автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка технологических режимов деформации, их контроля и регулирования для соэкструзивной машины по изготовлению многослойных полимерных флаконов

СХ1ДЙ0УКРА1Н0ЬКШ ДЕРЖАНИЮ! УШВЕРСИТЕ!'

* Л „ '

ОЛ . • : .

.7 На правах рукопкеу

Дядочев Ваиер1й Владиславович

УДК 621.313.3 •21.928.8

РС8Р0БКА ТЕХКОЛОПЧШХ РЕШИВ ДЮОРМАЦИ. IX КОНТРОЛЯ ТА РЕГУЛЮВАННЯ ДЛЯ С0ЕКСТРУЗШ01 МАШИНИ ПО ШГОТОВЛЕННЮ БАГАТОШАРОВИХ ПОЛ1ЫЕРШН ФЛАКОШВ.

05.03.05 - Пргдгея та машни обрсбки таскоы.

05.13.07 - Ав'гсивтиэад1я теэоюлоп чних прсцзе1в га внробнкцтк.

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертацп на здобуття науковаго ступени кандидата теха1чкнх наук.

■Лутансыс,

Робота виконана в Сх1дноукра1нському державному ун1версите1'1 т кафедр! " Автоматизац1я виробнкчих проц<эс!в

Науковий кер1шшк; - кандидат техн1чнюс наук, ' професор Локотош Б.Н.

Оф1ц1йн» опонеята - доктор техн1чних наук, професор Гей Р.I.

доктор техн1чних наук, професор.Носов М.П.

Пров 1 дне Шдириемство - Лугаиське КВ АЛ-"Ротор"

Захист Ь1 лбу деться 02.. 1994 р. в годин

на гас1дани1 спец1ал1зовано1 ради в Сх1дноукрз1нгькому державному ун1версктет1 ад адресов: 348034, ы.Дуганськ, квартал Колод1жний, ГОа.

Дов1дки по телефону :'( 0643 ) 46-23-20

Спец1ал1зована рада К 063.44.02.

3 дясертащею можна оакайомитись в б1бл1отец1 Сх1дио-укра1иського державного униерситету.

, . I

1

дйторбф&рат ров!слано У^О/. 1994 р.

' Вчоний секретар епец1ал1зовано1 ради, каадидат техн!чких наук

Л.А.РЯБ1ЧЕВА

АктуадьШйть проблема. У наш час, коли аростае занепо-коення з приводу нестач! паперу, алшпию та скла, злободен-ним е питания про необхшгсть виявлення додаткових зусилъ з боку промисловоот1 про роороСпу 1 аиготовлення найб1лыв еко-ноШчних пакувальних засоб'в.

Остами м часом у багатьох кра1нах св!ту широке ' рлзпов- . сюдження набулн упаковки 1г р1гних пол1мерних матер1ал1в, а еаме: Сагатошров! лол1мерн1 упаковки. Це' гумояаено низькою енерго- га матер1алоемк1стю IX виробництва, а такс* тиы, що аастосукання ббгагсшрояих лод!меряих матер1ал1в дозволяв розв'яаати ряд ьажливих народногссподарських завдакь: ство-рення прогреснвксх консгрукЩЯ маши» та анараг1в, шдвкдення якост! та роаширення асортименту продукцИ п роки елового та иобутового призначекия та I кие. НайШлын поширеюаси виробами, як1 одержуоть методом соекструзИ пол! мерши 1?атср1ал1в. в найр!зноман1тн1 еикост!, що мають широкий асортШент та ы1н1мальн1 витрати сировини на одиницю нродукцП.

вмкост! а багатоааровою когструкц1ев ст1нки в1др!эняпть-ся особливими спец1альними якостяии у пор1внянн1 з традиц1йно виготовленними емкостями. Вони виходять, а одного боку, з виду матер1алу, який за-антаяуеться. а з 1ншого - э механ1чних або оптичних вимог, на як1 претендуе емк1сть.

3 цього походить: эменшення окисления заповнювача, •ст1йк1сть до дП осв1тлення, нейтральность до скакового в1дчуття, збереження вк1длиеих матер1ал1в, а також витри-валють до удар 1 в при пад1нн1. можйив1сть итабеЛювання, ст1йк1сть форми при нагреванн!, р!вна повс-рхня для друкування таетикетування, ст$йка поверхня до подряпин.

Одним а найголовнИанх фактор1в при виготовленШ багато-шарових емкостей цетодом соекструзИ е можлив1сть повн1стю вириаити питания в!дход!в виро бництва: в1дхода, що линика-ттъ. готуються у вигляд1 додаткового регенератонного тру, повертаюгьси до циркуляцп к«атер1алу.

Метою робота е створэння нового покол1ння в! тчизяя.чих соекетруз1йно-видувких машин з оптимальными йен ..труктиввими га технолог 1чними параметрами, иу> газ иожлйв1сгь г/:ч;товлятй Сагатошаров! пол!иерн1 емкое?! 1з р1зкор!дких 1гал,л' ¡.;.их ма-

■

. -4 -

тер1ал1в. Для.досягнення ц1е! мети необх1дно розв'язати так1 вавдання:

- анал!з сучасних конструкц!й екструаШшх машин для виготов-лення пол1мерно! тары, методика досл1дження ходу розплава цол1мера 5 екструдер1,виех1дних пол1мерних матер1ал1в для соекструаИ;

- роаробка конотрукци нового тину соекструз1йно-видувних машин а автоматичною системою контроля та регулювання тепло-вих режим!в, випробування експериментально! машни на мате-матичних моделях ■ та в умовах виробництва 1 визначення II рац1онакьних технолог1чних режим!в робот».

- розробка методики та математично! модел1 онису нроцес!в ходу роэплава пол1мерних матер1алIв на основ1 анал1ау про-цесу теплообм1ну;

- виконання теоретичних 1 експеримеитальних досл1даень роз-под!лу температурного поля у робоч!й аои1 соекструэ1йно! головки, розробка в1дпов1дно! методики роарахунку поля та виз-начекна II точноот1;

Методи досл!дг.ення.Для роэв'яаання завдань використан1 рограхунков1 методи: метод к1нцевих елеыент1в ( И К Е ), те-ор!я под1бност1 та моделювання. При теоретичних досд1даен-нях вакориотоЕувалаея математична модель, яка мае; ршшння в часткнких ПОХ1ДНИХ з дек1лькома краевнми 1 початковими умо-вами, ак1 роав'яаувадмса ашШтичяо.

В1рог1дй1сть теоретичних результатов, шсновк1в 1 реко-мевдащй Шдчжерджувалася експериментальними даними, одержанный на Ф13ИЧННХ моделях, при етендовнх 1 вироОшгчих випро-буваннях на основ! метод!в ыатематично! статистики.

Наукова новиана:

- эапроионована методика онису хода розилава пол 1мера у сое;сструэ!йн1й машин! на основ1 ажШау процееа тегцообы1ну. Використовунчи результата розрахунк1в технолог1чних параметр 1в роботи еоекструа!йшл навили розроблено методи внана-ченнякоеф1 тента юл1трон1чност1,Ыдо0ра*а»чого дт.основних зоьн1ши!х (фактор!в на особливост! прсцеса соекструз!I; -залрононовако методику розрахуяку температурного поля у ро-боч!й зон! Goe.KCTpy3lfti.jI гоаовхи, в основу яко! иокладено

цифрове моделюиання на КОМ числовим методом ( М К Е ) у сио-лученн! з екслериментальними досл1дженннми на ф1зичиих моделях, що мають локальну ф!зичну под1бн!еть э моделлю ориПналои у [1од1бн1й облает( робочиго простору; - розроблено лоПчну схему роботи. машини для розрахунку тех-нологшних паг^аметр! з для соекструзП р1знор!яних полшерких матер(ал!в та онтам!эацП II конструктовних 1 технолог!чних параметр!в;

На основ1 ароведених теоретичних та експеримектальки.х доил1джень розроблено приициново нову . конструкц1ю соекструзшю видувко! машини з системою автоматичного контролю та регулшанна теплових реким1в, призначенмх для виго-товлення СЪгчтошарових пол1мерних фяакон1в.

Практична ц!нн1сть. Досл1даоння, подан! удисертацЛ, виконувалися у в!дпов1дкост1 вавдань Щльоео! комплексно! науково - техн1чяо! программ по стьоренню перснективних 1нформац1йних технолог1й, прилад1в, комплексно! автомати-заци С затверджено М1 носв 1 тою Укра!ни 23.11.92 р N 187 ).

. Запропонован1 у дисертац11 методики дозволяют!» на стад И нроектування соекструзШю-видувних машн виконувати иерев1рочн1 розрахунки з достатньою для 1нженерних розра-хунк1в точн1стю та оц1нювати вплив фактор1 в на. технолог1чн1 параметри роботи маиини.

Створена соекструз1йно-видувна машина з системою автоматичного контролю га регулювання теплових режим1в для виго-товлення багатошарових иол1мерних флакон1в не мае аналоПв у СВД та е еколопчно чистим пристроем, який ноже повн1стю пе-реробляти пол1мерн1 в1дходи у процес1 виготовлення нових ви-роС1в.

Реад!зац!я результат!в роботи. Залрононован1 методики розрахунку було покладено в основу теоретичних досл1джень при розробц1 принципово ново! конструкцП соекструз1йно-вк-давно! машини з системою автоматичного контроля та регул»-вання теплових режим!в. виготовлеко! сум1сяо Луганським КБЛЛ та Сх1 дноук.ра! нським державним ун1версктетом.

Було визначено основн1 технолог!чн1 параметри машг-* при еоекструзП р!знор1дних пол1мерних ыатер1ад!в.

Експеркменталыий зразок манинк пройазов випробувелня у ькроСгичпх уловах та? виЛтовлено ориПнальн! багатокароо! '

пол!меры1 фаакони.

Основн! положения роботи розоядалиси та обговирйвшшся на конференЩах та с ем 1 нарах: "Шдвищеннн техн1ко-еко-HOMlUHOl ефективносП нроектування та ексалуататн автииа-тизованого обладнання (ы.Севастополь, 1990р.), " Рееуроосбе-регальШ технологи у машинободуваннl" ( м. Днепропетровск, 1990 р ), "Вим1рювалъна техшка у технолог1чних ироцееах та кошероИ виробшщтва" ( м. Хмельницький, 1992,1Q93 pp.).

Публ1кац11. Основни . jMIct дисертацп в 11 роботах.

Структура та об'еи риботи. ДисертаЩйна робота скла-даехься 1э ьступу. чотрюх роадшв, висновюв та пропо-8ид1й, складаеться 1а 197 стор1нок друкарського тексту, 60 рисунк1в ( 42 стор. ). таблиць 17 ( 26 crop. ), список л1те-ратури 1з 116 найменувань ( 9 стор. ), додатки на 15 стор.

СУЧАСН1 ЕКСТРУ31ЙН1 МАШИНИ ТА МАТЕР IАЛИ ДЛЯ ВЙГОТОЕЛЕННЯ П0Л1ЫЕРН0! ТАРИ: ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛ1КИ.

Велика складн1сть а недостач! палеру, алюм1нио та скла, ставить ва перше м1сце питания про необхинють виявлення додаткових аусиль з боку промисловост! на розробку та виго-уоьлення наЯбШв економ!шшх пакувальних матер1ал1в. ОстаннЫ часом у багатьох кра1нах св1ту широке ровповооджен-ня д1 стали упаковки а вайр1аноман1тких шд1мерних ыа-тер1ал1в.

Порсшшст! вироби 1а термопласт!в шроко застосовуоться для пакування харчових продукта, х1ы1чних ыасел та смол, моших 1 косметичних аасоб1в.

Sa кордоном все б1дьш поынау роль у харчов1й та Х1м1чн1й упаковЩ починаить грати багатоваров! пластмасов! euKocil. В1тч1заяна промисловють у своему роаиоряджеш мае дек1дька моделей агрегат1в для виготовленна багатошарових рукавчатях пл1вок.

Заруб1кн1 ф1рад Amerlkan Can (США), Bekum (США). Dallas Со. (СШАj, Krupp (Шмеччина) виготовляшь соекструэ1йн1 маши ни по виготовленню богатошарових под!мерних емкостей 8 1983 року.

Ф1рма Bekum (США) розробила машину 1э системою внутр!шньо1 рецикл1зац11, в як1й в1дходи (до 25Z мзси к1нце-вого виробу) над ходить у форму, подр1бнкж>тьея, зшшуються а первиним матер1алом та надходятъ у в1дпов1дн1 екструдери. При використанн1 цього скрапа (завжди у еередньому шар!) варт!сть пляшок скорочучться на 10Z.

Суттеве значения при виготовленн! багатошарових пол1мерних емкостей найр tзноманIтн1йшого яризначення мае правильно визначення посднання пол1мер!в,а такох склад компонента 1 товщинз окремих шар1в при одержанн! соекстру-дат1в.

Але використання яснуючих зарубиних машин по виготов-ленцн багатишарово! иол!мерно1 тари треба вважати економ1чно нерацынальним внасл1док високо1 вартост1 та метало- 1 енер-

г06мк0ст1 .

Таким чином етнуреннл в1тчизняних високоиродуктивних соекстгугктг-г-и.чушн'т! мшшн для виготовлення багатошарових полiMfpHüx упаковок з невеликою масою та габаритами, простих I яад1йких у експлуатацп зробить значний крок у економ1чно-му розвитков! нашо! держави, а також виникне можлив1сть вий-ти Укра1н1 на один р1вень з розвинутими заруб!жними кра1нами у питанш зм1ни металевих та скляних емкостей п1д харчов1 продукти на пластмасов1.

Для вирюення дзного аавдання у Луганському КБАЛ "Ротор" разом а Сх1дноукра1нським державним ун1верситетом роз-роблено новий тип соекструз!йно-видувно1 машини 1з системою автоматичного контролю та регулювання теплових режим!в.

У практиШ винаходу соекструз1йно-видувних машин, при анал1з1 робота машини для сум1сних 1 несумюних пол1мер1в, неподано 1нформац11 про правильне сполучення матер!ал1в при соекструзП, з допомогою яких неможливо одержати як1сн1 ба-гатошаров1 емкост!.

Стосовно що до досл1дження ходу розилава пол1мера в екструдер1 шроке розповсюдження одержали методи штеиатнч-ного моделювання. Значний теоретачний Енесок у доол1дження гвинтового руху аномально-в'язко! р1дшш внесли Еккер, Мад-док, Балашов, Торнер, Востаяжинян, Мор1-Иоцумото, Тдайд, Якоб1, Крюгер, Мак-Келв1 та 1нп).

Анал1з тепловик прсцес1в рсбспг. нахнт, в р«ст! реаг

дае можлив 1 сть сб'еднати нродуктивн1сть И роботи з ихно-лог1чиими параметрами соекструзП. Налагодхення цих зв'язк1в дае можтшстьвизначити рац1снальн1 технолог1чн1 режими де-формацП толШерних маяер1ал1в з урахуванням 1х р13К0р1ДН0СТ1.

Тому у рамках дисертац1йно1 роботи на основ! теоретич-них розробок, чиелових та експеримептальних досл;джень зап-рононовано методику 1 математичну модель опису процесу ходу розгшша пол1мер1з на основ1 аиал1зу процеса теплообм1ну, розроблеко методику розрахунку температурного пс ля у робочих гонах • ооекс'труз1йно-видувно1 машини при соекструзП р1знор1диих матер1ал1в, розроблено рекомендаци, на основ 1 яких може бути орган1зовано проектування та робота соекструз!йно-видувних машин.

РОЗРАХУНКИ ТА СТАЕШЗАЩЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ПАРАМЕТР 1В ПРОЦЕСА С0ЕКСТРУ31I.

У соекетруз1йно-еидувн1й машн1 для виробнидтва триша-рово1 пол1мерно1 тарк (рис.1) пол1мерний матер1ал р1зного виду у вигляд1 гранул через бункер завантаження 15 подаеться у канзли черв'як!в 7, як1 обертаоться у цил1ндрах 8, в яких установлено пдъзу, яка ст1йка на зношенЮть 1з дзеркальною шверхнею. Черз'яки обертаються за допомогою синхродвигуна I через муфта 12. а осеве зусилля черв'якI в передаеться на упорк! п1дшипники 3. Цил1ндри нагр1ваютьея зовнШШми елект-ронагр!вагами 7. охододжуытьси пов1трям, яке подаеться по каналах обдува 8. Усю маыину змонтовано'на станин1 13. В1д бункер!в завактаження при обертанн1 черв'як!в, гранули ма-тер1а!а рухатеься всередин1 канал1в черв'як1в у напрямку до еоекструз!йис! головки. .

За рахунок п!дюда тепла в1д електронагр1вач1в,а такод у результат! тертя н1л матер1алом та поверхкями черв'як1в 1 иы!Пдр!б, рухаючнсь до головки, катер!ал плавиться, с7|1скастьсл I пср^ТЕорю^тьсй поспупово у розтоплену масу, яка, г.рсй'ЮЕ2и через шийку 3 видавлюеться у соекструз1йну головку ле 1 в:лбувас-ться накладання у декьчька шар1в. "с? через коЫчну к!льц»ву адлину в1д5уваеться вида*.-.1 ^иная китор1ала у гигляд! трисзгозо!.лол1мэрно! трубки. Досяг-

*

Вм1д гранцпьов яного материалу

2 ^

Л/с. /. Соекстртшно -&иду£на машииз.

у - еглктродеигци; 2- екструдер; 3 - шиСки Икетрудеро-* -соекетрщИна галоёка; Г- Эотяики контроля температуры' в-ецд!»«н1 Фории- '

Г- чер&як ; '

, 9- еаентронагр'свачс -

Ю- канрл* оЗЗа^ч покстрЯН) н '1Ч.вшцпиин ; ц ' н^та;

/3- станина;

-------------------------1по31л*-ник пеьшря;

рисгг. Роиортна г#цнто£ою ханомз &-$умкер 1а%чнтпясеннг черб'яка на пяощш1. 4 ' етЫко ианапц ■

2 - ронортка ыгр&цку.; ,'

3 - поёержня корпи с* • I

каисл. ' \

нувши погр1бно1 довжиик, нижня частина трубки одягаеться на н1пель видувно! Форш, _ трубка в1дд(ляеться в!д соекетрузШкн головки. Форма змикаеться, через ншель по-даеться стиснуте повГгря для роздуву трубчато! загот1вки 1 падания 1й иотребуемо! форми. Форма перемщуеться на 1нщу нозид1ю. Подача пов1тря ирипивяеться, вир1б охолоджуеться у форм1, п1сля чого вона розкриваеться 1 в1дбуваеться ан!мання готового вигобу з н1пеля. •

Як будо ¡юказано вице, соекструз1йно-видувна машина, що досл1д*уетьс:8, в1др!аняеться в1д в1тчизняиих, як1 вккористо-вуються у промисловост1 тим, що дае можливють виготовляти иол1мерн1 емкост1 у дек1лькох шар1в, що в свою чергу дае иоктгЛсть абсолютно по новому розв'язати конструктлвне оформления. Тому у даному роэд1л1 автор намагаеться обгрун-туваги основн1 технолопчн1 параметра соекструзИ.

Да таких параметр¡и, у нерву чергу, в1дносяться: температура по зонах екструдер1и, температура по зонах у головц1, перепад тиску у галовц1, число оберт1в шнек1в екструдер1в, тиск роздуву, к1льк1сна продуктивн!сгь соекструа!йао1 маши-ни, еб'емна продуктившсть маыини.

Продуктавн1сть машини залежить в1д багатьох параметр1в кожного 1з екструдер!в: геометричних розм1р1в черв'як1в (рис.2), коеф1ц1ента тертя пластиката о метал, яккй у свою чергу мае екладну аадежн!сть В1д температуря. . 3 ростом тем-иератури до значения Ыдпов1дно1 точки плавления, коеф1ц1ент тертя р1зко зроатае, а пот!м при температур1, що перевищуе точку плавления, значно падае. Кр1н того робочий процес соекструа1йко1 мажши в ц1лому валезшть не Ильки в1д гео-метр1чних роамЦНв черв'яла., но I в1д конф1гурацП головки соекструг1йно-видувно1 машинк га И цроф1лвючих елеменИв.

Тому штучка продуктичн1сть ыашини мохе бути вианачеиа за формулою: г /

N = (*>сум./Фзаг. , де (1)

Озап- це об'ем катер1ала у заготовц1;

й^г. = ЛГПср.-$иаг. , (2)

де пер, - середн1й рг'Цуе трубчато! заготовки;

5 - товщина трубчатоI заготовки;

Ыаг.- дозжина заготовки;

Осунг об'мна продук'гивн1сть сумарна;

- 11 -

<?е»н. - о* ♦ <}е , де (3)

- об'емка продуктивн1сть екструдера вовя1шнь-ого.середнього та внутр1шнього шару, в1дпов1дно до:

Л ■ п • /-> - ~ . п п (4)

де Кч, К«в - коеф1ц1ент геоыетрично1 форми головки, в1дпов1дно до зовн1юнього, середнього 1 внутр1инього шар1в. Профиь головки у соекструз1йн1й мажин! необх!дно розг-лядати як такий, що складзеться з канал!в нзйпрост1ших форм. Тод1 загальний коефЩ1ент геометр1чно1 форми для вс1е! головки для кожного "шару можиа тдрахувати як суму опору окре-мих д1лянок руху складного профи® виходячи з р1впянь:

к? ' ' (б)

дв К? К* К}- коеф1ц1ент геометрично! форми кивдевого какаду;

коеф1ц1ент геометрично! форми кон1чиого киьцевого каналу з кон!чнов щклияоп.

Перепад тиску у голоец! при в1домих значенях об'емио! продуктивн1ст1 екструдера кожного еару 1 коеф1ц1ента геометрично! форми головки К для ко»',ого пару визаачаемо ва форму-

К <в)

де 0 - об'емка нродуктивШсть;

V» - ефективна в'язкЮть;

К - коеф1ц1ент геометрично! Фор»я головки. Ефективна в'язк1сть визгячаетьса при в1дом!й пвкдкост1 всуву. ЩоЭ визначити ефективну в'лекють, кеобх1дно вираяу-вати швидк1сть зсуву для каналу, по яксму визначаеться ко-ефШИшт геометрично1 форми. Для коШчного киьцезсго каналу 8 КОН1ЧНОЮ ЩИЛИНОП: . 22.32 О

де - середн!й рад1уо ксаа на ыод1 матер!аьз до к!льцеБ01 силини;

- середн1й рад!ус тола на визой! *агер!аяа;

Ь, - висота азот.ни на вход! матер 1 ала;

5г - висогд пилики на внход! матер:ага в канала.

- 12 -

. Дяя назначения температури розплава у робочих гонах екструдер1в 1 головки тепловий баланс соекструз!йно1 машини мае вигляд:

^-0.1 + 0, (8) до - к!льк1сть пол!мерного матер (ала, який посту-

пае в машину;

С„- теплоемк!сть пол1мера;

£# - початкова температура пол1мера;

- '<!нцева температура пол 1 мера Шсля виходу з головки*,

О*- к1льк!сть тепла, то вид!ляеться при споживан-

в1 п0тужн00т1 ы ;

Qi - к!льк1сть тепла, яке п1дводиться до корпусу машини едектричними нагр!вачами;

Ог - к1льк!сть тепла, яке шдводитьсн до головки електричними нагр1вачами;

Оп - втрати тепла корпусом машини 1 головкою до оточуодего середовища;

03 - к1льк1сть тепла , яке выводиться до зони за-вантажеяня иол1мера. Р1ВНЯ1ШЙ теплового баланса можна розв'язати в1дносно температури тришарово! пол!мерно! трубки, а якоп вона повинна шходяти соекструэ1йно1 машиш:

+ - . О"*-0»+0г~0„-0л _ ,пч

Ьк---7Г1:---Л® О)

Ьн См

для есекструзШю! маши;«:

Си = См.с«, ^ с„,сс„3. ** (ю)

б- С С" к*льк!стъ пол¡верного иатер1ала, що надходить до первого, другого га третього екструдера; С^С^.С^- тешюемкютъ материала кожного екструдера. Таким чином, повянк! бути створен! умози, що забезпе-чать вих!д тригарозо! пол1мерно! трубки з визначенсы температурок, Р1внйина (8) та (10), одержат на основ1 теплового .балансу, уотановшоть иаргаетрк процесу, а виконакня цього .хрогйсу повилно габ^знечхти умова тепловэдиеиня у процес! иероробкн пол!цсрного «атер1алу ! законом1рнос?1 теплопере-иач), тобто, понерхкя май"ни. що в!ддае тепло, повинна за-^рзпгчиги перенес несйх: днсг к1лькосп тепло во! енаргп.

Так як екструз!я тришарогог нол1мерно1 трубки коже В1дбуватиси при використанн! для кожного la соег.струз(йних шар1в ptuiio№iHiTHHX пол 1 мер;«Их матс-р1ал1 в (!Ш1лроп£леи, 1юл|вин1лхло{||д та 1нше) формули (9.) та (10) иожуть аастосо-вуватися для уточнения технолог1чних ре*иы1в соекструз1I при робот! з кожним матер1алом.

Для моделювання робота сиекструв!йло-видувно! маиини 1 визначення параметра II роОоти було розробленс лог1чну схему. На основ! Л0Г1ЧН01 схеми було роэроблено програму на алгоритм! чнШ мов! PASKAL для IBM PC а використанням пШФог-рами RRR, ика зд1йснювала розрахуики технолоПчних параметр^ кожного ь трьох пвр1в соекструз1йно1 мапини, що вво-дилися до BOU для р!зних соекструдуемих матер1ад)в, а також визначала об'«¿мну продуктивнЮть роботи мапшни за шарами та вцIлому.

Анало результат 1в розрахункт, а також перев1рка на адекватн1сть та В1дтвореИня математичного онису досл1дних даних показали, що розроблена лоПчна схена та прийнят1 фор-мули до розрахунку технолопчних параметра при соекструзП дае можливють визначити технологии! параметра соекструз1йних машин а похибкою, ко не иеревищуе 10% 1 е прийнятним для наблихених 1нженерних розрахунМв.

Щоб позитивно описати процес екструзп, математична модель ходу розплава у межах зони дозуаднкя повиме эадовольки-ти таким ьимогам: урахування в заемного впливу цяркуллЩйчого та поступального ходу; урахування Юнуших аномал!й в'яз-KücTl; урахування вплину тепла, яке Еид1ляеться в результат! внутр1птього тертя. на ефэктну в'явкють розплава; урахуван-ня теплсюбм!ну н оточукгош середовиаем.

Роагортка гвинтоиого канала черв'яка на плэзиШ для ма-тематичнего моделювання ходу розплава подаеться на (рис.?). За подашм ходок р!вняння у напруз! мае ъигляд:

Явдо припустати, до вс! теплсф1зичт характеристики иа валежьтъ в1д температуря, то р1вняння енергетячюго балзлеа для режиму. акий устаионився для одного еструдера соекструз!Яно! магмяи иьк взгляд: *

(11)

5р хх А*

дз./5 - ц1льн1с7ь розллава;

Ср - тепдоемк!сгь розплава;

Т - температура розплава;

Кт - коеф1ц1ент тегшопров1дност1 розплава.

Зробиши припущеннн та про1нтегрувавшя р1вняння (12) одегаммо: = ^ . ^

де (¿М/ ~ робота в'язкого терта;

К - кое$Ш1ент пол1троп1чносг1, ккий ырактерезуе напрям теплового потока I к1льк!сть тепла, яке выводиться або Шдводиться до машдаи.

Для визнання коеф1ц!ента пол1трог.1чност1 кожного а екотрудор1в еоекструэШю-видувио! ыашики використовуемо р!вияння (13).Пркймаемо, що енерпя.ика дисип1руетьса аа ра-хуиок в'язкого терта на д1ляиц1 потока довжшою <11 дор!внюе:

<Ь/. ««

' Нгхтуши величине» Оф у пор1внянн1 а 1ишими членами (дч£ розплав1в термопласт!в цн величина як завади складае в1д 1 до 3% загально! влгшти енергН), от"*ржимо:

дрсРс!т * к-ду п^е (15)

дв .

ЩчЯнгегруваЕйи р!зкяння (15) одеряуемо:

Виксдаетоздтж результат*« математииного моделюванкя осекотруз 1А ¡ю-всд/бко ( иаяиня 1 результата розрахунку температурного :.;олн, Ш дет:-,влясмо до р1в:шшя (16) значения вро-дуспшкоет.' ¡3 кожяого а екегрудер1в та ь&еинк в Шлему, а тчко* -г^мперктури «о зонах, ви>»:ачаемо виачення коеф1ц1внта ::.'.^1т(,;;,и1чяс!ст: длн р}а«кх дайн? в робота маоиш.

РОЗПОД1Л ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ У РОБОЧИХ ЗОНАХ . С0ЕКСТРУ31ЙН0-ВЙДУВН01 ишт.

0бгрунтован1 вшце пзраыетри та характеристика робот» машни дають можливють конструктивно офориити систему контроля та регулювашы температур» соекструв1Яяо1 машики, яка виготовляе пол1мерну тару а троьх р1знкх шар1в у д1апазс:И технолог1чних температур 100 град.С ...250 град.С.

Розрахунки розпод1ду температурного поля в рсйочих зонах голова ссекструз1йно! машини виконуваансь а допомогою розрахукково! схеми ( рис.3 ). Температура температурного поля головгй Т для досл1дауваного типу еоекструз1йних машин може бути подана як достатньо складна функщя ycix неэааеж-них геоыетричних розм1р1в головки для кожного пиру.

Т * / (Ь.Ъ.аМ.Ъ.Ъ.Ъ.Ы,.* > <17>

Для одержання узагальнено! задежност1 фуккцп в1дгуку яка б шдходила для Bclel групп соекструз1йних машип даного типу, гручно записати у вягляд! валежносП ь! д безрозм1рких фактор1в, як1 уявляшь "Сбою критер1й геонетрично! п0д16н0ст1. > .

Те/А* = (18)-

де Х,^; ^r'^r-f-';

хг*$У$, А'э - .

Т в1дн. - критер1й под1бност! для температурного поля ( в1дносна температура ).

Дося1дженни впливу на в1дносну температуру пол,« вс!х поданих гесметричнмх критерПв подЮност! - завдання, яке практично не шжна виконатк. При цьояу, вжодячи з теорП тепдопроБ1дкост1, температура поля у робочсму Basopl трша-рового матер1алу задеяить з1д впливу температуря подередньо! зони, а такод в1д нагр!вач1в безпссередьно гози тришаровот ыатер1алу. Тому впливом геометричних критерия под1бносг1 Х4...Х9 на величину Т в1дн. йота знехтувати.

Для спрощення досл1дхення фуших в!дгуку доШльио ви-користовувати замЮТь геокетричдого крхтери под! 6:rac~i Х2 » геометричний критер1й подобноотl Х2 • Таким чином, остаточпа функц1я в1дгуку да темпе« тури у 1-1й,

с /

тсчи.1 уявяпе собою грифзкторну задашск 1 мае ги^ляд.

- <£~

Tc const

Pue. 3. Potouo loua rnpumapoèoio coekempvHOX lanoCuu.

nannepiQAV

pue.

• çorst

PoîpaAVHKOêo

najlP.

o$J>acn>à

T

6 1 '/j

i ' s

2 •

S < »

picS. »apotmepui mot/m P°ipa*VHKOioX oStQcmi meioepamypxow nana.

Т..Ы * ffa.r/Xs) (19)

Для досл1дження одержано! функцп в(дгуку приймаеться розрахункова схема, в як1й:

1. Вираз для в1дносно1 температури поля визначаеться у виг-ляд! добутку базово1 та коректуючо[ функцП:

Тй)д» = KhTs . (20)

де Тб - базова функц!я в1дносност1 температ:ри поля;

Кн - коректуюча функЩя, що уточнюе базову шляхом обчислекня геометричних критерпз под1бност! реально! систем«;

2. У значенн1 базово! функцп Ть" шкориотовуються дан1 роз-рахунку в!др1зку температурного лохя, який доелнджуеться la спрощеною граничною геометр 1 ею, одержанонэ за допомогою МНЕ;

3. Прииначенне коректуюто! функщI К», по урахсвуе нплив нагр1вач1в дано! зони, эд1йсн»еться шляхом екснериментальних досл1джень спрошено! модел1, яка мае з моделли - ориг!налом локальну ф!зичну под1бн1сть у схож!й точц! поля. В!дносний вплив нагр1вач!в зони на поле приблизно однаковий для вс1х характерних точек робочо1 зони.

Тому коректуюча функшя Кн визначена для одн1е1 точки робочо1 облает1 поли, може бути використане при уточненн1 базово! функц11 в1цносно! температури поля Ts У вс1х характерних точках.

Розробдена розрахункова схема дозволяч спроетити досл!дження по розподиу температурного поля у робочому об'ем1 розплава тришарового матер1аду ссекструз1йних систем типу, який досл1джуеться, бо при цъому виключаетьсч не-обх1дн1сть у достатльо трудом1стких експериментальних досл1дженнях на узагальнених ф]зичних моделях соекструз!йних машин.

Рограхунки базово! функцП в1дносност1 температури ¡юля Т s виконувався МКЕ на ЕОЫ IBM PC у характерна облает!, аоб-раженой (рис.4). При цьому робилися припуценкя: 1. Матер1ал головки однор!дний ( а одного кзгерюлу ) по •всьому параметру, тому 1 коеф1 тента теакоярэв»дяо::т1 на вс1х точках 0ДННК0В1. Z. У шюшшах ее'. ?.1д5уваетьсй кг.нвективннЯ те^лsgCmih тепла.На бо.чсБих иоаерхнях Т - cc-rist.

3. У плотинах ff" Шдводиться тепловий пот1к в!д попередныя зони.

4. Вважаеться, що Соков1 поверхн! каналу термо1зольован1 1 Т - const.

Д1апазони вар1ативност! геометричних критерпв под1бност1 XI 1 Х2. як1 уявляють практичний 1нтерес, при ць-ому складэють:

Х4 - 4.7. ..7.3

х2 - 9.. .20

Для анал1ву впливу на розподи температури поля було вибрано 14 найб1льш характерних точок у разрахункоЫй облает! з разрахуиком иа розподи Ц1Й облает 1 на три шари (рис.5).

Для уточнения одержаних роэрахункових кривих шляхом урахування реально! температури поля було розроблено спроще-ну ф1зичну модель.

При II творенн! виходили з того, що в1дносний вшшв нагр1вальних елеменив на розповсюдження температури в од-нор 1д ному замкнутому об'ем! матер!ала приблизно однакова у BC1X 11 точках.

Приблизно до типу соекструз1йних машин, як! розгляда-«эться у дан1й дисертацп, в!дносний вплив нагр!вач1в кожно! зоки на розпод1л температури поля визначасться, кайчастюе, величиною фвктора ХЗ » а/$ .

Для досл1дження впливу цього фактора та визначення ко-ректуючо! функд11 К« , яка бере до уваги цей впжв, було вибрано характерну точку 1 (рис.5). Як показав анал1з результат! в розрахунку температури поля методом к1нцевих еле-мент1в, вплив геометричних критерПв 1юд1бност1 XI l Х2 на температуру поля у ц1й точц1 наименьший.

Тому досл1дження впливу нагр1вач1в зони у характерна точц! 1 розрахунково1 облает! можна проводити без урахування геометричних критерий иод1бност1 XI та Х2, аз ц1ллю упрощения цнх досл!джень ф1зично1 модел1 соекструз 1йно1 головки можна зам!нити на б1льш просту ф!зичну модель. При цьому спрощепна ф1зична модель та узагальнена модель соекструзи\но1 головки будуть ф1аично под!бн! у деяк!й ло-тадыпя обдаст 1 робочого простору, що приеднуеться до харак-г.-рно! точки 1.

- 19 -

Дли доелiдженни впливу нагр1вально1 аони на температуру в робоЧ1й зон1 розкдаву було розроблено та реал1зовано план експеримента» в якому при ф1ксованих значениях $«/$ -0,33 -

0.858 зд1йснювалися вар1ативн1сть фактора ХЗ у д1апаэон1, нкий уявляе собою практичний 1нтерес ХЗ - 1,11 - 13,33.

Для забесиечення можливост! си 1 вставления результата вим!рювань розглядалися одношенн! точки з такими координатами : точка 1 - в1дпов1дае координат» ^ -О; точка 2 -в uno Ыдае координат! ^ »90 град., точка 3 - в!дпов!дае координат 1 - 180 град., точка 4 - в1дпов!дае координат 1 у? -360 град.

Визначались значения коректуючих функц! 1 К«, Км, Кнз, К/цу точках 1,2,3,4 в1дпов1дно по формул1: Кн - Te.dH. ¡ /7V Де Твк?н.;- в1дносна температура у 1-й одно1менн1й точц1, яка визначаетъея по експериментальним даним.

Т s ~ базова функц!я в1дносно1 температури поля у характеры!й точц1 розрахунково! облает1 при заданому в!дносному розм1р1.

Для оч!кування точност1 розробленно1 методики розрахун-ку температуроного поля пор!внювалися розрахунков! значения Тр 1 експериментальн1 значения, вим1рен1 на експерименталь-ному зразку соекструз1йно-видувно! машиии в характерних точках 1...14 та оброблен! методом матиматично! статистики у в1дпов1дност1 з вимогами ДООТа 8.207-76. Найб1льша похибка, обчислена по дюперси адекЕатност! складае 14,42, цо можна вважати прийнятним для 1нженерних розрахунк1в.

РЕЗУЛЬТАТ!! ВИПРОБУВАННЯ СИСТЕШ КОНТРОЛЯ ТА РЕГУЛШАННЯ ТЕМПЕРАТУРЯ 00ЕКСТРУЗIЙНО-ВЯДУВНОI ИАШИНИ.

Для проведения стендовнх 1 виробничих випробувань, а такод для подальоого промислового використання будо виготов-ленно експерименталышй зразок системи контроля 1 регулюваы-яя температуря соекструз1йно-выдувноI ыашини.

В результат! стендових досл1джень установлено:

1. Конструктя системи контролю 1 регулювання температури соекструз1йно-видувно! машини може працювати. Ефек-гнвШсть контролю та шдтриыання температури в робочих

>

зонах доетатньо нисока 1 максимально приведена похибка складае 0,4£ в д1апазон1 100 - 250 град.С. 2. Вим!рин1 техг,1чн1 характеристики системи в1д1юв1дають розрахунковим данкм.

Випробування на виробництв1 були проведет на установ1 для виготовленнн Оагатошарово! тари УМЕЗ - 0,5.00.00.00.000 Луганського КБ автоматичних л1н1й. При проведенн1 доел!джен-ня точн1сть ' дтримуваннн технолог1чних режим!» робота соекструз1йно-видувно'1 маши ни складала приблизив 1-2 град.С.

У 1992 рощ система контролю 1 регулювання температури для Л!н11 роэдуьа тришарово! пол1мерно1 тари було упровадлено на соекструз1йно~видувн1I машин1 в Луганському конструк-торському бюро автоматичних л!н1й. В результат1 роботи системи було одержано тришаров! пол1мерн1 емкост1 р1зного об'ема. кольору 1 Щльност!.

Попередня оц!нка техн1чних, економ1чних 1 соц1альних параметр!в та характеристик експериментального зразка соекструз1йно-видувно! машини з системою контроля та регулювання теулових релим1в показала, що в1н за 0!льш1стю иоказ-ник!в с!дпов!дае заруб1жним зразкам. Але треба прийняти до уваги, що доел!дна машина е поки що единим зразком на Ук-ра1н1 та кра!нах СЦД.

Упровадхення 1 використання соекструз1йно-видувно! машини на п1днриемствах, як1 виготовляють харчов1, Х1м1чн1 та 1нш! продкути, дае можлив1сть значно довше та як1сн1ше збер1гати продукц1ю, особливо продукта харчування. Машина е еколопчно чистим пристроем, вона не т1льки не забруднюе пов1тря, але а допомогае повн!стю переробляти нол1мерн1 в1дходи в процес! виготовлення нових вироб!в.

3 А Г А Л Ь Н I В И С Н О В К И.

1. Запропоновано ковий тип соекструз1йно-видувних машин призначений для виготовлення багатошарових пол1мерких емкостей об'емом до 4 л!тр1в 1*"р1знор1дикх шл!мерни;'; ма-т«р!ал!в. Обгрунтовано II осиоыи технолог!чн1 шраметри 1 характеристики, як1 даюгь мохлив1сть розробити констр/кщю машш з и! дно с но невеликою метало- та ен«ргоемк1сти, з

системою автоматичного контролю 1 регулювання теплових режим! в роботи.

2. Розроблено методику 1 математичну модель опису .хода розплава пол1 мера в соекструз1 йн I й машин1 на основ! акал1зу процеса теплообм1ну. Використовуючи результата розрахунк!в технолог1чних параметр!в роботи соекструз1йно1 майини. розроблено метод иизначення коефЩ1ента пел! трои! чнос. 1. • якиА в!дображав вплив основних зовн1шн1х фактор1в на особливост1 процеса соекструз1I.

• 3. Розроблено методику розрахунку розпод1лу температуря шля в робоч!й зон1 головки соекструз!йно - видувних машин на основ1 моделювання на ЕОМ числовим методой (методой к1нцевих елемент1в) у ноеднанн! а ексиерименталыпши досл1дженнями на спрощених ф1зичних моделях, як1 мають ло-

кальну Ф1зичну под1бность у схеж1й оСласт1 робочого простору.

Експериментальн1 досл1дженнн соекструз1йно1 головки п1дтверджують об'ективн1сть ройробленно1 методики розрахунку. Обробка експериментальних I розрахункових аначень температурного поля головки дас моллив1ст1> визначити, цо експери-ментальн! значения шдлягаютъ нормальному розпод1лу; в1дтво-рюваи!сть експеримента п!дтверддуегься критер1ем Кохрана при р1вн1 значимост1 д-0,05, адекватШстъ математнчного опису досл!дшш даним Шдтверддуеться критер1ем <51 сера при р1вн! значимост1 д-0,05, ме«1 похибки, обчислен1 по дисперсП адекватност! для вс1х характерних точок температурного поля складае 114,« при дов1ряо1 1Мов1рност1 Р-0,95.

4. У результат! анал1за д1йсно! картнни роботи соекструз!йно! машши складено лопчну схему, на оенов1 яко! створено !м!тац!йну модель роботи машни та розроблено тех-нолог!чн1 режими соекструзИ пол1ет1лена та пол1стерола, а такоя уточнено техн1чн1 характеристики системи контроля 1 регулгваняя теплових режюМв.

б. Стендов! та вироСнич1 випробунанкя п1дтаердили проекту працездатн1сть 1 основш техншя! характеристики соекструз!йноI маиини, пгх>дуктивн1сть робота иашини яри соекструз!! р1ьнор1дних подшерниг матер1ал!в перевода 1.39 си*/с.

б. УпроЕаджекня 1 використгння соекструз 1 йно-икзучне-:"

машини на н1дпрнеметвах, що ьиготоьлишть харчиЫ. х 1 мI чн I та !нш1 продукт«,дае молитвIсть значно доиде та яМошше ебер1гати упакивану продукции, особливо продукта харчуванни. Машина е еколопчно чистим пристроим, вона не тиьки не руднюе оточуюче пов!тря, а навпаки допомогае повнЮтю пере-робити полI мера! Ыдходи в ироцес1 виготовленнн нових ви-роб1в, знижу*>чи таким чином на 401 ix вартЮть.

7. Сш му контроля та регулшання температури упровад-• жено на соекструз1йн1й машин! в Дуганському КБАЛ "Ротор" у 1992р. ЕконоШчний ефект в!д запровадження склав 106.2 гис.крб.

0CH0BHI ПОЛОЖЕНИЯ ДИСБРТАЦП ОПУБЛИКОВАНО В ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Локотош Б.Н., ДядичевВ.В., Ларюнов C.I. Застосу-вання соекструз1йно-видув1ШХ машин у .машинобудуванн1 //Ресурсозберегаюч! технологи у машинобудуванн1; Тез. доп. наук. техн. конф. Дн1пропетровськ, 1990. - с.73.

2. Локотош Б.Н., Дядичев В.В. Досл1дження технолог1чних pesiuilB робота соекструз1йно-видувно1 машини.// Автоматика, уиравл1ннн та автоматизац1и технолог1чних npoueclB. еко-ДОГ1ЧНОГО контролю 1 мон1торинга; тез. доп. наук.-техн. Конф., Алушта. 1Ö93. - с.65.

3. Локотош Б.Н., Дядичев В.В. АвтоматизаЩя процеса соекструз11 пол1мер1в на автоматичних роторних Л1н1ях.// Шдвищення техн!ко-економ1чмо1 ефективност1 проектування та експлуатад11 автоматизовансго обладнання; тез. доп., наук.-техн. конф., Севастополь, 1990. - с.43.

4. Дядичев В.В. Розподи температурного поля в робочих зонах соекструз1йн01 машини. // Азтомагизац1я. контроль 1 peiyw.!'i-i 1ня техколог1чних процес1в; тез. доп. наук.-техн. КОИф.. K'.ilB, 1992 - с.31.

6. Локотош Б.И.. Дядичев-В.В. Датчик для беаконтактного вим!рввання температури нагр1тих т1л. // 1нфор. листок ЦНТ1 (Дуганськ). - 1990. - N90 - 015/Р. ' ! С

6. Локотош Б.Н., ДядичевВ.В.. Дремач Н.Ь\, Коржав!н Г.А.. Роыануцький В.А. Цифровий термометр. // 1нформ. листок ПНТ1 (Луганоьк). - 1991 - 11144 - 91.

- 23 -

7. Локотоп Б.Н., Дядкчев В.В. Спос1б вим1рювання темпе-ратури у соекструэ!йн1й- головШ: // Респ. М1жв1д. наук.-техн. сб. -ШПв :Вят школа, 1990. - Вип. 21. -с.52-53.

8. Локотош Б.В., Дядичев В.В. Система контролю та регу-люзання температури в соекструз1йно-видувя1й маинш для ви-робництва багатошагових полШерних вироб1в. // ВтЛрювапьна гехШка у технолс/гичних гроцссах та конверсП виробкицтва; тез. доп. наук.-техн. коиф., Хмедьницький, 1992 - с.61 - 54.

9. Дядичев В.В. Х1д ровплаьа пол1мера в екструдерах та головШ сйекструзШно! машини. // Вим1рювальна техн1ка в технолог1чних процесах та конверсП виробництв; тез. доп. '>аук.-техн. конф. Хмадьницький. 1993. - с.51-64.

10. Дядичев В.В., Козак В.1. Досл1джекня ходу розплав1в пол1мер1в при соекструзИ. // Респ. М1жв1д. наук.-техн. зб. - ХарК1в. 1993; - Вип.23. - с.91-93',

11. Локотоп Б.Н., Дядичев В.В. БезкоктакткиЛ шаид-код1ючий датчик температури. // Респ. Шжыд. наук.-техн. вб. - Харк1в; В-зпа школа. 1990. - 22. - с.79-81.

Шдлисано до друку 4.01.94 р. Формат 60x84 1/15 1 Д.Л. Тираж 100 экз. Заказ »И1}

Ротапр!нт Сй .(У, и Луганськ, кв.Молс<д1жь.1й, 20а.