Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Машины и аппараты химической технологии

Тема: Червячная машина МЧТ-400

Студент

Курсовой проект защищен с оценкой __________________

Руководитель _____________________

Реферат

ЭКСТРУЗИЯ, МАШИНА, ЧЕРВЯК, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, МОЩНОСТЬ.

Целью выполнения курсового проекта является расчет параметров червячной машины для производства резины.

Выполнено описание машины. Представлены описания конструкции червячных машин и принципа их действия. Произведен расчет червячной машины.

Графическая часть проекта включает:

- сборочный чертеж червячной машины - 1 лист А1;

- сборочный чертеж узла червячной машины - 1 лист А1.

- сборочный чертеж шнека - 1 лис А1

Введение

Червячные машины предназначены для получения заготовок из резиновых смесей различного профиля и любой длины, для очистки резиновых смесей от посторонних включений, для гранулирования каучуков и резиновых смесей, для пластикации натурального каучука, отжатия влаги из каучука и регенерата, для обкладки кабелей, шлангов и рукавов резиновой смесью.

Червячные машины используются в качестве резиносмесителей непрерывного действия, служат узлами пластикации и впрыска в червячно-плунжерных литьевых машинах.

С помощью червячных машин реализуется процесс шприцевания резиновых смесей, заключающийся в непрерывном продавливании разогретого пластичного материала через профильное отверстие инструмента, размещаемого в головке червячной машины. В результате этого продавливания формуется заготовка, поперечное сечение которой соответствует геометрической форме отверстия. Таким методом получают заготовки протекторов, камер, прокладок, шнуров, шлангов и т. д.

В промышленности пластических масс подобный метод применяется для получения готовых изделий и известен под названием экструзии. Червячные машины для переработки термопластов называют экструдерами. В резиновой промышленности червячные машины называют: шприц машинами, шнековыми машинами, червячными прессами.

Применение червячных машин для переработки резиновых смесей началось в 1870 гг. Первый патент на шнековый пресс был получен английской фирмой «М. Грей» в 1879 г.

По технологическому назначению червячные машины классифицируются на

· формующие или профилирующие, которые обычно и называют шприц-машинами;

· пластицирующие (пластикаторы) -- для пластикации натурального каучука;

· стрейнирующие червячные машины (стрейнеры) -- для очистки резиновых смесей от посторонних включений;

· гранулирующие червячные машины (грануляторы) -- для грануляции каучуков и резиновых смесей;

· обкладочные червячные машины -- для обкладки кабелей, рукавов резиновой смесью;

· смесительные червячные машины -- для дополнительной обработки резиновых смесей после резиносмесителей.

1. Литературный обзор червячных машин

1.1 Устройство и принцип действия червячной машины МЧТ-125

Рассмотрим устройство типовой червячной машины МЧТ-125. Основанием машины (рисунок 1.1) служит литая станина 12, являющаяся одновременно корпусом, в котором размещены все элементы привода червяка. Цилиндр червячной машины 3 состоит из корпуса и стальной гильзы. В свою очередь корпус состоит из сварной рубашки с приваренными с двух сторон фланцами для крепления цилиндра к станине машины и для крепления к цилиндру головки. Гильза уплотняется в рубашке резиновыми кольцами и фиксируется от проворачивания шпонкой. Снаружи цилиндр закрыт кожухом 5.

Червяк 4 выполнен двухзаходным, с переменной глубиной нарезки; с приводным шпинделем 7 соединен шлицевой втулкой, имеет внутреннюю полость, в которую подается охлажденная вода (через систему 10). Осевое усилие, являющееся следствием взаимодействия червяка с перерабатываемым материалом, воспринимается упорным подшипником 9. В станине на подшипниках качения установлен шпиндель 7, на котором смонтирована большая приводная шестерня 8, являющаяся последним звеном в двухступенчатой шестеренной передаче, на выходном валу которой установлен шкив 11. Вращение от двигателя через клиноременную передачу и две ступени шестерен передается к шпинделю, а от него и к червяку 4.

Машины индекса 512-ЗА оснащаются двигателем постоянного тока мощностью 14 кВт и системой электрооборудования, позволяющей плавно менять частоту вращения червяка от 20 до 100 об/мин. Машины индекса 512-9А оснащаются четырехскоростным электродвигателем и обеспечивают частоту вращения червяка 23; 24; 45 и 70 об/мин; номинальная мощность двигателя при этом составляет 4; 6; 8 и 12 кВт соответственно.

Смазка зубчатых колес и подшипников качения осуществляется при помощи крыльчатки 13, насаженной на входной вал зубчатой передачи и помещенной в сварной корпус. Упорный подшипник 9 имеет самостоятельную масляную ванну.

Рисунок 1.1 Червячная машина типа МЧТ-125:

1 -- пульт управления: 2 --головка; 3 -- цилиндр; 4--червяк; 5 --кожух; 6 -- воронка; 7 --шпиндель; 8 -- приводная шестерня; 9 -- упорный подшипник; 10--система охлаждения червяка; 11 -- шкив; 12 -- станина; 13 -- крыльчатка масляного насоса.

Головка 2 червячной машины крепится к переднему фланцу цилиндра четырьмя болтами, а в незакрепленном положении удерживается шарниром.

Пульт управления 1 является самостоятельным узлом и размещается под цилиндром машины. В пульте располагаются узлы коммуникаций, служащих для регулирования температурного режима. Цилиндр имеет две зоны регулирования, головка -- одну. В качестве теплоносителя используется горячая вода с температурой 90 °С и давлением 0,3--0,4 МПа или пар в смеси с холодной водой.

На пульте управления имеются кнопки пуска и остановки двигателя, указатель частоты вращения червяка, приборы регистрации температуры в зоне головки и во второй зоне цилиндра. Здесь же размещены рукоятки вентилей, с помощью которых осуществляется настройка теплового режима.

Принцип действия. Исходный материал, подлежащий переработке на червячной машине, может иметь форму кусков, полос, гранул. Для машин теплого питания резиновая смесь, поступает в виде ленты, срезаемой с валков вальцов. Материал загружается в воронку 6, попадает на поверхность вращающегося червяка и его нарезкой увлекается в цилиндр 3. При этом происходит уплотнение и непрерывное деформирование материала, сопровождаемое перемещением к головке. Головка и размещенный в ней профилирующий инструмент оказывают сопротивление движению материала, вследствие чего и в самой головке и в цилиндре создается значительное давление, оказывающее влияние на работу машины. Перерабатываемый материал последовательно проходит через четыре рабочих зоны машины (рис. 1.2.): загрузочную зону I, зону пластикации II, выдавливающую (или дозирующую) зону III и зону формования (или зону головки)IV. В загрузочной зоне червяк выполняет транспортирующую функцию и его задачей является непрерывное перемещение материала из воронки по направлению к головке. В пластифицирующей зоне за счет контакта с нагретой поверхностью цилиндра и за счет превращения механической энергии в тепловую осуществляется нагревание материала и его пластикация, перемешивание и гомогенизация.

Винтовая нарезка червяка обеспечивает и деформирование материала и его непрерывное перемещение вдоль цилиндра от воронки к головке. В дозирующей зоне червяк служит элементом винтового насоса; здесь материал дополнительно гомогенизируется и находится в пластичном и вязко-текучем состоянии-. В четвертой зоне материал формуется в заготовку того или иного профиля. Решающим фактором для перемещения материала в червячной машине является его взаимодействие с подвижной поверхностью вращающегося червяка и неподвижной поверхностью цилиндра. В зоне загрузки большое значение имеет величина коэффициента трения между материалом и поверхностью червяка, а также между материалом и поверхностью цилиндра. Чтобы материал мог перемещаться вдоль оси червяка, коэффициент трения материала на поверхности червяка должен быть по возможности мал, а коэффициент трения материала на поверхности цилиндра достаточно велик. Если это условие не выполняется, то материал может вращаться вместе с червяком, не перемещаясь в направлении головки. Благоприятный режим работы машины в загрузочной зоне достигается выбором соответствующей геометрии винтовой нарезки червяка, формы загрузочного отверстия в цилиндре, обработкой поверхности червяка и цилиндра, а также подбором нужных тепловых и скоростных параметров технологического процесса.

Рисунок - 1.2. Зоны переработки материала

В зоне пластикации осуществляются решающие процессы обработки материала. Вследствие сопротивления головки, а также переменного объема винтовой канавки червяка в цилиндре материал находится под давлением и за счет сцепления с рабочей поверхностью вращающегося червяка и неподвижной поверхностью цилиндра вовлекается в сложное движение. Деформации сдвига по мере перемещения материала к головке все больше и больше проникают в его глубину. Создается поток материала, который проявляет свойства аномально-вязкой жидкости. Взаимодействие перерабатываемого материала с рабочей поверхностью машины носит гидродинамический характер. Это и положено в основу современной теории работы червячной машины. В зоне пластикации происходит основной нагрев материала; здесь материал доводится до такого состояния, чтобы его можно было формовать с минимальной затратой усилий.

За исключением последней зоны (формования) все указанные зоны не имеют четких границ друг с другом. Причем границы между зонами зависят от состояния материала, загружаемого в машину, и от технологического назначения машины. Так, в машинах, питаемых разогретой резиновой смесью и предназначенных для выпуска профильных заготовок, преобладает функция формования. Здесь не требуется длительного деформирования материала, зона пластикации сокращается по длине. Червяк в таких машинах имеет рабочую длину не более пяти диаметров. Наоборот, в машинах, предназначенных для пластикации каучуков, разогрева резиновых смесей, зона пластикации должна быть увеличена. Длина червяка в машинах подобного назначения увеличивается до 10 и даже 12 диаметров.

1.2 Устройство и принцип действия червячной машины МЧХ-90

червячная машина привод производительность

МЧХ - «машины червячные холодного» питания. Могут перерабатывать резиновые смеси с температурой 20°С и более, интенсивно дорабатывают смесь, поэтому постепенно вытесняют машины типа МЧТ.

Схема устройства одночервячной машины представлена на рисунок 2.1. Основными узлами машины являются цилиндр, червяк, головка и привод, которые монтируются на станине.

Червяк 1 посредством шпонок соединён с приводным валом 9 и вместе с ним совершает вращательное движение. На приводном валу посажена большая приводная шестерня 10, находящаяся в зацеплении с системой шестерён, размещённых в корпусе редуктора 11. Редуктор является неотъемлемой частью станины, в которой размещены приводные шестерни. Передача движения от электродвигателя 14 осуществляется посредством муфты 13. Осевые усилия на червяк, возникающие при работе машины, воспринимаются упорным подшипником 8, а усилия на цилиндр 4 и головку 3 - стяжными шпильками 7, с помощью которых цилиндр крепится к узлу подшипника. Головка 3 с помощью болтов, резьбы или другим способом крепится к цилиндру 4. Цилиндр и головка имеют внутренние полости для подачи в них воды или пара с целью регулирования теплового режима машины. Вода или пар в эти полости поступает от коллектора 5. Во внутреннюю полость червяка подаётся охлаждающая вода с помощью системы охлаждения 12.

Материал, подлежащий переработке, подаётся в машину через воронку 6.

Наиболее важной деталью, определяющей работоспособность червячной машины и её техническое назначение, является червяк. Червяки для переработки резиновых смесей и каучуков отличаются глубокой нарезкой, составляющей обычно 0,2…0,25 от наружного диаметра, и небольшой длиной нарезной части, которая обычно составляет 3…4 диаметра для машин, перерабатывающих подогретые пластичные резиновые смеси, и 5…6 (иногда до 10) диаметров для машин, питаемых холодной резиновой смесью.

В червячной машине холодного питания резиновая смесь в виде ленты подается непрерывно в загрузочное отверстие. Червяк, вращаясь, захватывает материал и перемещает его в сторону головки и профилирующего инструмента. При этом материал подвергается интенсивным деформациям, главным образом сдвигового характера, нагревается и размягчается. При использовании таких червячных машин появляется возможность отказаться от подогревательных вальцов, упростить обслуживание червячных машин, автоматизировать процесс их питания, обеспечить получение заготовок высокого качества и постоянных размеров, улучшить условия разогревания и обеспечить постоянство теплового режима шприцевания

Рисунок 1.3 Червячная машина типа МЧХ-90:

1 -- червяк: 2 --профилирующий инструмент; 3 -- головка; 4--цилиндр; 5 --коллектор; 6 -- воронка; 7 --шпильки; 8 -- подшипник; 9 -- приводной вал; 10--приводная щестерня;11 -- редуктор; 12 -- система охлаждения; 13 -- муфта;14--электродвигатель; 15 --станина

Машины холодного питания вследствие особенностей их конструкции позволяют получать материалы лучшего качества, чем машины теплого питания, в основном из-за увеличения величины суммарной деформации сдвига, а также вследствие обеспечения повышения жесткости обрабатываемой резиновой смеси, что соответственно приводит к увеличению напряжений сдвига, развиваемых в композиции. Кроме того, они не требуют установки дополнительного оборудования для разогрева смеси. Однако машины холодного питания дороже машин теплого питания. Они тяжелее, потребляют большую мощность и имеют на 15-20% меньшую производительность при равных диаметрах червяка.

1.3 Устройство основных частей и узлов червячной машины

Червяк

Червяк является основным рабочим органом машины, от геометрической формы и конструкции которого зависят производительность машины и ее пригодность для обработки того или иного материала. Червяк обычно состоит из двух частей -- рабочей (нарезной) и хвостовой (опорной). Он выполняется цельным или составным

Как уже указывалось, в нарезной части червяка различают три рабочие зоны: загрузки, сжатия и пластикации, дозирования ж формования. При правильном сочетании размеров зон в зависимости от назначения машины и при соответствующей нарезке червяка достигается равномерная (без пульсаций) выдача материала и нормальная работа машины.

Зона загрузки, предназначенная для захвата материала из загрузочной воронки, должна иметь достаточные для этого длину, глубину нарезки и расстояние между витками. Обычно длина зоны загрузки достигает 1,2--1,5> червяка в зависимости от назначения машины ж характера перерабатываемого материала. В зоне сжатия и пластикации происходит разогрев, пластикация ж гомогенизация материала. Здесь совершается переход материала из твердого состояния в вязкотекучее. Длина зоны обычно составляет 1,5--20. В зоне дозирования и формования происходит равномерное распределение материала, и этим обеспечивается нормальная подача его в головку машины (с постоянными давлением и объемной скоростью). Правильное определение размеров нарезки этой зоны влияет на производительность машины.

Конструкция червяков машин, предназначенных для получения резиновых заготовок, показана па рис. 2.2. На рис. 2.2, а приведен червяк цельной конструкции с прогрессивно уменьшающейся глубиной нарезки (с 55 до 37,5 мм) и постоянным шагом (218 мм). Нарезка двухзаходная, длина рабочей части червяка равна 5D. В середине червяка имеется канал для охлаждения, перекрытый с торца заглушкой. Червяк такой конструкции применяется в машинах теплого питания. На рис. 2.2, б показан червяк с прогрессивно уменьшающимся шагом нарезки (с 215 до 170 мм) при постоянной ее глубине (55,3 мм). Длина рабочей части червяка равна 3,412); нарезка двухзаходная. Червяк с однозаходной нарезкой и дополнительной нарезкой в зоне дозирования представлен на рис. 2.2, в

Цилиндр червячной машины должен быть достаточно прочным и массивным, так как он работает при большом давлении: 6--15 МПа (в зависимости от перерабатываемого материала и диаметра червяка), а при закрытой головке -- до 30-40 МПа.

Цилиндр машины обычно изготавливают из чугунного или стального литья цельным или сборным. В последнем случае на наружной поверхности внутреннего стакана имеются ребра для образования полостей, в которые может подаваться обогревающая или охлаждающая вода. Если цилиндр изготовлен из одной отливки, он выполняется с полостями для пара или воды. Внутрь цилиндра запрессовывается сменная гильза из стали 38ХМЮА, внутренняя (рабочая) поверхность которой азотирована и имеет твердость НКА 83--86.

Загрузочная воронка. В корпус машины встроена загрузочная воронка для питания машины резиновой смесью. Загрузочная воронка делается таких размеров, чтобы по длине она занимала 1--1,5 витка червяка. Одна из сторон имеет наклон 30° к вертикали. Для лучшего захватывания подаваемой смеси червяком воронку делают с некоторым поднутрением или устанавливают у воронки приводной вращающийся питательный валик. В крупных червячных машинах (грануляторах, листовальных) материал подается в воронку принудительно одним или двумя специальными толкателями. Применение питательного валика или толкателя повышает производительность машины.

Станины и фундаментные плиты изготавливают из чугунного литья или из проката сварными, коробчатого сечения. Внутри станины иногда устанавливают электродвигатель привода и редуктор. Часто станины делают разборными или отодвигающимися, что облегчает монтаж и ремонт машины. В последние годы некоторые зарубежные фирмы начали выпускать червячные машины с массивным основанием и антивибрационными устройствами, допускающими установку машины на полу без применения специальных фундаментов, что удешевляет и упрощает их монтаж и перестановку при изменении технологического процесса.

Назначение головки -- принять подаваемую червяком резиновую смесь, обеспечить ее выдавливание и придание заготовке необходимой формы и заданных размеров. В зависимости от назначения червячные машины снабжаются головками различной конструкции. Существует очень много головок, отличающихся друг от друга по конструкции и назначению.

Принципиальные схемы устройства головок представлены на рис. 2.4. Любая головка состоит из следующих основных частей. Корпус 1 крепится к корпусу машины 2 различными способами и имеет полости 9 для нагрева и охлаждения головки. Так как при работе в головке могут возникнуть большие давления (до 15 МПа и выше), ее изготавливают из прочного чугунного литья СЧ12--88 или стального литья 35ЛП. К корпусу 1 крепится мундштук 3, имеющий профилирующее отверстие при шприцевании монолитных изделий, и дорн 6, который вставляется в мундштук при шприцевании полых изделий. Для опудривания внутренней поверхности полого изделия через трубку 8 подается тальк. Мундштуки и дорны должны быть износоустойчивыми и прочными (разрушающее напряжение при разрыве равно 8--9 МПа). Обычно их изготавливают из стали УЗА или 40Х с термообработкой и шлифовкой. Иногда рабочие поверхности дорна и мундштука

Головка для выпуска заготовок протекторов из одной резины (рис. 2.5,а) имеет профилированную горловину, обеспечивающую предварительное формование полосы (ленты). Окончательное формование заготовки производится при помощи профилирующей планки 2, расположенной при выходе смеси из головки. Планка закрепляется конусной гребенкой 3, которая поднимается л опускается при помощи пневмоцилиндра 4. В корпусе головки имеются четыре полости 5 для обогрева и охлаждения. Выходное отверстие дополнительно обогревается электричеством или паром. На головке укреплены ножи, обрезающие кромки заготовки. Современные головки такого типа изготавливаются разборными из двух половин, которые внутри хромируются. Длина головки не должна превышать удвоенного диаметра червяка. Площадь сечения щели в среднем равна половине площади сечения червяка. Максимальная ширина выпускаемой заготовки равна диаметру червяка, умноженному на 3,4.

Головка для выпуска тонкостенных трубок (рис. 2.5, б). Профилирующими деталями головки являются дорн 8 и мундштук 7, положение которых можно регулировать при помощи болтов 12 Дорн 8 укрепляется на дорнодержателе 9 крестовины 75. Последняя обычно имеет три ребра, но часто ее изготавливают с двумя или одним ребром. Внутри ребер крестовины имеются каналы для подачи в дорнодержатель воздуха с тальком, для создания вакуума или для отсоса избытка воздуха и охлаждающей воды. Дорны, крестовины и шайбы должны иметь обтекаемую форму; поверхности, соприкасающиеся с резиной, шлифуют и хромируют. Головка снабжена рубашкой для нагрева и охлаждения.

Головка для изоляции кабелей, рукавов и других изделий. Так называемая крестообразная головка показана на рис. 2.5, в. Иногда крестообразную головку располагают таким образом, что отверстие в ней перпендикулярно оси червяка, в этом случае она называется Т-образной. Выбор типа головки зависит от характера изготавливаемых изделий.

Головка для очистки (фильтрования, или стрейнирования) резиновых смесей (рис. 2.5, г). Подавляющее большинство стрейнеров изготавливают с осевым выходом материала. Применявшиеся ранее головки с радиальным выходом материала используются в настоящее время очень редко. Головка с осевым выходом материала выполнена с внутренним коническим отверстием, расширяющимся к выходу. Фильтрующая решетка с сеткой 17 зажимается между корпусом головки } и заяшмной гайкой 6 при помощи кольца 75 байонетного затвора. На головке укрепляется приспособление для срезания отфильтрованной массы (на рис. 2.5 не показано), состоящее из крестообразно расположенной проволоки, приводимой в движение от отдельного электродвигателя. Фильтрующая решетка имеет круглые отверстия. Байонетный затвор закрывается и открывается с помощью пневмоцилиндра 4.

Головка для подключения одновременно двух червячных машин (рис. 2.5, д) широко применяется в шинной промышленности для выпуска заготовок протекторов из двух резин.



Привод. Частота вращения червяка изменяется в зависимости от профиля шприцуемого изделия и рецепта резиновой смеси. Современные червячные машины выпускаются с приводом, позволяющим регулировать частоту вращения червяка в пределах от 1 : 4 до 1 : 10.

В червячных машинах применяются следующие типы регулируемых приводов.

Двигатели с неизменной частотой вращения, снабженные вариатором. Большая часть приводов этого типа работает от двигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором и снабжена бесступенчатыми вариаторами -- фрикционными, ленточными и цепными. Обычно такие вариаторы применяются для передачи малых мощностей. Для передачи больших мощностей используются гидравлические вариаторы. Применяются жидкостные передачи, работающие при статическом или динамическом давлении. Статические жидкостные передачи можно регулировать в большом диапазоне давлений. В этом заключается их преимущество перед динамическими передачами.

Четырехскоростные электродвигатели переменного тока обеспечивают ступенчатое изменение числа оборотов червяка. Такие электродвигатели применяются для червячных машин, используемых для выпуска одних и тех же изделий и не требующих плавного регулирования скорости. Эти двигатели можно компоновать также с вариаторами различного типа, что дает возможность осуществлять ступенчато-бесступенчатое регулирование скорости

Приводы с электрическим регулированием. В таких приводах используются электродвигатели различных типов.

Двигатели переменного тока. Применяются коротко--замкнутые моторы со ступенчатым изменением частоты вращения путем переключения полюсов. Частоту вращения таких электродвигателей можно изменять в диапазоне 1 : 4.

Двигатели постоянного тока с электронным регулированием (ламповыми или кремневыми выпрямителями -- тиратронами). Применение таких выпрямителей для изменения напряжения в сочетании с шунтовыми двигателями, у которых напряжение регулируется на якоре, при больших мощностях экономично; частоту вращения двигателя можно изменять в диапазоне 1 : 100.

Редукторы. Во всех червячных машинах, выпускаемых отечественными заводами, для понижения частоты вращения приводного электродвигателя до частоты вращения червяка употребляются редукторы двух типов: а) горизонтальные цилиндрические двухступенчатые с зацеплением Новикова (ЦДН) с передаточным отношением от 10 до 20, которые располагаются вне корпуса машины; б) вертикальные цилиндрические двухступенчатые с зацеплением Новикова (ЦДНВ), встроенные в корпус.

2. Объект курсового проектирования червячной машины МЧТ-400

Устройство червячных машин рассмотрим на примере машины МЧТ-400 завода «Большевик» (г. Киев), предназначенной для выпуска автокамер (рис. 2.1). На фундаментной плите 1 установлена станина 2 с укрепленным на ней цилиндром 7, в который запрессована рубашка 8 для обогрева машины паром или охлаждения ее водой. Внутри цилиндра запрессована также сменная гильза 9 из легированной стали. С торца к цилиндру присоединен на болтах переходный фланец 5, к которому присоединяется головка 4. Червяк 6 установлен на роликоподшипниках 13 ж 18. Первый является упорным и воспринимает осевые усилия, возникающие при работе машины. Червяк имеет полость, к которой подводится вода для охлаждения. Головка 4 машины также имеет полости для теплоносителя. Привод червяка осуществляется от электродвигателя постоянного тока через муфту и редуктор 15 с зубчатыми колесами 16. Тихоходный вал 17 редуктора нолый, и в нем на шнонке закреплена хвостовая часть 14 червяка. Резиновая смесь подается в машину через загрузочную воронку 12.

Сущность процесса шприцевания заключается в следующем. Червяк (см. рис. 2.1) сообщает подогретой или холодной резиновой смеси, поступающей в цилиндр через загрузочную воронку, поступательное движение вдоль оси цилиндра и выдавливает ее через профилирующее выходное отверстие головки. Вследствие трения между резиновой смесью и поверхностями червяка и цилиндра обрабатываемый материал подвергается постоянно меняющимся деформациям сжатия и сдвига, происходит относительное перемещение отдельных смежных участков смеси, возникают завихрения и обратные потоки. В результате резиновая смесь разогревается и по мере продвижения к головке становится пластичной, уплотняется и гомогенизируется. Степень разогрева смеси и давление зависят от длины червяка и создаваемой им степени сжатия. При сильном нагреве смеси возможна преждевременная вулканизация. Для того чтобы этого избежать, червяк и цилиндр машины охлаждаются водой. В головке происходит дальнейшее уплотнение резины. Благодаря выступам и каналам материал равномерно распределяется по длине профилирующего зазора. Под действием осевого давления, создаваемого червяком, сильно сжатая смесь выдавливается через профилирующее отверстие головки. Чем меньше профилирующий зазор или отверстие, тем больше давление смеси. Смесь движется через головку с разной скоростью: у стенки она меньше, чем в середине зазора или отверстия.

По длине червяка различают три зоны с различным состоянием смеси: 1) зону загрузки (питания); 2) зону сжатия, разогрева и пластикации; 3) зону дозирования ж формования.

3. Расчет червячной машины МЧТ-400

3.1 Расчет производительности червячной машины

Расчет производительности червячной машины на основе механической модели:

(3.1)

где: средний диаметр нарезки червяка, м;

Dн, Dв - наружный и внутренний диаметры нарезки, м;

F - площадь поперечного сечения винтовой канавки червяка, м

Для прямоугольной канавки:

(3.2)

Где:- угол подъема нарезки червяка, град.;

t - шаг нарезки, м;

е - толщина винтового выступа, м

I - число заходов нарезки

- плотность материала, кг/м3

N - скорость вращения червяка, об/мин

- коэффициент заполнения канавки червяка резиновой смесью (0,25 - 1,0)

- коэффициент подачи (0-0,5);

- коэффициент использования машинного времени (0,95 - 0,98).

Средний диаметр нарезки червяка :

Площадь поперечного сечения винтовой канавки червяка:

Производительности червячной машины:

3.2 Расчет мощности привода червячной машины

Расчет мощности привода червячной машины:

(3.3)

где: - мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения материала в нарезке червяка, кВт;

- диаметр сердечника червяка, м;

- частота вращения червяка, об/с;

- длина нарезной части червякам;

h - глубина нарезки червяка,

- мощность, затрачиваемаяна преодоление противодавления головки, Вт

Qd - производительность прямого потока (из расчета производительности м3/с;

Рl - противодавление головки, Па;

- угол подъема винтовой линии нарезки ()

- мощность, затрачиваемая на преодоление сил вязкого трения перерабатываемого материала в зазоре между червяком и цилиндром, кВт;

- зазор между вершиной гребня нарезки червяка и стенкой цилиндра, составляет(0,002 - 0,005D);

Dc, Dн - диаметры сердечника инаружный диаметр червяка, м;

- эффективная вязкость в винтовой нарезке червяка, ;

- эффективная вязкость в зазоре между цилиндром и червяком, ;

, (3.4)

,

Мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения материала в нарезке червяка: ;

Мощность, затрачиваемая на преодоление противодавления головки:

;

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил вязкого трения перерабатываемого материала в зазоре между червяком и цилиндром:

;

Мощность привода:

(3.5)

По справочнику выбираем электродвигатель П 142-6х мощностью 320 кВт.

3.3 Расчет червяка на прочность

Расчет червяка на прочность, то есть проверка запроектированных размеров червяка и определение максимально допустимого прогиба с целью недопущения скольжения витков червяка по внутренней поверхности корпуса.

На червяк действуют осевая сила Р, крутящий момент Мкр (Н·м), равномерно распределенная нагрузка q от собственного веса червяка:

(3.6)

Где: R - радиус червяка, м;

- угол наклона винтовой линии червяка,

(3.7)

Где: Z - установочная мощность электродвигателя, кВт

N - скорость вращения червяка, об/с.

Гибкость червяка определяется:

 (3.8)

Где: - коэффициент, зависящий от способа закрепления вала(обычно =2)

d - диаметр внутреннего канала червяка, м;

D - наружный диаметр червяка,м

L - длина червяка, м.

Максимальное касательное напряжение на поверхности червяка,:

(3.9)

Нормальные напряжения, вызванные осевой силой Р и нагрузкой q :

(3.10)

Где: - плотность материала червяка,

Суммарные напряжения должны удовлетворять следующему условию, :

(3.11)

Величина максимального прогиба определяется по следующей формуле, м:

(3.12)

Где: Е - модуль упругости материала червяка,

J - момент инерции поперечного сечения червяка в месте заделки,

(3.13)

Необходимо, чтобы выполнялось условие иначе будет скользить по стенке цилиндра нарезка червяка.

Крутящий момент:

Осевое усилие:

Н (3.14)

Гибкость:

(3.15)

Так как гибкость меньше 50, расчет ведется по первому варианту: Максимальное касательное напряжение на поверхности червяка:

 (3.16)

Нормальное напряжение:

(3.17)

Суммарное напряжение:

; (3.18)

Момент инерции поперечного сечения:

(3.19)

Площадь поперечного сечения червяка:

(3.20)

Нагрузка на червяк от собственного веса:

(3.21)

Максимальный прогиб:

(3.22)

,то есть скольжения витков червяка по внутренней поверхности корпуса не будет

3.4 Тепловой баланс червячной машины

Уравнение теплового баланса червячной машины, кВт:

(3.23)

Где: - количество тепла, выделяемое за счет деформации материала

- количество теплоты, подводимое или отводимое в данную зону червячной машины

- количество тепла, уносимого с перерабатываемым материалом;

- потери тепла в окружающую среду

(3.24)

Где: N - мощность электродвигателя, расходуемая на данную зону, кВт

- КПД двигателя:

(3.25)

Где: G -производительность червячной машины, кг/с;

- удельная теплоемкость смеси,кДж/(кг*К)

- конечная и начальная температуры смеси

(3.26)

(3.27)

F - площадь излучения

С - коэффициент излучения

- температура поверхности излучения данной зоны, К

- температура окружающей среды, К.

(3.28)

(3.29)

Где: - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

D - средний диаметр корпуса, м

- количество теплоты, подводимое в данную зону греющим паром или греющей водой (“+”) или отводимое охлаждающей водой (“-”)

Расход греющей или охлаждающей воды (кг/с):

(3.30)

Где: - - удельная теплоемкость воды

- перепад температур охлаждающей воды на выходе и входе в зону (5 - 10)

Скорость течения воды в канале (м/с):

(3.31)

Где: f - площадь сечения канала трубопровода,

плотность воды,

Если теплоноситель - пар, то его расход (кг/с):

(3.32)

Где : удельная теплота конденсации при выбранном давлении кДж/кг

Количество тепла, выделяемое за счет деформации материала, кВт:

Количество тепла, уносимое резиновой смесью:

Количество тепла, отдаваемое в окружающую среду нагретой поверхностью корпуса:

Количество тепла, подаваемого в корпус:

то есть тепло необходимо отводить

Расход охлаждающей воды:

Скорость подачи воды:

Зона головки по аналогии:

Знак “+” означает, что тепло надо подводить:

удельная теплота парообразования при давлении 0,12 МПа.

Заключение

В данной курсовой работе был проведён расчёт червячной машины. Также были выполнены: литературный обзор червячных машин; описание и принцип действия червячных машин холодного питания и червячных машин теплого питания. Был сделан подробный расчёт червячной машины МЧТ-400 (производительность, прочность, мощность, материальный баланс).

Список использованных источников

Расчеты основного оборудования, перерабатывающего полимеры. В.Н Давыдова, В.А. Лукасик, Ю.В. Соловьева

Червячные машины для переработки пластических и резиновых смесей Д.Д. Рябинин, Ю.Е. Лукач Издательство «Машиностроение» Москва 1965г.

Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности Н.Г. Бекин, Н.Д. Захаров, 3Г.К. Пеунков, А.В. Попов, Н.П. Шанин Ленинград «Химия» Ленинградское отделения 1985г.

СТП 002-2007. Проекты (работы) дипломные. Требования и порядок подготовки, преставление к защите и защита. - Мн.: БГТУ, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...