автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Методология расчета и проектирования оборудования для производства длинномерных профильных резинотехнических заготовок заданного качества

На правах рукописи

СОКОЛОВ Михаил Владимирович

МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ДЛИННОМЕРНЫХ ПРОФИЛЬНЫХ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ЗАДАННОГО КАЧЕСТВА

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

003460813

Тамбов 2009

003460913

Работа выполнена на кафедре "Переработка полимеров и упаковочное производство" в Государственном образовательном учреждении высшего профессионгшьного образования "Тамбовский государственный технический университет".

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Беляев Павел Серафимович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Скуратов Владимир Кириллович

Заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технических наук, профессор Гончаров Григорий Михайлович

доктор технических наук, профессор Баронин Геннадий Сергеевич

Ведущая организация

ООО "Научно-технический центр "НИИШП", г. Москва

Защита диссертации состоится <ре<£р<хл-ч 2009 г. в /У ч ¿¡9. мин на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 в Тамбовском государственном: техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская 1, ауд. 60.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу. 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "23." 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важное место в переработке полимерных материалов занимают профильные длинномерные резинотехнические изделия (РТИ), например, транспортерные ленты, ремни, уплотнения сплошного и сложного сечения, массовое производство которых характеризуется повышенными требованиями к качеству длинномерных профильных резинотехнические заготовок (РТЗ).

Технология получения длинномерных профильных заготовок на зазодах РТИ включает в себя: приготовление резиновой смеси в резиносмесителях, последующее вальцевание для придания ей формы, экструзию профильных заготовок. Существует проблема нерационального использования оборудования с точки зрения значительных энергозатрат (до 20 % себестоимости РТЗ) на пластикацию перерабатываемого материала при вальцевании, ухудшения физико-механических показателей экструда-та и брака длинномерных профильных РТЗ за счет тсрмодеструкции и изменения размеров их поперечного сечения при изменении режимных параметров процесса.

В современных условиях перспективным направлением совершенствования производственных процессов является обеспечение возможности согласованной работы оборудования в технологической цепи по непрерывной схеме, главным образом, валкового и экструзионного, с оптимизацией режимных переменных и конструктивных параметров оборудования при минимизации полезной мощности и получении качественного экструдата. Кроме того, возрастающий объем и номенклатура видов длинномерных РТИ делает необходимым проектирование экструзионного оборудования с возможной заменой рабочих органов для конкретных полимерных материалов, что выполняют ведущие западные производители, обеспечивая гибкость производственных процессов.

Большой вклад в решение проблем моделирования и оптимизации экструзии и вальцевания полимеров и эластомеров, создания нового оборудования внесли ученые Д.М. Мак-Келви, Г. Шенкель, Т.Э. Бернхардт, Р.В. Торнер, Н.И. Басов, В.И. Коновалов, Ю.В. Казанков, М.М. Балашов, В.В. Скачков, B.C. Ким, Н.Г. Бекин, Г.М. Гончаров, В. 11. Красовский и др.

Однако до настоящего времени не разработаны достаточно надежные критерии, однозначно связанные с качеством резиновых смесей и экструдата и рассчитываемые с использованием режимных переменных и конструктивных параметров оборудования, позволяющие осуществлять его оптимальное проектирование. Существующие математические модели процессов непрерывного вальцевания и экструзии не позволяют эффективно использовать в них интегральные критерии качества каждого из этих процессов в отдельности и в совокупности.

Это не позволило до настоящего времени осуществить постановку и решение задачи оптимального проектирования непрерывной технологической цепи производства длинномерных РТЗ, включающей экструзионное и валковое оборудование, обеспечивающей минимальные энергозатраты при заданном качестве готового продукта. Кроме того, промышленное экструзионное и валковое оборудование характеризуется высокой металлоемкостью, что ставит неотъемлемой задачей разработку методов, алгоритмов и программ, которые позволят максимально снизить массу и стоимость указанного оборудования.

Поэтому поставленные в настоящей работе задачи по оптимальному проектированию технологической цепи экструзионного и валкового оборудования для непрерывного процесса производства длинномерных РТЗ заданного качества являются весьма актуальными как в научном, так и практическом плане.

Рабата выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой Минобразования РФ "Информационные технологии в образовании", 1996 -1998 гг., с межвузовской научно-технической программой Минобразования РФ "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", 1998 - 1999 гг., по заданию Минобразования РФ "Разработка теоретических основ расчета и проектирования оптимальных энерго- и ресурсосберегающих процессов и оборудования химических и микробиологических процессов", 1998 - 2000 гг., с научно-технической программой "Научные исследования высшей школы в области химических технологий", 2003 - 2005 гг., с аналитической ведомственной целевой программой "Развитие научно-технического потенциала высшей школы", 2006 - 2007 гг. и отмечена "Областным грантом" Тамбовской области, 2006 г.

Целью работы является разработка методологии оптимального проектирования технологической цепи экструзионного и валкового оборудования для непрерывного процесса производства длинномерных РТЗ заданного качества.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- анализ современного состояния переработки резиновых смесей на экстру-зионном и валковом оборудовании;

- рассмотрение и анализ существующих методик расчета и проектирования экструзионного и валкового оборудования;

- формирование интегральных критериев качества процессов вальцевания и экструзии резиновых смесей и экспериментальное подтверждение их однозначной связи с показателями качества длинномерных РТЗ;

- разработка усовершенствованной математической модели процесса экструзии, алгоритмического и программного обеспечения расчета интегральных критериев качества, характеризующих влияние режимных переменных и конструктивных параметров оборудования на физико-механические показатели перерабатываемых резиновых смесей и проверка ее адекватности;

- разработка усовершенствованной математической модели процесса непрерывного вальцевания, алгоритмического и программного обеспечения расчета интегрального критерия качества в зависимости от режимных переменных и конструктивных параметров оборудования и проверка се адекватности;

- исследование влияния режимных переменных (угловая скорость шнека, температура переработки) и конструктивных параметров шнека на интегральные критерии качества переработки резиновых смесей, полезную мощность и производительность с целью выбора параметров управления;

- исследование влияния технологических параметров процесса непрерывного вальцевания (частоты вращения валков, минимального зазора между валками, фрикции, "запаса" материала на валках) и конструктивных параметров оборудования на интегральные критерии качества пластикации резиновых смесей с целью выбора параметров управления;

- разработка экспериментальной установки для определения рациональных значений интегральных критериев качества, соответствующих заданным физико-механическим показателям при переработке в экструдере и формующей головке;

- разработка экспериментальной установки для определения значений интегральных критериев качества, соответствующей заданным физико-механическим показателям при переработке на вальцах;

- исследование взаимосвязи интегральных критериев качества при совмещенных процессах вальцевания и эк сгрузи и и определение рациональных их значений при непрерывном производстве длинномерных РТЗ заданного качества;

- разработка методики оптимального проектирования технологической цепи валкового и экструзионного оборудования минимальной массы, обеспечивающей минимальные энергозатраты при производстве длинномерных РТЗ заданного качества.

Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально доказана однозначная связь интегральных критериев качества (величина суммарного сдвига и степень подвулканизации) процессов переработки резиновых смесей на валковом и экструзионном оборудовании с физико-механическими характеристиками получаемых длинномерных РТЗ;

- разработана усовершенствованная математическая модель процесса экструзии, позволяющая рассчитывать интегральные критерии качества (степень пластикации и подвулканизации резиновых смесей), характеризующие влияние режимных переменных и консгрукгивных параметров оборудования на показатели качества РТЗ;

- разработана усовершенствованная математическая модель процесса непрерывного вальцевания, позволяющая рассчитывать суммарный сдвиг, характеризующий влияние режимных переменных и конструктивных параметров оборудования на физико-механические показатели пластиката резиновых смесей;

- разработана методика оптимального проектирования оборудования для совмещенного и раздельных процессов вальцевания и экструзии, обеспечивающая минимальные энергозатраты при производстве длинномерных РТЗ заданного качества;

- разработана методика минимизации массы основных конструктивных элементов при проектировании экструзионного и валкового оборудования.

Практическая значимость и реализация работы заключается в том, что

• создано математическое и программное обеспечение расчета на ЭВМ оптимальных значений режимных переменных и конструктивных параметров экструзионного и валкового оборудования, позволяющих обеспечить получение длинномерных РТЗ заданного качества при минимальных энергозатратах;

созданы экспериментальные установки для определения рациональных значений интегральных критериев качества переработки резиновых смесей на валковом и экструзионном оборудовании;

• внедрены методики проектирования экструзионного и валкового оборудования в следующих проектных и производственных организациях:

- на ОАО "АРТИ-Завод", г. Тамбов - позволили получать эксгрудат с гарантированными физико-механическими показателями и размерами его поперечного сечения, а также снизить затраты полезной мощности на 15... 17 %;

- на ОАО "Московский шинный завод", г. Москва - приняты к использованию методики расчета при модернизации промышленных червячных и валковых машин для переработки резиновых смесей с рассчитанным экономическим эффектом 360 тыс. р.;

- на ОАО "НИИРТмаш", г. Тамбов - приняты к использованию при проектировании промышленных шнековых и валковых машин для переработки резиновых смесей с рассчитанным экономическим эффектом 470 тыс. р.;

- на ЗАО "Тамбовполимермаш", г. Тамбов - позволили получать длинномерные резинотехнические заготовки гарантированного качества при эксгрузии с заданными размерами их поперечного сечения;

- в НПП ООО "Эласт", г. Тамбов - методика расчета оптимальных конструктивных параметров шнеков для различных длинномерных резинотехнических изделий при модернизации действующего оборудования с экономическим эффектом 840 тыс. р. в год;

- на ООО "UnitedExtrusion", г. Москва - программное обеспечение принято к использованию при проектировании плоскощелевых экструзионных головок;

- на ООО НТЦ "НИИШП", г. Москва - результаты работы приняты к использованию при разработке исходных требований для проектирования промышленных шнековых и валковых машин для переработки резиновых смесей и рекомендованы проектным предприятиям и заводам при отработке режимов производства и прогнозировании качества длинномерных резинотехнических заготовок с экономическим эффектом 570 тыс. р. в год;

• внедрены алгоритмы и методики оптимального проектирования экстру-зионного и валкового оборудования в учебный процесс подготовки инженеров по специальностям 240801, 261201 и магистров техники и технологии по магистерской программе 150400.26.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 9-й и 10-й Международных конференциях "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка ВМС" (г. Казань, 1998, 2001), 10-й Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (г. Казань, 1999), Международной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании" (г. Шахты, 2000), 4, 5, 6, 9, 12-й ежегодных научных конференциях ТГТУ (г. Тамбов, 1999 - 2001, 2004, 2007), 8-й Международной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии - 2002" (г. Уфа, 2002), 10-й Международной конференции "Наукоемкие химические технологии - 2004" (г. Волгоград, 2004), Пятой Международной теплофизической школе "Теплофизические измерения при кот роле и управлении качеством" (г. Тамбов, 2004), 5-й Международной научно-технической конференции "Авиакосмические технологии "АКТ-2004" (г. Воронеж, 2004), Международной научно-практической конференции "Рынок шин, РТИ и каучуков: производство, наукоемкие технологии, сбыт" (Москва, 2005), 2-й, 3-й Международных научно-практических конференциях "Наука на рубеже тысячелетий" (г. Тамбов, 2005, 2006), 2-й, 3-й Международных научно-практических конференциях "Прогрессивные технологии развития " (г. Тамбов, 2005, 2006), 11, 12, 13-й Международных научно-практических конференциях "Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии" (Москва, 2005, 2006, 2007), Международной научно-практической конференции "Полимерные и композиционные материалы: технологии, оборудование, применение" (Москва, 2006), Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве " (г. Орел, 2006), 3-й Международной научно-практической конференции "Составляющие научно-технического прогресса" (г. Тамбов, 2007), 20-й Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20" (г. Ярославль, 2007), Международной конференции "Химические технологии" (Москва, 2007).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 87 работ в международных, академических, зарубежных и отраслевых журналах и научных изданиях, из них 20 статей в рецензируемых журналах (из них 16 в рекомендованных "Перечнем ВАК"), 3 монографии, 25 статей в сборниках научных трудов, 9 публикаций в материалах научных конференций, 2 учебных пособия,, получено 3 патента

РФ и 7 свидетельств об официальной регистрации программы для ЭВМ. Личный вклад соискателя во всех работах, выполненных в соавторстве, состоит в постановке задач исследования, разработке методик получения экспериментальных данных, непосредственном участии в получении, анализе и обобщении результатов.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, семь глав, основные выводы и результаты, список литературы (277 наименований) и приложения. Работа изложена на 307 страницах основного текста, содержит 127 рисунков и 13 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность Заслуженному работнику высшей школы РФ, профессору A.C. Клинкову за ценные консультации и постоянное внимание к работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна и практическая ценность результатов исследований, приведена структура диссертации.

В первой главе рассмотрена технология получения длинномерных заготовок на заводах РТИ. Проведен анализ работ отечественных и зарубежных авторов по математическому описанию процессов течения аномально вязких жидкостей в каналах нарезки червяка, в каналах экструзионных головок, в межвалковом зазоре вальцов, расчету на прочность, жесткость и устойчивость червяка экструзионных машин.

Проведен подробный анализ работ по проблемам оптимального проектирования оборудования для экструзии аномально вязких жидкостей на червячных машинах. Среди задач оптимального проектирования наиболее часто решается задача о минимуме расхода энергии на процесс экструзии при обеспечении заданной производительности.

Большое внимание уделено критериям, описывающим качество изделий из полимерных материалов при переработке на экструзионном и валковом оборудовании. Одним из факторов, влияющим на качество изделий, является изменение размеров поперечного сечения экструдата на выходе из формующего инструмента -"разбухание". Наиболее часто на предприятиях по производству погонажных резинотехнических изделий используется экспериментальный способ определения режимов переработки и геометрии формующих каналов, связанный со значительными затратами времени и денежных средств.

Во второй главе представлена усовершенствованная математическая модель совмещенных процессов непрерывного вальцевания и экструзии, включающая уравнения, описывающие зависимость энергосиловых параметров процессов экструзии и вальцевания от режимных переменных и конструктивных параметров оборудования, полученные с учетом необходимых допущений и упрощений из системы дифференциальных уравнений движения (Навье-Стокса), неразрывности, энергии и реологического уравнения.

Исследования показали, что качество длинномерных РТЗ в общем процессе их производства определяется величиной суммарного сдвига в процессе переработки резиновых смесей:

У = Урс+7в+7ш+Уф.

где уРС - суммарный сдвиг в резиносмесителе роторного типа, значение которого

определено в пределах 1400... 1600 для наилучшего качества смешения; ув, уш, Уф -суммарный сдвиг, соответственно, при вальцевании, в каналах шнека и в каналах экструзионной головки.

Система дифференциальных уравнений процесса вальцевания:

дР_дтху 59 дЭ

дх ду дх

дР

дР

= 0; — = 0;

ду ду дг

о-

-ху

п-1 («О

1 ду ) ) (1)

щ =

дТ

дх

ь{т-т0). )

/

д2Т д2ТЛ

дхг + ду1

+ Ах

ду

где |д0 - коэффициент однородной вязкости материала в сечении входа в область деформации; су - удельная теплоемкость при постоянном объеме; р - плотность жидкости; А - термический эквивалент работы; X - коэффициент теплопроводности материала; Ь - экспериментальный коэффициент.

Начальные и граничные условия при:

- ^ =

- * =

- г) =0

- т] = ±1

Р-0,

/> = о,

д&

дП

Т = Т0;

т = 0, 0 = сопв!;

дТ_ дц''

Щ ~и2 = и ■

= 0, х = 0,

: 0;

Для определения суммарной величины сдвига при непрерывном вальцевании резиновых смесей - вдоль оси X и вдоль оси 2 (непрерывный режим работы валкового оборудования) сделаны следующие допущения: разбиваем длину валка на элементарные участки (рис. 1), соответствующие у-му проходу.

Получим:

Ух =1,5

(1-Хк2)агс1§ ^

- Х„ 1 + X.. X,,

1-ХнХк

1 + Х'

-X:

1-Х

\-2Х (1 + ХЦ)

2(1 + )[1 - А. (1 + X2)]

х.

х„

\ + х1 1 + х1

+ агс1д

1-\(1 + Х;)

х„ — х„

1-ХиХк ;

■х[2р1п2-1в(\ + Х2к)(Хк~Хи)У\

(2)

а)

Зовя деформирования

«О

Рис. 1. К расчет)' суммарного сдвига при вальцевании у„:

а - зона деформации в межвалковом зазоре, б ~ распределение резиновой смеси в межвалковом зазоре по длине валка, в - циклограмма движения резиновой смеси в межвалково.ч зазоре вдоль оси 2

где

X, =

н рщ2

л\ =

рЩ2

(3)

Хи, Хк - соответственно, безразмерные координаты сечения входа и выхода; хн — величина координаты сечения входа, м; хк - величина координаты сечения выхода, м; R - радиус валка, м; hd - половина величины зазора мевду валками, м; Лв = (L'j -U2)/2U0 - безразмерный параметр, учитывающий разницу окружных скоростей валков вальцов; UQ = (L\ +U2)/2 - среднее значение окружной скорости переднего U\ и заднего СЛ валков, м/с. Суммарная величина сдвига определяется по формуле:

к

У'=Хю>

м

где у/ - величина сдвига за один проход, определяется по формуле (2), в которой

п

/в = Zf, Zj ~ ^ dZj ; dzj = dl, • costp;; tgcp/ = o„ / Uzi; ux, - екороегь течения мате-i=l

риала вдоль оси X определяется по формуле: >2

ov, = --

U,

о

\ + Х'

3 Y

2

2-Х +зх:

+--+

н

^(l+z2)

. (4)

где Н = . 2 --■ - безразмерная координата; и,, - скорость течения материала рЩп

вдоль оси 2 определяется следующим образом:

ЗСЖ

иг,=-г-' (5)

4И02рЩ2

где

2Х2{5 + ЗХ2)

IV

\н)

{АХ - ЗАХКХ2 -АХ3- 3,34ХКА'4 + 0,6АХ5 - 0МХгХ6 + -6Хкаг^\г + А_

+ 0,143АХ7 - 6ХК [(х + Х3 + 0,6Х5 + 0?143Л'7)агсг&^Г - 0,231п (1 + X2

\Х* ' 1гч

(6)

^ (11 1 - путь, пройденный материалом за один проход в зоне деформирования;

2Хк2(ЗХк2+5).

А = 6Х агй^ + —™--—-; с//, =(Х1 - X, ]) / втер,; к - число проходов,

Мк2)2

к

при котором = , /0 - длина рабочей части валка.

.Н

При моделировании процесса экструзии резиновых смесей рассматривается плоская модель зоны дозирования одношнекового экструдера, в которой шнек неподвижен, а цилиндр движется относительно шнека со скоростью Уе. Предполагается, что Р = Р(г), \'у — 0, V = жидкость несжимаема и смачивает стенки канала, течение установившееся.

Проекция уравнения равновесия элемента на оси г имеет вид:

(т>г + ¿ку2) сЬсЬс - (1ъу2с1гсЬ + рс1ус1х ~(р + ф) с1уск - 0, (7)

где т- напряжение сдвига; р - давление; х,у, г - соответственно, направления

координатных осей поперек, по высоте и вдоль канала червяка.

Выражение для элементарной мощности <1Ы, расходуемой на перемещение участка стенки витка с1И 1 и в зазоре между внутренней стенкой цилиндра и поверхностью витка червяка ¿¿У2 имеет вид:

(1Ы = (1ЫХ + = (Ухс1Рх + Уу<1Ру) =

= (Уххух \у=к Век + У7ху, \у=н Век) + Ухесоз Ыг, (8)

где и сШг - компоненты силы сопротивления перемещению; с - ширина витка червяка; В - ширина канала червяка.

Баланс тепловых потоков для элементарного участка размерами В, И к с1г:

дМ + ддВИдг = [д2 + (дд-./д:) дг]ВЬ + дпВдг + д,,Вдг, (9)

где дг, дя, <уц, дч - тепловые потоки, соответственно, вдоль канала червяка, дисси-пативный, отводимые в тела цилиндра и червяка.

Решение системы уравнений (7) — (9) с учетом начальных и граничных условий позволяет рассчитать температурные поля и энергосиловые параметры процесса экструзии по следующим уравнениям: 1) Полезная мощность

ЛГ = ЛГ,+#2 + ЛГ3) (10)

где М = (В/к) (4 Ух2 + Vщ(У/И)" ' ^Л; N. = (К72)ВкАР;

1 Р

= — Гехр—&; 7Уз= К(К/5ц)"/и0ехр[£/(Л7ц)]есо5(ф)2л; К2 - Ксс^ф; г_ ■> ЯТ(г\

1 Г

2Л = ¿/б тер; К = со£)/2.

2) Напорно-расходовая характеристика

е=б1-б2, по

где = (У:/2)(В/Н)1-'ё- = В}гъР^Р!{\2(\Щп-

3) Температурное поле перерабатываемого материала по длине шнека при политропном режиме:

3"см(г) = Гц+ Сехр[^/(/гГсмср)] - (6ехр[Е/(/<Т„,ср)] - Т„.„ + Г^ехр^г), (12)

где в = т0)}2/(2Кк)(У! И)" * А = 2КаВ/(дЬ); а = Х/(рс); К = аЫК: Ум = двк, ^см.ср ~ средняя температура перерабатываемого материала по длине червяка, которая определяется по трансцендентному уравнению.

4) Реологическое уравнение

Л = /»0улЧехр~. (13)

К1

В качестве параметра состояния, описывающего подвулканизацию резиновых смесей, нами принят критерий подвулканизации ЛЗ (интеграл Бейли):

' ^ - (14)

Нт]

'г дг

^ - оценка подвулканизации резиновых смесей; т[7'(/)] — кривая,

характеризующая подвулканизацию (время достижения "скорчинга" в условиях

постоянства температуры); /* - время достижения "скорчинга" при заданном процессе подвулканизации Т(1).

Интеграл Бейли неявно (через численное решение математической модели процесса экструзии резиновых смесей) зависит от переменных управления, которые входят в выражение, описывающее распределение температуры материала по длине червяка.

Для оценки изменения размеров поперечного сечения профильного экструда-та в математическую модель вводится уравнение для определения степени пластикации резиновых смесей при условии отсутствия в них подвулканизации, позволяющее проектировать оборудование, обеспечивающее заданное качество профильных длинномерных заготовок. Степень пластикации предлагается учитывать с помощью суммарной величины сдвига у, которая представляет собой функцию различных конструктивных параметров шнека, формующих каналов экструзион-ной головки и технологических параметров процесса, содержащихся в математической модели экструзии резиновых смесей.

Проведенные нами исследования показали, что с достаточной точностью суммарную величину сдвига можно определять по формуле:

п

Ушф = Уш + Уф = УрТш + £у,тф; • (»5)

ы\

Суммарная величина сдвига в каналах шнека определяется выражением

Уш =УР*>

где ур - расчетная скорость сдвига в каналах шнека:

ОДОшГ - + 1

т - время пребывания перерабатываемого материала в цилиндре пластикации:

ВкЪ

^БШф

где В = - с)со5ф - ширина винтового канала шнека; " производительность шнековой машины; п - индекс течения резиновой смеси; <0 - угловая скорость шнека; ф - угол наклона винтовой нарезки шнека; Ь — длина нарезной части шпека; И - глубина винтового канала шнека; - шаг винтовой нарезки шнека.

Суммарная величина сдвига в формующих каналах зкструзионной головки определяется следующим образом:

п /=1

Г.1.

гае Уф,- = У/Тф,; Тф,- = —— ; Уф,, у,, Тф, - сдвиг, скорость сдвига, время пребывания перерабатываемого материала в /-м канате, соответственно; , /,, (), - площадь поперечного сечения, длина и производительность /-го канала, соответственно. 12

Для учета влияния подвулканизации в резиновой смеси при изменении температуры и времени пребывания перерабатываемого материала в формующих каналах экструзионной головки производшся расчет температурного поля перерабатываемого материала.

В экструзионной головке при производстве сплошных и полых профилей из резиновых смесей в основном можно выделить пять последовательных участков: I, 2 — цилиндрический; 3 — дорнодержатель (три капала произвольной формы); 4 -конический кольцевой; 5 - цилиндрический кольцевой.

Температурное моле перерабатываемого материала по длине каналов 1, 2: г \ ( г \ ^

Гш(/) = 7;+С, ехр

ЛГср!

ехр

ЯТ Ср1

~тга+тх

ехрМ,/), (16)

где С,

"^Чу.Г;

= 4*,

1 ^г

ах = ——; Гер! Р1С1

средняя температура

перерабатываемого материала по длине цилиндрического канала, которая определяется по трансцендентному уравнению.

Скорость сдвига в цилиндрическом канале У] =

А

Аналогичные уравнения получены для расчета распределения температуры по длине канала 3 (дорнодержателя), по длине мундштука без дорна, по длине канала участка релаксации.

Уравнения (1) - (16) математической модели совместного процесса вальцевания и экструзии позволяют для заданной геометрии шнека, формующих каналов экструзионной головки и валка вальцов рассчитывать значения: полезной мощности, производительности, температуры выхода профильного экструдата, критерия подвулканизации, суммарной величины сдвига в каналах шнека, формующих каналах экструзионной головки и межвалковом зазоре.

В третьей главе проведена оценка адекватности математической модели ре-атьному совмещенному процессу вальцевания и экструзии. При этом исследованы свойства перерабатываемого материала при ватьцевании и экструзии.

Для этих целей, а также для определения рациональных значешш суммарной величины сдвига перерабатываемых резиновых смесей, обеспечивающих заданное качество длинномерных РТЗ, спроектированы и изготовлены специальные экспериментальные установки: ЭУ1 - для исследования процессов экструзии (рис. 2) и ЭУ2 - для исследования непрерывного процесса вальцевания резиновых смесей (рис. 3).

Экспериментальная установка ЭУ1 представляет собой червячную машину с диаметром червяка £> = 0,032 м, отношением длины нарезки к диаметру ЬЮ = 10, углом наклона его нарезки ф = 17°, глубиной винтового канала /г = 0,003 м, шириной гребня е = 0,0035 м, зазором между гребнем червяка и внутренней поверхностью материального цилиндра 5Ц = 0,001 м.

Вращение червяка машины происходит от электродвигателя постоянного тока с возможностью регулирования угловой скорости в пределах со = (0 ...7,85)с"' и снабжено системой масляного термостатирования. Цилиндр и формующая головка

Рис. 2. Экспериментальная установка для исследования процессов экструзии: 1 - шнек; 2 - цилиндр; 3 - формующая головка; ¿-загрузочное устройство;

5 - привод шнека; б -редуктор; 7-термостат;

8 - электродвигатель; 9- дорнодержатель; 10-ванна с теплоносителем; 11 - прижимные ролики;

12 - экструдат; 13 - цифровая фотокамера;

ТЕ - датчики температуры; РЕ - датчик давления; А - амперметр; V - вольтметр

снабжены датчиком давления и термопарами. Из формующей головки экструдат попадает в ванну, оснащенную термопарой и прижимными роликами. Ванна содержит теплоноситель (соляной раствор), температура которого равна температуре выхода экструдата из головки (± 1 °С), а плотность - 1050... 1100 кг/м3. Применение данного устройства позволяет исключить влияние сил тяжести и температуры окружающей среды на выходе из формующей головки на изменение размеров поперечного сечения экструдата. Измерение размеров экструдата осуществлялось с помощью цифровой фотокамеры высокого разрешения (7,2 МПикс) в трех положениях (рис. 2), которая закреплена на штативе. Потребляемая мощность в ЭУ1 определялась с помощью вольт-амперной характеристики по стандартной методике.

Экспериментальная установка ЭУ2 (рис. 3) для определения рациональных значений суммарной величины сдвига, соответствующей заданным физико-механическим показателям пластиката при переработке на вальцах, а также для проверки адекватности предлагаемой усовершенствованной математической модели про-

Рис. 3. Экспериментальная установка для исследования непрерывного процесса вальцевания резиновых смесей: 1 - валки вальцов;

2 - передаточные шестерни;

3 - стрелы ограничительные; 4 - механизм регулировки зазора;

5 - отборочное устройство; 6 - редуктор; 7 - муфта; 8 - электродвигатель; 9 - передаточные шестерни разного диаметра; 10 - термостат; ТЕ - термопары; А - амперметр; V - вольтметр

цесса непрерывного вальцевания выполнено на базе лабораторных вальцов СМ 80/80 200. Поддержание заданного температурного режима пластикации резиновых смесей осуществляется с помощью термостата 10. Диапазон варьирования оборотов валков: заднего от 0 до 40,8 об/мин; переднего от 0 до 30 об/мин; фрикция 1:1; 1:1,2; 1:1,36.

В результате экспериментальных исследований установлено, что для каждого шифра перерабатываемой резиновой смеси существует минимальное относительное изменение размеров поперечного сечения экструдата после охлаждения 5, соответствующее определенному рациональному значению суммарной величины сдвига при заданном режиме экструзии и оптимальной геометрии формующих каналов.

На рис. 4 - 6 в качестве примера показаны зависимости показателей качества от суммарного сдвига в выходном канале экструзионной головки и в каналах шнека при переработке резиновой смеси шифра НО-68НГА, полученные с использованием ЭУ1.

7сМ-ВУХ,°С увыхк, С 6, % 103 "

JBLCLK

Рис. 4. Зависимости относительного изменения поперечного сечения экструдата до бо (1) и после охлаждения б (3), скорости сдвига в выходном канале экструзионной головки у вых.к (2) и температуры смеси в выходном канале экструзионной головки Тс„. <Ы1 (4) от величины сдвига в выходном канале экструзионной головки

6,% Л, МПа 24

16

2800

1

/

3--- 4--«V s

3200

3600

Пл 0,55

0.5

0,45

0,4

24

16

Рис. 5. Зависимость показателей качества (условной прочности при разрыве/,, (2), пластичности Пл (4) и относительного изменения поперечного сечения экструдата до §0 (1) и после охлаждения б (3) от суммарного сдвига в каналах шнека уш

%

1

2-» £

3 ---- /

Пл 0,55

0,5

0,45

90

100

0,4

110 7*см.вых, "С

Рис. 6. Зависимости пластичности Пл (1) относительного изменения поперечного сечения экструдата после охлаждения 5 (2) и критерия подвулканизации ЛВ (3) от температуры его выхода ГСИ.»Ы1

В результате исследований определены для данной резиновой смеси рациональные значения уВЬ1Х. к = 95 (рис. 4), уш зад = 3500 (рис. 5) и критерия подвулкани-зации ЛЗ » 1 % (рис. 6) при оптимальной геомет рии формующих каналов (диаметр ^вых. к = 0,0082 м и длина I — 0,097 м). Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных значений полезной мощности показал их расхождение не более 10 %.

Аналогичная картина наблюдается по другим резиновым смесям и для других типоразмеров шнеков. Это подтверждает адекватность разработанной усовершенствованной математической модели экструзии и эффективность разработанных алгоритмов расчетов по ней. Экспериментальные исследования для определения технологических параметров процесса (частоты вращения валков, величины минимального зазора между валками, величины фрикции, величины "запаса" материала на валках), при которых достигаются заданные показатели пластиката из резиновых смесей, соответствующие рациональному значению интегрального критерия качества (суммарной величине сдвига при вальцевании), проводили с использованием ЭУ2.

На рис. 7 в качестве примера показаны зависимости пластичности Пл резиновой смеси шифра НО-68НТА, и условной прочности при разрыве^ вулканизованных образцов от суммарной величины сдвига при периодическом и непрерывном режиме работы вальцов.

В результате исследований установлено, что рациональное значение интегрального критерия качества (суммарный сдвиг) для данной смеси при вальцевании у„ зад = 1220, что соответствует межвалковому зазору /г0в=1,5 мм, частоте вращения и = 20 об/мин и фрикции/= 1:1,2. При этом достигается максимальное значение условной прочности^, а значение пластичности соответствует норме. Причем, качественные характеристики пластиката непосредственно определяются суммарной величиной сдвига, как в периодическом, так и непрерывном режимах работы вальцов, а при непрерывном процессе время вальцевания примерно в 2 раза меньше, чем при периодическом (рис. 7).

(, мин f,t МПа

\ " ч ____

л Ч

* у г~ \

К 1 J5 \

О 250 500 750 1000 1250 у

* в

Рис. 7. Зависимость условной прочности при разрыве fv (1,2), пластичности Пл (3,4) и времени пластикации t (5,6) от суммарного сдвига у» при вальцевании для

периодического (1,3,5) и непрерывного (2,4,6) режимов

/р, МПа ш

Рис. 8. Зависимости условной прочности при разрыве/р (1,2), пластичности Пл (3,4) от величины суммарного сдвига у, при вальцевании полученные на ЭУ2 (1,3) и на вальцах СМ 320/320 550 (2,4)

Найденное рациональное значение суммарного сдвига проверялось и на других типоразмерах вальцов. На рис. 8 в качестве примера представлено сравнение условной прочности при разрывепластичности Пл образцов из резиновой смеси НО-68НТА для различных типоразмеров вальцов.

Расхождение не превышает 4 % в области наилучших значенийПл. Это позволяет использовать эту интегральную характеристику для расчета режимных переменных и конструктивных параметров вальцов.

Соотношение величин сдвига при вальцевании ув и экструзии с учетом формующей головки уш. ф, соответствующее заданным показателям качества длинномерных РТЗ определяется экспериментально: уш. ф ~ КуУи с использованием разработанных экспериментальных установок ЭУ1 и ЭУ2. Например, для резиновой смеси шифра НО-68НТА Ку = 2,86.

Проведенные исследования позволили подтвердить адекватность предлагаемой математической модели вальцевания и, кроме того, эффективность разработанных алгоритмов расчета.

В табл. 1 в качестве примера приведены теплофизические, реологические и расчетные характеристики резиновых смесей шифров НО-68НТА, ИРП-6721, ИРП-3826, 46ПРФ-26, рациональные значения величин сдвига при вальцевании у„. зад, в каналах шнека уш. зад и в каналах формующей головки увьк к, определенные с использованием разработанных экспериментальных установок, а также достигаемые минимальные значения относительных изменений размеров поперечного сечения 5.

1. Теплофизические, реологические и расчетные параметры

Шифр смеси Р. кг/м3 К Вт/(м-К) с, Дж/(кг-К) «о, кГТас" п Ь Уш.зал У а зад Увы* к 5, %

НО-68НТА 1200 0,22 2100 600 0,2 0,005 3500 1220 95 10

ИРП-6721 1250 0,21 1300 550 0,22 0,007 3250 1440 90 12

ИРП-3826 1280 0,21 1350 500 0,22 0,007 3100 1420 86 6

46ПРФ-26 1300 0,22 1800 450 0,23 0,008 2950 1370 82 5

Четвертая глава посвящена анализу влияния режимных переменных и конструктивных параметров червячного и валкового оборудования на параметры состояния и выбору параметров управления методами имитационного моделирования.

В качестве функций состояния для процесса экструзии принимали полезную мощность М, производительность шнековой машины (), критерий подвулканиза-ции ГО и суммарный сдвиг уш, которые зависят от конструктивных и технологических параметров в соответствии с уравнениями математической модели, изложенной в главе 2.

Влияние конструктивных и технологических параметров червячной машины на функции состояния рассмотрено на примере экструзии резиновой смеси НО-68НТА со следующими теплофизическими и реологическими параметрами: р = 1200 кг/м3; X = 0,22 Вт/(м К); с = 2100 Дж/(кгК); при изотермическом (т0 = = 100 кПа-с"; п = 0,2; Тш вх = Тш ъык = 85 °С; Та = 85 °С) и неизотермическом режимах экструзии (Ото = 600 кПа с"; и = 0,2; 7СМ ВХ = 50 °С; 7Ц = 85 °С; АР = 20 МПа).

Исходя из анализа линий уровня функций полезной мощности N, производительности шнековой машины Q, критерия подвулканизации JB и суммарного сдвига уш, производился выбор параметров управления для исследования и оптимизации процесса и конструкции оборудования для переработки резиновых смесей. Рассматривали при различных режимах экструзии влияние каждого из основных технологических (са) и конструктивных (ф, h, D, L, 5Ц, е) параметров на величину изменения функций состояния (N, Q, JB, у).

Установлено, что превалирующее влияние на изменения функций состояния (.N., Q, JB, уш) по сравнению с углом наклона нарезки червяка ф, зазором бц между гребнем червяка и внутренней поверхностью материального цилиндра, шириной гребня винтового канала е оказывают глубина винтового канала шнека h, его наружный диаметр D, угловая скорость со и длина нарезной части L, которые и были выбраны в качестве параметров управления.

При исследовании влияния режимных переменных (f, и) и конструктивных параметров валкового оборудования (ha„, DB, LB) на процесс непрерывного вальцевания было установлено, что они являются примерно равновесными.

Пятая глава посвящена постановке и решению задачи оптимизации совмещенного и раздельных процессов экструзии и вальцевания резиновых смесей, позволяющей определять оптимальные режимные переменные и конструктивные параметры червячного и валкового оборудования.

Постановка задачи оптимизации непрерывного процесса вальцевания и экструзии резиновых смесей: необходимо найти такие глубину винтовой нарезки шнека (h ), его наружный диаметр (D ), угловую скорость шнека (ю ), длину его нарезной части (L ), значение межвалкового зазора (й0в), частоту вращения валка (и*), фрикцию между валками (/*), отношение величины сдвига при экструзии к приведенной величине сдвига при вальцевании Е, =ушф/ув, при которых суммарная удельная полезная мощность, затрачиваемая на процесс экструзии и вальцевания, будет минимальной:

IN(h\ D\ <а, L, hÜB\ u,f, £/) = min Tß(h, Д cd, L, h0„ u,f, £,), (17)

гд ^N = (Nm+NB)/Q,

при выполнении ограничений:

- на качество экструдата (подвулканизапия)

- на качество экструдата (суммарный сдвиг)

У (А, D, (О, L, А0в, U,f)~ Узад ^ С9)

Уш О1, D, со, L) = уш зад; (20)

Yb (ho., ">У)=У;

(21)

Ув.зад Ув.зад^^-у' Ув.зад Узад /ш.зад > ^у Уi:j. зад ^ Ув.зад >

- на прочность материала (жесткость) шнека

о (А, D, а, L) < [а]; (22)

- на производительность шнековой машины

Q (А, D, со, L) = 0,аД; (23)

- на температуру выхода экструдата

Tc*m(h,D, соД) = Г3ад; (24)

- па границы изменения варьируемых параметров

А S D < D*; Dk <kh< Dk*h\ ю, < со <о*; Dk . < kL < £>¿2;

. (25)

eY, s eY - £Y*; ^Ов. ^ /г0в ^ A0b ; W, < И < M*; /,</</*,

где DÄa*, О», co«, DA/ ., s?А0в», г/., /. и Dkh, D*, со*, O^*, ev/г0з*, к*, f - соответственно, левая и правая границы изменения конструктивных (Л, Д L, Аов) и технологических (со, sy, и,/) параметров; Ä/», kh , ki , /с/„ ki - соответственно, коэффициенты, учитывающие левую, правую границы и начальные значения конструктивных параметров (А, I); JB3,, узад, ушзад, ув зад, У^, бзад, Г,ад-соответственно , заданные значения критерия подвулканизации, суммарной величины сдвига, величины сдвига в каналах шнека, величины сдвига в межвалковом зазоре, приведенной величины сдвига в межвалковом зазоре, производительности шнековой машины, температуры резиновой смеси на выходе из материального цилиндра; Nm. NB - соответственно, полезная мощность при экструзии и вальцевании; [о] -допускаемое напряжение материала шнека (допускаемый прогиб [>']) и уравнений (1) - (16) математической модели.

Для решения поставленной задачи (17) - (25) применялся метод скользящего допуска. Решение задачи оптимизации проводилось как для совмещенных процессов вальцевания и экструзии при проектировании новых производств длинномерных РТЗ, так и по отдельности, что встречается в случаях модернизации существующего оборудования.

На рис. 9 в качестве примера показаны оптимальные значения режимной переменной (со) и конструктивного параметра экструзионного оборудования (/г), полученные для различных заданных значений производительности шнековой машины Q, перепада температуры по длине шнека AT = 50 "С, а также достигаемых при этом значений полезной мощности при экструзии резиновой смеси НО-68НТА на МЧХ-32/10. Принимались следующие исходные и начальные данные: ф = 17°; JB,al = 1 %; уш зад = 3500, Тт = 100 °С; D = 0,03...0,09м; kh* = 0,05; kh' = 0,15; со =

= (1,2. ..9,4) с'1; кц* = 5; к' = 10; АР = 20 МПа; 5Ц = 0,0005 м; а = 100 Вт/(м2 ■ °С); Ты вх = 50 "С, 85 °С; е = 0,1 А £>0 = 0,05 м; Л0 = 0,1£> м; га0 = 3,14 с"1; 7£) м. При заданном значении суммарного сдвига (уш т - 3500) относительное изменение размеров поперечного сечения 5 принимает свое минимальное значение (5=10 %).

Адекватность решения задачи оптимизации проверялась с помощью исследований на экспериментальных установках МЧХ-32/10, МЧХ-60/10 (рис. 10). Интервалы изменения варьируемых параметров:

/г = (0,002...0,006) м; ш = (0,2. ..7,85) с"1.

По результатам процесса оптимизации были изготовлены три шнека с расчетными геометрическими параметрами: для МЧХ-32/10 (Л = 0,0025 м; 0,0032м; 0,0035 м); для МЧХ-60/10 (И* = 0,0050 м, 0,0055 м, 0,0060 м).

8,% о, с "'й, мм

25 20+ 415-- 3 10-- 25-- 1--

N

со

4s

N, кВт 1,0

0,8 0,6

0,4

-0,2 0

Q, кг/ч

Рис. 9. Зависимости оптимального конструктивного (А),

режимного (со) параметров, относительного изменения размеров поперечного сечения экструдата (б), полезной мощности (Л) от производительности (?

Для трех червяков одного и того же диаметра, но разной глубины винтового канала получены зависимости полезной мощности от величины расхода при заданном давлении и перепаде температуры по длине шнека (ДТ= 50 °С), а также ограничениях на подвулкаиизацию (JB < 1 %) и степень пластикации (уш зад = 3500) экструдата и прочность материала (озкв < 270 МПа, прогибу < 0,0005 м) шнека.

На рис. 10 в качестве примера приведено сравнение расчетных и экспериментальных кривых изменения полезной мощности N и оптимальных параметров h, ю при различной производительности Q для резиновой смеси НО-68НТА (уш = 3500, JB < 1 %).

Анализ полученных расчетных и экспериментальных данных (рис. 10) показал удовлетворительную их сходимость (11 %), что подтверждает адекватность математической модели процесса экструзии реальному технологическому.

Решение задачи оптимизации для совмещенных процессов вальцевания и экструзии для той же резиновой смеси шифра НО-68НТА показало, что минимальная суммарная полезная мощность достигается при распределении суммарного сдвига между вальцами и экструдером в пропорции, соответствующей значению коэффициента Еу около 0,9 (рис. 11). При этом отклонение расчетных и экспериментальных значений не превышает 11 %, что подтверждает адекватность решения задачи оптимизации.

Лг, кВт оз, с Л, мм

¿У, кВт и, с-1 Л мм

О-ю' м'с

1 2 3 О -I О', м)с

а) б)

Рис. 10. Сравнение экспериментальных (---) и расчетных (—) значений

полезной мощности Л'и оптимальных параметров Л, и изводительности Q для АР = 5...10 М1 а - на МЧХ-32/10; б- на МЧХ-60/10

£ Ы, Вт ч/кг

Рис. 11. Зависимость удельной суммарной полезной мощности от отношения величины сдвига при экструзии к величине сдвига при вальцевании £7:

2 = 4 кг/ч;---экспериментальные

значения;--расчетные значения

ЮО 80 60 40 20

0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25

В шестой главе представлена методика минимизации массы основных деталей при проектировании валкового оборудования с учетом прочностных и технологических ограничений.

Рассмотрены примеры расчетов валкового оборудования, используемого в непрерывных схемах производства длинномерных РТИ.

Так, например, результаты расчетов по допускаемым напряжениям показали, что некоторые участки станины вальцов испытывают напряжения, превышающие допускаемые. Это говорит о том, что метод расчета конструкций по допускаемым напряжениям не дает возможности получить равнопрочную конструкцию, что приводит в целом к значительному перерасходу металла на изготовление станины.

Выявление оптимальных конструктивных параметров, снижение массы проектируемого оборудования можно обеспечить за счет оптимизации конструкции станин вальцов (рис. 12), заключающейся в следующем: из условий заданных максимального распорного усилия между валками, допускаемых напряжений для материала станины и прогиба валков найти такие значения толщин сечения стойки сечения ригеля (горизонтальная перекладина) //2 и траверсы //3 Н-образной рамы, чтобы масса конструкции была минимальной:

V(H) = minV(H), He D, (26)

где V(H ) - объем (масса) конструкции станины; D - допускаемая область проектных решений.

Например, в расчетах валка вальцов СМ 320/320 550 приняты следующие ограничения на размеры проектных параметров:

D = {//: almJH) < [а],;

/'шах(^) <[/],;

а,<Н,<Ьг, / = 1,2,3, (27)

где а„ bt - наибольший и наименьший размеры сечений станины; [ст]г, [с]„ - допускаемые напряжения для материала станины при растяжении и изгибе, соответственно; [/]/ - допускаемый прогиб валка, равный допускаемой величине разно-толщинности получаемого изделия; ст'э(//,) - эквивалентные напряжения в траверсе (/ = 1), в боковых стойках (/ = 2), в нижнем ригле (/ = 3), а при расчете Н-образной станины тех же вальцов приняты следующие oi-раничения на размеры проектных параметров: 0,1 <Н{< 0,2 м; 0,1 < #2 < 0,2 м; 0,1 < #3 < 0,2 м.

Рис. 12. Соотношение размеров сечений станины и //,

Боковые стойки (рис. 12, е) и горизонтальная поперечина (рис. 12, а) в сечении имеют симметричный двутавр, траверса (рис. 12, б) также выполнена в виде двутавра с разной шириной полок, а напряжения в них

0,0785/4 0,004т5/ 0,885Р

шаха, =--г-; шаха2 =-г + ~"--rí

0,112//, 0,112 H¡ 0,2665H¡

0,362Pe 0,362Р maxcb =--г+--.

0,0386Я33 0,378//3

Система уравнений по ограничению прочности принималась в виде: ^lmax 1 < 0 • °2max ] < Q • ^Зтах ] < Q

Функция массы станины вальцов

V(Hl,H2,Hi) = pc (2-2-Aj 0,64-H¡ +/-1,45 Я22 +¡-H¡).

Задача оптимизации конструкции валков ватьцов состоит в следующем:

V(d') = min V(d), d e D, (28)

D = {d: CT;m2x(fiO < [er],; f'mJ,d) <[/],; a, < d, < b,\ /=1,2,3}, (29)

где V(d ) - объем (масса) конструкции ватка; a¡, b¡ - наибольший и наименьший размеры сечений станины; [а] - допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле для материала валка; [/], - допускаемый прогиб валка, равный допускаемой величине разнотолщинности получаемого изделия; o'/d,) ~ эквивалентные напряжения для материала по принятой гипотезе прочности; D - допускаемая область проектных решений.

0,06 £ doi < 0,25 м; 0,06 < dü2 < 0,17 м; 0,06 < d03 < 0,15 м.

Система уравнений по ограничению прочности принималась в виде

^imax | < Q ■ } < Q ■ 03mav } < Q

[а] ' [от] ' [а]

Функция минимального объема конструкции валка ватьцов имеет вид:

V{d0bd02,dm) = №l4{{D2-dl{)lx +2(d¡-d¡2)l2 +2{d¡ -4)/3),

где dm. d()2, doj ~ диаметры осевых отверстий в рабочей части валка, его цапфах и участков установки зубчатых колес; D, dj, dy - внешние диаметры рабочей части валка, его цапф и участков установки зубчатых колес.

Для решения указанных задач использовался также метод скользящего допуска.

В результате решения задачи оптимизации конструкции станин и валков, например промышленных вальцов СМ 320/320 550, получено снижение массы станины на 35 %, а ватков на 30 %.

Минимизация массы экструзионного оборудования проводилась по известной методике с использованием разработанных нами алгоритмов и программ на ЭВМ.

В седьмой главе на основании анализа результатов исследований предложена методика инженерного расчета оптимальных режимных переменных и конструктивных параметров валкового и экструзионного оборудования для совмещенного и раздельных процессов производства длинномерных профильных РТЗ.

При этом могут встречаться два типа задач: вариант 1 - проектирование нового оборудования; вариант 2 - модернизация существующего процесса и оборудования при производстве длинномерных профильных РТЗ.

При проектировании новой линии производства длинномерных профильных РТЗ должны быть проведены предварительные исследования резиновой смеси на ЭУ1, ЭУ2 и определены значения суммарного сдвига процессов экструзии с учетом формующей головки уш.зад и вальцевания ув зад, соотношение этих величин через коэффициент К,(, значение степени подвулканизации соответствующие заданным показателям качества.

В качестве исходных параметров должны быть заданы: реологические константы перерабатываемого материала при температуре переработки; кривая подвулканизации т[Д/)]; границы изменения варьируемых параметров; перепад давления АР и температуры АТ по длине червяка; ограничения на прочность материала и допускаемый прогиб червяка [ош], [уш], валка вальцов [а,,], [ув] и станины вальцов [стс], [ус].

В диссертации приведены примеры расчета по обоим вариантам. Далее по разработанным алгоритмам и программам проводится оптимизация материального цилиндра, шнека, станины и валка вальцов из условия минимизации их массы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Предложена новая методология оптимального проектирования экструзионного и валкового оборудования для совмещенного и раздельных процессов производства профильных длинномерных РТЗ, базирующаяся на расчетах интегральных критериев качества (степени пластикации и подвулканизации резиповьк смесей), определяющих заданное качество профильного экструдата, и обеспечивающая минимальные энергозатраты.

2. Теоретически обоснована и экспериментально доказана однозначная связь интегральных критериев качества процессов переработки резиновых смесей на валковом и экструзионном оборудовании с физико-механическими показателями длинномерных РТЗ.

3. Разработана усовершенствованная математическая модель процесса экструзии, позволяющая рассчитывать интегральные критерии качества (степень пластикации и подвулканизации резиновых смесей) с использованием режимных переменных и конструктивных параметров оборудования и проверена ее адекватность.

4. Разработана усовершенствованная математическая модель процесса вальцевания, позволяющая рассчитывать интегральный критерий качества (суммарный сдвиг) с использованием режимных переменных и конструктивных параметров оборудования, и проверена ее адекватность.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для расчета режимных переменных и конструктивных параметров экструзионного и валкового обо-

рудования и соотношения величины сдвига при экструзии к величине сдвига при вальцевании.

6. Создана экспериментальная установка, позволяющая проводить исследования процесса экструзии резиновых смесей в широком диапазоне варьирования технологических и конструктивных параметров с целью определения значений степени пластикации и подвулканизации различных резиновых смесей для обеспечения заданного качества длинномерных профильных резинотехнических заготовок, которая рекомендована ООО НТЦ "НИИШП" для применения в ЦЗЛ заводов производства РТИ.

7. Создана экспериментальная установка для определен™ рациональных значений суммарной величины сдвига в вальцуемых резиновых смесях, соответствующих заданным физико-механическим показателям пластиката, которая рекомендована ООО НТЦ "НИИШП" для применения в ЦЗЛ заводов производства РТИ.

8. Проведены исследования влияния режимных переменных и конструктивных параметров экструзионного и валкового оборудования на величины критерия оптимизации N (полезной мощности), производительности червячной машины Q, критерия подвулканизации 1В и суммарного сдвига у, позволяющие выбрать параметры управления (ю, и,/. А, Д Ь, Д, ¿„, Л0в).

9. Разработана методика оптимизации режимных переменных и конструктивных параметров оборудования для совмещенного и раздельных процессов экструзии и вальцевания резиновых смесей при условии минимизации полезной мощности и получения экструдата заданного качества.

10. Разработана методика расчета конструктивных параметров станин и валков вальцов для переработки полимерных материалов, позволяющая обеспечить снижение массы станины на 35 %, а валка на 30 %.

11. Результаты работы внедрены на ряде предприятий и НИИ РФ. Суммарный расчетный экономический эффект составил 2240 тыс. р. в год.

12. Методика инженерного расчета процесса экструзии и шнекового оборудования; методика инженерного расчета основных параметров валкового оборудования непрерывного действия; алгоритмы и программные продукты для ЭВМ внедрены в учебный процесс подготовки инженеров по специальностям 240801, 261201 и магистров техники и технологии по магистерской про1рамме 150400.26.

. Разработанные конструкции защищены 3 патентами РФ на изобретения, получено 7 свидетельств о регистрации программ для определения оптимальных режимных и конструктивных параметров при проектировании валкового и экструзионного оборудования минимального энергопотребления и металлоемкости.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В - ширина винтового канала червяка м, Ь - температурный коэффициент, °СЧ; с — теплоемкость резиновой смеси, Дж/(кг-К); Г) — диаметр червяка, м; Д, вх, Д, вых - диаметр мундштука соответственно на входе и выходе, м; Д, — средний диаметр мундштука, м; (1 - диаметр валка валыюв, м; фрикция; , /р - условная прочность при разрыве образцов резины соответственно до и после процесса экструзии, МПа; ЛЗ - критерий подвулканизации, %; с - ширина витка червяка, м; Рн, - коэффициенты формы канала червяка; А - глубина винтовог о каната, м; Аов — величина минимального зазора между валками, м; /¡о;; - половина

величины минимального зазора между валками, м; L - длина нарезной части червяка, м; то - мера консистентное™ перерабатываемого материала при 7'с,,, вх, Г1а-с"; п - индекс течения полимерного материала; К - мера консистентности перерабатываемого материала, Па-с"; \в - длина рабочей части валка, м; N — полезная мощность, Вт; АР - перепад давления по длине червяка, МПа; Р - удельная мощность, характеризующая интенсивность механического воздействия на обрабатываемый материал, кВт-ч/кг; R - радиус валка, м; Та - температура материального цилиндра, °С; Тш. вх, Тш вых, Гсм. ср - температура резиновой смеси на входе, выходе и средняя, °С; t - время переработки материала, с; Vu, V, Vx, Vz - соответственно скорость перерабатываемого материала, окружная скорость червяка и ее проекции, м/с; Q - производительность червячной машины, м3/с или кг/ч; гя - длина винтового канала червяка, м; z; - длина элементарного участка, м; а - коэффициент теплоотдачи от резиновой смеси к стенке материального цилиндра и червяка, Вт/(м2-К); 8ц - зазор между гребнем червяка и внутренней поверхностью материального цилиндра, м; 80СТ э, 50И - соответственно относительное остаточное удлинение образцов резины до и после процесса экструзии, %; 5 - относительное изменение размеров поперечного сечения экструдата, %; ф - угол наклона винтовой линии, град; X - теплопроводность резиновой смеси, Вт/(м-К); [о] - допускаемое напряжение материала шнека, МПа; р - плотность перерабатываемого материала, кг/м3; Хю Хк - безразмерные координаты сечений входа и выхода; со - угловая скорость червяка, с"1; ц - вязкость материала при вальцевании, Па с; е - относительное удлинение при разрыве, %; и - частота вращения переднего валка, об/мин; урс, 7ф, уш, Тв ~~ суммарный сдвиг соответственно в резиносмесителе, в формующих каналах экструзионнсй головки, в канале шнека, в межвалковом зазоре; т\ - вязкость материал при экструзии. Па с; Пл - пластичность, ед.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Соколов, М.В. Оптимальное проектирование прессового и литьевого оборудования с учетом получения высококачественных формовых изделий из пластмасс и эластомеров / М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов // Вестник Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина. Серия Естественные и технические науки. - Тамбов, 1999. - Т. 4. - Вып. 2. - С. 237-238.

2. Клинков, A.C. К вопросу определения оптимальных режимных и конструктивных параметров червячных машин для переработки эластомеров / A.C. Клинков, М.В. Соколов, В.И. Кочетов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2000. - Т. 6, № 4. - С. 630 - 634.

3. Кочетов, В.И. Определение оптимальных технологических и конструктивных параметров червячных машин для переработки эластомеров / В.И. Кочетов, A.C. Клинков, М.В. Соколов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2000,-№8.-С. 15-16.

4. Соколов, M.B. Расчет процесса и оборудования экструзии резиновых смесей при заданном качестве экструдата/ М.В. Соколов, П.С. Беляев, A.C. Клинков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2003. - Т. 9, №3.-С. 430-433.

5. Кочетов, В.И. Расчет технологических и конструктивных параметров червячных машин экструзии резиновых смесей с учетов подвулканизации экструдата / В.И. Кочетов, A.C. Клинков, М.В. Соколов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2002. - № 12. - С. 3-4.

6. Новая технология вторичной переработки и утилизации пленочных полимерных материалов / Д.Л. Полушкин, И.В. Шашков, A.C. Клинков, М.В. Соколов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2006. -Т. 12, № 1А.-С. 76-82.

7. Соколов, М.В. Определение суммарной величины сдвига при переработке резиновых смесей // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2006. - № 8. -С. 3-4.

8. Соколов, М.В. Расчет шнековых машин для резиновых смесей при заданном качестве экструдата // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2006. - Т. 12, № 4А. - С. 979 - 9S6.

9. Оптимальное проектирование станин валыхев / В.И. Кочетов, A.C. Клинков, М.В. Соколов, П.С. Беляев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2006.-Xa 1.-С. 6-7.

10. Соколов, М.В. Выбор режимов производства длинномерных резинотехнических изделий гарантированного качества / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев // Каучук и резина. - 2008. - № 3. - С. 20 - 24.

11. Расчет профилирующих каналов при производстве длинномерных резинотехнических изделий гарантированного качества / М.В. Соколов, A.C. Клинков, 1Т.С. Беляев, В.Г. Однолько // Каучук и резина. - 2008. - №> 4. - С. 38 - 40.

12. Определение рациональных значений интегральных критериев качества длинномерных резинотехнических изделий / М.В. Соколов, A.C. Клинков, 1I.C. Беляев, В.Г. Однолько // Известия ОрслГТУ. Серия Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2008. - № 2-3/270(545). - С. 27 - 32.

13. Исследование свойств вторичного гранулята, полученного на валково-шнековом агрегате / Д.Л. Полушкин, A.C. Клинков, М.В. Соколов, В.Г. Однолько // Процессы, технологии, оборудование и опыт переработки отходов и вторичного сырья : III Всерос. науч.-практ. конф.: Известия Самарского научного центра РАН. -Самара : Изд-во Самарского науч. центра РАН, 2008. - С. 56 - 62.

14. Технология производства вторичного гранулята заданного качества вал-ково-шнековым способом / Д.Л. Полушкин, A.C. Клинков, М.В. Соколов, В.Г. Однолько // Известия ОрелГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии". - 2008. - № 2-3/270(545). - С. 43 - 48.

15. Мобильный валково-шнековый агрегат по переработке отходов термопластичных полимерных материалов / Д.Л. Полушкин. A.C. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Известия Волгоградского государственного технического университета : межвуз сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - № 1(39). - Вып. 5. - С. 129 -133 (Серия Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов).

16. Соколов, М.В. Энергосберегающая технология и оборудование для производства длинномерных резинотехнических изделий заданного качества / М.В. Соколов // Химическая технология. - 2008. - Т. 9, № 10. - С. 496 - 498.

Монографии, учебные пособия и статьи

1. Основы проектирования экструзионных машин предприятий полимерных материалов : учеб. пособие / П.С. Беляев, A.C. Клинков, М.В. Соколов [и др.]. -Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. - 144 с.

2. Соколов, М.В. Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин : монография / М.В. Соколов, A.C. Клинков, О.В. Ефремов [и др.]. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 248 с.

3. Проектирование и расчет валковых машин для полимерных материалов : учеб. пособие / A.C. Клинков, В.И. Кочетов, М.В. Соколов [и др.]. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 128 с.

4. Клинков, A.C. Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимерных материалов : монография / A.C. Клинков, М.В. Соколов, В.И. Кочетов, П.С. Беляев, В.Г. Однолько. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 320 с.

5. Соколов, М.В. Проектирование экструзионных машин с учетом качества резинотехнических изделий : монография / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев, В.Г. Однолько. -М.: Машиностроение-1, 2007. -292 с.

6. Исследование процесса пластикации и гранулирования эластомеров на валковой установке / A.C. Клинков, АЛО. Юркин, М.В. Соколов, В.В. Шашков // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений : тез. докл. 9-й Междунар. конф. молодых ученых. - Казань : Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 1998. - С. 197.

7. Соколов, М.В. Методика определения оптаматьных конструктивных и технологических параметров червячного узла пластикации для переработки пластмасс и эластомеров / М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов // Методы кибернетики химико-технологических процессов : тез. докл. междунар. науч. конф. -Казань, 1999.-С. 24-25.

8. Соколов, М.В. К вопросу определения конструктивных и технологических параметров прессового и литьевого оборудования для производства формовых изделий из пластмасс и эластомеров / М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов // Труды ТТТУ. Серия Технологические процессы и оборудование : сб. науч. тр. ТТТУ. - Тамбов, 1999. - Вып. 3. - С. 72 - 74.

9. Кочетов, В.И. Определение оптимальных технологических и конструктивных параметров экструзионного оборудования / В.И. Кочетов, М.В. Соколов // V науч. конф. ТГТУ : тез. докл. - Тамбов, 2000. - С. 58-59.

10. Соколов, М.В. Методика исследования и экспериментальная установка для экструзии эластомеров // Труды ТГТУ. Серия Технологические процессы и оборудование : сб. науч. тр. ТГТУ. - Тамбов, 2000. - Вып. 6. - С. 147 - 150.

11. Соколов, М.В. Обучающее программное обеспечение для изучения и оптимального проектирования экструзионного оборудования / М.В. Соколов, A.C. Клинков, О.В. Ефремов // Информационные технологии в образовании : Междунар. науч.-практ. конф. - Шахты, 2000. - С. 75 - 78.

12. Соколов, М.В. Оптимизация процесса экструзии эластомеров при различных режимах /' М.В. Соколов, A.C. Клинков // VI науч. конф. ТГТУ : тез. докл. -Тамбов, 2001.-С. 240-241.

13. Соколов, М.В. Особенности расчета оптимальных конструктивных и технологических параметров червячных машин / М.В. Соколов, М.П. Беляев, A.C. Клин-

ков // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений : тез. докл. XX Междунар. конф. - Казань, 2001. - С. 106-107.

14. Соколов, М. В. Оптимизация процесса экструзии и оборудования для переработки эластомеров / М.В. Соколов, A.C. Клинков // Труды ТГТУ. Серия Технологические процессы и оборудование : сб. науч. тр. ТГТУ. - Тамбов, 2001. -Вып. 8.-С. 64-67.

15. Клинков, A.C. Оптимизация процесса экструзии эластомеров при различных режимах / A.C. Клинков, М.В. Соколов // Vi научная конференция ТГТУ : тез. докл. - Тамбов : Изд-во 'Гамб. гос. техн. ун-та, 2001. - С. 240-241.

16. Клинков, A.C. Особенности расчета оптимальных конструктивных к технологических параметров червячных машин / A.C. Клинков, М.В. Соколов, М.П. Беляев // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений : тез. докл. 10-й Междунар. конф. студентов и аспирантов. -Казань : Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2001. - С. 106-107.

17. Расчет конструктивных и технологических параметров червячных машин при гарантированном качестве экструдата / М.В. Соколов, A.C. Клинков, А.Н. Пудовкин, М.П. Беляев // Наукоемкие химические технологии-2002 : материалы 8-й Междунар. науч.-техн. конф. по проблемам наукоемких химических технологий. - Уфа : Гос. изд-во научно-технической литературы "Реактив", 2002. - С. 216 — 218.

18. Расчет шнековых машин при переработке резиновых смесей с гарантированным качеством экструдата / М.В. Соколов, A.C. Клинков, Д.В Жирняков, Д.В. Туляков // Наукоемкие химические технологии-2004 : тез. докл. X междунар. конф. - Волгоград : РПК "Политехник", 2004. - С. 159 - 162.

19. Расчет процесса и оборудования экструзии резиновых смесей с заданным качеством при минимальных энергозатратах ! Д.В. Туляков, Д.В. Жирняков, М.В. Соколов, A.C. Клинков // Тенлофизическне измерения при контроле и управлении качеством : материалы Пятой Междунар. теплофиз. школы. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - Ч. 2. - С. 282 - 284.

20. Моделирование процесса экструзии профильных заготовок из эластомеров / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Авиакосмические технологии "АКТ-2004". Ч. II : Прикладные задачи механики. Математическое моделирование. Аэрогидродинамика и тепломассообмен : тр. V Междунар. науч.-техн. конф. -Воронеж : Воронеж, гос. техн. ун-т, 2004. - С. 161-166.

21. Моделирование непрерывного процесса вальцевания отходов полимерных материалов / И.В. Шашков, A.C. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Авиакосмические технологии "АКТ-2004". Ч. II : Прикладные задачи механики. Математическое моделирование. Аэрогидродинамика и тепломассообмен : тр. V Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж : Воронеж, гос. техн. ун-т. 2004. - С. 166 - 172.

22. Соколов, М.В. Расчет степени пластикации экструдата при переработке резиновых смесей / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев // Рынок шин, РГИ и каучуков: производство, наукоемкие технологии, сбыт : тез. докл. Междунар. на-уч.-практ. конф. - М. : ЗАО "Экспоцентр" на Красной Пресне, 2005. - С. 64 - 66.

23. К вопросу режимов переработки резиновых смесей с учетом размеров и качества экструдата / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии : докл. XI Междунар. науч.-практ. конф. - М. : ООО "Науч.-технич. центр "НИИШП", 2005. - С. 131 - 134.

24. Расчет параметра качества ¡ранулята при утилизации отходов термопластов на вальцах непрерывного действия / И.В. Шашков, A.C. Клинков, Д.Л. Но-лушкин, М.В. Соколов // Наука на рубеже тысячелетий : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов : Першина, 2005. - С. 130 - 132.

25. Определение степени пластикации экструдата / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Полимерные и композиционные материалы: технологии, оборудование, применение : тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. - М. : ЗАО ПИК "Максима" на Красной Пресне, 2006. - С. 48 - 51.

26. К вопросу определения степени пластикации экструдата / Д.В. Туляков, М.В. Соколов, A.C. Клинков [и др] // Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии : докл. XII Междунар. науч.-практ. конф. - М. : ООО "Научно-технический центр "НИИШП", 2006. - С. 148 - 151.

27. Программное обеспечение для прогнозирования качества экструдата и оптимального проектирования шнековых машин / М. В. Соколов, А. С. Клинков, Д.В. Туляков [и др.] // Информационные технологии в науке, образовании и производстве : материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Орел : ОрелГТУ, 2006. - Т. 2. -С. 196-200.

28. Проекгирование формующих каналов при переработке резиновых смесей / Д.В. Туляков, М.В. Соколов, A.C. Клинков [и др.] // Проблемы экономики и менеджмента качества : программа и материалы Междунар. школы-семинара молодых ученых. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. - С. 253 - 255.

29. Соколов, М.В. Прогнозирование качества экструдата при переработке резиновых смесей / М.В. Соколов, A.A. Букин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2006. - № 3(5). - С. 86 - 92

30. К вопросу прогнозирования качества экструдата при переработке резиновых смесей / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев, Д.В. Туляков // Прогрессивные технологии развития "Progressive technologies of Development" : 3-я Междунар. науч.-практ. конф). - Тамбов : ОАО "Тамбовполиграфиздат", 2006. - С. 146— 147.

31. К вопросу режимов экструзии резиновых смесей / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Составляющие научно-технического прогресса "Components of scientific and technical progress" : 3-я Междунар. науч.-практ. конф. -Тамбов : ОАО "Тамбовполиграфиздат", 2007. - С. 286-287.

32. К вопросу изменения размеров поперечного сечения экструдата при переработке резиновых смесей / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии : доклады XIII междунар. науч.-практ. конф. - М. : ООО "Научно-технический центр "НИИШП", 2007. -С. 222-225.

33. Алгоритм построения линий уровня функций состояния процесса экструзии резиновых смесей от управления / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев [и др.] // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20 : сб. тр. XX междунар. науч. конф. В Ют. / под общ. ред. B.C. Балакирева. - Ярославль : Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та. 2007. - Т. 4. - Секция 5. - С. 90 - 92.

34. Валково-шнековый метод переработки термопластов и эластомеров / Д.Л. Полушкин, A.C. Клинков, М.В. Соколов и др. // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование : сб. тр. XII науч. конф. ТГТУ. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. -С. 118-122.

35. Интенсификация процесса вальцевания резиновой смеси / Д.Л. Полуui-кин, A.C. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии : доклады XIII Междунар. науч.-практ. конф. — М. : ООО "Научно-технический центр "НИИШП", 2007. - С. 220-222.

36. Соколов, М.В. Расчет температурного поля по длине каналов экструзии-онной головки / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев // Химическая технология : сб. тез. докл. Междунар. конф. по химической технологии ХТ'07 / под ред. A.A. Вошкина, H.H. Кулопа, А.И. Холькина, Е В. Юртова. - М., 2007. - Т. 2 -С. 254-258.

37. Расчет оборудования для экструзии резинотехнических изделий заданного качества / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев, Д.В. Туляков // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством : материалы Шестой междунар. теплофиз. школы. В 2 ч. - Тамбов, 2007. - Ч. II. - С. 105-106.

38. Соколов, М.В. Измерительное устройство для определения рациональных значений суммарного сдвига и критерия подвулканизации при производстве длинномерных резинотехнических изделий заданного качества / М.В. Соколов,

A.C. Клинков, П.С. Беляев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. Серия Технические науки. - 2007. - Т. 2, № 4(10). - С. 195 -202.

39. Соколов, М.В. Энергосберегающая технология производства длинномерных резинотехнических изделий заданного качества / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев // Вопросы современной науки и практики. Университет км. В.И. Вернадского. Серия Технические науки. -2008. - Т. 2, Ха 1(11). - С. 99- 103.

40. Соколов, М.В. Расчет температуры резиновой смеси в каналах экструзи-онной головки / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование : сб. тр. XIII науч. конф. ТГГУ. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008.-С. 93-98.

41. Полушкин, Д.Л. Анализ интегрального критерия качества при переработке полимеров на валковых машинах / Д.Л. Полушкин, A.C. Клинков, М.В. Соколов // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование : сб. тр. XIII науч. конф. ТГТУ. - Тамбов, 2008. -С. 106-109.

42. Влияние подвулканизации на относительное изменение размеров длинномерных резинотехнических заготовок / М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев, В.Г. Однолько // Вопросы современной науки и практики. Университет им.

B.И. Вернадского. Серия Технические науки. - 2008. - Т. 2, № 2(12). - С. 116 - 120.

Патенты и свидетельства об офш(иаяьной регистрации программ для ЭВМ

1. Пат. РФ 2274548 RU В 29 В 7/12, 7/40. Смесительная головка / A.C. Клинков, A.A. Кондауров, А.П. Ковдауров, М.В. Соколов, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2004117293 ; заявл. 07.06.2004 ; опубл. 20.04.2006, Бюл. №11.

2. Пат. РФ 67017 RU В 29 В 7/64. Шнековое отборочное устройство к валковым машинам / Д.Л. Полушкин, АС. Клинков, М.В. Соколов, П.С. Беляев, В.Г. Однолько ; Тамб. гос. техн. ун-т. - X» 2006106300/12 ; заявл. 28.02.2006 ; опубл. 10.10.2007, Бюл. X® 28.

3. Пат. РФ 2324592 RU В 29 С 47/36, 45/46. Шнековый пластикатор для полимерных материалов / A.C. Клинков, М.В. Соколов, U.C. Беляев, В.Г. Однолько ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2006121844 ; заявл. 19.06.2006 ; опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14.

4. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. №2003611833. Расчет оптимальных технологических и конструктивных параметров экструзии резиновых смесей с учетом минимизации технологической мощности и получения качественного экструдага / М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2003611300 ; заявл. 16.06.2003 ; зарег. 04.08.2003.

5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2004610142. Расчет оптимальных конструктивных параметров станин вальцов с учетом минимизации массы конструкции / М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев, О.В. Ефремов ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2003612331 ; заявл. 05.01.2004 ; зарег. 05.01.2004.

6. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006612170. Минимизация массы рабочих органов валковых машин для переработки полимерных материалов / М.В. Соколов, А.С.Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2006611435 ; заявл. 03.05.2006 ; зарег. 22.06.2006.

7. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006612171. Расчет суммарной величины сдвига при переработке термопластов на вальцах / Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, И.В. Шашков, A.C. Клинков, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2006611436 ; заявл. 03.05.2006 ; зарег. 22.06.2006.

8. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. №2008610876. Расчет станин вальцов на прочность и жесткость / С.С. Гуреев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2007615273 ; заявл. 24.12.2007 ; зарег. 20.02.2008.

9. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2008612658. Расчет на прочность и жесткость валков вальцов / П.В. Макеев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, A.C. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2008611473 ; заявл. 07.04.2008 ; зарег. 28.05.2008.

10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. №2008613114. Расчет интегрального критерия качества - суммарной величины сдвига для непрерывного вальцевания / С.С. Гуреев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, A.C. Клинков, U.C. Беляев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2008612201 ; заявл. 19.05.2008 ; зарег. 27.06.2008.

Подписано в печать 21.01.2009. Формат 60 х 84/16. 1,86 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 22

Издатсльско-полиграфический центр ТГ'ТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕЧЕНИЯ АНОМАЛЬНО ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ И РАСЧЕТ ЭКСТРУЗИОННОГО И ВАЛКОВОГО

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ процесса течения аномально-вязких жидкостей в винтовых каналах шнека.

1.2. Экструзионное оборудование и технологический процесс с учётом качества экструдата.

1.2.1. Типичные длинномерные резинотехнические изделия и схема их производства.

1.2.2. Экструдер.

1.2.3. Установки ультравысокой частоты.

1.2.4. Установки с соляными ваннами.

1.3.Критерии качества изделий при переработке аномально-вязких жидкостей.

1.3.1. Оценка подвулканизации экструдата при переработке резиновых смесей.

1.3.2. Оценка изменения размеров поперечного сечения экструдата при переработке резиновых смесей.

1.4. Современные задачи оптимизации процесса и оборудования экструзии полимерных материалов.

1.5. Методы оптимизации.

1.6. Описание процесса вальцевания полимерных материалов.

1.6.1. Гидромеханический метод расчета процесса вальцевания ньютоновских и неньютоновских жидкостей.

1.6.2. Критерии качества изделий при вальцевания полимерных материалов.

1.7. Постановка задачи исследования.

Выводы по главе 1.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ И НЕПРЕРЫВНОГО ВАЛЬЦЕВАНИЯ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ С УЧЕТОМ КАЧЕСТВА ПЛАСТИКАТА И ЭКСТРУДАТА. 79 2.1. Разработка математической модели процесса непрерывного вальцевания резиновых смесей с учётом качества пластиката.

2.1.1. Математическая модель непрерывного процесса вальцевания.

2.1.2. Определение величины сдвига при периодическом режиме вальцевания резиновых смесей.

2.1.3. Определение суммарной величины сдвига при непрерывном режиме вальцевания резиновых смесей.

2.2. Математическое моделирование процесса экструзии резиновых смесей с учетом подвулканизации и степени пластикации экструдата.

Выводы по главе 2.

3. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕАЛЬНОМУ СОВМЕЩЕННОМУ ПРОЦЕССУ ВАЛЬЦЕВАНИЯ

И ЭКСТРУЗИИ. Ю

3.1. Проверка адекватности математической модели процесса переработки резиновых смесей с учетом качества экструдата. юб

3.1.1. Объект исследования.

3.1.2. Описание экспериментальной установки и методики \ 04 исследований.

3.1.3 Проверка адекватности математической модели процесса переработки резиновых смесей с учетом качества экструдата на экспериментальной установке (МЧХ-32/10). ¡

3.1.4. Проверка адекватности математической модели процесса переработки резиновых смесей с учетом качества экструдата на экспериментальной установке МЧХ-60/10.

3.1.5. Проверка адекватности математической модели процесса переработки резиновых смесей с учетом качества экструдата на червячной машине МЧХ-90/10-Л-ЧБ.

3.2. Исследование влияния степени пластикации на физико-механические показатели резиновой смеси при непрерывном режиме вальцевания.

3.2.1. Описание экспериментальной установки.

3.2.2. Методика проведения экспериментов.

3.2.3. Результаты экспериментальных исследований.

3.3. Определение соотношения величин сдвига при вальцевании и экструзии.

Выводы по главе 3.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ НА ЭНЕРГОЗАТРАТЫ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ПРИ ЭКСТРУЗИИ И ВАЛЬЦЕВАНИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ.

4.1. Исследование влияния режимных переменных и конструктивных параметров на процесс переработки резиновых смесей с учетом качества экструдата.

4.2. Исследование влияния режимных переменных и конструктивных параметров на процесс непрерывного вальцевания резиновых смесей с учетом качества пластиката.

4.2. Выбор параметров управления.

Выводы по главе 4.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ МИНИМИЗАЦИИ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ.

5.1. Оптимизация процесса и оборудования экструзии резиновых смесей.

5.1.1. Постановка задачи оптимизации процесса.

5.1.2. Теоретические исследования влияния оптимальных режимных параметров процесса и конструктивных параметров оборудования на полезную мощность.

5.1.3. Проверка адекватности решения задачи оптимизации на экспериментальной установке (МЧХ-32/10).

5.1.4. Проверка адекватности решения задачи оптимизации на экспериментальной установке( МЧХ-60/10).

5.2. Оптимизация совмещенных процессов экструзии и вальцевания резиновых смесей.

5.2.1. Постановка задачи оптимизации совмещенных процессов.

5.2.2. Проверка адекватности решения задачи оптимизации совмещенного процесса экструзии и непрерывного вальцевания на экспериментальной установке( МЧХ-32/10)

Выводы по главе 5.

6. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНИН И ВАЛКОВ

ВАЛЬЦОВ.

6.1. Расчет станины вальцов.

6.2. Пример расчета на прочность и жесткость станины вальцов СМ 200 80/80.

6.3. Расчет на прочность и жесткость валков вальцов.

6.4. Пример расчета валка вальцов.

6.5 Оптимальное проектирование станин вальцов.

6.5.1 Оптимизация конструктивных параметров станины лабораторных вальцов с максимальным усилием 40 кН.

6.5.2 Оптимизация конструктивных параметров станины промышленных вальцов с распорным усилием 1000 кН.

6.6 Оптимизация конструкции валка вальцов.

6.6.1. Оптимизация конструкции валка лабораторных вальцов СМ 160/160 320.

6.6.2. Оптимизация конструкции валка промышленных вальцов СМ 320/

Выводы по главе 6.

7. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА СОВМЕЩЁННОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ ВАЛЬЦЕВАНИЯ И ЭКСТРУЗИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ.

7.1. Методика инженерного расчета процесса и оборудования для непрерывного вальцевания резиновых смесей.

7.1.1. Расчет основных параметров процесса и валкового оборудования при его модернизации.

7.1.2. Проектный расчет основных параметров процесса и валкового оборудования.

7.2. Методика инженерного расчета процесса и оборудования экструзии резиновых смесей.

7.3. Методика расчета формующих каналов экструзионных головок.

7.4. Методика инженерного расчета оптимальных режимных переменных и конструктивных параметров экструзионного и валкового оборудования для совмещенного процесса.

Выводы по главе 7.

1. Важное место в переработке полимерных материалов занимают профильные длинномерные резинотехнические изделия (РТИ), например, транспортерные ленты, ремни, уплотнения сплошного и сложного сечения, массовое производство которых характеризуется повышенными требованиями к качеству длинномерных профильных резинотехнические заготовок (РТЗ).

Технология получения длинномерных профильных заготовок на заводах РТИ включает в себя: приготовление резиновой смеси в резиносмесителях, последующее вальцевание для придания ей формы, экструзию профильных заготовок. Существует проблема нерационального использования оборудования с точки зрения значительных энергозатрат (до 20% себестоимости РТЗ) на пластикацию перерабатываемого материала при вальцевании, ухудшения физико-механических показателей экструдата и брака длинномерных профильных РТЗ за счет термодеструкции и изменения размеров их поперечного сечения при изменении режимных параметров процесса.

В современных условиях перспективным направлением совершенствования производственных процессов является обеспечение возможности согласованной работы оборудования в технологической цепи по непрерывной схеме, главным образом, валкового и экструзионного, с оптимизацией режимных переменных и конструктивных параметров оборудования при минимизации полезной мощности и получении качественного экструдата. Кроме того, возрастающий объём и номенклатура видов длинномерных РТИ делает необходимым проектирование экструзионного оборудования с возможной заменой рабочих органов для конкретных полимерных материалов, что выполняют ведущие западные производители, обеспечивая гибкость производственных процессов.

Большой вклад в решение проблем моделирования и оптимизации экструзии и вальцевания полимеров и эластомеров, создания нового оборудования внесли ученые ДМ Мак-Келви, Г Шенкель, Т. Э. Бернхардт, Р. В. Торнер, Н. И. Басов, В.И. Коновалов, Ю. В. Казанков, ММ Балашов, В. В. Скачков, В. С. Ким, Н. Г. Бекин, Г.М. Гончаров, В.Н. Красовский, и др. Автор выражает искреннюю благодарность Заслуженному работнику высшей школы РФ, профессору A.C. Клинкову за ценные консультации и постоянное внимание к работе.

Однако, до настоящего времени не разработаны достаточно надежные критерии, однозначно связанные с качеством резиновых смесей и экструдата и рассчитываемые с использованием режимных переменных и конструктивных параметров оборудования, позволяющие осуществлять его оптимальное проектирование. Существующие математические модели процессов непрерывного вальцевания и экструзии не позволяют эффективно использовать в них интегральные критерии качества каждого из этих процессов в отдельности и в совокупности.

Это не позволило до настоящего времени осуществить постановку и решение задачи оптимального проектирования непрерывной технологической цепи производства длинномерных РТЗ, включающей экструзионное и валковое оборудование, обеспечивающей минимальные энергозатраты при заданном качестве готового продукта. Кроме того, промышленное экструзионное и валковое оборудование характеризуется высокой металлоёмкостью, что ставит неотъемлемой задачей „разработку методов, алгоритмов и программ, которые позволят максимально снизить массу и стоимость указанного оборудования.

Поэтому поставленные в настоящей работе задачи по оптимальному проектированию технологической цепи экструзионного и валкового оборудования для непрерывного процесса производства длинномерных РТЗ заданного качества являются весьма актуальными как в научном, так и практическом плане.

Работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой Минобразования РФ "Информационные технологии в образовании", 1996 - 1998 г.г., с межвузовской научно-технической программой Минобразования РФ "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", 1998 - 1999 г.г., по заданию Минобразования РФ "Разработка теоретических основ расчета и проектирования оптимальных энерго-и ресурсосберегающих процессов и оборудования химических и микробиологических процесов", 1998-2000 г.г., с научно-технической программой "Научные исследования высшей школы в области химических технологий", 2003 - 2005 г.г., с аналитической ведомственной целевой программой "Развитие научно-технического потенциала высшей школы", 2006 - 2007 г.г. и отмечена "Областным грантом" Тамбовской области,

2006 г.

Целью работы является разработка методологии оптимального проектирования технологической цепи экструзионного и валкового оборудования для непрерывного процесса производства длинномерных РТЗ заданного качества.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- анализ современного состояния переработки резиновых смесей на экс-трузионном и валковом оборудовании;

- рассмотрение и анализ существующих методик расчёта и проектирования экструзионного и валкового оборудования;

- формирование интегральных критериев качества процессов вальцевания и экструзии резиновых смесей и экспериментальное подтверждение их однозначной связи с показателями качества длинномерных РТЗ;

- разработка усовершенствованной математической модели процесса экструзии, алгоритмического и программного обеспечения расчёта интегральных критериев качества, характеризующих влияние режимных переменных и конструктивных параметров оборудования на физико-механические показатели перерабатываемых резиновых смесей и проверка её адекватности;

- разработка усовершенствованной математической модели процесса непрерывного вальцевания, алгоритмического и программного обеспечения расчёта интегрального критерия качества в зависимости от режимных переменных и конструктивных параметров оборудования и проверка её адекватности;

- исследование влияния режимных переменных (угловая скорость шнека, температура переработки) и конструктивных параметров шнека на интегральные критерии качества переработки резиновых смесей, полезную мощность и производительность с целью выбора параметров управления;

- исследование влияния технологических параметров процесса непрерывного вальцевания (частоты вращения валков, минимального зазора между валками, фрикции, "запаса" материала на валках) и конструктивных параметров оборудования на интегральные критерии качества пластикации резиновых смесей с целью выбора параметров управления;

- разработка экспериментальной установки для определения рациональных значений интегральных критериев качества, соответствующих заданным физико-механическим показателям при переработке в экструдере и формующей головке;

- разработка экспериментальной установки для определения значений интегральных критериев качества, соответствующей заданным физико-механическим показателям при переработке на вальцах;

- исследование взаимосвязи интегральных критериев качества при совмещенных процессах вальцевания и экструзии и определение рациональных их значений при непрерывном производстве длинномерных РТЗ заданного качества;

- разработка методики оптимального проектирования технологической цепи валкового и экструзионного оборудования минимальной массы, обеспечивающей минимальные энергозатраты при производстве длинномерных РТЗ заданного качества.

Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально доказана однозначная связь интегральных критериев качества (величина суммарного сдвига и степень подвулканизации) процессов переработки резиновых смесей на валковом и экструзионном оборудовании с физико-механическими характеристиками получаемых длинномерных РТЗ;

- разработана усовершенствованная математическая модель процесса экструзии, позволяющая рассчитывать интегральные критерии качества (степень пластикации и подвулканизации резиновых смесей), характеризующие влияние режимных переменных и конструктивных параметров оборудования на показатели качества РТЗ;

- разработана усовершенствованная математическая модель процесса непрерывного вальцевания, позволяющая рассчитывать суммарный сдвиг, характеризующий влияние режимных переменных и конструктивных параметров оборудования на физико-механические показатели пластиката резиновых смесей;

- разработана методика оптимального проектирования оборудования для совмещённого и раздельных процессов вальцевания и экструзии, обеспечивающая минимальные энергозатраты при производстве длинномерных РТЗ заданного качества;

- разработана методика минимизации массы основных конструктивных элементов при проектировании экструзионного и валкового оборудования.

Практическая значимость и реализация работы заключается в том, что

• создано математическое и программное обеспечение расчёта на ЭВМ оптимальных значений режимных переменных и конструктивных параметров экструзионного и валкового оборудования, позволяющих обеспечить получение длинномерных РТЗ заданного качества при минимальных энергозатратах;

• созданы экспериментальные установки для определения рациональных значений интегральных критериев качества переработки резиновых смесей на валковом и экструзионном оборудовании;

• внедрены методики проектирования экструзионного и валкового оборудования в следующих проектных и производственных организациях:

- на ОАО "АРТИ-Завод", г. Тамбов - позволили получать экструдат с гарантированными физико-механическими показателями и размерами его поперечного сечения, а так же снизить затраты полезной мощности на 15-17%;

- на ОАО "Московский шинный завод", г. Москва - приняты к использованию методики расчета при модернизации промышленных червячных и валковых машин для переработки резиновых смесей с рассчитанным экономическим эффектом 360 тыс. руб.;

- на ОАО "НИИРТмаш", г. Тамбов - приняты к использованию при проектировании промышленных шнековых и валковых машин для переработки резиновых смесей с рассчитанным экономическим эффектом 470 тыс. руб.;

- на ЗАО "Тамбовполимермаш", г. Тамбов - позволили получать длинномерные резинотехнические заготовки гарантированного качества при экструзии с заданными размерами их поперечного сечения.

- в НПП ООО "Эласт", г. Тамбов - методика расчёта оптимальных конструктивные параметры шнеков для различных длинномерных резинотехнических изделий при модернизации действующего оборудования с экономическим эффектом 840 тыс. руб. в год;

- на ООО "ШйесШ^пшоп", г. Москва - программное обеспечение принято к использованию при проектировании плоскощелевых экструзионных головок;

- на ООО НТЦ "НИИШП", г. Москва - результаты работы приняты к использованию при разработке исходных требований для проектирования промышленных шнековых и валковых машин для переработки резиновых смесей и рекомендованы проектным предприятиям и заводам при отработке режимов производства и прогнозировании качества длинномерных резинотехнических заготовок с экономическим эффектом 570 тыс. руб. в год;

• внедрены алгоритмы и методики оптимального проектирования экстру-зионного и валкового оборудования в учебный процесс подготовки инженеров по специальностям 240801, 261201 и магистров техники и технологии по магистерской программе 150400.26.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 9 и 10 Международной конференциях "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка ВМС", (Казань, 1998, 2001 гг.), 10 Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (Казань, 1999 г.), Международной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании" (Шахты, 2000 г.), 4, 5, 6, 9, 12 ежегодных научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 1999-2001, 2004, 2007 г.г.), 8 Международной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии - 2002" (Уфа 2002), 10 Международной конференции "Наукоемкие химические технологии - 2004" (Волгоград 2004), 5 Международной теплофизиче-ской школе "Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством" (Тамбов 2004), 5 Международной научно-технической конференции "Авиакосмические технологии "АКТ-2004" (Воронеж 2004), Международной научно-практической конференции "Рынок шин, РТИ и каучуков: производство, наукоемкие технологии, сбыт" (Москва 2005), 2, 3 Международных научно-практических конференциях "Наука на рубеже тысячелетий" (Тамбов 2005,

2006), 2, 3 Международных научно-практических конференциях "Прогрессивные технологии развития " (Тамбов 2005, 2006), 11, 12, 13 Международных научно-практических конференциях "Резиновая промышленность. Сырьё, материалы, технологии" (Москва 2005, 2006, 2007), Международной научно-практической конференции "Полимерные и композиционные материалы: технологии, оборудование, применение" (Москва 2006), Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве " (Орел 2006), 3 Международной научно-практической конференции "Составляющие научно-технического прогресса" (Тамбов 2007), 20 Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20" (Ярославль 2007), Международной конференции "Химические технологии" (Москва 2007).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 87 работ в международных, академических, зарубежных и отраслевых журналах и научных изданиях из них 20 статей в рецензируемых журналах (из них 16 в рекомендованных «Перечнем ВАК»), 3 монографии, 25 статей в сборниках научных трудов, 9 публикаций в материалах научных конференций, 2 учебных пособия, получено 3 патента РФ и 7 свидетельств об официальной регистрации программы для ЭВМ. Личный вклад соискателя во всех работах, выполненных в соавторстве, состоит в постановке задач исследования, разработке методик получения экспериментальных данных, непосредственном участи в получении, анализе и обобщении результатов.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, семь глав, основные выводы и результаты, список литературы (277 наименования) и приложения. Работа изложена на 307 страницах основного текста, содержит 127 рисунков и 13 таблиц.

11. Результаты работы внедрены на ряде предприятий и НИИ РФ. Суммарный расчётный экономический эффект составил 2240 тыс. руб. в год.

12. Методика инженерного расчета процесса экструзии и шнекового оборудования; методика инженерного расчета основных параметров валкового оборудования непрерывного действия; алгоритмы и программные продукты для ЭВМ внедрены в учебный процесс подготовки инженеров по специальностям 240801, 261201 и магистров техники и технологии по магистерской программе 150400.26.

Разработанные конструкции защищены 3 патентами РФ на изобретения, получено 7 свидетельств о регистрации программ для определения оптимальных режимных и конструктивных параметров при проектировании валкового и экструзионного оборудования минимального энергопотребления и металлоемкости.

1. Rogowsky Z.M. Engineering, 162, с. 358, 1946,

2. Eirich F.R. Jnst. Mech. Eng., London, 62, c. 156, 1947.

3. Maillefer Ch., 12-18, 1952.

4. Boussinesq M.Y. J. Math. Pures appl., 13, c. 377, 1868.

5. Grant D., Walker W. Plast. Progr., London, c. 245 -254, 1951.

6. Eccher S., Valentinotti A. Jnd. Eng. Chem., 50, № 5Б, c. 829 836,1958.

7. Gore W.L. Extr. Symposium // Jnd. Eng. Chem., 45, c. 969 993, 1953.

8. Carley J.F., Strub R.A. Jnd. Eng. Chem., 45, № 5, c. 970, 1953.

9. Maillefer Ch. Brit. Plastics, 27, c. 394, 1954.

10. Pigott W.T. Trans. ASME, 73, c. 947, 1951.

11. Strub R.A. Proc. Second Midwestern Conference on Fluid Mechanics. Ohio State University, c. 481 -494, 1952.

12. Carley J.F., Mallouk R.S., Mckelwey J.M. Jnd. Eng. Chem., 45, №5, c. 974, 1953.

13. Mohr W.D., Mallouk R.S. Ind. Eng. Chem., 51, 765, 1959.

14. Nadav N., Tadmor Z. Chem. Eng. Sei., 28, 2115, 1973.

15. Booy H.L. Polym. Engng and Sei, 7, № 1, 5, 1967.

16. Chan R.R.S., Lee C.W.M., Biggs R.D. J. Apple. Polym. Sc., 12, c. 115, 1968.

17. Jinessi V.D. Kautschuk and Gummi, 20, № 9, с. 529, 1967.

18. Hufnagel W. Plastverarbeiter, 18, № 9, с. 519, 1967.

19. Carley J.F., Strub R.A. Jnd Eng. Chem., 45, № 5, 978, 1953.

20. Carley J.F. SPE journal, 9, № 3, 9, 1953.

21. Бернхардт, Э. Переработка термопластичных материалов. М.: Изд-во Химия, 1965. с. 747.

22. Эйрих Ф. Реология. М.: Изд-во Ин. лит., 1962 -824 с.

23. Шенкель Г. Шнековые процессы для пластмасс. JL, 1962. - 467с.

24. Jacobi H.R. Grundlagen der Extruder technik. München, 1960.

25. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. М.: Химия, 1965 442 с.

26. Fischer E.G. Extrusion of Plastics Jliffe books. London, 1964.

27. Meskat W. Kunststoffe, 45, с. 87, 1955.

28. Squires P.H. SPE journal, 14, № 5, c. 24, 1958.

29. Maillefer. Rev. gen. Cautch, V. 31, № 5, 1954.

30. Pai Schih I. Viscous Flow Theory I, Laminar Flow, Princeton, N.J. D. VanNostrand Co. Jnc., 1956.

31. Mohr W.D., Saxton R.L. Jnd. Eng. Chem., V. 49, №11. P. 1857, 1957.

32. Mallouk R.S., Mckelwey J.M. Jnd. Eng. Chem., 5, c. 45, 1953.

33. GasparE. SPE journal, 12, № 10, c. 23, 1956.

34. Maddok B.H. Plastics Technol., 3, c. 385, 1957.

35. Sackett R.D. SPE journal, 12, № ю, с. 32, 1956.

36. Mckelwey J.M. Jnd. Eng. Chem., 45, c. 982, 1953.

37. Chung Chan. J. Mod. Plast., 45, № 13, 1968.

38. Werner Udo. Kunststoffe, 56, № 7, 1966.

39. Booy M.L. Kautschuk and Gummi, 17, № 5, 1964.

40. Кругликов P.M., Рипс M. Пластмассы, № 6, 7, 8, 1960.

41. Рахманов B.C. Пластмассы, № 5, 1961.

42. R.T. Fenner, Polymer, 18, 617, 1977.

43. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1965 363 с.

44. Colwell R.E., Nikolls R.R. Jnd. Eng. Chem., 51, № 7, 841, 1959.

45. Domininghaus H. Plastverarbeiter, 18, № 9, c. 391, 1967.

46. Griffith R.M. Jng Eng. Chem., 1, № 3, 180, 1962.

47. Mcrtkwey J.M. SPE. J. 14, № 3, 1958.

48. Mori Y., Ototake N., Jgarashi H. Chem. Ehg., 18, 221, 1954.

49. Collwell R.E. SPE. J., 11, № 7, 24, 1955.

50. Rotem Z., Shinnar R. Chem. Eng. Schi., 15, 130, 1961.

51. Krueger W.L. SPE. J., 18, 1282, 1962.29152.