Цель работы: получить практические навыки выполнения расчетов и определения режимов червячных прессов (экструдеров)

Исходные данные:

Материал – САМ

 

1. Технологический расчет

Расчитываем экструдер для САМ пластика

Для обработки САМ пластика – выбираем одночервячный экструдер ЧП 45х25 [1, стр.166, табл.6.4]. Технические характеристики одночервячного экструдера приведены в табл.2.

Таблица 2 — Технические характеристики одночервячного экструдера ЧП 45х25 ОАО «Кузполимермаш»

Технические характеристики	Значение
Диаметр червяка, мм	45
Производительность кг/ч	95
Частота вращения червяка, об/мин	35-350
Установленная мощность, кВт	41,9
Габаритные размеры, мм
Длина	2490
ширина	2880
высота	1600
Масса, кг	1830

 

1.1 Определим параметры червяка

Длина червяка L = 25D = 25×45 = 1125 мм

Зонность червяка (рис.1) представлена в таблице 2.

Рисунок 1 – Схема зонной конструкции червяка

 

Таблица 2 – Зонность червяков, учитывающая свойство полимерного материала

Свойства	Питающая зона l1	Зона сжатия l2	Зона дозирования l3
Пластмассы с низкой термостабильностью, склонные к термомеханической деструкции	—	0,6L = 675 мм	0,4L = 450 мм

Рисунок 1 – Устройство спиральной нарезки червяка

 

Шаг винтовой линии: t = (0,8…1,2)D = (0,8…1,2)×45 =  36…54 мм.

Принимаем t = 50 мм.

Ширина гребня витка червяка:

e = (0,06…0,1)D = (0,06…0,1)×45 =2,7…4,5 мм. Принимаем e = 3,2 мм

Радиальный зазор между внутренней поврехностью цилиндра и наружной поверхностью винта червяка:

d = (0,002…0,003)D = (0,002…0,003)×45 = 0,09…0,135 мм.

Принимаем d = 0,1 мм.

Глубина винтового канала червяка с постоянным под загрузочной воронкой:

h₁ = (0,12…0,16)D = (0,12…0,16)×45 =  5,4…7,2 мм. Принимаем h₁ = 6 мм

Глубина винтового  канала червяка в конце зоны с переменной глубиной нарезки:

где i – коэффициент (степень) сжатия, зависящий от вида перерабатываемого материала.

Для САМ i = 2,7…3,1[1, стр.161, табл.6.2] Примем i = 3.

1.2 Оптимальная скорость вращения червяка в дозирующей зоне

гдe Q – производительность экструдера в зависимости от материала, для САМ пластика Q = 95 кг/ч

К – геометрическая константа;

К = 1/(1/k₁ + 1/k₂ + … + 1/k_i)

k₁ = pd⁴/128L = 3.14×4.5⁴/(128×111.5) =0.089;

К = 1/(1/0.089) = 0.089;

где l – длина зоны дозирования, l = 45 см;

j_н и j_к – угол наклона винтовой линии по дну канавки в начале и конце участка с разной глибиной нарезки

где h_х – переменная глубина нарезки, изменяется от h_н =h₁ до h_к = h₂;

Коэффициент S определяется по формуле:

Значения интегральных коэффициентов

где С = (h₁ – h₂)/l = (0.6-0.18)/45 = 0.0093;

1.3 Мощность привода червяка

N = 32×10^-5×Q_c(Т_р — Т_о),

где Т_р – температура расплава, для САМ пластика Т_р = 190⁰С

Т_о – температура загружаемого полимерного материала; Т_о = 20⁰С

N = 32×10^-5×95(190 — 20) = 5,2 кВт.

1.4 Тепловая мощность на нагрев полимера

, Вт

где с_П – теплоемкость полимера. Дж/кг×град;

Для САМ пластика с_П = 1,11 кДж/кг×град = 1110 кДж/кг×град;

t₁ и t₂ – температура полимера в зоне загрузки и на выходе из зоны дозирования;

 

2. Проверочный механический расчет

2.1 Расчет червяка

Червяк представляет собой консольный стрежень, к которому приложено осевое усилие Р, равномерно распределенная нагрузка от собственного веса червяка q и крутящий момент М_кр. Расчетная схема представлена на рисунке 3.

Червяк находится в сложнонапряженном  состоянии и рассчитывается по третьей теории прочности:

Рисунок 3 – Принципиальная схема крепления червяка (а) и сил, приложенных к червяку (б) и его винтовой нарезке

Напряжение сжатия опредляется по формуле:

,

где F = p(D_ср² – d₁²)/4, мм²

D_ср – средний диаметр червяка, D_ср =  D – h₁ = 45 – 6 = 39 мм;

d₁ – диаметр отверстия для охлаждения червяка;

d₁ = 20 мм

F = 3,14×(39² – 20²)/4 =  880 мм²;

Р = Dр×pD²/4 = 20×3.14×45²/4 = 3179 Н

где Dр – давление в головке; Dр = 20МПа

Напряжение изгиба

где q – погонная нагрузка от силы веса червяка Н/м; q =62,8 Н/м

W – освевой момент сопротивления сечения червяка;

Напряжение кручения

где М_кр = N/w_ч = 5200/72,3 = 72 Н×м

Wр – полярный моменет сопротивления червяка;

Допускаемое напряжение изгиба

[s]_{и =} s_пч/n,

где s_пч – разрушающее напряжение червяка, МПа;

Червяк изготавливаются из стали 40ХН2МА [1, стр.165, табл.6.34] для которого s_пч = 1100 МПа;

n – коэффициент запаса; n = 3;

[s]_{и =} 1100/3 = 367 МПа.

Уусловие выполняется, прочность шнека обеспечена.

 

2.2 Расчет подшипников

Коэффициент работоспособности упорного подшипника

где n – частота вращения червяка, об/мин; n = 72.3 об/мин;

Н – требуемая длоговечность подшипника, Н = 10⁴ ч;

С₁ – коэффициент динамичности нагрузки; С₁ = 1,3;

С₂ – температурный коэффициент; С₂ = 1,3.

По ГОСТ 7872-89 [2] для упорного шарикового подшипника 8312 с внутренним диаметром 60 мм динамическая грузоподъемность С = 102000Н [2, табл.20].

30755 H < 102000 H.

Так как условие выполняется, значит требуемая долговоечность подшипника шнека будет обеспечена.

 

Список используемых источников

1. «Производство изделий из полимерных материалов»: Учеб.пособие/ В.К.Крыжановский и др. – СПб.: Профессия, 2008. – 464 с., ил.
2. ГОСТ 7872-89 Подшипники упорные шариковые одинарные и двойные.  Технические условия