книги из ГПНТБ / Масликов, В. А. Технологическое оборудование производства растительных масел учеб. пособие

Если для прессов различных типов сопоставить -изменения свободного объема витков по длине шнекового вала (рис. V—21), то сразу выявляется разница как в конструкции, так и в качест­ ве вала. Понятно, что наилучшей конструкцией шнекового вала будет та, у которой изменение свободного объема будет наибо­ лее плавным.

Отмечалось, что поступающая мезга имеет большое количе­ ство межчастичных пустот, которые для сокращения внешней

на первым витком, передается на второй; однако на втором витке степень сжатия отрицательная (е = —1,26), т. е. свободный объем его больше свободного объема первого витка, поэтому мез­ га не будет подвергаться сжатию.

четвертом витке будет наблюдаться сжатие мезги (е—2,24). Отсюда ясно, что второй и третий витки шнекового вала пресса ЛЦ работают как транспортные витки и не совершают полезной работы (не создают давления); поэтому как бы укорачивается рабочая длина шнекового вала, т. е. уменьшается время дейст­ вия давления на мезгу.

231

Изменение свободного объема витков подчиняется некоторой закономерности, потому между свободным объемом витка и его порядковым номером на шнековом валу должна быть вполне определенная закономерность. Такая закономерность была ус­ тановлена для пресса ФП [77], обладающего иаилучшей конст­ рукцией шнекового вала, в виде уравнения

ков должно быть на шнековом валу для создания определенной степени сжатия, или же найти свободный объем каждого витка на шнековом валу.

Степень сжатия мезги, получаемая делением свободного объема первого витка на свободный объем последнего витка, характеризует в некоторой степени шнековый вал. Однако эта

Кроме того, после лредконусной камеры имеется регулировоч­ ное устройство той или иной конструкции, которое создает про­ тиводавление, что также вызывает сжатие мезги.

Следовательно, теоретическую степень сжатия мезги в прес­ се ВпрМожно представить как степень сжатия мезги, создавае­

мую шнековым валом еш.в, умноженную на некоторый коэффи­ циент, величина которого зависит от положения регулировочно­ го устройства (или — что то же — от ширины выходной щели пресса):

Проведенные расчеты, сделанные при условии, что скорости движения мезги в предконусной камере и в регулировочном уст­ ройстве одинаковые, дали возможность найти степень сжатия мезги в прессе в зависимости от ширины выходной щели. Резуль­ таты такого расчета приведены ниже:

Математическая обработка этих данных позволяет найти ве­ личину k

232

где 6 — ширина выходной щели (в мм), при которой работает пресс.

Следовательно, теоретическая степень сжатия мезги в прессе

где еш.в — степень сжатия, создаваемая шнековым валом.

Таким образом, степень сжатия мезги в прессе ФП колеблет­ ся от 13,1 до 23,3 в зависимости от ширины выходной щели. Учи­ тывая коэффициент возврата, можно предположить, что не вся мезга с предыдущего витка переходит на последующий; следова­

ную степень сжатия мезги в прессе ФП, величина которой была найдена равной 2,8—2,96. Однако полученная величина оказа­ лась неточной из-за несовершенства методики.

В 1955 г. автор [77] определил действительную степень сжа­ тия мезги в таких же прессах, работающих па подсолнечной мезге.

При исследованиях выявилось, что действительная степень сжатия мезги в прессе изменяется в зависимости от ширины вы­ ходной щели пресса и колеблется в пределах 5,2—7,4.

Для определения практической степени сжатия мезги в прес­ се ФП с учетом теоретически выведенного уравнения получена эмпирическая формула

По этому уравнению получают несколько завышенную сте­ пень сжатия мезги. Корректируя уравнение (V—67) по замеряе­ мой, расходуемой на работу пресса мощности, получаем конеч­ ное уравнение для практической степени сжатия мезги в прессе

Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д А В Л Е Н И Я В Д О Л Ь Ш Н Е К О В О Г О В А Л А

Изменение теоретической степени сжатия мезги вдоль шнеко­ вого вала было рассмотрено выше; однако из-за наличия коэф­ фициента возврата действительная степень сжатия на витках бу­ дет иной. Для определения действительной степени сжатия мез­ ги на витках можно исходить из следующих предпосылок.

Теоретическая степень сжатия мезги в прессе может быть оп­ ределена по формуле (V—66), а практическая — по эмпириче­ ской формуле (V—68).

Так как действительная и теоретическая степень сжатия мез-

2 3 3

ги на первом витке составляет 1, то отношение этих степеней сжа­ тия мезги на конусе пресса

^Следует полагать, что такое соотношение между действитель­ ной и теоретической степенями сжатия будет и на прессующих витках; тогда из формулы (V—69) получим

в конусе достигает значительной величины и изменяется в зави­ симости от ширины выходной щели пресса; давление на послед­ нем витке шнекового вала составляет относительно малую ве­ личину. Например, при влажности поступающей подсолнечной мезги 6% и температуре ее жарения 90°С расчетным путем по­

Таким образом, в форпрессах масло отжимается при давле­ нии, не превышающем 5,0 МПа, хотя давление на конусе может достичь большего значения.

По формуле (V—70) можно определить действительную сте­ пень сжатия на каждом витке, и, следовательно, можно найти давление на нем. Кроме того, при помощи этого соотношения можно установить влияние положения регулировочного устрой­ ства на распределение давления по длине шнекового вала.

На рис. V—22 показано распределение давления по длине шнекового вала для какого-то частного случая. Здесь видно, что при переходе мезги с витка на виток давление по длине шнеко­ вого вала плавно возрастает, и так продолжается до последнего витка (до предконусной камеры). В предконусной камере давле­ ние может резко увеличиться, что будет зависеть от положения регулировочного устройства. При уменьшении ширины выходной

234

щели (при вдвигании конуса) давление в конусе сильно возра­ стает, в то время как давление на последнем витке возрастает незначительно.

Такое соотношение давлений вполне закономерно, так как большое давление, возникающее на конусе, должно на послед-

Рис. V—22. Схема изменения давления по длине шнекового вала.

ний виток передаться по мезге. Однако мезга является пластиче­ ским телом, поэтому градиент давления в ней очень велик; сле­ довательно, давление по длине предконусной камеры резко убы­ вает. Кроме того, если давлению будет подвергаться последний виток, то оно будет восприниматься передней плоскостью нитки витка, которая будет препятствовать распространению давления далее по длине шнекового вала. Проделанные расчеты полно­ стью подтверждают это.

Нужно иметь в виду и то обстоятельство, что мезга, движу­ щаяся по предконусной камере, должна преодолевать силы тре­ ния, возникающие между ней и внутренней поверхностью зеерного барабана, а также между мезгой и наружной поверхностью подконусных втулок. На преодоление этих сил расходуется часть давления; поэтому по длине предконусной камеры давление сни­ жается по направлению к выходу ракушки. Таким образом, в зеерном барабане максимальное давление будет в начале пред­ конусной камеры, т. е. на передней плоскости нитки последнего витка.

Изменение положения регулировочного устройства в основ­ ном изменяет давление на мезгу в предконусной камере; по дли­ не же шнекового вала давление на мезгу изменяется очень нез­ начительно. Однако изменение положения регулировочного уст­ ройства вызывает изменение противодавления выходящей

235

ракушки, что приводит к повышению коэффициента возврата, увеличению времени пребывания мезги в прессе и т. п.

В прессах двойного действия (пресс МП-21) в связи с нали­ чием двух шнековых валов распределение давления по их длине

Рис. V—23. Схема изменения давления по дли­ не валов в прессе МП-21.

носит своеобразный характер. Изменение давления вдоль шне­ ковых валов пресса МП-21 показано на рис. V—23 (данные Р. И. Шамсутдинова и А. Л. Маркмана). Как видно из графика, и для этого пресса примерно та же закономерность, что и для пресса ФП.

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ РАКУШКИ И МЕЗГИ О СТАЛЬНУЮ ШЛИФОВАННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ

Коэффициент трения ракушки и мезги о стальную шлифо­ ванную поверхность является важной величиной, необходимой при расчете пресса.

Исследованиями установлено, что внутри зеера имеет место граничное трение. При граничном трении между ракушкой и

стальную шлифованную поверхность зависит от того, с какого витка взята для исследования ракушка. При исследовании полу­ чены следующие коэффициенты трения в прессе ЛЦ:

Таким образом, коэффициент трения ракушки в горячем со­ стоянии по горячей смазанной стальной шлифованной поверхно­ сти зависит от степени сжатия мезги. Этими же исследованиями установлено, что коэффициент трения мезги по той же поверх­ ности составляет 0,363. Полученные коэффициенты трения ра~

2 3 6

кушки и мезги по стальной шлифованной поверхности должны рассматриваться как ориентировочные и могут быть использова­ ны при достаточно грубых расчетах.

МОЩНОСТЬ, НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ РАБОТЫ ПРЕССА

Энергия, подводимая к шнековому прессу, расходуется на: сжатие мезги от первоначального до конечного объема; преодо­ ление сил трения, возникающих между сжимаемой мезгой и вра­ щающимся шнековым валом; преодоление сил трения между движущейся мезгой и внутренней поверхностью зеера; преодо­ ление сил трения в подшипниках; разрушение вторичных струк­ тур мезги и частичное дробление ее; преодоление сил трения в редукторе.

т р е н и я м е ж д у с ж и м а е м о й м е з г о й и в р а щ а ю щ и м ­ ся ш н е к о в ы м в а л о м .

Для определения этой части потребной мощности предвари­ тельно рассмотрим силы, действующие на витке.

Давление р, которое возникает на отдельном витке при сжа­ тии мезги до определенного объема, представляется вектором, нормально направленным к поверхности передней грани нитки.

В существующей конструкции витков нитка витка наклонена под некоторым углом а к торцу витка; в поперечном сечении нит­ ка представляет собой трапецию с углом наклона передней гра­ ни нитки р (рис. V—24).

Нормально направленный вектор может быть разложен по трем координатным осям. В результате разложения этого векто­ ра получаем три давления: р 2, рз, Ръ

2 3 7

р2 — это давление витка на мезгу, направленное вдоль оси шнекового вала. Поэтому сила, противодействующая этому нажатию, т. е. сила упругих деформаций мезги, будет направле­ на в обратную сторону. Она является осевым усилием, которое воспринимается упорным подшипником шнекового вала.

Рис. V—24. Силы, действующие на витке шнека.

Давление р?, направлено против вращения шнекового вала и, таким образом, препятствует его вращению. Она создает тот кру­ тящий момент, который преодолевает шнековый вал.

Pi — радиальное давление, направленное от вала к внутрен­ ней поверхности зеерного барабана; оно прижимает мезгу к этой поверхности. Кроме того, под действием давления /?4 происходит выдавливание масла из толщи прессуемой мезги к щелям зеер­ ного барабана, через которые оно и удаляется. Однако нужно иметь в виду, что давление ц4 является лишь одной из составля­ ющих полного радиального давления.

Известно, что при сжатии тела в замкнутом пространстве си­ лой, нормально направленной к поверхности сжимаемого тела, будет создаваться также радиальное давление

Для мезги примем среднее значение коэффициента Пуассона равным 0,3; тогда коэффициент бокового давления

Таким образом, создаваемое радиальное давление

■ 238

В тех направлениях, где имеется перемещение, возникает си­ ла трения, направленная в сторону, обратную движению. В дан­ ном случае мезга перемещается вдоль линии действия давления р3; поэтому развивающаяся сила трения

где f — коэффициент трения мезги о поверхность витка.

Следовательно, суммарное удельное давление в направлении Рз (в МПа)

После проведенного анализа системы сил на витке можно' определить мощность, необходимую для вращения шнекового» вала. Сила, давящая на нитку витка (в Н)

где Fв — боковая проекция площади нитки витка, м2.

Боковая проекция площади нитки витка не представляет-со­ бой кольца, так как шаг нитки больше длины витка; следователь­ но, на боковой проекции будет некоторый разрыв, равный углу 0. Поэтому боковая проекция площади нитки витка

где D и d — наружные диаметры нитки и тела витка, м.

Сила 5 приложена на некотором расстоянии от оси шнеково­ го вала; это расстояние равно среднему радиусу витка

D -f- d

Следовательно, сила S будет создавать крутящий момент

(в Н • м)

Необходимая мощность на вращение рассматриваемого витка

Так как давление на каждый виток различно, то мощность нужно считать по каждому витку отдельно.

239

3. М о щ н о с т ь , н е о б х о д и м а я на п р е о д о л е н и е сил т р е н и я м е ж д у д в и ж у щ е й с я м е з г о й и в н у т р е н н е й п о в е р х н о с т ь ю з е е р а.

Мезга при своем перемещении вдоль зеерпого барабана при­

Прессуемая мезга перемещается витком с определенной ско­ ростью, которая может быть приближенно определена по фор­ муле

где п — частота вращения вала, об/мин; S — шаг нитки, м.

Мощность (в кВт), необходимая на преодоление сил трения между движущейся мезгой и внутренней поверхностью цилиндра,

где Qn — нагрузка на подшипник, Н;

d m — диаметр окружности, по которой расположены шарики в подшипни­

Зная момент трения и частоту вращения шнекового, вала, можно найти необходимую мощность (в кВт) для преодоления трения

Qn/у лДщ т1

2-60-1000

240