Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет технологии органических веществ

Кафедра технологии нефтехимического синтеза и переработки полимерных материалов

Специальность 1-48 01 02

Специализация 1-48 01 02 06 Технология переработки пластмасс

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по курсу «Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс»

на тему «Тянущее устройство линии по производству кабельной продукции»

Выполнила студентка 5-го курса 1-й группы

Юденко Е.В.

Руководитель проекта Ревяко М.М.

Минск 2003

Содержание

Введение

1. Работа оборудования и его техническая характеристика

2. Обслуживание и ремонт оборудования, техника безопасности

2.1 Действия машиниста экструдера на различных этапах производства

2.2.1 Наладка и пуск оборудования

2.2.2 Отработка технологического режима

2.2.3 Действия машиниста экструдера при отлаженном технологическом режиме

2.3 Техническая документация

2.4 Техника безопасности

3. Расчет и описание узла оборудования

3.1 Расчет тянущего устройства

3.2 Расчет геометрии червяка

3.2.1 Расчет производительности червяка

4. Расчет и описание оснастки для процесса экструзии

5. Предложения по усовершенствованию оборудования

Заключение

Список использованной литературы

Реферат

Пояснительная записка содержит листа печатного текста, рисунков, таблиц, 2 листа графической части.

ОБОРУДОВАНИЕ, ЧЕРВЯК, ЭКСТРУДЕР, ЭКСТРУЗИОННАЯ ГОЛОВКА, РЕДУКТОР, ОСНАСТКА, РЕМОНТ, ДЕТАЛЬ

Цель работы заключается в разработке, проектировании и расчёте основного оборудования и оснастки процесса экструзии.

Курсовой проект содержит описание работы оборудования (экструдера) и его технические характеристики; расчёт и описание узла оборудования и оснастки к нему. Приведены виды обслуживания и ремонта оборудования. Рассматривается принцип работы с основным и вспомогательным оборудованием. Также приведено предложение по усовершенствованию оборудования процесса экструзии.

экструзия оборудование оснастка производство

Введение

Многолетний опыт показал, что успехи техники во многих отраслях народного хозяйства достигнуты в результате широкого развития и применения полимерных материалов. С развитием применения полимеров все шире проявляются преимущественные свойства пластмасс по сравнению с традиционными материалами. Пластмассы все чаще выступают как незаменимые материалы.

Использование пластических масс способствует ускоренному решению ряда технических проблем в приборо- и машиностроении, легкой и пищевой промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, автомобиле и самолетостроении, медицине и ракетостроении. Без применения пластических масс немыслимо современное существование и развитие радиоэлектроники, кабельной и электротехнической промышленности и многих других отраслей народного хозяйства.

Полимеры используются для производства искусственного волокна, пленок, труб, поро- и пенопластов, изделий бытового назначения. Широкое распространение получили пластмассы в качестве антикоррозионных материалов, футеровочных и тонкопленочных покрытий.

Быстрый рост производства пластмасс определяется не только их ценными свойствами, но и большой экономией металла и дерева, которое дает их применение народному хозяйству.

Все большее количество предприятий переходят на частичное или полное производство изделий из пластических масс. Наличие большого числа типов и марок пластмасс, разнообразных по свойствам и условиям переработки, применение многочисленных методов изготовления изделий с использованием сложных машин и автоматов обуславливает большую перспективу развития промышленности пластмасс.

Самый распространенный способ производства кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией - изолирование (или ошлангирование) на червячных прессах путем выдавливания расплава полимера, находящегося в вязкотекучем состоянии. Этот способ обеспечивает высокую производительность, непрерывность процесса, широкую возможность автоматизации и создания поточных линий совмещенных процессов.

1. Работа оборудования и его техническая характеристика

Основное технологическое оборудование - это экструзионные агрегаты. К вспомогательному оборудованию относится отдающее устройство, устройство подогрева жилы, охлаждающие ванны, тяговое устройство, контрольно-измерительная аппаратура.

Применяемые отдающие устройства могут быть как осевого, так и пинольного типа, причем пинольные полуоси могут перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, что необходимо для установки барабанов различных габаритов. Кроме того, широко используются отдающие устройства безинерционного типа.

Устройство подогрева жилы имеет контактные ролики, через которые подводится ток к участку движущейся жилы, огибающей эти ролики. Предварительный подогрев жилы обеспечивает лучшую адгезию изоляции к жиле и позволяет поднять скорость изолирования благодаря тому, что исключается недопустимое охлаждение расплава полимера в головке экструдера при входе в головку неизолированной жилы.

В кабельной промышленности используются одночервячные прессы, которые в зависимости от взаимного положения центральных осей червяка и токопроводящей жилы или заготовки, проходящей через головку, могут быть разделены на экструдеры с прямоугольной головки, с косоугольной головкой, прямоточные. Наиболее широко применяются прямоугольные головки, которые весьма удобны в эксплуатации, легко выполняются откидными, что облегчает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решеток, чистку червяка и головки.

Основной рабочей частью экструдера является рабочий цилиндр, внутри которого размещается втулка, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, стойких к коррозии. Втулка плотно запрессована в цилиндр и имеет обогрев при помощи электрических или индукционных нагревателей. Предусматривается также внешнее охлаждение цилиндра экструдера воздухом от вентилятора или водой.

Главнейшим рабочим инструментом экструдера является червяк. Червяк имеет винтовую спиральную нарезку, которая расположена на рабочей части червяка, занимающей значительную длину.

В зависимости от характера процессов, протекающих в экструдере, а также от физического состояния полимера внутри цилиндра в шнековых (червячных) экструзионных машинах обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования. Такое разделение носит несколько условный характер, поскольку отсутствуют четкие границы раздела;

например, плавление полимера начинается в зоне загрузки, а заканчивается в зоне дозирования. Тем не менее, в существующих конструкциях машин имеется геометрическое разделение на зоны, обусловленное размерами шнека. Истинную границу зон в зависимости от состояния полимера можно установить экспериментально или математическими расчетами с учетом конкретных условий работы агрегата.

За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека. Зона плавления -- это участок шнека от начала плавления до полного расплавления слоя гранул или неполного плавления, но разрушения оставшегося твердого слоя гранул на части, распределения их в расплаве и перехода на движение в результате вязкого течения. В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание температуры расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т. е. тщательное перемешивание расплава и придание ему однородных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека.

В зону питания полимер поступает из бункера машины в виде порошка, гранул или ленты, захватывается нарезкой шнека и перемещается вдоль цилиндра. Движение полимера, находящегося в твердом состоянии, обусловлено разностью крутящих моментов, возникающих от сил трения между поверхностью шнека и полимером и поверхностью цилиндра и полимером. При этом для перемещения полимера необходимо, чтобы крутящий момент от действия силы трения на поверхности цилиндра был больше, чем на поверхности шнека. Это условие обеспечивается, например, изменением температуры цилиндра или шнека, в результате чего меняются коэффициенты трения. Вначале с ростом температуры коэффициент трения повышается, а выше температуры плавления полимера понижается, что можно объяснить появлением пристенного вязкого течения расплава и уменьшением сил трения. Поэтому для достижения максимальной разности крутящих моментов сил трения температура поверхности цилиндра должна быть близкой к температуре плавления полимера, а температура шнека Тш на 30--40°С ниже температуры поверхности цилиндра Тц. Для этого цилиндр нагревается, а внутрь шнека подается охлаждающая вода.

При правильно выбранном технологическом режиме стенки цилиндра задерживают вращение гранул полимера, которые шнеком перемещаются вдоль оси. По мере продвижения под действием возникающего давления гранулы уплотняются и перемещаются в виде твердого слоя (винтовой пробки) без пересыпания в канале шнека. Поскольку твердый слой частично проскальзывает относительно поверхности цилиндра и шнека, то движение его происходит по винтовой линии относительно оси вращения.

Казалось бы, что чем сильнее охлажден шнек, тем ниже коэффициент трения полимера на его поверхности, тем выше разность крутящих моментов и тем лучше происходит движение полимера. Однако при очень сильном охлаждении шнека замедляется процесс плавления и гомогенизации полимера в последующих зонах, а это вызывает снижение производительности и повышение удельной мощности.

Для нахождения оптимальной температуры шнека и цилиндра при расчетах необходимо учитывать как изменение коэффициентов трения, так и скорость плавления гранул. На значения коэффициентов трения влияет также чистота обработки поверхности шнека и цилиндра. Для того чтобы уменьшить силы трения между полимером и шнеком, поверхность последнего полируют до достижения десятого или двенадцатого класса чистоты обработки, а поверхность внутри цилиндра должна иметь восьмой класс чистоты. В некоторых случаях для увеличения сил трения между полимером и цилиндром на внутренней поверхности цилиндра делают продольные или винтовые канавки. Это способствует увеличению производительности машины и улучшает стабильность ее работы.

Процесс перехода полимера в вязкотекучее состояние начинается на входе в зону плавления, когда вследствие теплоты трения и контакта материала с горячей поверхностью появляется слой расплава. Первоначальное появление расплава на поверхности шнека или цилиндра зависит от температуры и скорости скольжения материала, а также от возникающего давления.

В данном случае нагревание зависит от тепловых потоков, обусловленных теплопроводностью и диссипацией энергии трения. Обычно температура цилиндра выше, чем температура шнека, поэтому пленка расплава вначале появляется на поверхности цилиндра. На входе в зону плавления пленка имеет незначительную толщину и не срезается нарезкой шнека. Движение материала происходит за счет течения вязкой жидкости по поверхности цилиндра и скольжения слоя гранул по поверхности шнека. В зависимости от этой скорости развивается профиль скорости вязкого течения в пленке расплава. Поскольку объем, занимаемый гранулами, при плавлении уменьшается, шнек в зоне плавления обычно имеет уменьшающуюся глубину, что обеспечивает постепенное сжатие и уплотнение пористого слоя гранул. Под действием давления расплав частично заполняет воздушные полости между гранулами, что увеличивает коэффициент теплопроводности и повышает скорость плавления полимера. Изменение давления по длине канала шнека зависит от соотношения крутящих моментов, возникающих на поверхностях шнека и цилиндра.

В конце зоны плавления, когда основная часть канала шнека заполнена расплавом, слой гранул разрушается на отдельные части и движение полимера осуществляется за счет вязкого течения. Поскольку частицы твердого полимера сравнительно невелики, то они не оказывают существенного влияния на характер течения расплава. Большинство полимеров в вязкотекучем состоянии обладает адгезией к металлам, поэтому при течении они не проскальзывают относительно поверхностей каналов. В данном случае слой расплава, прилегающий к цилиндру, остается неподвижным, а расплав, находящийся около шнека, вращается вместе с ним. Часть расплава, которая остается неподвижной, срезается с поверхности цилиндра винтовым выступом нарезки шнека, вследствие чего по ширине канала возникает перепад давления.

Расплавленная масса проходит через ситосменное устройство, предназначенное для удаления механических включений, которые могут быть в сырье. Причем, для лучшей фильтрации массы температура в зонах ситосменного устройства должна быть выше.

За счет винтовой нарезки вращающегося червяка создается мощное усилие, которое выдавливает расплав полимера из цилиндра экструдера в головку, где расположен формующий инструмент (дорн и матрица) обеспечивающий наложение заданного слоя изоляции (или оболочки) на токопроводящую жилу.

Инструмент экструдера (дорн и матрица) образует кольцевое отверстие, размеры и форма которого определяют основные параметры накладываемой оболочки, и существенно влияет на работу экструдера. От конструкции и взаимного расположения инструмента зависят плотность наложения материала на жилу или кабель и качество выпрессовываемой оболочки.

Все типы головок экструдеров можно разделить в зависимости от направления потока перерабатываемой массы и способа крепления к цилиндру.

По направлению потока массы головки делятся на прямоточные, прямо- и косоугольные, а по способу крепления к цилиндру экструдера - на резьбовые, фланцевые на болтах и шарнирно-откидные.

Наибольшее применение в кабельной промышленности получила головка прямоугольной конструкции, легко доступная для чистки, заправки и контроля температур, имеющая небольшой размер и массу по сравнению с косоугольной и малый свободный объем внутри головки.

После выхода из экструдера изолированная жила или заготовка с наложенным в экструдере покрытием поступает в охлаждающую ванну, состоящую из одного или нескольких охлаждающих желобов. Длина каждой секции охлаждающей ванны около 4 м. Секции охлаждающей ванны обычно изготавливают из коррозионно-стойкой листовой стали и соединяются между собой фланцами. Секции представляют собой два желоба, вставленных один в другой; по внутреннему желобу в потоке воды проходит охлаждаемое изделие, наружный желоб используется для транспортировки воды, поступающей из внутреннего желоба.

Применяемые тяговые устройства бывают колесного и гусеничного типов. Тяговое устройство колесного типа состоит из двух шкивов, которое изолировочная жила или заготовка огибает несколько раз, что увеличивает силу трения между поверхностью шкивов и кабельного изделия или полуфабриката. Такие устройства используются при изолировании или ошлангировании кабельных изделий, имеющих малые диаметры, и при сравнительно высоких линейных скоростях. Тяговое устройство колесного типа может иметь также шкивы с трапецеидальным желобом, в который уложен провод. Кабельные изделия прижимаются к поверхности желоба клиновидным ремнем. Тяговые устройства гусеничного типа имеют две или три гусеницы, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости и движущиеся в противоположных направлениях. В месте соприкосновения с кабельным изделием поверх ремней или цепей гусениц имеются эластичные резиновые накладки с желобообразным профилем для размещения изолированной жилы или заготовки. Тяговые устройства гусеничного типа предназначены для кабельных изделий больших диаметров или имеющих малую гибкость.

Экструзионные линии оборудуются различной контрольно-измерительной аппаратурой. Измерители диаметра бывают контактного и бесконтактного типа. Контактный измеритель диаметра размещается непосредственно после охлаждающего устройства, и, как правило, состоит из двух роликов, между которыми и проходит измеряемое изделие. Широкое применение, особенно при экструдировании с большими скоростями, получили также бесконтактные измерители диаметра, которые устанавливаются непосредственно после головки экструдера. Принцип действия прибора - фотоэлектрический. Сканирующий луч лазера, ощупывающий поверхность изделия фокусируется в фотощели. Полученная информация анализируется, и необходимая информация передается к ЭВМ, воспроизводящим профиль или размер измеряемого изделия.

Техническая характеристика агрегата:

-диаметр червяка, мм - 125;

-длина червяка, мм - 25Д (3125);

-частота вращения червяка, об/мин. - 10 - 100;

-максимальная линейная скорость, м/мин. - 200;

-производительность, кг/час - 300;

-число обогреваемых зон цилиндра, шт - 4;

-температура нагрева, макс. єС - 400;

-охлаждение червяка - водой;

-охлаждение загрузочной зоны - водой;

-мощность двигателя главного привода, кВт -125;

Для тягового устройства: тяговое усилие до 200 кГс; длина активного участка гусеничного тягового устройства 700 мм.

2. Обслуживание и ремонт оборудования, техника безопасности

2.1 Виды ремонта

Организация ремонтных работ в значительной мере зависит от принятого метода ремонта. Различают следующие методы: индивидуальный, узловой и поагрегатный.

Индивидуальный метод ремонта характеризуется тем, что детали и узлы, снятые при разборке с машины, после исправления ставят на ту же машину (за исключением оказавшихся негодными и замененных новыми). Таким образом, при индивидуальном методе ремонта детали и узлы не обезличиваются.

Этот метод имеет существенные недостатки: длительность простоя оборудования в ремонте, ограниченная возможность механизации работ и применения передовой технологии, высокая себестоимость ремонта.

Длительность простоя вызывается необходимостью восстановления деталей после разборки машины. Детали ремонтируют или изготавливают в индивидуальном порядке, и это ограничивает возможность механизации работ. При сборке машины значителен объем точных пригоночных работ, для выполнения которых необходимо иметь в ремонтной бригаде слесарей высокой квалификации.

При индивидуальном методе затруднены правильная организация и четкое планирование работ, вследствие чего загрузка рабочих ремонтной бригады неравномерна в течение рабочего дня. Длительный простой оборудования в ремонте уменьшает фонд времени работы оборудования.

Индивидуальный метод применяется на вновь осваиваемых заводах, а также для ремонта машин, имеющихся на предприятии в небольшом количестве: вальцев, каландров, мощных гидравлических прессов, пропиточных машин.

Узловой метод ремонта характеризуется тем, что разборку машины производят в основном узлами и частично деталями. Узлы и детали, снятые с машины, отправляют в специализированные мастерские ремонтно-механического цеха на проверку и восстановление, а на их место устанавливают заранее заготовленные, пригнанные и обкатанные новые или отремонтированные узлы и детали. Таким образом, при узловом методе ремонта основные узлы и детали обезличиваются.

Узловой метод имеет следующие преимущества перед индивидуальным: снижение длительности простоя оборудования в ремонте, возможность механизации работ, упрощение характера ремонтных работ, улучшение качества и снижение себестоимости ремонта.

Преимущества узлового метода объясняются следующими обстоятельствами: ремонт и изготовление деталей и узлов производятся заранее, что исключает простой ремонтной бригады из-за их отсутствия; при сборке машины и установке узлов и деталей на место требуется лишь незначительная их пригонка; упрощаются регулирование и наладка оборудования; для выполнения ремонтных работ требуются менее квалифицированные рабочие; создается возможность широкой механизации ремонтных работ.

Проведение узлового метода ремонта обеспечивает высокие технико-экономические показатели ремонта. Этот метод особенно эффективен для ремонта однотипного оборудования цехов по переработке пластических масс и резины: гидравлических прессов, литьевых и экструзионных машин, насосов, автоматов для механической обработки и других машин.

Взаимозаменяемыми узлами в экструзионных машинах могут быть следующие: маслонасосы, цилиндры в сборке, редукторы загрузочной воронки, вариаторы тянущего устройства, уплотнительные устройства шнека, шнек.

На складе следует иметь запас необходимых для ремонтов узлов, который пополняется снятыми с машин и затем отремонтированными узлами.

При узловом методе восстановление, пригонка и приработка заменяемых узлов и механизмов машин производятся на участках РМЦ, оснащенных специальными станками, стендами и приспособлениями. Специализация работ дает возможность применения принципов поточной организации и технологии ремонта, обеспечивающих высокую производительность и высокое качество ремонтных работ. При такой организации работ на долю ремонтных бригад остается разборка оборудования, установка заменяемых узлов на ремонтируемые машины и их наладка.

Этот прогрессивный метод имеет предпосылки для широкого применения при ремонте однотипного оборудования заводов переработки пластмасс и резины.

Поагрегатный метод ремонта заключается в том, что машина, подлежащая ремонту, снимается с основания и перемещается в ремонтно-механический цех, на участок специализированного ремонта. Поагрегатный ремонт особенно эффективен экономически, если на рабочее место снятой для ремонта машины устанавливают резервную, а отремонтированную затем сдают в резерв. В этом случае простой машины в ремонте почти не отражается на производственной мощности цеха.

Поагрегатный метод применим при капитальном ремонте однотипного мало- и среднегабаритного оборудования.

Работой бригад, участков и отделений РМЦ руководят мастера и бригадиры. Численность рабочих и штат мастеров зависит от состава подразделений, оснащенности цеха станками и оборудованием, а также от объема выполняемых работ.

Для поддержания оборудования в рабочем состоянии проводятся ремонты: текущий, средний и капитальный.

Текущий ремонт проводят через 1-3 месяца с остановкой оборудования на незначительное время. Он сопровождается частичной разборкой узлов, смазкой вращающихся элементов, чисткой оснастки и т.д. Проверяется электроника оборудования, устраняются заусенцы и царапины на трущихся узлах. После сборки оборудование проверяют на холостом ходу.

Средний ремонт проводят раз в полгода или в год. Во время среднего ремонта производят неполную разборку машины с промывкой и чисткой деталей и узлов. Детали осматривают, а обнаруженные дефекты вносят в ведомость. Обычно изношенные детали заменяют на новые, но при возможности реконструируют их.

Капитальный ремонт предусматривает восстановление паспортных данных машины. Он предусматривает остановку машины на длительное время. В ходе капитального ремонта разбирают все изношенные детали и узлы, большинство из которых заменяется новыми. При сборке проверяют: монтаж и настройку пневмосистемы, взаимодействие узлов и деталей машины. Проверяют состояние фундамента, подтягивают фундаментные болты, восстанавливают окраску машины, производят испытание машины на холостом ходу и под нагрузкой с проверкой паспортных данных.

2.2 Действия машиниста экструдера на различных этапах производства

Условно можно выделить три этапа в организации производства экструзионных изделий. Первый этап - создание и подготовка материальной базы производства. Это наладка и пуск вновь устанавливаемого оборудования (или оснастки), а также оборудования (или оснастки) после ремонта. Второй этап - отработка технологического режима или уточнение отдельных параметров режима, разработка регламента производства. Третий этап - управление производством при отлаженном технологическом процессе.

Рассмотрим подробнее действия машиниста экструдера на каждом этапе.

2.2.1 Наладка и пуск оборудования

Существуют определенные отличия при пуске оборудования в зависимости от того, пускается ли оборудование впервые (новое оборудование) или после капитального ремонта; после среднего, текущего или аварийного ремонта; после очередной (плановой) остановки в связи с переходом на другой тип изделий (например, новый типоразмер кабеля), чисткой или сменой оснастки, остановкой оборудования на праздничные или выходные дни; при переходе на новую партию сырья.

В первом и втором случаях пуск оборудования сочетается с его испытанием и приемкой, которые проводятся в обязательном присутствии ответственных специалистов, монтировавших (или ремонтировавших) оборудование, и инженера-технолога, который руководит испытанием. Машинист экструдера в данном случае в основном выполняет по указанию технолога ряд последовательных операций, предусмотренных программой испытаний. Цель испытаний - проверить, соответствуют ли технологические параметры оборудования паспортным данным.

Перед первым пуском экструдера (или после ремонта с извлечением червяка) необходимо опробовать оборудование на холостом ходу, т. е. без материала, и проверить при этом исправность показывающих и регистрирующих приборов. Затем, подавая в экструдер материал с определенными свойствами, следует постепенно повышать частоту вращения червяка, увеличивая скорость каждый раз на 10-15 об/мин, измеряя одновременно потребляемую мощность, температуру и производительность. Проработав длительное время, следят за колебаниями нагрузки, температуры, давления и производительности при постоянной частоте вращения червяка.

В третьем и четвертом случаях машинист экструдера пускает оборудование самостоятельно и приступает к работе после достижения заданных значений температур в зонах цилиндра и головки экструдера. Четвертый случай отличается от предыдущих тем, что оборудование останавливается на короткий период, в течение которого температура изменяется незначительно. Основная задача машиниста экструдера - быстрее очистить машину и перейти к выпуску продукции из новой партии материала (при этом количество отходов должно быть минимальным).

Для соблюдения элементарных правил безопасного и безаварийного пуска оборудования машинист экструдера должен в определенной последовательности проверить:

-плотность прилегания нагревателей к поверхности цилиндра и головки и термопар в гнездах (неплотное прилегание может привести к неправильным показаниям приборов и, тем самым, к искажению автоматической регулировки температур в процессе экструзии);

-показания приборов;

-правильность работы регулирующих приборов;

-действие регулировочно-запорных кранов и исправность подачи воды к загрузочной части цилиндра, червяка, к охлаждающему и калибрующему устройствам;

-исправность подачи сжатого воздуха;

-наличие сырья и его соответствие паспортным данным.

Машинист экструдера должен включать двигатель вращения червяка после того, как установился температурный режим, во всех зонах цилиндра экструдера формующей головки. Частоту вращения червяка увеличивают постепенно и при этом наблюдают по амперметру за нагрузкой на двигатель и за давлением. При перегрузке машину останавливают и корректируют температурный режим.

При пуске экструдера не допускается стоять лицом перед фронтом головки; экструдат надо принимать в перчатках.

2.2.2 Отработка технологического режима

На данном этапе доля участия машиниста экструдера зависит от уровня его квалификации. Успех каждого последующего этапа зависит от критического анализа результатов предыдущего. Цель отработки - уточнить оптимальные значения отдельных параметров технологического процесса, обеспечивающие в конкретных условиях данного производства (т. е. при определенной марке полимера, для каждого типа оборудования и его состояния и т. п.) максимальную производительность агрегата или линии при хорошем (регламентированном) качестве готового изделия.

На крупных предприятиях с однотипным оборудованием оптимальные режимы обычно отрабатывают в экспериментальной лаборатории на аналогичных машинах. Эту работу под руководством технологов проводят опытные машинисты экструдера лаборатории. На более мелких производствах эти работы проводят непосредственно на цеховом оборудовании квалифицированные машинисты экструдера производственных смен.

Достигнутые оптимальные результаты фиксируют в технологических картах. В них подробно расписывают технологические условия и режим производства. Руководствуясь этими картами, машинист экструдера в каждодневной работе в аналогичных условиях быстро выводит оборудование на оптимальный технологический режим.

2.2.3 Действия машиниста экструдера при отлаженном технологическом режиме

Выпуск партии готовых изделий начинается с момента достижения заданных параметров технологического режима. На этом (основном) этапе производства машинист экструдера является главным действующим лицом, самостоятельно и оперативно принимает необходимые решения, управляет агрегатом и процессом, отвечает за эксплуатацию оборудования, количество и качество изготовленных изделий.

При работе на экструдере машинист экструдера должен обращать особое внимание на следующие факторы:

-чистоту рабочего места, т. к. попадание в экструдер посторонних включений может резко снизить качество готовых изделий, привести к повреждению и выходу из строя машины, засорению фильтрующих сеток;

-уровень материала в загрузочном бункере экструдера по мере необходимости пополнять его (при отсутствии автоматической загрузки);

-циркуляцию охлаждающей воды;

-показания приборов - делать соответствующие записи в сменном технологическом журнале;

-качество (внешний вид и т. п.) получаемого изделия - периодически проверять размеры изделия; при обнаружении дефектов внешнего вида или размерных отклонений машинист экструдера принимает неотложные меры к их устранению.

Машинист экструдера обязан собирать отходы в специальную закрывающуюся тару; отходы в виде крупных кусков первоначально измельчают с помощью механических пил или ножниц. Для более мелкого дробления отходов можно использовать роторные измельчители типа ИПР. Полученная крошка гранулируется и может перерабатываться повторно в изделия неответственного назначения.

Машинист экструдера обязан доложить мастеру или технологу обо всех обнаруженных неполадках технологического процесса и различных видах брака готовой продукции.

Машинист экструдера предъявляет к сдаче готовую продукцию, маркирует ее; ведет учет материального баланса процесса, количества выработанной продукции, израсходованного материала и делает запись в сменном журнале. В конце смены в этом же журнале подводит итог работы оборудования; отмечает неполадки и принятые меры по их устранению; делает необходимые замечания сменщику и дежурному персоналу.

Число машинистов экструдера, занятых в смене, зависит от следующих факторов: объема (количества и ассортимента) изготавливаемых изделий; величины и стабильности ассортимента и числа переналадок оборудования; количества однотипного оборудования, мощности оборудования, степени механизации производства; системы организации труда.

Исходя из объема работ и конкретных обстоятельств наряду с машинистами экструдера в состав смены входят начальник смены, мастер, бригадир или старший машинист экструдера, который исполняет повседневные административные обязанности и решает текущие организационно-технические вопросы. Кроме того, в состав смены могут входить помощник машиниста экструдера или вспомогательные рабочие для подсобных работ.

В условиях непрерывной работы, например при производстве труб малых типоразмеров, один машинист экструдера может управлять двумя-тремя и более агрегатами. При изготовлении труб средних типоразмеров (на экструдерах с диаметром червяка 90-115 мм) один машинист экструдера может обслуживать несколько машин. Для обслуживания крупных экструдеров иногда необходимо участие нескольких машинистов экструдера, что объясняется сложностью пуска и переналадки такого оборудования.

2.3 Техническая документация

Перед освоением массового производства изделий нового вида или из новых полимерных материалов необходимо предварительно получить опытное изделие. Работу выполняют под руководством технолога цеха мастер или работники лаборатории. Результаты работы заносят в контрольную карту, в которой отмечаются тип оборудования, конструкция головки и червяка, система охлаждения, оптимальные параметры технологического режима, специфические особенности экструзии материала, характеристика готового изделия.

Контрольная карта используется для составления карты технологического процесса, которая обычно находится на рабочем месте и должна отражать характеристику материала, готового изделия, оборудования, параметры технологического процесса, включая режимы охлаждения и приема готового изделия.

При массовом производстве изделий ответственного назначения рекомендуется составлять единый документ - регламент производства, представляющий собой свод всех основных правил и законов, а также необходимых приемов и сведений, знание и соблюдение которых обеспечивает безаварийное и безопасное ведение процесса и получение качественной продукции. Обычно такой регламент содержит следующие разделы: общая характеристика производства; характеристика изготовляемых изделий; характеристика исходных материалов; описание технологического процесса; нормы технологического режима; возможные неполадки, их причины и способы устранения; нормы расхода сырья и энергоресурсов; контроль производства; основные правила безопасного ведения процесса; отходы производства, сточные воды и выбросы в атмосферу; перечень обязательных инструкций; материальный баланс; технологическая схема производства; спецификация основного технологического оборудования.

2.4 Техника безопасности

Работа на экструзионном оборудовании выполняется в соответствии с правилами техники безопасности и противопожарной техники, а также нормами производственной санитарии.

К работе допускаются лица, прошедшие специальный инструктаж.

Полимерные материалы перерабатываются методом экструзии в диапазоне температур 160-400°С. Цилиндр и формующая головка значительно нагреваются, поэтому при соприкосновении с ними возможны тяжелые ожоги. В связи с этим нагретые части машины должны быть изолированы, а разборку и чистку машины следует проводить в перчатках. Незакаленные детали нужно чистить деревянным или латунным инструментом. Следует избегать ударов, особенно при чистке червяка.

Экструзионное оборудование имеет большое число движущихся частей и механизмов, которые необходимо закрыть кожухами. Валки приемно-намоточного, тянущего и других устройств должны быть снабжены предохранительными приспособлениями, устраняющими возможность захвата рук и одежды машиниста экструдера.

Все оборудование должно быть заземлено. При разборке экструзионной машины электрооборудование необходимо обесточить.

Цеха, где осуществляется экструзия, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Запрещается работать на неисправном оборудовании. Все неисправности должны устраняться только специальным обслуживающим персоналом.

3. Расчет и описание узла оборудования

3.1 Расчет тянущего устройства

Тяговые устройства гусеничного типа (рис. 3.1) имеют две или три гусеницы, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости и движущиеся в противоположных направлениях. В месте соприкосновения с кабельным изделием поверх ремней или цепей гусениц имеются эластичные резиновые накладки с желобообразным профилем для размещения изолированной жилы или заготовки. Тяговые устройства гусеничного типа предназначены для кабельных изделий больших диаметров или имеющих малую гибкость. Они обеспечивают строгое постоянство линейной скорости и натяжения в заданных пределах.

Современные тяговые устройства оснащаются электродвигателями постоянного тока с тиристорным управлением, обеспечивающим бесступенчатое регулирование скорости.

Тяговое устройство гусеничного типа

Привод состоит из электродвигателя, муфты, червячного редуктора и цепной передачи, передающей движение через вал к зубчатому ремню.

Исходные данные : скорость протягивания 0.19 м/мин, тяговое усилие 10000 H.

По исходным данным определяется потребляемая мощность привода, т.е. мощность на выходе (КВт):

Pвых=FV/1000, (3.1)

где F-тяговое усилие, Н

V-скорость протягивания, м/с

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

Р_э.тр=Р_вых/_общ, (3.2)

Общий коэффициент полезного действия:

_общ=_1•2•3, (3.3)

где _{1, 2, 3 -} КПД отдельных звеньев кинематической цепи

Частота вращения приводного вала:

n_вых=6 •10^4• V/•D, (3.4)

где D-диаметр трубы.

Требуемая частота вращения вала электродвигателя:

n_э.тр.=n_вых.•U₁•U_2•U₃, (3.5)

где U_1, U_2, U₃-передаточные числа кинематических пар

Подставляем значения параметров в формулы (3.1),(3.2),(3.3),(3.4),(3.5)

Р_вых.=1070* 1.2/1000=1.3 КВт

Р_э.тр.=1.3/0.75*0.93*0.95=2 КВт

n_вых=6 10⁴• 1.2/(3.14*200*10⁴)=0.38 Об/мин

n_э.тр=0.38•31•21•6=1500 Об/мин

Выбираем электродвигатель 2ПН112LГУХЛ4, мощностью 1.25 КВт, частотой вращения 1000 Об/мин.

3.2 Расчет геометрии червяка

В данной работе основным рассматриваемым оборудованием является экструдер.

Основным узлом экструдера, независимо от его функционального назначения, является червяк-шнек, при вращении которого загружаемый в цилиндр материал в виде порошка, гранул, расплавленной или размягчённой массы подвергается перемешиванию, уплотнению, размягчению и гомогенизации, причём степень завершения этих процессов зависит от конструкции шнека, его длины и числа оборотов, а также температурного режима и свойств пластмассы.

Шаг винтовой линии червяка t рекомендуется принимать равным диаметру червяка и постоянным по длине червяка:

t = (0,8 ч 1,2)D, (3.6)

где D - наружный диаметр червяка, см.

Для ПЭ шаг рекомендуется принимать равным 1D:

t = 1*60 = 60 мм

Ширину гребня витка червяка рекомендуется принимать

е = (0,06 ч 0,1) D, (3.7)

Меньшие значения для больших диаметров червяка (125, 160, 200 мм), большие для малых диаметров (32, 45, 60 и 90 мм).

е = 0,1 *60 = 6 мм

Радиальный зазор д между внутренней поверхностью корпуса и наружной витка червяка (за счет уменьшения диаметра червяка) рекомендуется принимать

д = (0,002 ч 0,003) D, (3.8)

Меньшие значения для больших машин.

д = 0,0025 * 60 = 0,15 мм

Определение глубины винтового канала червяка производится по эмпирической формуле:

h₁ = (0,12 ч0,16) D, (3.9)

где h₁ - глубина винтового канала под загрузочной воронкой;

h₂ = 0,5*[D - vD² - 4h₀/i * (D - h₀)], (3.10)

где h₂ - глубина винтового канала на конце червяка;

h₀ - высота винтового канала под загрузочной воронкой, см;

i - число заходов.

h₁ = 0,15 * 60 = 9 мм

h₂ = 0,5*[60 - v60² - 43,6/1 * (60 - 3,6)] = 3,6 мм

3.2.1 Расчет производительности червяка

Произведём расчёт производительности экструдера при данных приведенных в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Параметры экструдера

Сырьё	ПЭВД
Плотность при 20°С, г/смі	0,92
Диапазон параметров технологического режима (шнек с водяным охлаждением; цилиндр с электрообогревом):
Число оборотов n, об/мин.	15-60
Давление перед головкой, Н/смІ	0-2000
Температура расплава в витках шнека Тв, К	450
Температура расплава в зазоре между витками и цилиндром Тз, К	470
Размеры шнека в мм:
наружный диаметр D	60
шаг t	60
длина общая L (L=20D)	1200
длина третьей зоны LIII	300
глубина средняя в I зоне hI	9
глубина средняя в III зоне hIII	3,6
толщина витка е	6
зазор шнека в цилиндре д	0,15

Угол наклона винтовой линий:

ц = arctg/2пRср = arctg t/п(2R1-h) (3.11)

ц = arctg 60/3,14(60-9) = arctg 0,375

ц = 20є54'

sinц = 0,351 ; cosц = 0,936

Для определения производительности предварительно подсчитываем значение коэффициентов, входящих в формулу (3.2):

Q = л•K n/K+в+г (3.12)

л = П•D•h(t-e)•cosІц/120 (3.13)

D - диаметр червяка;

K - общее сопротивление червяка;

t - шаг винтовой линии;

e - ширина гребня;

h - глубина винтового канала.

л = 3,14•6,0•0,9(6,0-0,6)•(0,936)І/120 = 0,668 смі

в = hі• (t-e)•sinц•cosц/12•?o (3.14)

?o - длина червяка.

в = 0,9і•(6,0-0,6)•(0,936•0,351)/12•120 = 0,9•10Оісмі

г = пІ•DІ•ді•tgІц•sinц ч 10 (3.15)

д - зазор между гребнями винтовой нарезки червяка и гильзой, мм;

г = 3,14І•6,0І•0,015і•0,375•0,351/10•0,6•120 = 2,2• 10^-7 смі

Определяем производительность по формуле:

Q = 0,668•0,105•60/0,105 +0,9•10?і+ 2,2•10?⁷ = 40,1 смі?сек

Или при удельном весе ПЭ го = 0,74 кг/дмі

Q = 40,1•0,74•3,6 = 106,8 кг/час.

Производительность экструдера по расчету будет равна 106,8 кг/час.

Эта производительность экструдера вначале с глубиной нарезки червяка 6мм.

4. Расчет и описание оснастки для процесса экструзии

Необходимым элементом для экструзии профильных изделий из термопластичного материала -- является формующий инструмент. Формующим инструментом называется узел, имеющий канал, проходя по которому, поток расплавленного термопласта формируется в изделие заданного профиля. Формующий инструмент крепится к экструдеру, нагнетающему расплав под нужным давлением, с требуемой скоростью и температурой.

Головка экструдера представляет собой отдельный сменный узел. В ней крепятся детали, составляющие непосредственно формующий инструмент.

Назначение головки -- направление выходящего из цилиндра экструдера гомогенизированного расплава полимера к выходному формующему отверстию.

По виду получаемых изделий головки подразделяются: на листовальные, трубные, для получения профильных изделий, для нанесения покрытий на кабели.

В зависимости от направления выхода экструдируемого материала головки могут быть прямые и угловые.

Прямые головки, где направление потока массы совпадает с осью шнека, применяются для грануляции материала, при производстве труб, шлангов, листов и других профилей.

В угловых (поперечных) головках направление течения массы изменяется на 90° по отношению к оси шнека. Такие головки применяются при нанесении изоляции на провода, выдувании пленок, получении объемных изделий и др. Иногда угол поворота потока массы в головке может быть и не равен 90°. Такие головки чаще всего применяются в кабельном производстве.

В зависимости от сопротивления и давления, развиваемых в головках, они подразделяются на головки низкого давления (давление до 40 кс/смІ), головки среднего давления (от 40 до 100 кс/см²) и головки высокого давления (свыше 100 кс/смІ).

В кабельной промышленности используются прямоугольные головки, косоугольные и прямоточные.

Прямоугольные головки применяют чаще, так как они наиболее удобны в эксплуатации, их легко выполнить откидными, что обеспечивает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решеток. При применении прямоугольных головок, в которых угол между осью червяка и жилы заготовки составляет 90, проще производить чистку червяка и головки. Схема прямоугольной головки представлена на рис. 4.1. Однако в прямоугольной головке поток перерабатываемого материала испытывает поворот на 90, что осложняет центровку изоляции.

Прямоугольная головка

Рис. 4.1 1 - дорн; 2--матрица; 3--перерабатываемый материал; 4--червяк; 5--цилиндр; 6-- токопроводящая жила или заготовка

Ось косоугольной головки экструдера расположена по отношению к оси червяка под углом 40-60. Это позволяет уменьшить угол поворота расплава. Однако косоугольные головки имеют увеличенный объем, Так же как и прямоугольные, они должны быть откидными для удобства в эксплуатации. Схема косоугольной головки представлена на рис.4.2.

Косоугольная головка

Рис. 4.2 1--дорн; 2--матрица; 3--перерабатываемый материал; 4--червяк; 5--цилиндр; 6-- токопроводящая жила или заготовка

В прямоточной головке поворота потока расплава не происходит, поэтому достигается равномерное по толщине наложение покрытия. Но чистка головки усложняется, так как дорн находится на вращающемся червяке. Поэтому прямоточные головки применяются в том случае, когда отверстие в дорне не требуется (производство трубок, нитей и т.п.). Схема прямоточной головки представлена на рис.4.3.

Прямоточная головка

Рис. 4.3 1--дорн; 2--матрица; 3--перерабатываемый материал; 4 - червяк; 5--цилиндр; 6-- токопроводящая жила или заготовка

В производстве проводов и кабелей применяют два способа наложения полимерных покрытий на заготовку: плотное (с обжатием под давлением) и свободное (трубкой). Схемы наложения покрытий показаны на рис. 4.4.

Первый способ позволяет получить покрытие, плотно охватывающее заготовку, с минимальными воздушными зазорами между заготовкой и покрытием; вытяжка и, следовательно, ориентация минимальны, что обеспечивает также относительно небольшую усадку и минимальные относительные перемещения элементов кабеля на концах при циклических изменениях температуры.

Применение свободного наложения позволяет снизить расход материала при негладкой поверхности заготовки, существенно облегчает центровку и заправку заготовки в дорн, так как зазор между заготовкой и дорном может быть больше, чем при первом способе. Так как по второму способу необходима значительная вытяжка экструдата, то возрастает ориентация и, следовательно, усадка, однако скорость прохождения расплава в формующей части инструмента ниже, чем скорость отвода провода, что увеличивает производительность переработки материалов с низкой критической скоростью сдвига.

К недостаткам этого способа относится то, что расплавы ряда полимеров имеют недостаточную способность к вытяжке, особенно при наличии в материале посторонних гелеобразных включений, агломератов наполнителя, которые приводят при высокой вытяжке к появлению точечных разрывов и даже к полному обрыву трубки при ее вытяжке.

Варианты технологического инструмента приведены на рис. 4.5. Дорн служит для ввода заготовки в формующую головку и точного направления ее в матрицу. Он должен обеспечивать концентрическое положение заготовки в матрице, что требует минимального зазора между заготовкой и цилиндрической частью дорна, но одновременно свободное и равномерное без рывков введение заготовки в матрицу. Кроме того, при большом зазоре возможно проникновение расплава в дорн, что исключает возможность нормального ведения технологического процесса.

Схемы наложения полимерных покрытий

Рис. 4.4 а - плотное наложение; б - свободное наложение; 1-дорн; 2-матрица; 3-заготовка; 4 - расплав

Варианты технологического инструмента

Рис. 4.5 а - дорн для плотного наложения; б - то же для свободного наложения; в - матрица; г - вставка с наконечником из твердого сплава; д - матрица с конической формующей частью

Для экструзионной головки на практике обычно производитсся гидравлический расчет. Основная задача гидравлического расчета головок заключается в определении зависимости междуперепадом давления по длине канала и производительностью.Обьемная производительность потока вязких жидкостей проходящих через головку прямо пропорциональна падению давления и обратно пропорциональна вязкости.

Q=kP/, (4.1)

где Р - перепад давления в головке,

- динамическая вязкость,

К-коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии головки.

Зависимости, основанные на упрощенном методе расчета коэффициентов геометрической формы, позволяет определить характеристики каналов простейших форм с достаточной для практических расчетов точностью.

Сначала определяются значения коэффициента пропорциональности:

k=1/(1/k1+1/k2+1/k3), (4.2)

где к1-к 3 - постоянные решетки, кольцевого конического перехода дорна, цилиндрического зазора между дорном и матрицей.

k1=md⁴_отв/128Д_р, (4.3)

где m - число отверстий в решетке; d_отв - диаметр отверстия; Д_р - толщина решетки.

k₂=/8L₂[R⁴_н.ср- R⁴_вн.ср-( R²_н.ср- R²_вн.ср)²/ln R_н.ср/ R_вн.ср] (4.4)

Обозначения очевидны из рис.4.6.

k₃=d_срД³/12L_M, (4.5)

Подставляя данные в формулы (4.3.),(4.4),(4.5)получим:

k₁=0.865 смі;

k₂=2,626 смі;

k₃=0,279 смі.

Тогда по формуле (4.2.) получим:

k=0.19 смі.

При производительности экструдера Q=14000 см³/ч, вязкости µ=0,3 Н*сек/смІ и заданном значении К получим:

P=Q*µ/К=14000*0,3/0,19=22105,3, Н/см²

Сравним с экструдером. Для этого построим графики характеристик головки и червяка. Чтобы построить график для головки, найдем значения производительности при заданных значениях давления в головке по формуле:

Q= k•Р/м _эф, (4.6)

где Q - паспортная производительность экструдера, 230 кг/час =211600 см ³ /час = 58,8 см ³/ сек

Р - давление в головке, Н/см ²

Отсюда

Р = Q • м _эф / k

Р = 58,8•0,3/0,19 = 92,84 Н/см ² = 92,84 •10 ⁴ = 928421,1 Н/м²=0,9МПа

Если Q = 106,8кг/час = 98256 см ³ /час = 27,3 см ³/ сек - расчетная, то

Р = 27,3 • 0,3 /0,19 = 43,1 Н/см ² = 431052,6 Н/м² = 0,43 МПа.

По этим данным строим график характеристики головки (рис.4.7).

Чтобы построить график для экструдера, найдем значения производительности при заданных значениях давления и числа оборотов червяка по формуле:

Q = (б • N) - (в • Р/ м _эф), (4.7)

где б, в - коэффициенты, зависящие от геометрии червяка, равны 1,36 смі и 6•10 ^-4 смі соответственно

N - частота вращения червяка,60 об/мин = 1 об/сек.

При Р = 0,1МПа =0,1•10² Н/см ² производительность будет равна:

Q = ( 1,36 •1 ) -[ ( 6 • 10^-4 • 0,3• 100)/0,3]= 1,3 см ³/ сек

Аналогичным образом рассчитываем Q при других значениях Р и результаты сводим в таблицу, по которой строим график характеристики экструдера (рис.4.7)

Таблица 4.1

P,МПа	Q, см 3/ сек	Q, кг/час
0	1,36	5,32
0,3	1,3	5,09
0,5	1,26	4,93
0,7	1,22	4,77
0,9	1,18	4,62

5. Предложения по усовершенствованию оборудования

Сырье в большинстве случаев загружается вручную. Поэтому приобретение и введение в производство пневмотранспорта улучшит производительность и условия труда.

Для производства некоторых видов кабелей экструзионную головку обогревают тенами, но целесообразнее применять индукционный обогрев (см. 2 лист графической части), так как тены не характеризуются долгим сроком службы и нуждаются в частой замене.

Усовершенствовать оборудование можно путем автоматизации производства. Например, современные тяговые устройства оснащаются электродвигателями постоянного тока с тиристорным управлением, обеспечивающим бесступенчатое регулирование скорости. Также применяют автоматические приемные устройства, обеспечивающие высокую производительность. Внедрение ЭВМ для контроля за производством также увеличит производительность производства.

...