Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин - часть 5

 

  Главная      Учебники - Производство     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  3  4  5  6   ..

 

 

Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин - часть 5

 

 

t

/ (

πD); ϕ

2

  угол наклона винтовой нарезки по наружному диаметру у формующей головки tg

ϕ

2

 

t

/ (

πD). 

3. Для зоны дозирования шнека с переменной глубиной нарезки: 

 

8

2

6

6

з

3

2

)

(

J

t

J

J

e

i

t

+

π

=

α

;   

 

        (2.23) 

 
 

)

(

12

)

(

8

2

7

0

з

2

J

t

J

l

e

i

t

t

+

π

=

β

;   

         (2.24) 

 
 

2

2

2

0

2

3

2

10

t

D

el

t

D

+

π

δ

π

=

γ

 

          (2.25) 

 
где i

з

 – число заходов шнека. 

Величины J

6

J

7

 и J

8

 представляют собой коэффициенты, характеизующие конструкцию шнека 

с переменной глубиной винтового канала и определяются по следующим соотношениям: 

 
 

2

н

2

2

н

2

н

6

2

lg

)

(

2

9

,

6

1

h

h

D

h

h

h

h

D

J

+

=

 

         (2.26) 

 
 

1

)

(

2

н

2

н

2

н

2

7

+

π

=

h

h

h

h

D

h

h

J

;   

                     (2.27) 

 
 

2

2

2

н

2

2

н

2

н

н

2

2

н

3

2

н

8

2

)

(

2

)

(

)

(

lg

)

(

3

,

2

h

h

D

D

h

h

h

h

d

D

h

d

D

h

D

h

h

J

+

+

+

+

+

=

,         (2.28) 

 
 
где d

н

 – диаметр сердечника шнека в начале зоны дозирования, м: 

 

0

2

1

1

н

l

l

d

d

d

d

=

 
d

1

 – диаметр сердечника шнека под загрузочной воронкой, м; d

2

 – диаметр сердечника на кон-

це шнека, м; h

н

 – глубина винтового канала шнека в начале зоны дозирования, м: 

 

0

2

1

1

н

l

l

h

h

h

h

=

 
h

1

 – глубина  винтового  канала  в  зоне  загрузки,  м;  h

2

 – глубина  винтового  канала  на  конце 

шнека, м. 

Объемная  производительность  шнековых  машин  для  переработки  резиновых  смесей  может 

быть  также  определена  на  основе  гидромеханической  теории.  Резиновую  смесь  в  этом  случае 
можно  рассматривать  как  жидкость  с  высокой  вязкостью.  Тогда  объемная  производительность 
машины будет определяться объемной производительностью прямого потока и объемной произво-
дительностью  обратного  потока.  Вследствие  высокой  вязкости  материала  поток  утечек  может  не 
учитываться.  Поскольку  шнеки  для  переработки  резиновых  смесей  имеют  глубокую  нарезку,  то 

влияние  боковых  стенок  винтового  канала  на  производительность  машины  оказывается  сущест-
венным. Вблизи стенок винтового канала поле скоростей искривляется, что вызывает уменьшение 
расхода как прямого потока, так и противотока. Это влияние может быть учтено с помощью коэф-
фициентов формы потоков, которые вводятся в уравнение производительности.  

Значения коэффициентов формы вынужденного потока F

α

 и противотока F

β

 при изменении h/W 

в интервале 0…2 приведены на рис. 2.1.  

 
 

 

 

Рис. 2.1. Зависимость коэффициентов прямотока F

α

 и противотока F

β

  

от отношения глубины канала к его ширине – h W 

В  этом  случае  объемная  производительность  шнековых  машин  для  переработки  резиновых 

смесей в зависимости от конструктивного исполнения шнека может быть определена по следую-
щим соотношениям: 

• 

для шнека с постоянными геометрическими параметрами нарезки 

 

n

F

K

K

F

Q

β

α

β

+

α

=

 

 

        (2.29) 

 

• 

переменным шагом 

 

n

F

K

K

F

Q

β

α

β

+

α

=

1

1

 

 

         (2.30) 

 

• 

переменной глубиной нарезки 

 

n

F

K

K

F

Q

β

α

β

+

α

=

2

2

 

 

      (2.31) 

 

В  отличие  от  термопластов  резиновые  смеси  представляют  собой  высоковязкие  жидкости,  с 

которыми при движении в винтовом канале шнека принципиальных изменений не происходит, что 
подобно поведению термопласта в зоне дозирования. Весь канал шнека представляет собой одну 
зону, в которой смесь по мере перемещения и деформирования подвергается прогреву.  

При  расчетах  объемной  производительности  шнековых  машин  для  переработки  резиновых 

смесей рассматривается полная длина нарезной части шнека. 

Для расчета максимальной производительности шнековой машины, работающей с формующей 

головкой определенного сопротивления, при варьировании глубины нарезки шнека составлен ал-

 

β

F

α

F

β

 

горитм  (рис. 2.2) и разработана программа расчета (программа 1, прил. 2). 

 

2.3. Расчет мощности привода одношнековых машин 

 
Величина мощности привода шнековых машин определяет рациональный выбор типа привода, 

расход энергии и необходимые силовые расчеты рабочих органов. 

Затрачиваемая мощность может быть рассчитана на основании имеющихся моделей поведения 

материала в процессе его переработки как сумма мощностей, потребляемых в зоне загрузки, плав-
ления (пластикации) и дозирования, а также в других специфических зонах (дегазации, смешения и 
т.п.). 

 

 

РИС. 2.2. БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА 

РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОЙ 

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШНЕКОВОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ С ФОРМУЮЩЕЙ 

ГОЛОВКОЙ  

ОПРЕДЕЛЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ГЛУБИНЫ НАРЕЗКИ ШНЕКА 

Мощность привода, потребляемая в зоне загрузки, расходуется на преодоление сил трения при 

движении пробки материала, значение ее невелико (около 10 % от суммарной потребляемой мощ-
ности) и им можно пренебречь. Исключение составляют шнековые машины с продольными канав-
ками  на  внутренней  поверхности  цилиндра в  зоне  загрузки.  В  этом  случае  потребляемая  на  про-
движение  пробки  гранул  мощность  в (2 – 5) раз  больше,  чем  в  машинах  с  гладким  цилиндром, 
вследствие высоких развивающихся давлений и повышенной производительности [47]. 

В зоне плавления мощность затрачивается на преодоление сопротивления движению пробки в 

1

 

Начало

2

 Ввод исходных данных:   

DL, PI, FO, K, EN, EK, NW, 

L, DHN, HK 

3

 Определение начальной глу-

бины нарезки 

H

1

= HN + HK   STEP 0,01

4

 Определение конечной глубины нарезки 





=

W

H

D

H

D

D

H

)

(

4

5

,

0

1

2

2

 

5

 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ГРЕБНЯ

E = EN + EK    STEP 0,01

6

 Определение коэффициентов для  

расчета производительности 

2

1

2

1

6

lg

H

H

H

H

L

J

=

;  

2

1

7

H

H

L

J

=

 

2

2

2

1

2

1

8

2

H

H

H

H

L

J

=

1

2

2

1

9

2

2

lg

H

R

H

R

H

H

L

J

=

 

0

6

7

tg

2

2

ϕ

=

R

J

RJ

S

;  

 

7

 B =  (T – E) /12F

A = 

πD (T – E ) S

 

/2F

J = 3

π

D

DL

3

I = sin

 

ϕ

1

3

 – sin

 

ϕ

2

3

 

(H

– H

2

); 

U = IJ

= sin

ϕ ; = sin ϕ

 

8

 Ввод 

H

1

и H

2

9

 V = 1 OLTE (Z

3

 – Z

2

3

); 

G = U / V; 

Q = AKN /

 

(K + B + G

10

 Q 

< Q

max 

11

 Q

max 

= Q H

11 

= H

1

;  A

= A;  

H

21 

= H

2

 

A

= A;  B

B; 

GE

12

 Вывод:  Q

max

, 

H

11

, H

21

A B G E

нет 

тонком слое расплава вблизи стенки цилиндра, а также на преодоление сил трения пробки о сер-
дечник шнека и витки нарезки. Следует отметить, что по длине зоны плавления происходит изме-
нение состояния перерабатываемого материала. Размеры пробки гранул непрерывно уменьшаются, 
а сама пробка покрывается слоем расплавленного материала. Одновременно меняются теплофизи-
ческие и реологические характеристики полимера, что вызывает определенные трудности при ана-
литическом описании процесса в зоне плавления. 

Мощность, затрачиваемая в зоне дозирования, определяется суммой мощностей расходуемых 

на принудительное проталкивание массы по винтовому каналу шнека N

1

; на срез материала в зазо-

ре между вершиной витка нарезки и стенкой цилиндра N

2

; на создание циркуляционного потока в 

витках нарезки шнека N

3

.  

В зависимости от конструкции зоны дозирования эти составляющие мощности могут быть оп-

ределены следующим образом. 

1.   Мощность в зоне дозирования с постоянными геометрическими размерами шнека 
 

общ

2

2

0

эф

2

3

3

1

2

tg

P

nh

D

h

l

n

D

N

ϕ

π

+

µ′

π

=

, Вт,   

  (2.32) 

 

где 

эф

µ′

 – эффективная вязкость материала в винтовом канале, Па 

⋅ с (см. прил. П.1); ∆P

общ

 – 

перепад давления в головке, Па [38, 48]; 

 

t

l

n

D

N

δ

µ ′′

π

=

0

эф

2

3

3

2

, Вт, 

 

               (2.33) 

 

ГДЕ 

эф

µ ′′

 – ЭФФЕКТИВНАЯ  ВЯЗКОСТЬ  МАТЕРИАЛА  В  ЗАЗОРЕ  МЕЖДУ  ГРЕБНЕМ  НАРЕЗКИ 

ШНЕКА И ЦИЛИНДРОМ, ПА 

⋅ С. 

2.   Мощность для зоны дозирования с переменным шагом винтовой нарезки 
 

общ

1

эф

2

2

3

5

1

)

(

)

(

P

n

h

eR

G

n

d

h

d

N

α

+

µ′

+

π

=

, Вт, 

    (2.34) 

 

где G – коэффициент, определяемый по формуле 

 

)

(

360

)

(

cos

cos

lg

2

3

,

2

к

н

н

2

к

2

h

d

t

G

+

ϕ

+

ϕ

π

+

ϕ

ϕ

=

 

здесь 

ϕ

н

 – угол наклона винтовой линии в начале зоны дозирования по среднему диаметру: 

 

)

(

arctg

н

н

h

D

t

π

=

ϕ

 
где 

ϕ

к

 – угол наклона винтовой линии в конце зоны дозирования по среднему диаметру: 

 

)

(

arctg

к

к

h

D

t

π

=

ϕ

 
Величина R определяется по формуле 

 

t

h

d

t

t

h

d

R

+

ϕ

ϕ

π

+

ϕ

ϕ

+

π

=

)

(

180

)

(

cos

cos

lg

)

(

3

,

2

к

н

к

2

2

к

н

2

2

н

2

2

 
 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  3  4  5  6   ..