Процессы движения формуемой массы в винтовом канале шнекового пресса

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОПРОСАМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, РАБОТЫ И ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ
1.1. Анализ условий работы и конструкций шнековых прессов 8
1.2. Анализ физических свойств глиняных масс, формуемых 19 шнековыми прессами
1.3. Обзор литературных источников по теории проектирования 35 шнековых машин
1.4. Задачи исследования 37 Выводы 38
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ГЛИНЯНОЙ МАССЫ В ВИНТОВОМ КАНАЛЕ ШНЕКОВОГО ПРЕССА
2.1. Закономерности движения глиняной массы в винтовом канале 42 пресса
2.2. Обоснование возможности появления в материале поверхности 48 скольжения
2.3. Поверхность скольжения в глиняной массе в винтовом канале 57 пресса
2.4. Минимизация площади вогнутой поверхности 61
2.5. Исследование влияния давления прессования и количества 67 витков шнековой лопасти на форму поверхности скольжения в формуемой массе
2.6. Исследование влияния профиля лопастного вала на 71 эффективность работы шнекового пресса
Выводы 74
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ГЛИНЯНОЙ МАССЫ В ВИНТОВОМ КАНАЛЕ ПРЕССА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ
3.1. Критериальный анализ и составление целевой функции 76
3.2. Факторный анализ, обоснование и построение модели процесса 78 подачи материала напорным шнековым модулем
3.3. Выводы 85
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Задачи экспериментальных исследований и производственных 87 испытаний
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 88
4.3. Описание экспериментальной установки, применяемого 91 оборудования и средств контроля
4.4. План проведения эксперимента 94
4.5. Экспериментальное исследование зависимости потребляемой 99 мощности, производительности и удельных энергозатрат от частоты вращения шнека, величины запирающего давления и формы шнековой лопасти
4.6. Промышленное внедрение результатов работы 105 Выводы 107
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 113
ПРИЛОЖЕНИЯ
Акт внедрения ООО «Шахтинский кирпичный завод» 123
Акт внедрения ОАО «РОСТОВНЕРУД» 124
Акт производственных испытаний ОАО «РОСТОВНЕРУД» 125
Протокол производственных испытаний ОАО «РОСТОВНЕРУД» 127

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Керамический кирпич - древнейший и всегда востребованный строительный материал, созданный человеком - широко распространён и сегодня. По данным статистики [1] в Российской Федерации в 2007 году произведено 5 580 млн. условных кирпичей глиняного (керамического) кирпича, отгрузка составила 4 677 млн. условных кирпичей. До 80% от общего числа предприятий-производителей керамического кирпича работает по способу пластического формования с использованием природного сырья, при котором основной операцией является формование, осуществляемое на ленточных шнековых прессах. Шнековые прессы наряду с такими достоинствами, как простота конструкции, непрерывность формования, герметичность, возможность создания высокого давления в формуемой массе, имеют существенный недостаток — глиняная масса налипает на шнек и совершает вращательное движение в направлении окружной скорости шнека, не имея осевого перемещения в направлении головки пресса, что снижает производительность машины и повышает энергозатраты.
В этом контексте возникает задача повышения эффективности работы шнековых прессов путем расчета и выбора оптимальных значений конструктивных и режимных параметров их рабочих органов. Решение данной задачи возможно только на основе адекватного математического описания физических процессов, протекающих в формуемой массе под воздействием рабочих органов пресса как на поверхностях контактов с ними, так и внутри формуемой глиняной массы.
Цель работы. Повышение эффективности работы шнекового пресса путем выбора рациональных геометрических параметров лопастного вала посредством разработанного метода, учитывающего процессы движения формуемой массы при различных давлениях прессования и различных свойствах глиняных масс.
Задачи исследований.
1. Выполнить анализ состояния методов расчета и проектирования шнековых прессов.
2. Разработать аналитические выражения, описывающие процесс движения формуемой массы в винтовом канале пресса с учетом возможности появления поверхности скольжения в массе глины.
3. Определить форму поверхности скольжения в формуемой массе и установить влияние на форму этой поверхности свойств формуемой массы, геометрических параметров шнекового вала пресса и давления прессования.
4. Предложить пути повышения эффективности работы шнекового пресса путем расчета рациональных геометрических параметров вала пресса.
5. Провести теоретические и экспериментальные исследования движения глиняных масс различной влажности в винтовом канале шнекового пресса и установить влияние геометрических параметров шнекового вала на эффективность его функционирования.
6. Разработать метод, алгоритм и программу для определения оптимальных конструктивных параметров шнекового вала пресса из условия минимизации удельных энергозатрат.
7. Провести экспериментальные исследования и производственные испытания шнекового пресса с разработанными шнековыми валами на лабораторной установке и в заводских условиях для оценки эффективности их работы.
Научная новизна. Получена аналитическая зависимость, описывающая напряженно-деформируемое состояние глиняной массы в винтовом канале пресса, учитывающая возможность появления поверхности скольжения, касательные напряжения на которой превышают предельно допустимые и имеют максимальные значения; и позволяющая установить влияние на форму этой поверхности свойств керамической массы, геометрических параметров шнекового вала пресса и давления прессования. Установлена физическая картина движения глиняной массы в винтовом канале пресса, по которой относительное движение слоев формуемой массы происходит не в непосредственной близости от рабочих органов пресса, а по поверхности с максимальными касательными напряжениями. Разработан метод выбора геометрических параметров шнекового вала, отличающийся тем, что целевой функцией и установленной совокупностью функций- ограничений учитываются процессы, протекающие не только на поверхностях контактов формуемой массы со шнековым валом и корпусом пресса, но и в массиве глины.