Что надо сделать чтобы перевести шнековый пресс в режим работы смесителя

Обновлено: 07.07.2024

5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ШНЕКОВ ПРЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ

Шнеки (специальные винты) широко применяются в различного рода шнековых устройствах: питателях, дозаторах и прессах. Каждое такое устройство представляет собой цилиндрический кожух, внутри которого расположен один или два шнека. Кожух имеет приемный бункер и специальным образом оформленное выходное отверстие (матрица, сопло, мундштук). При наличии двух шнеков им придают встречное вращательное движение. Каждое устройство снабжено приводом.

По конструкции шнеки подразделяются на сплошные и лопастные, которые могут выполняться с правильной прямой и косой винтовыми поверхностями, с переменным аксиальным и радиальным шагом.

Из опыта работы многих шнековых устройств известно, что под действием винтовой поверхности шнека транспортируемый материал движется не параллельно его оси, а винтообразно с переменной скоростью в осевом и радиальном направлениях в зависимости от расстояния частиц материалов до оси шнека, от коэффициента трения и величины противодавления [ 8 ] .

Так как углы подъема винтовых линий (рис.23) правильной винтовой поверхности шнека изменяются, увеличиваясь от периферии к центру шнека, то осевое перемещение частиц материала, расположенных в радиальном направлении, будет неодинаковым.

Для практических расчетов достаточно принимать α ср среднее арифметическое значение углов подъема винтовых линий на периферии α D и у

Устройство шнекового пресса.

Конструктивно-кинематическая схема шнекового пресса (на примере СМ-443) приведена на рис. 3.1.

Шнековый пресс современной конструкции в агрегатном исполнении состоит из смесителя (1), вакуумной камеры (2), собственно пресса (3), привода пресса (4,5,6). привода смесителя (7,8,9) муфты 10 и рамы, на которой монтируются все узлы.

В корпусе смесителя (1) установлен вал (у некоторых конструкций прессов установлено два параллельных вала и смеситель является тогда двухвальным), у которого на длине 1₁ закреплены лопасти для перемешивания глиномассы, а на длине 1₂ - шнек для продавливания глиномассы через конус (11) к вращающемуся с валом ножу (12).

Вакуумная камера (2) соединяет конструктивной и технологической цепью смеситель (1) и пресс (3); в боковой стенке камеры имеется окно (13)

для откачки воздуха и создания в ней разряжения.

Под вакуумной камерой в цилиндре (14) пресса расположен шнек (15). Шнек (15) состоит из 3 - 4 витков. На длине 1₃ нитки составляют заборную и транспортирующую часть. На длине 15 расположена выпорная двухзаходная лопасть, которая выдавливает глиномассу в головку, мундштук и далее из пресса.

Между транспортирующей частью шнека и его выпарной лопастью часто предусматривается разрыв винтовой поверхности на длине 1₄ = 100. 80 мм для разрушения структуры глиномассы, полученной в шнеке, и для устранения некоторых пороков шнекового прессования.

Основные технико-экономические параметры пресса определяются или диктуются размерами наружного диаметра выпарной лопасти. В отечественной и зарубежной практике эксплуатируются шнековые прессы с диаметрами выпарных лопастей, близких или равных следующим значениям: 300, 3555, 450, 500, 550, 600 мм.

В заборной части диаметр шнека часто изготавливается несколько больших размеров, чем выпарная лопасть. Например, 550/450 означает, что диаметр шнека в заборной части составляет 550 мм, а выпарная лопасть - 450 мм.

К фланцу цилиндра пресса с помощью шарнира и (или) болтовых соединений крепится корпус формующей (прессовой) головки. Внутри корпуса прессовой головки жестко, на сварке, крепится (устанавливается) переходная вставка (16). Переходная вставка (16) образована поверхностью, близкой к конической с круглым входным и прямоугольным выходным отверстиями. Прямоугольное выходное отверстие имеет скругленные углы и несколько выпуклые стороны, что приближает его форму к овальной. длина переходной вставки, равная длине корпуса прессовой головки, составляет обычно 200. 250 мм.

Рисунок 1. Шнековый пресс: 1,5 – редукторы; 2,6 – шкивы; 3,7 – центробежные муфты; 8 – смеситель; 9,12 – шнековые валы; 10 – вакуумный камера; 11 - вакуумный насос; 13,14 – зубчатые пары; I – шнековый вал; II - нагнетательный вал; III – вал смесител

К фланцу прессовой головки со стороны выходного отверстия крепится на болтах подмундштучная плита (17) толщиной 17 = 40. 50 мм с отверстием, копирующим выходное отверстие переходной вставки и входное отверстие мундштука (18).

Длина 1 мундштука в зависимости от свойств глиномассы колеблется в пределах 150. 300 мм. Стенки мундштука имеют уклон 7. 14 мм Размеры прямоугольного выходного отверстия превышают размеры стандартного кирпича 250 х 120 мм на величину воздушной и огневой усадки глиномассы и могут достигать 260 х 126 мм. Внутренняя поверхность мундштука, как правило, набирается пластинами из легированной стали в виде “рыбьей чешуи”, а в пространство между ними под давлением подается вода (реже масло) для снижения расхода энергии на продавливание глины, снижения коэффициента внешнего трения и для улучшения качества поверхности бруса.

Несколькими деталями: переходной вставкой (16), подмундштучной плитой (17) и мундштуком (18) в несколько переходов круглое поперечное сечение глиномассы у выпарной лопасти формуется в прямоугольное сечение на выходе из мундштука.

Шнековые прессы могут иметь не одну, а несколько частот вращения смесительного вала и шнека. Это достигается путем комплектования пресса сменными шкивами (5) и (8). В этом случае в технической характеристике пресса указывается частота вращения следующим образом: 19,21,23 об/мин.

Для того чтобы глиномасса, выходящая из смесителя, не залипала в вакуумной камере на стенках и не зависала над заборными лопастями шнека, в вакуумной камере параллельно шнеку смонтирован один или два питающих валка (19), вращающихся от зубчатой пары (20) навстречу шнеку.

Работа шнекового пресса

Работа шнекового пресса определяется согласованной работой трех расположенных друг за другом узлов: смесителя, вакуумной камеры,

Подготовленная на машинах предварительной переработки глиномасса поступает в приемное отверстие смесителя и попадает под действие лопастей вращающегося вала. В зоне действия лопастей смесителя глиномасса окончательно перемешивается, диспергируется, доувлажняется, проходит при необходимости тепловую обработку. Иногда доувлажнение и тепловая обработка объединены в тепловлажностную обработку паром.

Подготовленная таким образом глиномасса продвигается лопастями вдоль корпуса в зону действия шнекового нагнетателя. В шнековом нагнетателе глиномасса уплотняется и продавливается через конус.

Выходящая из конуса уплотненная глиномасса в виде полого кольца в вакуумной камере попадает под действие вращающегося на валу смесителя ножа, который разрезает ее на тонкие ленты.

Другой, не менее распространенной конструкцией переходного участка из смесителя в вакуумную камеру является перфорированная решетка с отверстиями диаметром 15. 20 мм.

И в том, и в другом случае конусом и перфорированной решеткой создается плотный, достаточный слой глиномассы, исключающий прорыв воздуха в вакуумную камеру при рабочем разряжении со стороны смесителя.

Обработанная в смесителе и в вакуумной камере глиномасса питающими валками подается в межнитковое пространство заборной части (1.₃, рис 3.1) вращающегося шнека. Под действием поступающих новых порций глиномассы и сил трения между корпусом пресса и глиномассой последняя, наряду с круговым вращением вместе со шнеком, получает осевое перемещение вдоль корпуса и шнека и входит по межнитковому пространству в корпус цилиндра (1₉), в зону транспортирующих витков шнека (1₃ -1₅).

Разрыхленная и разделенная на отдельные жгуты в смесителе глиномасса постоянно уплотняется сначала в межнитковом пространстве шнека заборной части, а затем в зоне цилиндра. С ростом плотности глиномассы растет н давление ее на стенки цилиндра (корпуса) пресса.

Взаимодействие шнека, глиномассы и корпуса пресса близко к взаимодействию системы винт, гайка и стопор (рука), удерживающий гайку от проворачивания ее вместе с винтом.

Отличительной особенностью системы шнек, глиномасса и корпус является то, что “гайка - глиномасса является не жесткой, а ее характеристики - плотность, упругость, пластичность, вязкость, прочность и многие другие - вынуждены изменяться от сечения к сечению по мере продвижения к выходу из пресса в виде непрерывной ленты, в которой и наступает стабилизация перечисленных физико-механических свойств.

«Гайка» - глиномасса имеет, однако, свойство проворачиваться вместе со шнеком, что вызывает продвижение глиномассы за один оборот шнека не на длину шага винта, а на величину, меньшую шага винта на 10. 40%. Величину продвижения глиномассы за один оборот шнека принято оценивать коэффициентом подачи шнека.

Количественная оценка коэффициента подачи шнека в достаточно полной степени изучена и дана в работах [34. 36]. Кроме этого, существует ряд идей [37,38], направленных на стопорение «гайки» - глиномассы на шнеке с помощью штифтов, разрывов винтовой поверхности шнека, изменения диаметра транспортирующих витков шнека в сравнении с заборными и др. Одна из таких идей частично реализована в конструкции пресса СМК-325 , который оснащен механизмом регулирования зазора между кромкой лопасти шнека и рубашкой цилиндра.

Транспортирующие нитки шнека служат для технических целей шнекового прессования, а именно для развития и поддержания достаточного давления глиномассой на продавливание ранее поступавших в пресс порций через канал формующей головки и мундштук.

Из зоны транспортирующих витков глиномасса поступает в зону концевника шнека с двухзаходной выпарной лопастью (1₅). Перед выпарной лопастью винтовая поверхность имеет разрыв (1₄) для разрушения структуры, приобретенной в транспортирующих нитках шнека.

В плоскости окончания выпарной лопасти глиномасса развивает наибольшее давление на стенки корпуса и в осевом направлении, благодаря которому глиномасса круглого сечения на входе в формующую головку проталкивается в ней (1₆), проходит через отверстие в подмундштучной плите (1₇) и приобретает окончательную прямоугольную форму в мундштуке (1₈). В прессовой головке и мундштуке возникает противодавление, которое становится причиной возникновения потока утечки глиномассы в сторону, обратную основному потоку и зазоры между гребнями витков шнека и рубашкой корпуса, а также обратного потока [30], вдоль витков шнека.

Вокруг всех этих явлений в прессе, снижающих его производительность, увеличивающих бесполезный расход мощности привода ведущих к циркуляции глиномассы в каналах пресса и ее перегреву, а также снижающих качество формируемых полуфабрикатов, и разворачиваются на протяжении последних десятилетий научные исследования, поиски новых конструктивных решений.

Рисунок 2. Металлический мундштук

1 – чугунный корпус ; 2 – каналы для подвода и отвода воды; 3 – пластинки; 4 - рама

Рисунок 3. Приемная коробка ленточного пресса и схема установки питающих валков

а- с одним вдавливающим валком; б – с двумя вдавливающими валками; в – с двумя лопастными вдавливателями; 1 –корпус; 2 – лопастной вал; 3 – приемная коробка; 4 – питающий валок; 5 – скребки; 6 – лопастные вдавливатели

Рисунок 4. Корпуса ленточных прессов

а- цилиндрический; б – конический; в – комбинированный; г-ступенчатый

28. Расчет основных параметров (производительности и мощности привода) комбинированного ленточного вакуум-пресса.

Необходимая объемная производительность пресса:

(6.1)

где V_k – объем кирпича сырца, м 3

(6.2)

где b, l, h, – ширина, длина, высота кирпича-сырца соответственно, м

(6.3)

(6.4)

Производительность пресса определяется по формуле:

(6.5)

Где D – наружный диаметр шнека, м;

d – диаметр ступицы, м;

k = коэффициент учитывающий проворачивание массы, возврат ее в зазоры меду кромкой лопасти и внутренней поверхностью корпуса, а также недостаточность подачи массы предыдущими лопастями, k = 0,2…0,35

Принимаем k = 0,3

Исходя из размеров шнеков существующих конструкций прессов, принимаем D = 0,5м;

Между диаметром шнека, ступицией и шагом винта существуют рациональные соотношения

Средний диаметр шнека

(6.6)

Углы подъема винтовой линии

(6.7)

(6.8)

(6.9)

Глубина канала шнека

(6.10)

Частота вращения шнека

(6.11)

Подставляя полученные значения получим:

Удельное давление прессования

(6.12)

где k₁ – коэффициент, учитывающий изменение длины головки;

k₂ – коэффициент, учитывающий изменение длины мундштука, k₁ = 0,988; k₂ = 0,91

Мощность заирачиваемая на преодаление сопративления трения

(6.13)

где f – коэффициент трения глины по лопасти, f =0,4;

r – радиус ступицы, м;

R – радиус шнека, м;

(6.14)

Подставив числовые значения, получим:

Мощность, расходуемая на выталкивание массы через мундштук:

(6.15)

Шнековый пресс: описание конструкции, принципа работы и способов отжима

Используя шнековый пресс для масла, можно без каких-либо проблем получать растительное масло из самых разных культур. В зависимости от того, с чем придется работать, изменяются технические характеристики и конструкция устройства. Однако в любом случае оно достаточно простое, а потому его можно сделать и своими руками.

Особенности прибора

Если имеется в наличии шнековый пресс, вне зависимости от того, сделан он своими руками или куплен, он будет хорошим помощником для получения растительного масла самостоятельно. Особенности агрегата позволяют получить следующие выгоды:

При получении масла в домашних условиях срок его годности будет составлять около двух лет.
Если используется шнековый пресс для отжима масла бытового типа, то можно успешно перерабатывать семена таких растений, как подсолнечник, оливки или орехи.

Конструктивные элементы оборудования

Если хочется изготовить домашний пресс для отжима масла, то его основой должен быть винт червячного типа. При сборке и проектировании данного оборудования очень важно помнить, что максимальное давление будет напрямую зависеть от того, какого диаметра подобрана червячная гайка, а также от того, какой мощностью обладают стояки балки. Для того чтобы сделать конструкцию более надежной во время эксплуатации, стоит сделать основной упор для пресса мощнее, чем требуется. Этим важным требованиям полностью соответствует, к примеру, шнековый пресс для отжима, который создается из древесины массивного дуба. Однако он будет стоить достаточно много. Аналогом может стать та же конструкция, но только из металла.

Существуют также бытовые прессы цилиндрического типа, у которых обычно нет дна. Эту роль, как правило, играет обычное железное ведро. Чтобы повысить надежность и прочность самого цилиндра, можно обвязать его металлической полосой снизу. Если цилиндр изготовлен из древесины, то она должна быть сухой и сделана из максимально твердой породы дерева. Как и в предыдущем случае, наилучший вариант - это древесина дуба.

Одни из важнейших элементов конструкции, которые должны присутствовать в любой модели, - это обдирные вальцы. Обычно они представлены в виде пары сменных валиков. Вращение данных деталей обеспечивается за счет размещения шестерней на металлических стойках.

Принцип работы приспособления

Суть работы шнекового пресса заключается в следующем.

У него имеется загрузочный ковш, куда засыпается сырье для переработки.
При помощи рукоятки в движение приводятся вальцы, покрытые полотном-теркой.
Из-за вращения этих устройств сырье затягивается в пространство, имеющееся между ними. Так происходит очистка от кожуры.
После окончания процесса очистки и шелуха, и семечки подсолнуха попадают в нижний ковш.
Данная смесь просеивается.
Нужно заменить валки с полотном-теркой, на валки с полностью гладкой поверхностью. Именно с их помощью будет проходить отжим.
Очищенные семечки снова высыпаются в верхний ковш.
У приборов имеется рычаг, который регулирует зазор между вальцами. На данном этапе его необходимо перевести во второе положение, чтобы уменьшить зазор между элементами для достижения нужного результата.
После вальцовки получится кашеобразная масса, которая должна быть спрессована, чтобы из нее получилось растительное масло.

Способы отжима масла

Отжим жидкости при помощи шнекового пресса может проходить горячим и холодным способом. Если используется первый метод, то после вальцовки необходимо переместить кашу в жаровню. Температура здесь должна достигать 110 градусов по Цельсию, а продукт при этом нужно постоянно увлажнять. К тому же масса должна постоянно перемешиваться. После этой стадии подготовки сырье перемещается в шнековый пресс, где и проходит нужная операция. Масло, полученное таким образом, отличается ярко-красным цветом, а также сильно выраженным запахом жареных семечек.

Использование второго способа более предпочтительно, так как нет необходимости в термическом воздействии, из-за которого испаряются многие полезные вещества. На практике же технология получения масла точно такая же, как и при горячем методе, за исключением стадии, где кашица нагревается до высоких температур.

Оборудование на производстве

Сегодня линии по производству растительного масла можно описать следующими стадиями. Во-первых, необходимо просушить продукт, удалить все посторонние примеси и загрязнения. Во-вторых, имеется специальны отсек, где семечки отделяются от шелухи и измельчаются. Измельченное сырье подвергается пропариванию. Если планируется горячий метод получения масла, то нужно еще и прожарить. После этого происходит процесс выдавливания масла из семян. Также важно добавить, что масло, которое только что было получено, сразу проходит этап фильтрации, что значительно повышает его чистоту. Последний этап в производственной линии - это розлив в пластиковую тару и отправка на хранение.

Шнековый пресс

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию производства строительных материалов, конкретно к шнековым прессам. Цель изобретения введение механизмов управления работой известного пресса, облегчение пуска двигателя за счет уменьшения нагрузки во время пуска остановка и пуск шнекового вала при непрерывно работающем основном двигателе изменение числа оборотов шнекового вала без остановки основного двигателя, уменьшение консоли шнекового вала. Полый вал, установленный в стойке на станине, имеет на концах закрепленные неподвижно шкивы, а выточках которых, выполненных с радиальным смещением относительно оси силового цилиндра, на подшипниках установлен шнековый вал, на конце его посажены шестерни, входящие в зацепление с колесами, которые находятся на валу управления, установленном в второй стойке соосно полому валу, колеса имеют возможность вращаться независимо одно от другого и при этом они кинематически связаны с тормозными устройствами, служащими для управления работой пресса пуск и остановка шнекового вала. Для значительного изменения оборота шнека предусмотрена возможность дополнительного двигателя к валу управления через многоскоростной редуктор и управляемую муфту сцепления. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для производства строительных материалов, а именно к шнековым прессам.

Известен шнековый пресс, который содержит станину с закрепленным на ней бункером и силовым цилиндром, установленные на станине стойки с размещенными в них подшипниками, шнековый вал, установленный с возможностью вращения в подшипниках, механизм вращения шнекового вала относительно своей оси, выполненный в виде неподвижно установленной на конце вала шнека шестерни и зубчатого колеса с внутренним зубчатым зацеплением, образующих между собой планетарную зубчатую передачу, и механизм кругового плоскопараллельного перемещения шнекового вала в виде приводного шкива, в подшипниках которого размещен с радиальным смешением относительно оси силового цилиндра шнековый вал.

Недостатком этого пресса является то, что большая консоль шнекового вала, шкив крепится в цапфах.

Технической задачей изобретения является облегчение пуска двигателя за счет уменьшения нагрузки во время пуска, остановка и пуск шнекового вала без остановки основного двигателя, изменение числа оборотов шнекового вала без остановки основного двигателя, уменьшение консоли шнекового вала.

С этой целью в шнековом прессе, содержащем станину с закрепленным на ней силовым цилиндром, установленные на станине стойки с размещенными в них подшипниками, шнековый вал, установленный с возможностью вращения в подшипниках, механизм вращения шнекового вала относительно своей оси, выполненный в виде неподвижно установленной на конце вала шнека шестерни и зубчатого колеса с внутренним зубчатым зацеплением, образующих между собой планетарную зубчатую передачу, и механизм кругового плоскопараллельного перемещения шнекового вала в виде приводного шкива, в подшипниках которого размещен с радиальным смещением относительно оси силового цилиндра шнековый вал, механизм вращения шнекового вала относительно своей оси снабжен неподвижно установленной на конце шнекового вала дополнительной шестерней, дополнительным зубчатым колесом большего диаметра с внутренним зубчатым зацеплением, образующим между собой планетарную зубчатую передачу, валом управления, установленным в стойке станины с возможностью вращения в подшипниках, и тормозными устройствами, каждое из которых кинематически связано с соответствующим зубчатым колесом, причем зубчатые колеса смонтированы с возможностью вращения независимо одно от другого, меньшее из которых неподвижно закреплено на валу управления, а большее подвижно связано с валом управления посредством подшипников, а механизм кругового плоскопараллельного перемещения шнекового вала снабжен дополнительным приводным шкивом с размещенными в нем подшипниками и полым валом, смонтированным в другой стойке станины с возможностью вращения в подшипниках, при этом концы полого вала неподвижно закреплены в приводных шкивах, внутренние поверхности шкивов выполнены с вытачками под подшипники для размещения в них концов шнекового вала, шнековый вал размещен в полом валу, а отверстие полого вала и вытачки шкивов выполнены с радиальным смещением относительно оси силового цилиндра.

Для изменения числа оборотов шнекового вала в более широких пределах пресс снабжен дополнительным узлом, состоящим из электродвигателя, связанного с многоскоростным редуктором, муфты управляемого сцепления, связывающей узел редуктора и вал управления.

На фиг. 1 приведен общий вид пресса; на фиг.2 схема установки дополнительного узла.

Шнековый пресс состоит из станины 1, на которой установлена стойка 2 с подшипниками, в ней установлен вал 3, выполненный с продольной полостью, концы его закреплены в шкивах 4 и 5. Вытачки под подшипники шнекового вала, выполненные в шкивах, имеют радиальное смещение относительно оси силового цилиндра. Смонтированный в них шнековый вал 6 имеет на конце посаженные неподвижно шестерни 7 и 8, входящие в зацепление с колесами 9 и 10, установленными на валу управления 11, который смонтирован в стойке 12, установленной на станине. На этой же стойке установлены тормозные устройства 13 и 14, кинематически связанные с колесами. На второй конец шнекового вала установлен шнек 15, находящийся в силовом цилиндре 16.

Дополнительный узел состоит из управляемой муфты сцепления 17, многоскоростного редуктора 18 и электродвигателя 19, установленных на станине.

Шнековый пресс работает следующим образом.

Вращение от двигателя подается на шкив 4 или 5. При пуске двигателя тормозные устройства 13 и 14 выключены. Начинает вращение вал 3 и шкивы 4 и 5, установленный в вытачках шкивов вал шнека 6 совершает круговые плоскопараллельные движения вокруг оси силового цилиндра, но так как шестерни 7, 8, входящие в зацепление с колесами 9, 10, не имеют опоры, колеса расторможены и свободно вращаются, шнековый вал не вращается (под нагрузкой). Этим достигается частичная разгрузка двигателя во время пуска, но масса, находящаяся в цилиндре 16, вибрируется, псевдосжижается, этим облегчается пуск шнекового вала. После выбора нужных оборотов шнека затормаживается соответствующее колесо 9, 10, начинает вращение вал шнека, идет прессование. Но так как движения шнека вокруг оси силового цилиндра и вращение шнека противоположные, (шнек как бы катится по внутренней поверхности силового цилиндра), то любая точка на поверхности шнека в плоскости, перпендикулярной оси, совершает движение, напоминающее кривую гипоциклоиды. Сложение этих движений на винтовой поверхности шнека дает толкающие движения шнека. Прессуемая масса проталкивается большей частью параллельно оси силового цилиндра. Отсюда уменьшение мощности на прессование. При необходимости быстро остановить процесс прессования достаточно растормозить колесо.

В расторможенном состоянии колеса вращаются одно относительно другого.

Дополнительный узел вводится в работу следующим образом. Колесо 9 и тормозные устройства в работе дополнительного узла не участвуют. При пуске основного двигателя колеса 9 и 10 расторможены, управляемая муфта сцепления 17 отпущена, вал управления 11 свободно вращается. После выбора нужных оборотов включается управляемая муфта сцепления и одновременно включается дополнительный двигатель. Начинает вращение колесо 10, установленное на валу управления. В зависимости от направления вращения колеса происходит увеличение или уменьшение оборотов шнекового вала. При использовании двигателя переменного тока обороты меняются ступенчато за счет переключения оборотов редуктора. При двигателе постоянного тока дополнительный узел используется, как вариатор, т.е. бесступенчато.

1. ШНЕКОВЫЙ ПРЕСС, содержащий станину с закрепленным на ней силовым цилиндром, установленные на станине стойки с размещенными в них подшипниками, шнековвый вал, установленный с возможностью вращения в подшипниках, механизм вращения шнекового вала относительно своей оси, выполненный в виде неподвижно установленной на конце вала шнека шестерни и зубчатого колеса с внутренним зубчатым зацеплением, образующих между собой планетарную зубчатую передачу, и механизм кругового плоскопараллельного перемещения шнекового вала в виде приводного шкива, в подшипниках которого размещен с радиальным смещением относительно оси силового цилиндра шнековый вал, отличающийся тем, что механизм вращения шнекового вала относительно своей оси снабжен неподвижно установленной на конце шнекового вала дополнительной шестерней, дополнительным зубчатым колесом большего диаметра с внутренним зубчатым зацеплением, образующими между собой планетарную зубчатую передачу, валом управления, установленным в стойке станины с возможностью вращения в подшипниках, и тормозными устройствами, каждое из которых кинематически связано с соответствующим зубчатым колесом, причем зубчатые колеса смонтированы с возможностью вращения независимо одно от другого, меньшее из которых неподвижно закреплено на валу управления, а большее подвижно связано с валом управления посредством подшипников, а механизм кругового плоскопараллельного перемещения шнекового вала снабжен дополнительным приводным шкивом с размещенными в нем подшипниками и полым валом, смонтированным в другой стойке станины с возможностью вращения в подшипниках, при этом концы полого вала неподвижно закреплены в упомянутых приводных шкивах, внутренние поверхности шкивов выполнены с выточками под подшипники для размещения в них концов шнекового вала, шнековый вал размещен в полом валу, а отверстие полого вала и выточки шкивов выполнены с радиальным смещением относительно оси силового цилиндра.

2. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным узлом, состоящим из электродвигателя, связанного с многоскоростным редуктором, и муфты управляемого сцепления, связывающей вал редуктора и вал управления.

Подготовка сырья. Смешение

В настоящее время, большинство процессов включают в себя стадию перемешивания. Например, шнековые экструдеры, неотъемлемой частью которого является зона смешения. На самом деле большинство двухшнековых эструдеров используются в качестве смесителей. Аналогично в машинах для литья также есть зона смешения. Смешение является важным этапом, поскольку и от него в том числе зависит качество готового изделия. И свойства материала и его способность к формованию оба зависят от качества смешения. Поэтому понимание процессов смешения помогает оптимизировать условия обработки и улучшить качество.

Гомогенная смесь совместимых полимеров
Однофазная смесь частично несовместимых полимеров, и
Многофазная смесь несовместимых полимеров.

В таблице 1 приведены примеры каждого типа смеси.

Таблица 1. Основные полимерные смеси

Полиамиды (ПА 6 и ПА 66)

Полиэтилен и полипропилен (5%ПЭ в ПП)

Распределительное или ламинарное смешение обычно характеризуется качеством распределения второй фазы в матрице. Распределение достигается наложением больших деформаций таких, что увеличивается поверхность контакта фаз и уменьшается толщина слоев. Правда, приложение больших деформаций не всегда достаточно для получения гомогенной смеси. Тип перемешивающего устройства, начальная ориентация и положение двух или более жидких компонентов играет значительную роль в качестве конечной смеси.

Диспергирующее смешивание подразумевает уменьшение размеров отдельных капель несмешиваемой жидкости или частиц агломератов и их распределение по всему объему матрицы. Здесь приложенная деформация не столь важна как приложенное напряжение, которое вынуждает систему делиться на более мелкие частицы. Следовательно, тип потока в смесителе играет большую роль в измельчении твердых частиц или жидких капель, рассеивая их по объему матрицы. Наиболее ярким примером диспергирующего смешения твердых частиц агломерата это смешение резины и сажи. На рисунке 1 отображена зависимость вязкости смеси от объемной доли твердых частиц и типа смесителя.

Рис. 1. Зависимость вязкости смеси от объемной доли твердых частиц и соответствующее оборудование для приготовления этих смесей.

Распределяя полимерный расплав по матрице, во время приготовления полимерной смеси, капли внутри несовместимой матрицы стараются принять сферическую форму благодаря естественному стремлению капли сохранять наименьшую поверхность при данном объеме. Однако в области потока в смесителе появляется напряжение, которое деформирует капельки. Если оно будет достаточно большим, то это заставит капли разделиться. Капли диспергируются когда силы поверхностного натяжения не могут более поддерживать их формы в области потока и вытянутые капли делятся на более мелкие капельки. Это явление дисперсии и распределения продолжается до тех пор, пока усилия, прилагаемые в области потока, не смогут более преодолевать сил поверхностного натяжения образованных капелек. Аналогичен по природе механизм и для твердых частиц, то есть тоже основан на силах диспергирования частиц. Хорошо известно, что наиболее эффективным в этих целях течение с растяжением. Поэтому устройства, растягивающие расплав а не сдвигающие его, приводят к лучшему смешению, при значительно меньших энергетических затратах.

2. СМЕСИТЕЛИ

Конечные свойства полимерной композиции сильно зависит процесса смешения, который имеет место в процессе переработки материала, а также как отдельный этап в производственном процессе. Как было ранее отмечено, при оценке качества смешения необходимо также оценивать эффективность смешения. Например, усилия, необходимые для обеспечения наилучшего качества смешения, могут быть нереальны и недостижимы.

Смесители периодического действия, и
Смесители непрерывного действия.

Смесители периодического действия, такие как смеситель Бенбери, наиболее ранний тип смесителей, которые до сих пор широко распространены и применяемы в области приготовления резиновых смесей. В промышленности также широко применяются смесители непрерывного действия, так как они обеспечивают смешение в дополнение к их основным задачам. Типичным примером таких смесителей являются одно- и двухшнековые экструдеры, которые часто оснащены смесительные блоки.

2.1 Смешение твердых фаз

Для смешения гранулированных твердых частиц используются различные барабанные смесители. Их подразделяют по скорости вращения внутреннего перемешивающего устройства: от менее чем 0,2 м/с до 50 м/с. С увеличением скорости возрастает подводимая энергия и улучшается измельчение смешиваемых частиц. Барабанные смесители бывают непрерывного и периодического действия. На рисунках 2 и 3 приведены примеры обоих типов смесителей. смесители могут быть оборудованы различными типами перемешивающих устройств: шнеками, лопастями или спиралями.

Объем конического бункера с перемешивающим шнеком может достигать 30м 3 , а не конические могут достигать до 100 м 3 . Смесители периодического действия с горизонтальным перемешивающим устройством могут достигать 30 м 3 по объему, а непрерывного действия - до 450 м 3 /час.

Рис. 2. Смесители периодического действия.

Рис. 3. Смесители непрерывного действия.

2.2. Шнековые смесители

Шнековые смесительные устройства используются для непрерывной подачи материала к перерабатываему материалу. Они питаются заранее приготовленной смесью твердых частиц либо отмеренными взвешивающей системой порциями. Данные смесители подразделяются на одно- и двухшенковые. В таблице 2 представлены различные шнековые смесители и их характеристиками.

Таблица 2. Типы смесителей и их характеристики

Со-смеситель. Со-смеситель - это одношнековый смеситель со стержнями на цилиндре и шнеком перпемещающимся в осевом направлении. На рисунке 4 приведена схема со-смесителя. Стержни на цилиндре практически служат для очистки шнека. Это влияет на общем времени пребывания материала в смесителе и делает данный тип смесителей предпочтительным для смесей, чувствительных к нагреванию. Стержни на цилиндре разбивают твердые частицы и делая плавление более легким, это улучшает качество смешения и снижает общую температуру в материале. Упрощенный анализ со-смесителя показывает количество слоев на расстоянии L/D:

Это значит, что на расстоянии 4D, число слоев (полос) будет составлять 2 12 *4=2 13 .

Рис. 4. Схема смесительного блока.

Смешение в одношнековом экструдере. Распределяющее смешение, вызванное скрещивающимся течением компонентов в экструдере, может быть улучшено специальными стержнями (рис. 5) или ромбическими элементами (рис. 6) в канале потока и бороздами в витках шнека. Стержни могут располагаться как на цилиндре, так и на шнеке, как показано на рис. 5. Экструдеры с регулируемыми стержнями на цилиндре обычно называют QSM-экструдерами (QSM - сокращение от немецкого Quer Strom Mischer, что означает смешение при поперечном течении).

Рис. 5. Одношнековые экструдеры со стержнями и бороздами в зоне смешения.

Рис. 6. Различные участи смешения одношнековых экструдеров с ромбическими элементами.

В любом случае, стержни нарушают поток, переорентируя повержности между жидкостями и создавая новые поверхности разделением потоков. На рис. 7 представлена фотография потока в канале QSM-экструдера. На фотографии видно как потоки меняют направление после прохождения стержней. Стержневые экструдеры особенно хороши для перемешивания высоковязких материалов, таких как резиновые смеси. Эти экструдеры широко применяются для изготовления резиновых профилей различной формы и размеров. Как было отмечено ранее, диспергирующее смешение необходимо для разрушения агломератов или при наличии эффектов поверхностного натяжения между жидкостями смеси.

Рис. 7. Фотография потока в канале экструдера со стержнями.

Чтобы диспергировать такую систему, смесь должна быть подвергнута большим нагрузкам. Некоторые микширующие головки, как показано на рис. 8, создают растягивающиеся потоки во время смешения. очень популярна среди них головка со смешением во впадинах (CTM), показанная на рис. 8. Шнеки барьерного типа часто применяют вместо смесительных головок, так как они создают высокие сдвиговые напряжения на полимер. Однако наиболее интенсивное перемешивание все же достигается в головках специально предназначенных для этих целей. Используя головки или барьерные шнеки, как паказано на рис. 9, смесь проходит через узкие участки, где подвергается высоким напряжениям. Нужно отметить, что как диспергирующие так и распределяющие смесительные головки дают результат при сопротивлении течению, которое сопровождается нагреванием и потерями давления при экструзии.

Рис. 8. Одношнековые экструдеры с диспергирующими секциями.

Рис. 9. Одношнековые участки смешения.

Двухшнековые экструдеры. В последние два десятилетия двухшнековые экструдеры стали наилучшими смесителями непрерывного действия. В целом, они подразделяются на экструдеры с зацепляющимися шнеками и незацепляющимися, на экструдеры со шнеками вращающимися в одном направлении и экструдеры со встречно-вращающимися шнеками. Двухшнековые экструдеры с зацепляющимися шнеками обладают эффектом самоочищения, что вырвнивает время пребывания полимера в экструдере. Геометрия самоочищающегося экструдера со шнеками вращающимися в одном направлении показана на рис. 10. Основной особенностью такой геометрии является то, что шнеки при вращении постоянно снимают прилипший к шнеку материал. В последние два десятилетия такие экструдеры зарекомендовали себя как эффективные смесители. В основном все системы со щнеками вращающимися в одном направлении обладают хорошей нагнетающей способностью, что обосновано перемещением материала двумя шнеками.

Рис. 10. Геометрия самоочищающегося двухшнекового экструдера со шнеками, вращающимися в одном направлении.

Шнеки вращающиеся во встречном направлении создают высокие напряжения за счет каландрирующего эффекта между шнеками. Это делает данный тип экструдеров наиболее эффективным для смешения пигментов и смазочных материалов. Но не все в полимерной промышленности единодушно отзываются об этих экструдерах, есть свои «за и против».

Рис. 11. Схема вальцевого смесителя.

Особым типом двухшнековых смесителей являются смесители со сдвиговыми вальцами, которые схематично показаны на рис. 11. Такая открытая система имеет ряд преимуществ перед аналогичной закрытой системой. Они применимы для сжатия, плавления, гомогенизирования, диспергирования и гранулирования материала как средней, так и высокой вязкости при температурах от 20 до 280 о С. На каждом из вальцев, вращающихся навстречу, есть противоположно направленные канавки, которые заставляют материал перемещаться с одной стороны на другую сторону горизонтальных вальцев. Добавки, например, твердые частицы или волокна, подаются в зазор между вальцами. Этот зазор уменьшается от начала вальцев к их концу, что усиливает диспергирующий эффект. Конечный материал удаляется из смесителя в виде ленты, либо, проходя через маленькие отверстия, гранулируется, как показано на рис. 12.

Рис. 12 Механизм гранулирования в смесителе с вальцами.

Статические смесители. Статичные смесители или неподвижные смесители - это смесители непрерывного действия, через которые расплав продавливается, перемешивается и разделяется, приводя к эффективному смешиванию без подвижных перемешивающих устройств. На рис. 13 схематично изображен статичный смеситель в виде скрученной ленты.

Рис. 13 Схема статического смесителя Кеникса.

Полимер сдвигается и затем переворачивается перегородкой на 90 градусов, поверхность раздела фаз увеличивается. Поверхности раздела переориентируется на 90 градусов, когда материал попадает в новую секцию. Растяжения и переориентирования повторяются до тех пор, пока «полосатость» смеси не будет настолько велика, что смесь будет как однородная. На рис. 14 показаны разрезы статического смесителя Кеникса. Из рисунка видно, что количество полос увеличивается от секции к секции как 2,4,8,16,32, тое есть имеет место отношение:

где, N- число полос, а n - число секций в смесителе.

Рис. 14. Смешение полос цветных резин в смесителе Кеникса.

Рис. 15. Схема смесителя периодического действия.

Закрытый смеситель периодического действия. Закрытый смеситель или смеситель Банбери - это типовой смеситель периодического действия (рис. 15). Закрытый смеситель внутреннего действия - это высокоинтенсивный смеситель, который создает сложные сдвиговые напряжения и продолжительные потоки, они особенно хорошо работают при диспергировании твердых частиц по полимерной матрице. Их широко применяют для вмешивания сажи в резиновые смеси, а также для приготовления смеси АБС. Дисперсия агломератов зависит от времени смешения, скорости вращения ротора, температуры и геометрии лопастей ротора. На рис. 16 представлена зависимость недиспергированной фазы от времени пребывания в смесителе Банбери при 77об/мин и 100 о С. Пунктирной линией обозначена фракция частиц с размером менее 500нм. Закрытые смесители могут быть оборудованы скрещивающимися роторами или тангенциально расположенными роторами, как показано на рис. 17. Скрещивающаяся система обеспечивает более эффективное смешение, но потребляет значительно больше энергии, чем тангенциальная система. Вместо использования разгрузочного окна для удаления готовой смеси, некоторые смесители оборудованы червячным насосом, как показано ан рис 18. Такие системы бывают объемом от 10 литров (лабораторные) до 4000 литров (промышленные).

Рис. 16. Зависимость количества недиспергированной фазы углеродной сажи размером около 9мкм от времени смешения в смесителе Банбери. Кружки отображают реальный результат, а сплошная линия - теоретический прогноз. Пунктирной линией обозначена фракция частиц с размером менее 500нм.

Рис. 17. Схемы тангенциального (слева) и скрещивающегося (справа)
смесителей закрытого типа.

Рис. 18. Схема закрытого смесителя периодического действия оборудованного разгрузочным шнеком.

Рабочий процесс шнекового смесителя

Дроблёное зерно либо другой измельчённый материал через патрубок для шланга (при комплексном использовании с пневматическими дробилками) подаётся в смеситель, или через патрубок для подающего шнека. Подача добавок, которые не требуют предварительного измельчения, осуществляется непосредственно в бункер для добавок (смонтирован на смесителе), откуда самотёком либо принудительно шнеком (зависит от модификации смесителя) поступают в смеситель. Все загружаемые компоненты смешиваются вертикальным шнеком, который вращается в кожухе. Шнек осуществляет забор компонентов у основания смесителя, затем поднимает по кожуху и разбрасывает в верхней части, в результате чего происходит смешивание. На верхней части смесителя монтируется система фильтров, предназначенная для очистки и стравливания нагнетаемого дробилкой воздуха. По окончании смешивания производится выгрузка смеси через выгрузной патрубок, который соединён кожухом, вследствие чего выгрузка выполняется только при работающем шнеке и открытой заслонке выгрузного патрубка.

Читайте также: