3.Валковые машины

Назначение, основные параметры, классификация

Валковые машины разделяются на вальцы и каландры. Вальцы предназ­начаются для смешения, пластикации, перетирания и дробления в процессах переработки полимерных материалов.

На рис. 1-1V приведены возможные схемы обработки массы на вальцах. Материал подается на валки в виде отдельных кусков,-гранул, порошкооб­разных или волокнистых масс. При вращении валков навстречу один дру­гому вследствие трения и адгезии за­гружаемый материал затягивается в зазор между валками и на выходе из него прилипает к одному или дру­гому из валков в зависимости от зна­чений их температуры и окружной скорости. Каждый валок должен иметь систему регулирования темпе­ратуры его поверхности. Характер . протекания процесса вальцевания за­висит от величины зазора между вал­ками. Зазор регулируется специаль­ным механизмом.

Процессы гомогенизации, смеше­ния и пластикации требуют много­кратного пропускания массы через за­зор между валками и могут осуществ­ляться периодически или непрерывно. На вальцах периодического действия (рис. 1, a-IV) после загрузки масса проходит неоднократно через зазор, прилипая к одному из валков, переме­шивается и гомогенизируется вследст­вие неравенства окружных скоростей. После многократного пропускания че­рез зазор (число циклов зависит от вида смеси и определяется экспери­ментально) масса срезается отдельны­ми полосами вдоль образующей по длине валка.

На вальцах непрерывного действия (рис. 1. б-IV) масса непрерывно пода­ется на один из концов валков или в середине, проходит между валками, совершая при этом вращательные и поступательные движения вдоль обра­зующей валка (к противоположному концу или к обоим концам валков — в зависимости от места загрузки) и непрерывно срезается в виде узкой ленты. При вальцевании срезание ма­териала с валка и подача его в зазор имеют существенное значение, так как при этом нарушается замкнутость ли­ний тока и обеспечивается перемещение материала в направлении горизон­тальной оси валка.

а — периодическим способом (/ — загрузка массы; // — вальцевание, /// — окончание вальцевания; IV — срезание массы); б — непрерывным спо­собом (/ — нож; 2 — непрерыв­но срезаемая лента массы)

Рис. 1-IV. Схемы обработки массы на вальцах:

В зависимости от возникающих при многократных пропусканиях смеси че­рез зазор напряжений, свойств мате­риала и фрикции происходят упругая, пластическая деформация или разру­шение материала.

В каландрах размягченный поли­мерный материал проходит через за­зор между валками, оси которых обычно расположены в горизонталь­ной плоскости. При этом образуется бесконечная лента, толщину и ширину которой можно регулировать. На ка­ландрах осуществляют следующие технологические процессы: листова-ние, промазку ткани, изготовление профилированной ленты или полосы, тиснение поверхности материала, дуб­лирование ткани или листов пластиче­ского материала и т. д. Каландры могут иметь от двух до шести валков (рис. 2-1V). Для дублирования и тис­нения применяют преимущественно двухвалковые каландры, глажения и промазки — трехвалковые, листования и выполнения универсальных техноло­гических операций — трех- и четырех-валковые каландры. В зависимости от назначения каландра валки могут иметь одинаковые и разные (фрикция до 1,35) окружные скорости. При этом обрабатываемый на каландре матери­ал проходит через данный зазор меж-

ду валками однократно (в отличие от вальцов).

По характеру изменения давления и зазора различают каландры с посто­янным зазором, постоянным давлени­ем, переменным зазором и давлением. В первом случае положение осей вал­ков и, следовательно, величина зазора фиксируются жестко и могут несколь­ко меняться лишь вследствие дефор­мации системы. При различной тол­щине втягиваемого в зазор материала давление валков на материал возрас­тает с увеличением степени обжатия. Во втором и третьем случаях в паре валков ось одного из них неподвижна, а ось другого имеет возможность по­перечного перемещения за счет под­вижных опор. Для создания давления валка на материал применяют грузы, пружины, гидравлические устройства и т. п. В этих случаях для достижения статического равновесия зазор изме­няется в процессе работы, т. е. когда силы реакции обрабатываемого мате­риала, действующие на валки, не уравновешивают опорные реакции. Последние могут быть постоянны (на­пример, при установке грузов или гид­равлических цилиндров с жидкостью постоянного давления); в этом слу­чае общее давление валков на мате­риал не зависит от его начальной толщины при поступлении в зазор. Если опоры подвижного валка упругие (при установке пружин, пневмати­ческих цилиндров и т. п.), то с изме­нением толщины материала зазор ме­жду валками меняется и давление валков на материал также не останет­ся постоянным: при увеличении тол­щины материала зазор и давление возрастают, при уменьшении толщи­ны — снижаются.

89

:

а — Г-образное; б — L-образное: в — вертикальное; г — треугольное;

д — Z-образное;

е — S-образное

Рис. 2-IV. Схемы расположения валков каландра

Для листовання, профилирования, обмазки и обкладки необходимы ка­ландры с постоянным зазором; для тиснения, дублирования и глажения — с переменным зазором и постоянным давлением; для обкладки и глажения можно пользоваться каландрами с пе­ременными зазорами и давлением.

Вальцы, каландры и установки, в которые входят вальцы и каландры, можно классифицировать по конструк­тивным и технологическим признакам.

Вальцы разделяют по следующим конструктивным признакам: по диа­метру D и длине L валка на вальцы легкого типа (D = 300 мм и L — = 800 мм, D = 500 мм и L = 800 мм), среднего типа (D = 550 мм и L = = 1500 мм), тяжелого типа (D = = 660 мм и L = 2100 мм); по величи­не фрикции между передним и задним валками (f = 1,08; 1,17; 1,27; 1,39; 2,55; 4,00); по виду поверхности валка (гладкая или рифленая); по расположению валков (горизонтальные, вер­тикальные); по числу машин в агрега­те (индивидуальные, сдвоенные, груп­повые) ; по способу регулирования температуры валков (с паровым или электрическим обогревом, водяным охлаждением).

По технологическим признакам вальцы для переработки пластических масс разделяют на смесительные, пластицирующие (для интенсивного перемешивания, гомогенизации и пла­стикации), краскотерочные, дробиль­ные (для размола или расщепления некоторых видов сырья, полупродук­тов или отходов), для переработки пресспорошков.

Каландры классифицируют по сле­дующим конструктивным признакам: по диаметру D и длине L валка на каландры легкого типа (О = 360 мм и L = 1100 мм, D = 500 мм и L = = 1250 мм), среднего типа (D = = 610 мм и L = 1800 мм, D = 710 мм и L = 1800 мм), тяжелого типа (D = = 960 мм и L = 2800 мм); по нали­чию фрикции между валками (с фрикцией и без фрикции); по распо­ложению валков (Г-образное, L-образ­ное, вертикальное, треугольное, Z-об­разное, S-образное); по числу валков (двух-, трех-, четырех- и многовалко­вые); по способу регулирования зазо-

ра между валками (механический, автоматический); по виду обогрева валков (жидкие теплоносители, вода, электрический обогрев).

По технологическим признакам ка­ландры для переработки пластических масс разделяются на: листовальные (для изготовления листов или пленки, линолеума, искусственных кож и т. д.), промазочные (для промазки ткани) и дублировочные (для покры­тия бумаги и ткани пленкой из поли­мерных материалов).

Основными конструктивными пара­метрами валковых машин являются частота вращения, диаметр и длина валков. СЭВ (Совет экономической взаимопомощи) рекомендует следую­щий размерный ряд валков (диа­метр X длина) вальцов: 490 X 800; 550 X 800; 550 X 1500; 660 X 2100 мм для переднего валка; 610 X 800; 550 X 800; 550 X 1500; 600 X 2100 мм для заднего валка. Для каландров рекомендованы следующие размеры валков: 500 X 1250; 710 X 1800; 950 X X 2800 мм.

Основные конструкции валковых машин

Каландры и вальцы для переработки пластмасс имеют ряд типовых узлов и механизмов: полые или сверленые по периферии валки, в каналы кото­рых подается теплоноситель; подшип­ники валков (качения или скольже­ния); механизмы регулирования зазо­ров и компенсации прогиба валков; системы теплоснабжения валков, обеспечивающие их нагрев или ох­лаждение; системы смазки; ограничи­тельные стрелы; ножи для обрезки кромок; предохранительные и аварий­ные устройства; станины и фунда­ментные плиты; привод машин.

Валковые машины комплектуют также вспомогательными устройства­ми, к которым относятся: питающие, перемешивающие и возвратные уст­ройства; транспортеры; приемные, ре­зательные, пудрильные устройства и пр. Валковые машины и установки на их основе снабжают также соответст­вующими контрольно-измерительными устройствами и системами тепловой и электрической автоматики.

Конструкции вальцов и каландров

На рис. 3-IV показаны вальцы для пластикации и получения заготовок при производстве винипластовых лис­тов, труб и ленты. На чугунной фун­даментной плите // установлены две стальные станины 10 с траверсами, несущими валки 9 с подшипниками 5 (диаметр валков 550, длина 1530 мм). Задняя пара валковых подшипни­ков неподвижна, передняя пара мо­жет перемещаться в направляющих станины при помощи нажимных вин­тов, которые вращаются электродви­гателями через червячные редукторы 1. Валки нагреваются перегретой во­дой до температуры 180" С. Задний валок приводится через двухступенча­тый коническо-цилиндрический редук­тор 8 и пару приводных колес 4. Пе­редний валок приводится во вращение через пару фрикционных шестерен 2 (фрикция 1,00; 1,17 и 1,27).

Асинхронный электродвигатель 7 соединен с редуктором упругой муф­той. Для остановки вальцов служит колодочный тормоз 6. Корпусы под­шипников стальные, в них запрессова­ны втулки из бронзы. Зазор между шейкой валка и вкладышем несколь­ко увеличен из-за повышенной темпе­ратуры переработки. Система смазки подшипников —циркуляционная. Вальцы снабжены вспомогательны­ми устройствами: приспособлениями для возврата массы в зазор валков и скатывания вальцуемого материала в рулон, ножом для подрезания кромок, передвижными ограничительными стрелами 3. Просыпающаяся (через зазор между валками) во время за­грузки порошкообразная масса воз­вращается в рабочий зазор вальцов фартуком (ленточным транспортером) 13, который облегчает обслуживание машины и снижает количество отхо­дов. Пластицируемые и смешиваемые материалы несколько раз пропускают­ся через зазор вальцов для получения однородной массы. Выходящая из вальцов масса свертывается в рулон валиком, прижимаемым к образую­щей переднего валка. Для съема ма­териала при изготовлении ленты при­меняют устройство 12 с двумя диско­выми ножами, установленными на пе­редвижных каретках. Каретка с ножа­ми при помощи ходового винта совершает возвратно-поступательное движение вдоль образующей валка. При этом срезается лента необходи­мой ширины.

На рис. 4-IV показан четырехвалко­вый Г-образный каландр, предназна­ченный для изготовления пленки из пластифицированного полихлорвинила толщиной 0,08—0,50 мм. Диаметр вал­ков 710, длина 1800 мм. Валки /8, 19, 20, 22 установлены в подшипниках скольжения / на двух станинах 23, расположенных на двух фундамент­ных плитах 14. В верхней части станины связаны между собой сварными траверсами 4. Подшипники выносного 22, верхнего 20 и нижнего 18 валков могут перемещаться по направляю­щим станин для создания необходи­мого зазора между валками.

Подшипники выносного, верх­него и нижнего валков переме­щаются механизмами 6 регули­рования зазора, которые пред­ставляют собой трехступенча­тые червячные редукторы с электродвигателями. Механиз­мы регулирования зазора установлены по каждую сто­рону от валка. Для обеспечения заданной толщины каландриру­емой пленки предусмотрены механизмы 2 выбора люфтов в подшипниках и звеньях меха­низмов регулирования рабочего зазора. Нагрузка на валки соз­дается тарельчатыми пружина-нами. Для компенсации неров­ности толщины пленки по ши­рине листа из-за прогиба вал­ков от распорных усилий пре­дусмотрен перекос оси среднего валка по отношению к осям верхнего и нижнего валков. Перекос осуществ­ляется механизмом 8, который со­стоит из червячного редуктора с электродвигателем. Механизм связан общим валом с двумя червячными парами 7, находящимися в специаль­ных проемах правой и левой станин. Для постоянного прижима подшипни­ков среднего валка к нажимным вин­там установлено два гидроцилиндра 3. Для ограничения растекания смеси вдоль валков и получения необходи­мой ширины пленки на валках имеют­ся ограничительные стрелы. Валки обогреваются и охлаждаются тепло­носителем, нагреваемым в устройстве 12 и циркулирующим в периферичес­ких каналах. Полихлорвиниловая мас­са подается питателем 21 в зазор ме­жду верхним и выносным валками. Проходя средний и нижний валки, масса формируется в пленку заданной толщины. После нижнего валка плен­ка поступает на валок, где обрезают­ся кромки до заданной ширины. Обре­занная кромка в виде ленты возвра­щается поворотными роликами 17 в рабочий зазор между верхним и вы­носным валками. Затем пленка поступает на холо­дильный барабан 16 для предвари­тельного охлаждения, в тиснильное устройство, а затем в охлаждающее устройство 15. Система измерения толщины пленки автоматически связа­на с механизмом регулирования рабо­чего зазора между средним и нижним валками. Для аварийной остановки каландра предусмотрено устройство 5, состоящее из соединенных с конечны­ми выключателями тросов. Каждый валок каландра приводится отдельно от электродвигателей // постоянного тока через блок-редуктор 10 (переда­точное число 45) и универсальные шпиндели 9. Привод обеспечивает не­обходимую фрикцию между валками и регулирование окружной скорости валков в пределах 6—60 м/мин. Цир­куляционная смазка валковых под­шипников осуществляется от масля­ной станции 13. В зависимости от ре­жима работы каландра масло подо­гревается или охлаждается.

Рис. 3-IV.

Вальцы для переработки пластических

Рис. 4-1V. Четырехвалковый Г-образный каландр для получения полнхлорвиниловой пленки

Конструкции

основных деталей узлов и механизмов

Валки являются основными рабочими деталями вальцов и каландров. Сред­нюю часть валка, соприкасающуюся с перерабатываемым материалом, назы-

вают бочкой (рис. 5-1V). По обе сто­роны от бочки расположены шейки (цапфы) валка, которыми он опирает­ся на подшипники. Концевые части валка имеют шлицевые или шпоноч­ные канавки. Бочки валков выполня­ют гладкими или рифлеными, в зави­симости от назначения машины. Боч­ка валков, кроме того, может быть цилиндрической или бочкообразной (бомбировка) для компенсации про­гиба ее от распорных усилий, возника­ющих при вальцевании или каландри­рования. Бомбировка удорожает из­готовление валков, поэтому для ком­пенсации прогиба лучше применять перекрещивание валков. Для подачи теплоносителя валок выполняют по­лым или с каналами, что улучшает условия теплообмена. Периферические каналы равномерно располагаются по окружности, на расстоянии 25—40 мм от поверхности валка (диаметр кана­лов — 30—40 мм).

Вид Б

а — валок вальцев передний; б — валок вальцев задний; в — валок каландра

Рис. 5-IV. Валки вальцев и каландров:

Основными параметрами, характе­ризующими размеры валков и машину в целом, являются номинальный диа­метр бочки валка и ее длина. Из усло­вий обеспечения необходимой жестко­сти длину бочки валка принимают не более 2,5—4,0 D (D —диаметр валка), а диаметр шейки —0,5 D (в случае применения подшипников качения эту величину уменьшают). При конструи­ровании валков необходимо учиты­вать, что их размеры нормализованы. В табл. 1-IV, 2-1V, 3-IV приведены размеры валков вальцов и каландров, выпускаемых заводом «Большевик» (обозначения — см. рис. 5-IV).

На рис. 6-IV показан типовой валок четырехвалкового Z-образного каланд­ра. С одной стороны валок закрыт заглушкой 5; с другой стороны во внутреннюю полость валка введена труба / для подачи теплоносителя.

Теплоноситель поступает внутрь трубы / и вытекает в полость валка по правую сторону от уплотнительно-го поршня 6, который разделяет внут­реннюю часть валка на две полости. Попав в правую полость, теплоноси­тель, поступает по наклонным кана­лам, просверленным в корпусе 2 вал­ка; каждый канал соединен с гори­зонтальным каналом охлаждения, про-

Основные размеры (мм) переднего валка вальцов(см. рис. 5, a-IV)

Таблица 1-IV

L	D	D1	D2	D3	D4	L1	L2	L3	L4	L5	L6	В	t
800	490_0,5 550_05	320	260	270 310	280	194 0	900	270	325	480	310	55	245
1500	710-0,5	440	410	390	430	3180	1590	490	490	1 100	480	90	382
2100	800-0.5	530	460	420	420	3900	2200	540	470	1700	360	100	429
2130	660_05	400	340	420	350	3350	2210	310	355	1750	350	80	320

Примечание. Для всех значений L : R = 100 мм.

Таблица 2-1V Основные размеры (мм) заднего валка вальцов(см рис. 5, 6-IV)

L	D	D1	D2	D3	D4	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	В	t
900	610-0, 5 550-0,5	320	230260	370310	260	2395	900	270	325	480	310	340	310	5 5	214245
1500	710 -0,5	440	410	390	430	3180	1590	490	490	1100	480	-	-	90	382
2100	800_0>5	530	460	420	420	3900	2200	540	470	1700	360	-	-	100	429
2130	660_05	400	340	420	340	3725	2210	310	355	1750	350	28 5	35 0	80	320

Примечание. Для всех значений L : R = 100 мм.