Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин - часть 6

 

  Главная      Учебники - Производство     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  4  5  6  7   ..

 

 

Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин - часть 6

 

 

t

n

t

t

t

t

t

e

h

d

D

N

µ′′

+

+

π

=

2

)]

lg

(lg

3

,

2

)

(

2

[

)

(

2

эф

к

н

к

н

2

3

2

, Вт,  

   (2.35) 

 

где t

н

 – шаг нарезки начала зоны дозирования, м; t

к

 – шаг нарезки на конце шнека, м. 

3.   Мощность для зоны дозирования с переменной глубиной винтового канала шнека 

 

 

общ

2

эф

2

0

3

1

)

(

P

n

t

Jn

l

e

t

N

α

+

µ′

π

=

, Вт, 

             (2.36) 

 

где J – коэффициент, определяемый по формуле 
 

2

н

2

н

2

2

2

5

2

н

2

3

н

3

2

2

2

2

2

lg

)

(

)

(

3

,

2

)

(

3

)

(

)

(

4

h

h

h

h

D

t

D

d

d

D

d

D

d

t

D

J

π

+

π

+

+

+

+

π

π

=

 

где 

н

h

 – глубина винтового канала в начале зоны дозирования, м; 

2

h

 – глубина винтового

 

ка-

нала на конце шнека, м; d

2

d

н

 – диаметр сердечника на конце шнека и в начале зоны дозирования, 

м; 

P

общ

 – перепад давления в головке, Па; 

α

2

 – постоянная прямого потока, м

3

 

 

t

n

el

D

N

δ

µ ′′

π

=

2

эф

0

3

3

2

, Вт. 

 

               (2.37) 

 
Величины эффективной вязкости в винтовом канале шнека 

эф

µ′

 и в зазоре между гребнем на-

резки шнека и цилиндром 

эф

µ ′′

 для различных перерабатываемых материалов определяются по рео-

логическим кривым в зависимости от скоростей сдвига (см. прил. П.1). Скорости сдвига в винто-
вом канале шнека 

S

 и в зазоре между гребнем нарезки и цилиндром 

′′

в зависимости от конст-

рукции зоны дозирования могут быть определены следующим образом. 

1.   Зона дозирования с постоянными геометрическими размерами: 

 

2

2

2

2

)

2

(

)

2

(

)

(

t

h

D

h

n

h

D

h

D

S

+

π

π

=

, с

–1

;  

   (2.38) 

 
 

2

2

2

2

2

t

D

n

D

S

+

π

δ

π

=

′′

, с

–1

 

            (2.39) 

 

2.   Зона дозирования с переменным шагом винтовой нарезки: 

 

2

к

н

2

2

2

)

(

4

)

(

2

t

t

d

h

dn

h

D

S

+

+

π

π

=

, с

–1

 

   (2.40) 

 
 

2

к

н

2

2

2

2

)

(

4

2

t

t

D

n

D

S

+

π

δ

π

=

′′

, с

–1

.    

(2.41) 

3.   Зона дозирования с переменной глубиной винтового канала 

 
 

2

2

ср

2

ср

ср

ср

2

)

2

(

)

2

(

)

(

t

h

D

h

n

h

D

h

D

S

+

π

π

=

, с

–1

 

   (2.42) 

 
 
где h

ср

 – средняя глубина винтового канала, м: 

2

2

н

ср

h

h

h

+

=

 
где h

н 

h

– глубина винтового канала в начале зоны дозирования и на конце шнека, м; 

2

2

2

2

2

t

D

n

D

S

+

π

δ

π

=

′′

, с

–1

 

      (2.43) 

 

В случае переработки резиновых смесей на шнековых машинах величины скоростей сдвига в 

винтовом канале и в зазоре между гребнем нарезки могут быть определены по соотношениям: 

 

h

Dn

S

π

=

, с

–1

;   (2.44) 

 

δ

π

=

′′

Dn

S

, с

–1

.   (2.45) 

 

Значением мощности N

3

 

(на создание циркуляционного потока) в виду ее малости можно пре-

небречь. Общая (технологическая) мощность, затрачиваемая на продвижение материала в цилинд-
ре шнековой машины, будет равна 

 

2

1

N

N

N

+

=

  (2.46) 

 

На рис. 2.3 представлена схема алгоритма расчета технологической мощности для шнековых 

машин с переменной глубиной нарезки черняка, а в прил. 2 дана программа расчета 2. 

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА МАШИНЫ ДОЛЖНА БЫТЬ БОЛЬШЕ, 

ЧТОБЫ КОМПЕНСИРОВАТЬ НЕ УЧТЕННЫЕ РАСЧЕТОМ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ: 

А) НА ЗАХВАТ И ТРАНСПОРТИРОВКУ ТВЕРДОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕ-

РИАЛА В ЗОНЕ ЗАГРУЗКИ; 

б)  на  продвижение  пробки  материала,  состоящей  из  смеси  твердого  и  частично 

расплавленного материала в зоне плавления; 

в)  на преодоление сил трения осевой реакции в упорном подшипнике; 
г)  на механические потери в приводе шнековой машины. 
Перечисленные  потери  могут  быть  учтены  коэффициентом  полезного  действия 

η  шнековых 

машин, который при переработке термопластов составляет 

η = 0,4...0,6, а при переработке резино-

вых 

смесей  

η = 0,2...0,3 для машин с холодным питанием и η = 0,1...0,2 – для машин с теплым питанием. Тогда 
общая потребляемая мощность или мощность электродвигателя привода будет равна 

 

Ввод исходных данных:   PI, 

H

1

H

2

, T, A, DL, D, N, DPE, L, 

LDOZ

Определение диаметра сердечника  

в начале и конце зоны дозирования 

D

1 

= D – 2HN; D

2 

= D  2H

2 

 

Нача-

ло

 

X = L – LDOZ

 

;  C = (H

1

 – H

2

)

 

/

 

4

 HN = H

1

 – CX 

О

 

Рис. 2.3. Блок-схема алгоритма 

расчета технологической мощности  

шнековой машины с переменной глу-

биной нарезки шнека 

η

+

=

2

1

д

N

N

N

 

 

     

(2.47) 

 
После  определения  мощности  элек-

тродвигателя  привода  приступают  к  вы-
бору  его  типа  по  соответствующим  ката-
логам  или  справочникам  на  электрообо-
рудование.  В  зависимости  от  назначения 
и  степени  универсальности  машины  ис-
пользуют  электродвигатели  постоянного 
или  переменного  тока,  учитывая  число 
оборотов  электродвигателя  и  диапазон 
регулирования числа оборотов.  

Привод  машины  должен  обеспечи-

вать:  

• 

необходимую мощность;  

• 

возможность  бесступенчатого  ре-

гулирования  скорости  вращения  шнека  в 
широком диапазоне;  

• 

поддержание постоянства скорости 

вращения  шнека  с  точностью ± 2 % при 
заданном  режиме  работы,  несмотря  на 
возможные пульсации момента сопротив-
ления  на  шнеке  или  напряжения  в  сило-

вой электрической сети в пределах ± 15 %;  

• 

обеспечение требуемой зависимости между скоростью вращения шнека и крутящим моментом. 

В приводе шнековых машин используют бесступенчатое и ступенчатое регулирование скоро-

сти вращения шнека, что достигается электрическим и механическим способами. Бесступенчатое 
регулирование требуется лишь для универсальных машин. Специализированные машины одноце-
левого  назначения  имеют  одну  или  несколько  скоростей  вращения,  согласованные  с  производи-
тельностью агрегата, в этом случае применяется привод со ступенчатым регулированием. В каче-
стве составной части такого привода применяют коробки скоростей и короткозамкнутые электро-
двигатели с переключением числа полюсов. 

Бесступенчатое регулирование скорости вращения шнека может быть обеспечено с помощью 

гидравлических или механических вариаторов, гидродвигателей и электродвигателей постоянного 
тока.  

В  вариаторах  различного  типа  имеют  место  значительные  потери  мощности,  поэтому  их  ис-

пользуют в сочетании с асинхронными электродвигателями и только в машинах малых типоразме-
ров. Машины средних и больших типоразмеров оснащаются обычно электродвигателями постоян-
ного тока.

 

Достаточная степень универсальности шнековых машин обеспечивается при возможно-

сти регулирования частоты вращения шнека в диапазоне 1 : 20. 

Рабочий 

диапазон 

скоростей 

вращения 

шнеков 

современных  

машин 

в 

зависимости 

от 

их 

типоразмера 

находится 

в 

пределах  

5…250 об/мин, а рабочие диапазоны частот вращения электродвигателей – 400…3000 об/мин, от-
сюда очевидна необходимость введения в схему привода редуктора.  

Наиболее часто в качестве привода шнековых машин используют электродвигатели постоян-

 

10

 Вывод M

1 

 

11

 Определение затрат мощности в винтовом канале шнека 

N

11 

= 0,0001

π

(T – E) LDOZ

  

JM

1

 

N

 

2

 

/

 

36T; 

N

12

 = (0,001

 

A

2

 

DP

 

N)

 

/

 

6; 

N

1

 = N

11

 + N

12 

12 

Вывод N

13 

Определение скорости сдвига в радиальном  зазоре           

2

2

2

2

2

2

60

/

T

D

L

N

D

S

+

π

π

=

 

14 

Вывод S

15 

Вывод M

 

16 

Определение затрат мощности на срез материала  

в радиальном зазоре 

N

2

 = 

π

3

 

D

3

 

E

 

LDOZ M

2

 0,0001N

 

2

 

/

 

36DLT 

 

17 

Вывод N

18 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 

МОЩНОСТИ 

N

N + N

 

19 

Вывод N

т 

20 

Ко-

ного тока с редукторами типа ЦДП или ЦДПВ и клиноременными передачами со сменными шки-
вами.  В  современных  отечественных  шнековых  машинах  универсального  назначения  в  приводе 
используются  электродвигатели  постоянного  тока  с  тиристорным  типом  управления,  которые 
имеют диапазон регулирования от 1 : 15 до 1 : 20. Гидравлические приводы или механические ко-
робки скоростей имеют ограниченное применение.  

Описание  различных  систем  приводов  экструзионных  машин,  их  достоинства  и  недостатки 

приводятся в работах [2, 38]. 

 

2.4. 

Расчет 

производительности  

двухшнековых машин 

 

Расчет основных параметров смесителей типа СН сводится к определению мощности привода и про-

изводительности. 

Основные  конструктивные  и  геометрические  характеристики  сборного  шнека:  z – число  витков  на-

резки шнека; z

п 

– число прямых (подающих) витков; z

o

 – число обратных (тормозящих) витков; D – на-

ружный диаметр шнека; l – длина рабочей части шнека; h – глубина винтового канала шнека; S

п

 – шаг 

прямых витков; S

о

 – шаг обратных витков; – расстояние между центрами шнеков; l

н

 – длина нарезной 

части шнека. 

Массовую производительность двухшнекового смесителя непрерывного действия определяют по со-

отношению [38]: 

 

τ

ρ

=

c

3600KV

Q

,   кг/ч, 

  

          (2.48) 

 

где V

c

 – суммарный объем рабочей полости смешения, м

3

τ

 – среднее время нахождения смеси в полости 

смешения, с; K – суммарный средний коэффициент заполнения полости смешения; ρ – плотность смеши-
ваемой композиции, кг/м

3

2.4.1. Расчет суммарного объема рабочей полости смешения 

 
Так  как  рабочий  шнек  имеет  сборную  конструкцию,  состоящую  из  рабочих  насадок  имеющих  раз-

личный  шаг  нарезки  и  рабочих  смесительных  элементов,  то  объем  рабочей  полости  смешения  одного 
шнека рассчитывается отдельно для групп насадок с одинаковым шагом нарезки и отдельно для смеси-
тельных дисков (кулачков). Затем результат суммируется и удваивается, т.е. 

 





+

=

=

n

i

i

V

V

c

V

1

с.д

с.н

c

2

  

         (2.49) 

 

где 

=

n

i

i

V

1

с.н

 – суммарный объем рабочей полости смешения нарезной части одного шнека; 

i

V

с.н

 – объем ра-

бочей полости смешения для насадок с одинаковым шагом нарезки (сюда могут входить как прямые, так 
и обратные насадки); n – число насадок (групп) с одинаковым шагом нарезки на рабочей длине одного 
шнека; V

с.д

 – объем рабочей полости смешения дисковой зоны одного шнека; с – коэффициент уменьше-

ния объема полости смешения за счет сопряжения шнеков, принимается равным 0,87. 

Для смесительных дисков, имеющих эксцентричную форму, 
 

д

2

д

2

с.д

)

(

4

l

d

D

V

π

=

,  

  

      (2.50) 

 

где D – диаметр шнека наружный; d

д

 – диаметр смесительного диска наружный; l

д

 – длина участка шнека 

занятая смесительными дисками. 

Для 

смесительных 

дисков 

(кулачков), 

имеющих 

трехгранную  

форму, 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  4  5  6  7   ..