3.4.2.Розрахунок роторного преса

У зв’язку з пошуками ефективного устаткування для формування керамічних виробів останнім часом виявляється інтерес до роторних пресів, конструктивні особливості яких дозволяють до деякої міри позбавлятися від недоліків, властивих традиційним шнековим пресам. Теоретичні основи розрахунку роторних пресів досить повно приведені А.В. Николаевым [56].

Розглянемо спрощену схему процесу руху глиняної маси в каналах роторних пресів (див. мал. 3.29.). Виділимо з потоку глини в жолобі ротора елементарний об’єм з розмірами ах-bх-ах (мал. 3.38). Відкинуті зв'язки замінимо відповідними силами, які є наслідком тиску. Нормальні сили , , N₂ і N₁, що діють на бокові грані, взаємно врівноважуються. Апарат при обертанні ротора просуває масу, у результаті створюється збільшення тиску dр. Дотичні сили тертя S₁, на бічних гранях жолоба і на його днищі Т₁ а також сила бокового тиску Q, що діє на правий торець, забезпечують рух об’єму глини. Цьому руху чинять опір сила тертя об кришку Т₂ і сили лобового тиску Q + dр, що діють на правий торець.

Рис. 3.38. Схема до розрахунку роторного преса.

Запишемо умову рівноваги сил:

Q + T₁ + 2S₁ = Q + dQ + T₂.

Звідси

dQ + 2S₁ + T₁ - T₂.

Замінивши в (3.23) сили через добутки тисків на відповідні площі і коефіцієнт тертя f_s, отримаємо

dPab = 2f_sqpaR_cpd + f_sqpbR_вd - f_sqpbR_зd,

де а - глибина каналу, м; b - ширина каналу, м; R_в, R_ср, R_з – внутрішній, середній і зовнішній радіуси жолоба відповідно; f_s - ефективний коефіцієнт тертя; q - коефіцієнт бічного тиску, рівний відношенню тиску на бічні грані Р₆ до лобового тиску Р:

,

d - елементарний кут дуги ротора, рад

Поділивши члени рівняння (3.24) на р, а, b і зробивши перетворення, отримаємо:

.

Враховуючи, що R_В - R_Н = -а, маємо

Проінтегрувавши (3.26) у межах від  =0(Р = Р_о) до  (Р = Р_і), отримаємо залежність, що зв'язує зміну тиску з геометричними розмірами каналу і властивостями маси:

Якщо коефіцієнт тертя на стінках жолоба f_s буде більше, ніж на нерухомій кришці f_z, а це можливо при рифленні стінок ребер ротора, то залежність для розрахунку тиску в цьому випадку запишемо у вигляді

Визначення продуктивності роторного преса

Теоретична продуктивність роторного преса (м³/с) визначається по залежності:

Q_т = FV,

де F - сумарна площа поперечного перерізу каналів ротора, м²; V – відцентрова швидкість ротора, м/с.

Однак, у реальних умовах, через наявність додаткових опорів у зоні встанов­лення знімних ножів, перехідній голівці і мундштуці, а також через ковзання глин­омаси в роторі, експлуатаційна продуктивність буде нижче теоретичної на величину коефіцієнта подачі K_п = Q_е/Q_т. Для глин середньої пластичності W = 20...24% К_п=0,35...0,5.

Визначення потужності роторного преса

У загальному випадку потужність, що підводиться до ротора, витрачається на подачу глиняної маси під тиском у формуючі елементи преса і на подолання опорів її переміщенню в нагнітальних елементах ротора [56].

Потужність на подачу глиняної маси в перехідник

N₁ = P_ос – Q,

де Р_ос - тиск на вході в перехідник (у зоні гребінчастого ножа); Q = VS - продуктив­ність преса (тут S і V - площа поперечного переріза потоку глиняної маси і швид­кість її руху в даному місці відповідно).

Необхідне на вході в перехідник тиск P_ос - визначається так само, як для шнекових пресів, у залежності від геометричних параметрів головки і мундштука преса і властивостей маси, що формується.

Потужність, яка витрачається на подолання сил тертя глиняної маси, що знаходиться в кільцевих жолобах ротора, об внутрішню поверхню корпуса преса, визначається добутком:

N = F_к.V_о,

де F_к - ефективна сила тертя глиняної маси об корпус преса; V_о - колова швидкість ротора.

При цьому

F_к = f_sP_б.еS_к,

де f_s - коефіцієнт зовнішнього тертя глиняної маси об корпус преса; Р_б.е. - ефектив­ний бічний тиск глиняної маси на стінки каналів ротора і корпус; S_K - площа внут­рішньої поверхні корпуса преса, яка контактує з глиняною масою, що знаходиться в жолобі ротора.

Ефективне значення бічного тиску глиняної маси на стінки P_б.е. і тиск глиняної маси в напрямку її руху P_ос.е зв'язані співвідношенням

P_б.е=qP_ос.е.,

де q - коефіцієнт бічного тиску (за даними [45] q = 0,35...0,47 для глиняних мас вологістю 20...24% у діапазоні тисків 0,3...0,8 МПа).

Ефективний тиск глиняної маси в напрямку її руху може бути розрахований по формулі

де Р_о - початковий тиск глиняної маси в зоні її завантаження в жолоби ротора, що створюється силами ваги і впливом живильного валка (при такій схемі завантаження Р_о = 0,015…0,02 МПа); е - основа натуральних логарифмів; f_s - коефіцієнт тертя гли­няної маси об стінки жолобів ротора (при гладких стінках - f_s, а при рифлених стінках f_s = f_z - коефіцієнту тертя між шарами глини); R_ср - радіус кола середньої лінії стінки жолобів ротора; b - ширина жолоба ротора;  - виміряний у радіанах центральний кут, що відповідає дузі жолобів ротора, заповнений глиняною масою.

Площа S_к = aR_зl, де R_з - зовнішній радіус ротора; l - довжина ротора (відстань між зовнішніми стінками крайніх жолобів ротора).

Виразивши колову швидкість ротора як V_о = 2R_зn, де n - частота обертання ротора (n, об/с), і виконавши відповідні підстановки в (3.31) одержимо остаточно

При роботі роторного преса спостерігається ковзання глиняної маси щодо ро­тора, викликане її усадкою і передеформуванням. Цим обумовлена додаткова витрата потужності

N₃ = F_pV_к,

де F_p - ефективна сила тертя глиняної маси об стінки жолобів ротора; V_к – швидкість ковзання глиняної маси по стінках жолобів ротора.

При цьому Fp = f_sP_б.е.S_p, де S_р = R_cpam - бічна поверхня всіх жолобів ротора (тут а - глибина жолоба; m - число жолобів). Швидкість ковзання V_к = V_cp - V_д , де V_cp – лінійна швидкість ротора на радіусі R; V_д - дійсна швидкість руху глиняної ма­си. Можна представити V_д = V_срК_п, де К_п = - коефіцієнт подачі (тут S_ж – cу­марна площа поперечного переріза жолобів ротора); тоді V_к = V_cp – (1 – К_п).

За експериментальними даними, при формуванні на дослідному зразку ротор­ного преса повнотілої цегли з глин середньої пластичності вологістю 20...22% (лотком уперед) К_п = 0,4...0,45.

Підставивши в (3.35) значення знайдених величин, отримаємо з врахуванням (3.32) і (3.33) в остаточному виді

.

Формулою (3.36) не враховані втрати потужності на тертя глиняної маси об днище жолобів, оскільки вони оцінені формулою (3.34), тому що при визначенні N₂ у розрахунок була прийнята колова швидкість ротора, а не швидкість ковзання гли­няної маси по корпусу ротора.

В зоні встановлення гребінчастого ножа потік глиняної маси змінює напрямок руху. При спрощеному розгляді схеми руху глиняної маси в зоні контакту зі стінками жолобів ротора можна уявити, що потік стопориться ножем і глиняна маса сковзає по стінці жолобів ротора зі швидкістю, рівною коловій швидкості на середньому його радіусі.

Потужність, яка витрачена на подолання виникаючих при цьому опорів,

N₄ =F_нV_cp,

де F_н - сила тертя глиняної маси об стінки жолобів ротора на ділянці її вилучення з жолобів. У цьому випадку

F_н =f_sqP_ocS_н,

де S_н - площа стінок жолобів ротора, у межах якої відбувається зміна напряму руху глиняної маси (при установці ножа під кутом 45°, S_н=a²).

Підставивши в (3.27) значення відповідних величин, отримаємо

N₄=2f_sqP_oca²mR_срn.

Потужність двигуна привода ротора (без урахування потужності, що витра­чається на привод живильного валка)

,

де η - ККД привода.