Применение вальцев различного назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Сущность и назначение заданного технологического процесса.

1.1 Описание технологической схемы производства. Обоснование выбора оборудования.

2. Описание конструкции и работы вальцев.

3. Расчеты производительности машин или установки, мощность приводов, обсчет кинематической схемы, расчет основных деталей и сборочных единиц.

4. Мероприятия по охране труда.

5. Заключение.

Список используемой литературы.

Введение

При переработке полимерных материалов и, в частности, резиновых смесей используется большое количество машин, у которых основными рабочими узлами являются валки. Такие машины принято называть валковыми.

В производстве резиновых изделий применяются различные типы вальцев для листования, подогрева и пластикации резиновых смесей, а также для дробления, размола, очистки старой резины, резиновых отходов в регенераторном производстве.

Вальцами обычно называют машину с двумя вращающимися в разные стороны валками, оси вращения которых расположены в горизонтальной плоскости. Валки вальцев имеют, как правило, различную окружную скорость вращения. Выпускаются несколько типов резинообрабатывающих вальцов следующего назначения:

- смесительные (См) - для приготовления смесей из каучука с различными ингредиентами;

- подогревательные (Пд) - для повышения пластичности и подогрева смесей;

- смесительно-подогревательные (См-Пд) - для пластикации каучука, смешения его с ингредиентами и подогрева смесей;

- дробильные (Дб) - для дробления старой резины в производстве регенерата, вальцы Др 800 710/710 для дробления изношенных автопокрышек диаметром до 800 мм с текстильным кордом;

- размалывающие (Рз) - для размола отходов резины;

- рафинирующие (Рф) - для очистки регенерата и смесей от посторонних твердых включений.

Выпускаются вальцы индивидуальные и агрегатные (из двух и трех вальцов) с лево- и правосторонним приводом валков от электродвигателя переменного тока через:

- редуктор и приводные шестерни;

- блок-редуктор и зубчатую муфту;

- блок-редуктор и шарнирные шпиндели.

Специальный механизм позволяет регулировать зазор между валками во время работы вальцов, что повышает производительность. Валки чугунные, двухслойные (полые, сверленные, гладкие, рифленые).

Валки охлаждаются проточной водой. Закрытый слив воды исключает попадание воды в масляную ванну фрикционных шестерен.

Стрелы улучшенной конструкции защищают подшипники валков от попадания резиновой массы.

Автоматическая станция густой смазки облегчает труд оператора, а рациональное размещение узлов машины и элементов управления создают ему удобные условия обслуживания вальцов.[2]

1. Сущность и назначение технологического процесса

Процесс приготовления резиновой смеси называется смешением. Основная задача его -- получение совершенно однородной резиновой смеси. Смешение производится на вальцах или в закрытых резиносмесителях в течение 10 мин. Так как в резиносмесителях возможна преждевременная вулканизация смеси, то во многих случаях предпочитают вальцы. Основные части вальцов -- полые валки, внутри которых проходит вода для охлаждения их во время работы.

Скорость переднего (рабочего) валка ниже скорости заднего, диаметр же переднего больше диаметра заднего. Вальцы снабжены механическим ножом для подрезания и срезания резиновой смеси.

Смешение складывается из трех основных стадий:

- разогревание каучука на вальцах и перемешивание;

- введение ингредиентов: противостарителей, ускорителей, смягчителей и т. д.;

- перемешивание смеси и снятие ее с вальцов.

Процесс смешения резиновой смеси на вальцах следующий. Устанавливают зазор между валками вальцов в 2--3 мм, загружают каучук и развальцовывают его. Через 3 мин вводят ингредиенты. После этого подвергают смесь гомогенизации, т. е. перемешиваниют, для придания однородности. Затем небольшими кусками, весом 10--12 кг каждый, снимают с вальцов смесь.

Иногда для лучшего перемешивания смесь срезают, свертывают в рулоны и пропускают несколько раз через зазор (торцом). Весь процесс вальцевания занимает 26 мин. Каждый кусок смеси, срезанной с вальцов, маркируют. Затем смесь охлаждают в воде, отбирают образцы для проверки смешения и отправляют смесь в цеховую кладовую, где она хранится до получения результатов испытания. По получении положительных результатов контроля смесь поступает на дальнейшую обработку.[2]

1.1 Описание технологической схемы производства. Обоснование выбора оборудования

Технологический процесс производства релина состоит из дробления старой резины; изготовления битумно-резиновой смеси для нижнего слоя; каландрирования битумно-резиновой смеси в полотно; изготовления цветной резиновой смеси для верхнего слоя; каландрирования цветной резиновой смеси в полотно; дублирования двух слоев и вулканизации материалов; охлаждения, вылеживания, раскроя, отбраковки и упаковки. Релин выпускают в рулонах длиной не менее 9 м, шириной 1000... 1400 мм и толщиной (3±0,2) мм, одно-и многоцветным (мраморовидным). Цветостойкость релина высокая, он водостоек, имеет повышенную износоустойчивость, существенно не меняет своих свойств при колебаниях температуры от --25 до +85°С, обладает малой звукопроницаемостью, химической стойкостью и высокими диэлектрическими свойствами.

Релин предназначается для покрытия полов в жилых, общественных и промышленных зданиях с повышенной влажностью.[1]

- формование резиновой смеси и получение гладких или профильных листов;

-дублирование листов;

-обкладка и промазка текстиля резиновой смесью.

Под действием упругих сил деформируемого материала, проходящего через зазор, между валками каландра возникают распорные усилия, величина которых зависит от зазора между валками, запаса смеси между ними, вязкоупругих свойств смеси, скорости обработки и других факторов. Наибольшее распорные усилия возникают между первым и вторым валками каландра, на которых находится наибольший запас смеси.

В процессе переработки резиновой смеси на червячных машинах одновременно протекают явления перемешивания, пластификации, нагнетания и формообразования.[3]

2. Описание конструкции и работы вальцев (Лист 1)

Различные типы вальцев имеют в основе одинаковый принцип действия и ряд сходных узлов (сборочных единиц) и деталей. В общем вальцы (рис. 1) представляют собой машины, основными рабочими органами которой являются два полые валка(7) и (20), расположенные в горизонтальной плоскости и вращающиеся навстречу друг другу. Некоторые вальцы, используемые при регенерации резины, имеют три валка. . Валок(7) называется передним, так как он расположен с передней стороны рабочего места вальцев. Валок(20) называют задним. Рабочая поверхность валков может быть гладкой или рифленой в зависимости от назначения вальцев. Каждая из двух станин вальцев стянута сверху траверсой (поперечинами) (3) и помещается на массивной чугунной фундаментной плите(13). Фундаментная плита с нижней стороны имеет ребра жесткости. У вальцев с групповым приводом на фундаментной плите под каждой из станин устанавливаются трансмиссионные подшипники.

В четырех углах фундаментной плиты расположены выступающие тумбы для установки и крепления станин вальцев. Крепление станин(12) вальцев к фундаментной плите производится при помощи болтов и специальных клиньев. Высота поверхности рабочего пола обычно находится на уровне верхней части тумб фундаментной плиты. Для регулировки параллельности установки двух станин и увеличения жесткости конструкции вальцев имеется два стяжных болта. Станины()12 и поперечины (траверсы) (3) вальцев отливаются из чугуна и должны иметь 5--6-кратный запас прочности против наибольших усилий, развиваемых при работе. В каждой станине вальцев устанавливается по два валковых підшипника(2) (один от переднего, а другой от заднего валков). Подшипники заднего валка(20) неподвижно прикрепляются к соответствующей станине при помощи болтов. Подшипники переднего валка(7) установлены так, что их можно передвигать по станине для регулировки величины зазора между валками. Корпусы валковых подшипников скольжения для улучшения условий работы имеют специальные полости для охлаждения.[2]

1 -- передний валок; 2 -- задний валок; 3 -- ограничительные стрелки; 4 -- приводная шестерня; 5, 17 -- верхние траверсы; 6 -- указатель величины зазора между валками; 7 -- механизм регулировки зазора; 8, 12 -- станины вальцев; 9, 14 -- подшипники трансмиссионного вала; 10 -- соединительные болты; 11 -- фундаментная плита; 13 -- окна для заворачивания фундаментных болтов; 15 -- трансмиссионный вал; 16 -- передаточные (фрикционные) шестерни; 18 -- колпачковая масленка; 19 -- конечный (аварийный) выключатель; 20 -- штанга аварийного выключателя.

Регулировка величины зазора между валками производится при помощи специальных механизмов(14), снабженных предохранительными устройствами. На каждой из станин имеются указатели величины зазора для устранения перекоса валков. Валки изготавливаются полыми из специального высококачественного чугуна с закаленной поверхностью рабочей части и расточкой внутренней поверхности, на которую подается охлаждающая вода (при помощи специальной системы охлаждения). Для предотвращения возможности попадания перерабатываемого материала в валковые подшипники на вальцах устанавливаются защитные раздвижные щитки-стрелки одна половина которых крепится к переднему, а другая к заднему подшипникам валков.[4]

Специальная конструкция стрелок(4) обеспечивает достаточную надежность в работе. Для смазки поверхностей трущихся пар вальцы снабжены специальной системой с рядом смазывающих устройств. На поперечинах станин вальцев смонтированы устройства(5) для аварийного останова. Станины и траверсы, воспринимающие распорные усилия при работе вальцев, отлиты из стали. Перемещение передних подшипников осуществляется при помощи двух механизмов регулировки зазора(14). Механизм регулировки зазора (рис. 2) расположен на станине со стороны переднего валка. Нажимной винт 1 вращается в стальной гайке 12, закрепленной в станине вальцев.

На конце нажимного винта 1 смонтировано предохранительное устройство, которое состоит из предохранительной шайбы 9, крышки 11, матрицы 8, пуансона 10 и корпуса 7, закрепленного болтами на корпусе подшипника 6 валка вальцев.

Рис. 2. Механизм регулировки зазора:

1 -- нажимной винт; 2 -- червячный редуктор; 3 -- эластичная муфта; 4 -- электродвигатель; 5 -- указатель величины зазора; 6 -- корпус подшипника валка; 7 -- корпус предохранительного устройства; 8 -- матрица; 9 -- предохранительная шайба; 10 -- пуансон; 11 -- крышка; 12 -- гайка нажимного винта; 13 -- станина вальцев; 14 -- маховичок ручной доводки.

Предохранительное устройство служит для предохранения от разрушения валков и станины при значительном увеличении распорных усилий между валками вальцев. В случае перегрузок (попадание в зазор металлических предметов и др.) предохранительные шайбы, рассчитанные на определенное усилие, срезаются, передний валок перемещается, увеличивая зазор между валками, и вальцы автоматически останавливаются. Чтобы предохранительное устройство работало надежно, необходимо правильно рассчитать предохранительную шайбу. Механизм регулировки зазора имеет также маховичок 14 для ручного привода на случай выхода из строя электродвигателя. Зазор между валками вальцев можно регулировать в пределах от 0 до 10 мм.[5]

Для обеспечения безопасности работы на вальцах имеется механизм аварийного останова(5). Он состоит из четырех стоек, между каждыми двумя из которых имеются тросики или штанги, параллельные осям валков вальцев. Один конец каждого тросика закреплен неподвижно, а второй соединен с конечным выключателем. При нажатии на тросик (штангу) происходит отключение электродвигателя, торможение и автоматический останов вальцев. Торможение индивидуальных и сдвоенных вальцев производится при помощи колодочного или ленточного тормоза, торможение вальцев с групповыми приводами -- при помощи специальной системы аварийного останова.

Системы аварийного останова вальцев должны обеспечивать возможно быстрое прекращение вращения валков и вывод посторонних предметов из области деформации путем включения обратного хода. Аварийные выключатели должны быть устроены так, чтобы их можно было привести в действие в любой момент с рабочего места как с передней, так и с задней стороны вальцев. Такие системы обычно состоят из штанг, конечных выключателей, переключателей, тормозных, блокирующих и других устройств. Каждая система аварийного останова вальцев должна иметь устройства, позволяющие выключить приводной электродвигатель(15) и затормозить машину (электромеханическое или электродинамическое торможение). При электромеханическом торможении после нажатия на штангу, рабочий отключает электродвигатель(15) привода машины и одновременно включает механический тормоз(16) для остановки вращающихся по инерции частей привода. Электродинамическое торможение предусматривает переключение цепи приводного электродвигателя и создание в его якоре противоположно направленного электродинамического момента.

В соответствии с ГОСТ 14333--79 расстояние от уровня пола до оси штанги аварийного устройства всех современных производственных вальцев должно быть в пределах 900--1200 мм. Кратчайшее расстояние от штанги аварийного устройства до образующей валка должно быть в пределах 300--500 мм. Путь торможения валков после аварийного останова незагруженных вальцев не должен превышать 0,25 оборота валка при максимальной скорости. После аварийного останова вальцев, имеющих электромеханический привод, механизм регулирования зазора должен осуществить автоматическую раздвижку валков не менее чем на 25 мм со скоростью не ниже рабочей скорости регулирования зазора.

На рис.3 представлен современный аварийный выключатель(5) вальцев. Штанга закреплена в шарнирах-подшипниках и расположена перед передним, а иногда перед задним валком. При нажатии на штангу рожки отжимают пружину и давят на рычаги путевых малогабаритных переключателей типа ВКП-711. Рабочий ход кнопки переключателя ВКП-711 равен 2,2--2,5 мм при усилии нажатия на штангу более 2,5 Н (0,25 кгс). Величину усилия, необходимого для остановки вальцев, можно регулировать при помощи пружин. Тормозные устройства систем аварийного останова вальцев служат для поглощения кинетической энергии движущихся частей машины в период ее остановки. В валковых машинах применяются двухколодочные и ленточные тормоза.

Надежность работы механизма аварийного останова оценивается величиной поворота валков после отключения электродвигателя при незагруженных вальцах. При загруженных резиновой смесью вальцах поворот валков после отключения электродвигателя практически должен быть равен нулю. Максимальный путь пробега переднего валка по периметру бочки валка при незагруженных вальцах должен быть не более 0.25 оборота валка.[5]

1 -- направляющие; 2 -- штанга; 3 -- рычаг; 4 -- конечный выключатель ПВК-2111.

Валки и валковые подшипники скольжения охлаждаются проточной водой. В полости валков смонтировано охлаждающее устройство, состоящее из трубы с отверстиями (направленными в сторону зазора между валками), воронки(10) и ванны(11). Вода, подаваемая в трубу под давлением, вытекает через отверстия, орошает внутреннюю полость валка и сливается через открытый конец валка и воронку в ванну. Смазка валковых подшипников скольжения -- жидкая централизованная или индивидуальная -- осуществляется при помощи масляного насоса (лубрикатора). Смазка подшипников качения -- густая -- подается к подшипникам при помощи масляной станции. Смазка приводных и фрикционных шестерен, а также червячных пар осуществляется погружением нижней части колес в масляную ванну, расположенную под ними. Вальцы снабжаются приборами управления электродвигателем и автоматическими устройствами, которые для индивидуальных и сдвоенных вальцев устанавливаются в специальном шкафу, а для вальцев с групповым приводом -- на щите управления.

Обработка резиновых смесей на вальцах является достаточно энергоемким процессом. Энергия, потребляемая электродвигателем вальцев, расходуется на преодоление напряжений сдвига сопротивления в элементах передач и подшипниках и на преодоление сил сопротивления деформированию обрабатываемого материала (вязкое течение, упругая и высокоэластическая составляющие деформации).[7]

Рис. 4. Схема устройства для охлаждения валка с открытым (а) и закрытым (б) сливом воды:

1 -- корпус валка; 2 -- труба с отверстиями; 3 -- направляющий диск; 4 -- сливна.я воронка; 5 -- распределительная втулка; 6 -- гайка; 7 -- сальник; 8 -- направляющая втулка; 9 -- заглушка. где W-- расход воды; с2 -- удельная массовая теплоемкость воды; txи t2 -- температура воды на входе и выходе; К -- коэффициент теплопередачи; А^ср -- средняя разность температру.

Для предотвращения возможности возрастания температуры обрабатываемого материала выше допустимого значения и отвода избыточного количества теплоты на вальцах предусмотрена система водяного охлаждения. Охлаждению подвергаются валки вальцев. В старых конструкциях вальцев охлаждению водой подвергались также корпусы подшипников скольжения. В зависимости от способа отвода охлаждающей воды из полости валков вальцев различают два способа охлаждения: открытый (рис. 4, а) и закрытый (рис. 4,6). При открытом способе охлаждения валков вальцев (рис. 4, а) вода под давлением поступает во внутреннюю полость валка по трубе 2. По длине трубы 2 имеются отверстия диаметром 2--5 мм, направленные в сторону области деформации вальцев; шаг между отверстиями 100--125 мм. Иногда в отверстия трубы вворачиваются на резьбе специальные насадки -- сопла для направления и разбрызгивания струи воды.

Охлаждающая вода подается из отверстий неподвижной трубы на верхнюю часть внутренней поверхности полосы вращающегося валка и стекает по его стенке. В нижней части полости валка собирается некоторое количество воды до определенного уровня. Далее вода через отверстие в направляю щем диске 3 сливается через воронку 4 в специальный сборник и затем в канализацию. Неподвижная внутренняя труба не вращается и соединяется с водопроводом при помощи резинового шланга (для переднего валка), допускающего некоторое перемещение валка при изменении величины зазора.

Закрытый способ охлаждения валков вальцев (рис. 4, б) заключается в том, что охлаждающая вода поступает по трубе 2 (с отверстиями) в полость валка и заполняет ее полностью. Из полости валка вода при помощи специального устройства отводится в канализацию или в оборотную систему водоснабжения. При открытом способе отвода охлаждающей воды обеспечивается более интенсивное охлаждение за счет увеличенной скорости движения воды по поверхности теплообмена; система охлаждения валков с закрытым сливом более сложна по конструкции и в эксплуатации. Поэтому наибольшее распространение получила система охлаждения вальцев с открытым сливом.

Валки являются основными рабочими деталями вальцов и каландров. Среднюю часть валка, соприкасающуюся с перерабатываемым материалом, называют бочкой (рис. 5). По обе стороны от бочки расположены шейки (цапфы) валка, которыми он опирается на подшипники. Концевые части валка имеют шлицевые или шпоночные канавки. Бочки валков выполняют гладкими или рифлеными, в зависимости от назначения машины. Бочка валков, кроме того, может быть цилиндрической или бочкообразной (бомбировка) для компенсации прогиба ее от распорных усилий, возникающих при вальцевании или каландрировании. Бомбировка удорожает изготовление валков, поэтому для компенсации прогиба лучше применять перекрещивание валков. Для подачи теплоносителя валок выполняют полым или с каналами, что улучшает условия теплообмена. Периферические каналы равномерно располагаются по окружности, на расстоянии 25--40 мм от поверхности валка (диаметр каналов -- 30--40 мм).

Основными параметрами, характеризующими размеры валков и машину в целом, являются номинальный диаметр бочки валка и ее длина. Из условий обеспечения необходимой жесткости длину бочки валка принимают не более 2,5--4,0 D (D --диаметр валка), а диаметр шейки--0,5 D (в случае применения подшипников качения эту величину уменьшают). При конструировании валков необходимо учитывать, что их размеры нормализованы.

Рис.5. Валки вальцев:

а -- валок вальцев передний; б -- валок вальцев задний;

Теплоноситель поступает внутрь трубы (21) и вытекает в полость валка по правую сторону от уплотнительного поршня (25), который разделяет внутреннюю часть валка на две полости. Попав в правую полость, теплоноситель, поступает по наклонным каналам, просверленным в корпусе (26) валка; каждый канал соединен с горизонтальным каналом охлаждения(28), проходящим на глубине 50 мм от наружной поверхности бочки. Пройдя по этим каналам, теплоноситель входит в левые наклонные каналы и через левую полость охлаждения направляется на слив. С торца бочки валка каналы (наклонные и горизонтальные) закрыты кольцом , под которым проложена паронитовая прокладка.

Условия работы подшипников вальцов и каландров весьма тяжелые. В некоторых машинах нагрузка на подшипник достигает 60 тс. В валковых машинах применяют подшипники качения и скольжения (последние -- при больших нагрузках, а также в прецизионных каландрах, например, при производстве тонких пленок).[7]

На (рис.6) показан подшипниковый узел. Радиальные сферические роликоподшипники 9 установлены на конических цапфах валка. Левый подшипник закреплен жестко, правый -- может смешаться по оси при температурных деформациях. Система смазки подшипников централизованная. Масло подается в верхнюю часть корпуса 8, стекает и отводится из нижней части корпуса. Левый подшипник регулируется при помощи крышки 7, установочных колец 4, прокладок 5 и фланца 6, который через лабиринтное кольцо 3, воздействует на внутреннее кольцо подшипника. Правый подшипник фиксируется гайкой 1, поджимающей лабиринтное кольцо. Гайка 1 вращается на резьбовых полукольцах 2 и фиксируется винтом.

Рис. 6. Подшипниковый узел валка.

Масса станин вальцов и каландров достигает соответственно 20 и 50 т. Поэтому при конструировании станин нужно учитывать условия транспортирования и монтажа машин. В ряде случаев необходимо проектировать тяжелые станины составными. Наиболее надежным методом является соединение частей станины на фундаментной плите, увеличивающей жесткость системы и равномерно распределяющей силу тяжести машины на опорной поверхности фундамента. При изготовлении литых стальных или чугунных станин особое внимание следует уделять снятию остаточных напряжений, возникающих в местах, где имеются приливы, фланцы, выступы и т. д. Эти элементы желательно проектировать съемными, с креплениями на болтах. Отверстия в станине нежелательно выполнять с резьбой (в чугуне резьба часто выкрашивается). Лучше устанавливать на прессовой посадке сменные стальные втулки с внутренней резьбой.

Станины вальцов бывают обычно двух типов -- закрытые и открытые. В первом случае это цельная чугунная отливка. Основной недостаток таких станин -- необходимость полного демонтажа вальцов в случае поломки верхней траверсы, воспринимающей большие усилия. Поэтому лучше устанавливать открытые станины. Они состоят из двух частей: основания и верхней траверсы, скрепляемых болтами. В современных каландрах обычно применяют цельные станины закрытого типа с боковыми проемами, ширина которых на 50--80 мм превышает максимальный диаметр валка. Это позволяет вынимать и заводить валки через окна без применения дополнительных монтажных устройств. Для увеличения жесткости конструкции и поддержания параллельности осевых плоскостей станины связывают снизу фундаментной плитой, а сверху -- специальной траверсой, расположенной параллельно осям валков. В отдельных случаях применяют стальные тяги или распорные трубы.

Ограничительные стрелы определяют объем рабочего пространства валков между подшипниками, препятствуют «расползанию» обрабатываемой массы и таким образом предохраняют от нее подшипники. Ограничительные стрелы представляют собой металлические перегородки, укрепляемые неподвижно или перемещаемые вдоль образующей валков. Каждая стрела состоит из двух половин, которые тщательно подгоняют к поверхности валка. На (рис.7) показаны передвижные ограничительные стрелы, устанавливаемые на вальцах. На корпусах подшипников валков подшипники 1 закреплены болтами 2. Через отверстия в подшипниках проходят валик 3, неподвижно закрепленный болтами 4 в подшипниках 1, и валик 5, установленный в дистанционных кольцах 6. Кольца позволяют валику 5 вращаться в подшипниках. На валиках установлены подвески 7 для стрел: на валике 3 по скользящей посадке, а на валике 5 с помощью резьбовой втулки 8.

Рис. 7. Передвижные ограничительные стрелы вальцов для пластических масс.

При вращении маховичка 9, посаженного неподвижно на валик 5, подвески 7 могут перемещаться к центру или от центра, сокращая или увеличивая Площадь рабочей поверхности валка. На подвесках закреплены стрелы 10, на концах стальных стрел установлены скребки 11 из латуни. Вследствие износа между поверхностью валка и торцом стрелы образуется зазор. Этого недостатка лишены стрелы с пружиной, устанавливаемой между основанием стрелы и самой стрелой; стрелы прижимаются к валку при помощи пневмоцилиндров с усилием 100--250 кгс.

Пластинчатые или дисковые ножи устанавливают в державках, которые укреплены на поддоне или кронштейнах, а иногда непосредственно на станинах валковых машин. Регулирующими винтами или пружинами ножи прижимаются вплотную к поверхности валка или съемного валика. Ножи срезают массу пластического материала в виде полос заданной ширины, отрезают кромки при изготовлении пластмассового листа, пленки, различных типов линолеума и т. д. В зависимости от количества ножей и их взаимного расположения с валковой машины срезается одна или несколько полос материала заданной толщины.

Приводы

Вальцы могут иметь индивидуальный и групповой приводы. В первом случае от электродвигателя вращение на вальцы передается через цилиндрический или цилиндро-конический редуктор. Для сдвоенных вальцов также можно применять цилиндро-конический редуктор. Для вальцов группового исполнения (2, 3, 4 и более) применяют привод с использованием асинхронных или синхронных (тихоходных) электродвигателей. В этом случае выходной вал общего редуктора передает вращение сразу на несколько вальцов, которые имеют индивидуальные цилиндрические зубчатые пары.

В новых конструкциях вальцов применяют приводы с блок-редукторами и шарнирными шпинделями (по типу приводов каландров). Использование подобных приводов позволяет разгрузить валки и станины от изгибающих моментов, возникающих при передаче крутящего момента зубчатыми колесами. Применение шарнирных шпинделей упрощает системы регулирования зазора валков (не требуется изготовление цилиндрических колес с корригированными зубьями).

Блок-редукторы для вальцов выполняют с двумя выходными тихоходными валами (типа БВ).[5]

3. Расчеты производительности машин или установки, мощность приводов, обсчет кинематической схемы, расчет основных деталей и сборочных единиц

На вальцах можно осуществлять процессы смешения, пластикации, разогрева, диспергирования, дробления и др. Обработка резиновых смесей и полимерных материалов на валковых машинах, и, в частности, на вальцах в основном происходит в области деформации между вращающимися валками. Областью деформации валковых машин называется пространство, в котором происходит деформация обрабатываемого материала от действия вращающихся валков. Это пространство ограничено областью, в которой находится вращающийся запас обрабатываемого материала, и дугами Аzи Л2С2 поверхности валков (рис. 5.1). В области деформации на материал действуют растягивающие, сжимающие, сдвигающие силы, он подвергается воздействию повышенных температур, статического электричества, возникающего от трения резиновой смеси о поверхность валков и т. д. Резиновая смесь затягивается в пространство между валками только при некоторых значениях углов захвата.

Рис. 8. Схема сил, действующих в области деформации.

Углами захвата валковых машин называются центральные углы Z (рис.8), образованные линией центров и радиусами-векторами, проведенными из центров вращения валков к крайним точкам соприкосновения обрабатываемого материала с поверхностью валка. Дугами захвата Л1В1 и Л2В2 вальцев называются части окружностей диаметром Dxи>2, стягивающие соответствующие углы захвата ах и а2. Зазором между валками называется наименьшее расстояние ВХВ2 = h0 между поверхностями двух соседних валков. Зазор между валками находится в плоскости, проходящей через оси вращения двух соседних (рабочих) валков. Обработка резиновой смеси на вальцах и каландрах производится между вращающимися цилиндрическими валками. Они различаются тем, что на вальцах смесь многократно пропускается через зазор между валками, а на каландре -- только один раз.

При прохождении материала через область деформации он подвергается сложной объемной деформации по трем направлениям -- толщине (высоте), ширине и длине (у, х, z). Загружаемая на вращающиеся валки резиновая смесь затягивается в межвалковое пространство за счет сил адгезии (прилипания) и трения материала о поверхность валков. Пограничный слой резиновой смеси, прилипая к поверхности валков, движется (вращается) вместе с ними и затягивает смесь в постепенно сужающуюся область деформации. Частицы смеси, соприкасающиеся с прилипшим к поверхности валков пограничным слоем, за счет когезионных сил и сил внутреннего трения также увлекаются в область деформации. На рис.9. представлена схема течения (линий тока) полимерного материала в области деформации. В результате деформации резиновой смеси в межвалковом пространстве, действия сил внешнего и внутреннего трения молекул, а также когезионных сил повышается температура смеси.

В некоторых случаях за счет высокоэластичных свойств резиновых смесей и турбулентных явлений на границе контакта с поверхностью валков в различных зонах области деформации наблюдается проскальзывание смеси. При этом происходит местный отрыв смеси от поверхности валка в области деформации и вибрация всей конструкции вальцев. Эти динамические удары достигают большой силы, и их необходимо учитывать при конструировании вальцев. По условиям протекания рабочего процесса вальцевания (распределению скоростей движения материала, давления, напряжения сдвига) область деформации можно разбить на две зоны: зону отставания и зону опережения. Между этими двумя зонами имеется нейтральное сечение. Иногда это нейтральное сечение называют нейтральной зоной.

На рис.10. представлена схема изменения скоростей движения, давления и напряжений сдвига в области деформации. Зоной отставания называют входную часть A1N1N2A2 области деформации с вращающимся запасом. В зоне отставания имеются слои резиновой смеси, скорость движения частиц в которых постепенно уменьшается по мере удаления от поверхности соответствующего валка к центральной оси области деформации (ось Ох). На некотором расстоянии (по оси Ох) от входа резиновой смеси в область деформации эти слои сталкиваются, и здесь часть смеси, не проходящая в зазор между валками, выталкивается обратно из межвалкового «клина» и образует так называемый вращающийся запас смеси (см. рис.9). При образовании вращающегося запаса в области деформации создается так называемое турбулентное ядро, в котором скорость движения частиц может иметь обратное направление по отношению к основному направлению движения смеси.

Теоретическое описание и методы расчета вальцевания

Рис. 9. Схема тока полимерного материала в области деформации.

Рис. 10. Схема изменения скоростей движения, удельного давления, давления и напряжений сдвига резиновой смеси в области деформации.

Схема эпюр скоростей движения материала в различных сечениях области деформации представлена на рис.10. Слои смеси, непосредственно прилегающие к поверхностям рабочих валков, затягиваются в зазор. В области деформации на грани^ цах раздела прямых и обратных потоков, очевидно, имеются очаги и с нулевыми относительными скоростями. На некотором расстоянии (по оси Ох) от входа в область деформации потоки смеси, увлекаемые рабочими валками, сливаются в общий поток, скорость движения которого равна средней скорости движения поверхностей рабочих валков. Это так называемое нейтральное сечение (WiW2)> в котором кривая изменения удельного давления в области деформации достигает своего максимального значения, а кривая изменения напряжения сдвига проходит через нулевое значение (рис.10).

Нейтральное сечение при переработке резиновых смесей на вальцах находится примерно на расстоянии (Vs-1/2) от плоскости, проходящей через оси вращения рабочих валков (а -- расстояние от плоскости, проходящей через оси вращения валков, до верхней точки соприкосновения резиновой смеси с поверхностью одного из валков). Положение нейтрального сечения может изменяться в зависимости от свойств материала, конструкции вальцев, величины запаса смеси, зазора между валками и т. д. В силу того, что в нейтральном сечении области деформации удельное давление смеси достигает своего максимального значения, а новые порции резиновой смеси продолжают поступать по направлению от входа к выходу, смесь стремится быстрее покинуть зону высокого давления и поступает в следующую зону -- опережения, Зоной опережения называют выходную часть N1N2B2C2C1B1 области деформации (рис.10). В зоне опережения скорость движения частиц смеси, находящихся в средней ее части, имеет более высокое значение, чем непосредственно у поверхности валков.

Здесь поверхности валков создают некоторое тормозящее воздействие на поток смеси. В зоне опережения величина удельного давления смеси по направлению от нейтрального сечения к выходному постепенно уменьшается от максимального значения до атмосферного давления. В средней части зазора (сечение х0х0) скорость движения частиц смеси имеет максимальное значение с постепенным уменьшением по направлениям от середины потока к поверхностям рабочих валков. По выходе из области деформации (сечение CjC2) лист смеси остается прилипшим к поверхности переднего валка, имеющего, как правило, меньшую скорость вращения, более высокую температуру, лучшее состояние поверхности, и отрывается от поверхности заднего валка, имеющего большую скорость. Далее листовая смесь, вращаясь вместе с поверхностью переднего валка, опять поступает в область деформации, и процесс обработки ее может повторяться до тех пор, пока она не будет срезана с поверхности переднего валка. В листе резиновой смеси после выхода из области деформации имеются остаточные напряжения, которые благодаря высокоэластическим свойствам материала постепенно выравниваются (происходит релаксация напряжений), и толщина листа несколько увеличивается за счет сокращения других размеров.

Определение распорных сил и мощности. Основные закономерности расчета распорных сил вальцов справедливы и для каландров, но с некоторыми особенностями. В каландрах, как и в вальцах, непрерывный сход листа или пленки с последней пары валков осуществляется вследствие вращения в противоположные стороны валков с одинаковыми и разными скоростями. Нормальная работа каландра зависит от величины зазоров: начального, промежуточных и калибрующего, причем в двух последних зазорах должен создаваться дополнительный запас материала. На схеме течения полимера в зазоре валков каландра (рис. 18) величина запаса Н обеспечивает непрерывное заполнение зазора с h1 до h2 Лист или пленка, выходя из зазора, увеличивает свою толщину до h2 за счет эффекта высокоэластичной деформации. Толщина изделия практически принимается равной 1,22--1,30 от минимального зазора h0 между валками.

Рис. 11. Схема течения полимеров в зазоре валков вальцев.

Считается также, что скольжение на поверхности валков отсутствует, а перемещением материала в направлениях осей у и z можно пренебречь. Кроме того, предполагается, что силы инерции незначительны и что завихрение потока отсутствует.

На основе общих уравнений гидродинамики выводится зависимость:

dp/dx=12мх(1/h2-h1/h3) (3.1)

где х -- окружная скорость валков; м-- эффективная вязкость.

Это уравнение можно проинтегрировать, если выразить dx через h. Из геометрических соотношений следует, что

h=h0+2(r-vr2-x2), (3.2)

где h0 -- минимальный зазор и r -- радиус валка.

Разлагая выражение, стоящее под знаком радикала, в ряд и пренебрегая членами высшего порядка, получим

h?h0+x2. (3.3)

h1=h0•4/3. (3.4)

P=4мхrl(1/h0-1/H) (3.5)

где l -- длина рабочего участка валка, соответствующая ширине каландрируемого листа.

м=3,3•106Па•с.

h0=10мм; h1=1,33*10=13,3мм; h2=1,22*10=12,2мм

H=24,4мм=0,0024м

х=рDn. (3.6)

n=15об/мин; х=0,43м/с

r=0,275м

l=1,5м

N=2710-4Pхv h0/r. (3.7)

P=1381•106Па; N1=96,74кВт

N=?Ni/(з1з2),

где з1=0,9; з2=0,9 - к.п.д. машины и привода. (3.8)

N=107,49кВт

mt=хFсз=0,91 кг/с, (3.9)

где х=25,9м/мин-скорость выхода ленты в м/с;

F--площадь поперечного сечения ленты в зазоре между валками;

F=h2L=0,00183 м2; (3.10)

h2=0,00122м и L=1,5м -- толщина и ширина ленты, выходящей из зазора; с=1400кг/м3 -- плотность ленты в кг/м3; з=0,9 -- коэффициент использования машинного времени.

Скорость выхода ленты не равна окружной скорости валка, на который налипает материал; она будет несколько больше окружной скорости валка из-за так называемого опережения материала и фрикции.

С учетом фрикции i и на основании гидродинамической теории каландрирования производительность рассчитывают по формуле:

mt=h2сLхз(1+i)/2=0,94 кг/с,

где х=0,43 -- окружная скорость валка в м/с.[3],[5]

4. Мероприятия по охране труда

Основной опасностью при работе тепловых установок является выделение летучих под воздействием тепла. Летучие являются вредными для обслуживающего персонала и, кроме того, с воздухом образуют взрывоопасные смеси. При загрузке сухими компонентами тепловых агрегатов образуется пыль. Частицы пыли, обладая большой дисперсностью, в отдельных случаях за счет окисления могут разогреваться до температуры воспламенения, что приводит ,к самовозгоранию и вызывает взрыв пыли.[1]

1. ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОМЫШЛЕННОЙ САНИТАРИИ

Цехи переработки полимерных материалов с размещенными в них тепловыми установками, в зависимости от выделяемых производственных вредностей по санитарной классификации относятся к 3-му классу.

По санитарным нормам в производственных помещениях должна поддерживаться атмосфера, в которой содержание ядовитых веществ не должно превышать 30% от максимально допустимых концентраций.

Поэтому в первую очередь необходимо определить максимально допустимые концентрации пыли и летучих газов в окружающем воздухе.

Содержание летучих газов в установках может быть более высоким и ограничивается величиной предельных взрывобезопасных концентраций.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) пыли и летучих газов в воздухе цеховых помещений определяются санитарными органами на основе специальных исследований.

Согласно существующему положению в каждом цехе по переработке пластических масс должен производиться систематический контроль воздушной среды. Места отбора проб среды также определяются санитарными органами.

Удаление пыли и летучих газов из цеха предусматривается созданием специальной системы вентиляции и аспирации.

Учитывая взрывоопасность атмосферы цехов по переработке полимерных материалов, все электрооборудование должно устанавливаться в соответствии со специальными требованиями.

Взрывоопасность предъявляет специальные требования и к устройству отопления производственных помещений. Так, например, поверхность нагревательных приборов не должна превышать температуры 110° С, а сама поверхность должна быть гладкой, не иметь шероховатостей.

Более безопасным и поэтому рекомендуемым для цехов, где размещаются тепловые установки по переработке пластических масс, является воздушное отопление. При этом рециркуляция (частичное повторное использование воздуха) не допускается.

Для удаления пыли и летучих, выделяющихся при тепловой обработке полимерных материалов, все тепловые установки, где происходит движение теплоносителя, должны работать на разрежении, а для установок с нагреваемыми поверхностями (вальцы, каландры, экструдеры и др.) необходимо устраивать местные отсосы воздуха.

Среднее количество выделяющихся летучих с поверхности пропитываемых материалов зависит от расхода полимерной композиции, содержания летучих в полимерной композиции при переработке или сушке, поверхности и продолжительность испарения.