ, 1S39.- С. 32.

3. Применение решения многослойных задач тепло- к иассогареиоса в резинотехникв /» Косых В-В., Кояьмаков С.А., Гвтапова Н.Ц.» Двойнии А.ГТуголуков E.H.; ВНИИРТмаш. - Тамбов, 19ES. - 18 с. - „ ел. в ЦИНТИхимнеотекгз 10;05.89, N 3891.

4. Кинетика и оптимизация циклических тепло щг: процессов при вулканизации резиновых заготовок ✓ ГатапоЕа Н.Ц.. Коновалов В.И.: Туголуков E.H.. Немченко Г.Л. и др.: ВНИИР'Лиа. - Тамбов, 1991:- 34 е. - Дел. в ЦИНТИхимноФтемеш 24.09.91, N 2194.

5. A.C. 1478054 СССР. Устройство для измзрония температуры движущихся прессФорм ✓ Немченко Г.Л., Крнвенко E.H., Жмулюкин A.M., Гаталова Н.Ц., Григорьев D. П. Опубл. 07.05.89. Балл. N 17.

Подточено к печати Формат 60x84/16. Объем: I *иэ.поч.л-; 0,8 уч.-изд.л.

_Тираж 100 экз. Заказ 73. Бесплатно_

Ротапринт ШИРТмаяа Тамбов, Советская, 191