Abstract and keywords
Abstract (English):
High rates of modern housing, civil and industrial construction should be ensured by the corresponding rates of growth in the production of building materials, in general, and ceramic bricks in particular. In recent years, after the decline in the output of ceramic bricks, there has been a growing interest in it from architects, builders and other consumers. This interest is dictated, first of all, by the unique properties of ceramic bricks: strength, low thermal conductivity, architectural elegance, ecological purity. The issue of increasing production volumes and improving the quality of manufactured products while reducing energy costs has become especially relevant at the present time. A special place in the row of machinery and equipment for the production of ceramic bricks is press equipment, in particular, a screw vacuum press (hereinafter press).

Keywords:
a screw press, the screw shaft, forming the blade of the screw shaft, the screw feed ratio
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Несмотря на то, что вопросам исследования, разработки и проектирования прессов посвящается большая часть работ по глиноперерабатывающим машинам [1, 2, 3, 4], их конструкции остаются весьма консервативными, и каждый раз дают повод для очередных исследований и попыток их дальнейшего совершенствования. Если учесть, что на шнековых прессах во всем мире формуется 90–95 % керамического кирпича, то эти попытки являются вполне оправданными.

Методология. Обоснованность выводов и рекомендаций основываются на применении комплекса современных апробированных методов исследований, включая: анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; методы сопротивления материалов, теоретической механики, теории упругости.

Основная часть. Производительность шнековых прессов [5] для формования глиняного кирпича определяется как произведение площади сечения шнека на проекцию скорости материала на  ось шнека (рис.1)

.                  (1)

Максимально возможная (теоретическая) производительность будет иметь место, если абсолютная скорость движения материала будет направлена вдоль оси шнека

,            (2)

где  – максимально возможная (теоретическая) скорость движения формуемой массы.

Отношение фактической производительности  к теоретической  характеризует эффективность работы пресса и называется коэффициентом подачи шнека [6]

 

           .                                  (3)

 

где  – угол между направлением движения формуемой массы и осью шнека (рис.1). 

Тогда

                  (4)

В шнековых прессах пластического формования угол отклонения движения глиняной массы от оси шнека составляет 75–80 градусов [7], вследствие чего коэффициент подачи шнека  низок .

Применение различных конструкторских решений [8, 9, 10], направленных на увеличение трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса или  уменьшение трения глины о шнек, может значительно повысить производительность пресса. Сила трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса зависит от коэффициента трения глины об эту поверхность и от силы нормального давления.

 

Рис. 1. План скоростей

 

 

Увеличить силу нормального давления формуемой массы на внутреннюю поверхность корпуса пресса можно, изменив геометрию шнековой лопасти [11, 12] таким образом, чтобы образующие лопасти были направлены не по нормали к оси шнека, а имели наклон в сторону, противоположную направлению движения материала, от оси шнека к периферии, т.е. располагались под углом   к нормали оси шнека (рис. 2).

 

Рис. 2. Шнековый вал, образующие лопасти которого расположены под углом к нормали  оси вала

 

Рассмотрим равновесие элементарного объема материала, вырезанного из канала, образованного внутренней поверхностью корпуса пресса, валом и лопастью шнека (рис. 3). На элементарный объем материала действуют те же силы, что и в шнеке с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнека [13, 14, 15] и имеющие следующие значения.

 

Рис. 3. Схема сил, действующих на элементарный объем материала в шнековом канале пресса

 

Разность сил противодавления и подпора

.        (5)

Сила трения материала о внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса шнекового пресса

.              (6)

Сила нормального давления на лопасть шнека от силы

.          (7)

Составляющая силы трения материала о лопасть шнека  от действия силы ;

.  (8)

 – составляющая силы трения материала о шнек от давления .

Сила трения материала о лопасть шнека от давления

.  (9)

Сила трения материала о вал шнека;

          (10)

Условие равновесия элементарного объема материала относительно оси шнека после подстановок значений сил и моментов  имеет вид:

 

;

     (11)

 

Проинтегрировав (11) по  в интервале от  до , где  – число витков шнека, имеем

 

                                              (12)

 

 

 Решение уравнения (12) с применением вычислительной техники позволяет определить влияние угла наклона образующих шнековой лопасти на направление движения формуемой массы, а, следовательно, и на производительность шнекового пресса.

 

Рис. 4. Зависимость коэффициента подачи шнека от угла наклона образующих шнековой лопасти

 

На рис.4 представлена зависимость коэффициента подачи шнека    , характеризующего эффективность работы шнекового пресса, от угла наклона образующих лопасти шнека при различных значениях коэффициента трения формуемой массы о металл шнека и корпуса пресса и следующих значениях геометрических параметров рабочих органов пресса: радиус лопасти шнека  ; радиус вала шнека ; угол подъема винтовой линии шнека .

Выводы. Количественные результаты показывают, что производительность шнекового пресса с лопастью, имеющей наклон от оси шнека к периферии, выше, чем у пресса с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнекового вала, на 10 – 30 % при подаче пластичных глиняных масс за счет увеличения поступательной составляющей движения формуемой массы в направлении продольной оси шнека. Анализ полученных результатов показывает, что рациональное значение угла наклона образующих шнековой лопасти зависит от свойств формуемой массы и составляет  .

*Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №16-38-00287 мол_а.

Введение. Несмотря на то, что вопросам исследования, разработки и проектирования прессов посвящается большая часть работ по глиноперерабатывающим машинам [1, 2, 3, 4], их конструкции остаются весьма консервативными, и каждый раз дают повод для очередных исследований и попыток их дальнейшего совершенствования. Если учесть, что на шнековых прессах во всем мире формуется 90–95 % керамического кирпича, то эти попытки являются вполне оправданными.

Методология. Обоснованность выводов и рекомендаций основываются на применении комплекса современных апробированных методов исследований, включая: анализ и научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; методы сопротивления материалов, теоретической механики, теории упругости.

Основная часть. Производительность шнековых прессов [5] для формования глиняного кирпича определяется как произведение площади сечения шнека на проекцию скорости материала на  ось шнека (рис.1)

.                  (1)

Максимально возможная (теоретическая) производительность будет иметь место, если абсолютная скорость движения материала будет направлена вдоль оси шнека

,            (2)

где  – максимально возможная (теоретическая) скорость движения формуемой массы.

Отношение фактической производительности  к теоретической  характеризует эффективность работы пресса и называется коэффициентом подачи шнека [6]

 

           .                                  (3)

 

где  – угол между направлением движения формуемой массы и осью шнека (рис.1). 

Тогда

                  (4)

В шнековых прессах пластического формования угол отклонения движения глиняной массы от оси шнека составляет 75–80 градусов [7], вследствие чего коэффициент подачи шнека  низок .

Применение различных конструкторских решений [8, 9, 10], направленных на увеличение трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса или  уменьшение трения глины о шнек, может значительно повысить производительность пресса. Сила трения глиняной массы о внутреннюю поверхность корпуса шнекового пресса зависит от коэффициента трения глины об эту поверхность и от силы нормального давления.

 

Рис. 1. План скоростей

 

 

Увеличить силу нормального давления формуемой массы на внутреннюю поверхность корпуса пресса можно, изменив геометрию шнековой лопасти [11, 12] таким образом, чтобы образующие лопасти были направлены не по нормали к оси шнека, а имели наклон в сторону, противоположную направлению движения материала, от оси шнека к периферии, т.е. располагались под углом   к нормали оси шнека (рис. 2).

 

Рис. 2. Шнековый вал, образующие лопасти которого расположены под углом к нормали  оси вала

 

Рассмотрим равновесие элементарного объема материала, вырезанного из канала, образованного внутренней поверхностью корпуса пресса, валом и лопастью шнека (рис. 3). На элементарный объем материала действуют те же силы, что и в шнеке с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнека [13, 14, 15] и имеющие следующие значения.

 

Рис. 3. Схема сил, действующих на элементарный объем материала в шнековом канале пресса

 

Разность сил противодавления и подпора

.        (5)

Сила трения материала о внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса шнекового пресса

.              (6)

Сила нормального давления на лопасть шнека от силы

.          (7)

Составляющая силы трения материала о лопасть шнека  от действия силы ;

.  (8)

 – составляющая силы трения материала о шнек от давления .

Сила трения материала о лопасть шнека от давления

.  (9)

Сила трения материала о вал шнека;

          (10)

Условие равновесия элементарного объема материала относительно оси шнека после подстановок значений сил и моментов  имеет вид:

 

;

     (11)

 

Проинтегрировав (11) по  в интервале от  до , где  – число витков шнека, имеем

 

                                              (12)

 

 

 Решение уравнения (12) с применением вычислительной техники позволяет определить влияние угла наклона образующих шнековой лопасти на направление движения формуемой массы, а, следовательно, и на производительность шнекового пресса.

 

Рис. 4. Зависимость коэффициента подачи шнека от угла наклона образующих шнековой лопасти

 

На рис.4 представлена зависимость коэффициента подачи шнека    , характеризующего эффективность работы шнекового пресса, от угла наклона образующих лопасти шнека при различных значениях коэффициента трения формуемой массы о металл шнека и корпуса пресса и следующих значениях геометрических параметров рабочих органов пресса: радиус лопасти шнека  ; радиус вала шнека ; угол подъема винтовой линии шнека .

Выводы. Количественные результаты показывают, что производительность шнекового пресса с лопастью, имеющей наклон от оси шнека к периферии, выше, чем у пресса с лопастью, образующие которой направлены по нормали к оси шнекового вала, на 10 – 30 % при подаче пластичных глиняных масс за счет увеличения поступательной составляющей движения формуемой массы в направлении продольной оси шнека. Анализ полученных результатов показывает, что рациональное значение угла наклона образующих шнековой лопасти зависит от свойств формуемой массы и составляет  .

*Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №16-38-00287 мол_а.

References

1. Gerasimov M.D. Teoreticheskie i tehnicheskie osnovy sovershenstvovaniya shnekovyh pressov dlya formovaniya keramicheskih stroitel'nyh materialov. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2013. 160 s.

2. Bauman V.A. Klushancev B.V., Martynov V.D. Mehanicheskoe oborudovanie predpriyatiy stroitel'nyh materialov, izdeliy i konstrukciy. 2-e izd., pererab. M.: Mashinostroenie, 1981. 324 s.

3. Chaus K.V. Chistov Yu.D., Labzina Yu.V. Tehnologiya proizvodstva stroitel'nyh materialov, izdeliy i konstrukciy: Ucheb. dlya vuzov. M.: Stroyizdat, 1988. 448 s.

4. Evstratova N.N. Samoochischayuschiysya lentochnyy shnekovyy press // A.s. 1201168 SSSR, MKI V 30 V (/14.-373 5 903/25-27; Zayavl. 08.05.84; Opubl. 30.12.85. Byul.№48. 1985.

5. Apachanov A.S., Rud A.V., Belousov K.Y. Modeling of the Motion Clay Mass in the Screw Shannel of the Screw Press // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 906-910

6. Silenok S.G., Borschevskiy A.A., Gorbovec M.N. i dr. Mehanicheskoe oborudovanie predpriyatiy stroitel'nyh materialov, izdeliy i konstrukciy. M.: Mashinostroenie, 1990. 388 s.

7. Borschevskiy A.A., Il'in A.S. Mehanicheskoe oborudovanie dlya proizvodstva stroitel'nyh materialov i izdeliy. M.: Vysshaya shkola, 1987. 376 s.

8. Apachanov A.S., Grigor'ev V.I., Evstratova N.N. Vliyanie formy vnutrenney poverhnosti korpusa shnekovogo pressa na napravlenie dvizheniya formuemoy massy gliny // Naukovi praci Donec'kogo nacional'nogo tehnichnogo universitetu. Vipusk 14(127), seriya girnichoelektromehanichna. Donec'k DVNZ «DonNTU», 2007. S. 128-132.

9. Grigor'ev V.I., Belousov K.Yu. Proektirovanie funkcional'nyh moduley shnekovyh pressov robototehnicheskih kompleksov // Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta: 2013. №2(71). Vypusk 2. S. 239-244.

10. Bogdanov V.S., Fedorov G.D. Tehnologicheskie kompleksy predpriyatiy promyshlennosti stroitel'nyh materialov. Uchebnik dlya studentov vuzov po special'nosti «Mehanicheskoe oborudovanie i tehnologicheskie kompleksy predpriyatiy promyshlennosti stroitel'nyh materialov». Belgorod, «Vezelica», 2007. 446 s.

11. Apachanov A.S., Usolkina A.R., Nosachev N.I. Modelirovanie processa dvizheniya glinyanoy massy v vintovom kanale pressa i optimizaciya parametrov rabochih organov shnekovyh pressov // Perspektiva - 2017: materialy Mezhdunarodnoy nauchnoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh. T. III. Nal'chik: Kab.-Balk. un-t., 2017. S. 11-18.

12. Evstratova N.N., Zagorodnyuk V.T. Optimizaciya geometricheskih parametrov rabochih organov shnekovogo pitatelya // Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskiy region. Tehnicheskie nauki. 1999. № 2. S. 109-111.

13. Turenko A.V. Raschet glinopererabatyvayuschego oborudovaniya i pressov plasticheskogo formovaniya dlya proizvodstva keramicheskih stroitel'nyh izdeliy. M.: MISI, 1985. 86 s.

14. Evstratova N.N., Linnik Yu.N., Yurchenko V.I. Zakonomernosti dvizheniya plastichnogo materiala v shnekovom kanale vintovogo pressa // Sovremennye tehnologii v mashinostroenii - 2003: Sb. statey VI Vseros. nauch. - praktich. konf. 26-27 fevralya 2003 g. Penza, 2003. S. 216-219.

15. Evstratova N.N., Yurchenko V.I. Raschet i proektirovanie shnekovyh pressov dlya formovaniya glinyanogo kirpicha. Novocherkassk. YuRGTU (NPI) 2007 102 s.


Login or Create
* Forgot password?