Визначення характеристик шнека

Головною характеристикою шнека є його продуктивність в залежності від тиску на виході.

В гвинтовому каналі шнека матеріал рухається під дією бічних стінок. Швид­кість прошарків матеріалу в міру віддалення від ступиці зростає, досягаючи макси­муму на зовнішньому діаметрі шнека. В зазорі, між внутрішньою поверхнею і лінією гребенів шнека, швидкість падає від максимального значення до мінімуму на стінках циліндра. В залежності від тиску на виході шнека буде виникати потік “відпливу” і “обернений” потік різноманітної інтенсивності (див. рис. 2. ).

Якщо на вихідному отворі циліндра преса встановлена голівка з дуже великим опо­ром (або вихідний отвір цілком перекритий), то вся маса, яка подається, піде обер­неним потоком і буде циркулювати в гвинтовому каналі. Якщо зняти формуючі елементи, то прес буде працювати як транспортуюча машина, не створюючи тиску.

Якщо припустити, що за один оберт гвинта маса, як “тверда гайка”, що утри­мується від обертання, просувається їм уздовж корпуса на один крок, то теоретична продуктивність шнека може бути виражена формулою:

, м³/год.

де D - зовнішній діаметр шнека, м; d - діаметр ступиці шнека, м; t - крок гвинтової лінії на зовнішньому діаметрі, м; n - частота обертання вала шнека, с^-1;  - товщина лопаті шнека, м.

Для того, щоб глина рухалася по каналу шнека, вона повинна одночасно і при­гальмовувати від обертання, і в той же час мати деяку свободу переміщення вздовж вісі преса. Пригальмовування пробки здійснюється силами тертя глини об стінки циліндра, тому за один оберт шнека пробка ніколи не буде перенесена вздовж вісі преса на крок t. Внаслідок провертання маси зі шнеком, вона просувається за один оберт з точки С не в точку А, а в точку В (рис. 2. ). Становище точки В визначається кутом  між напрямком руху глини і площиною, перпендикулярної осі шнека. Проекція гвинтової лінії шнека

Мал. 2. .Схема руху в каналах шнека

,

звідки

.

Відношення

,

називається коефіцієнтом подачі шнека. Встановлено, що коефіцієнт подачі залежить від властивостей глини, геометрії шнека і протитиску в голівці преса.

Величина кута ( може бути визначена за формулою

де

;

де D_ср - середній діаметр шнека, м; f_s - коефіцієнт тертя глини по металу; _ср, _D, _d - кути підйому гвинтової лінії відповідно на середньому, зовнішньому і внутрішньому діаметрі шнека; H - глибина каналу шнека, W_ср, W_D, W_d - ширина каналу шнека на середньому, зовнішньому і внутрішньому діаметрі шнека, м; Z_D - довжина гвинтової лінії ділянки шнека, що розглядається, по зовнішньому діаметрі, м.

Тоді продуктивність преса

,

де К_у - коефіцієнт, що враховує “відплив” маси по зазорах.

Розмір К_у залежить від розміру зазору між гребенями шнека і циліндра, тиску і фізико-механічних властивостіей глиномаси. Для розрахунків його розміру можна приймати К_ =0,12...0,23.

Визначення тиску і навантажень робочих органів шнекового преса

Для розрахунку тисків в каналах шнекового преса розглянемо рівновагу елементарного об’єму глини під впливом зовнішніх сил (рис. 2. ).

Рис. 2. . Схема розрахунку тисків в каналах шнека

Всі сили є функцією тиску, геометричних параметрів шнека і коефіцієнтів тертя. При проектуванні сил на вісь Х отримаємо

Q₁ sin_ + (Q₆ –Q₂) sin_ср + 2Q₃ sin_ср + f_s sin_ср + Q* cos_ср = 0.

Рівняння крутних моментів відносно осі X:

де Q₁ = fPW_DdZ_d - сила тертя з боку циліндра; Q₇ = Q₈ = PHdZ_ср - сила тиску лопатей шнека; О₃ = Q₄ = f_sPHdZ_ср - сила тертя лопатей шнека; Q₅ = f_sPW_dZ_d - сила тертя об ступицю; Q₆ = Q₂ = PW_срН- сила від різниці тиску; fs* - реакція з боку шнека на силу Q₁; f_sQ - сила тертя від сили Q. Вирішуючи приведені вище рівняння щодо тиску Р маємо

Р₁ = P₂ еqZ_D,

де Р₁ - тиск на початку ділянки, що розглядається; Р₂ - тиск в кінці ділянки, що роз­глядається; е - стала натурального логарифма; Z_D - довжина гвинтової лінії шнека по зовнішньому діаметрі; q - показник ступеня, залежить від геометричних параметрів шнека і коефіцієнтів тертя:

Крутний момент на валу шнека може бути визначений із рівняння (2. ). Шнековий вал може розвити тільки такий момент, який спроможний сприймати циліндр преса, що є гальмівною ланкою системи. Елементарний момент від сил тертя на стінках циліндра

.

Підставивши значення Q₁ і проинтегрувавши вираз елементарного моменту в межах аналізованої ділянки, що розглядається, отримаємо

, Нм

де Р_о - початковий тиск на ділянці.

Тоді потужність на валу шнека

N = M , Вт

Осьове навантаження на шнек

де R_еф - зовнішній радіус шнека, м;

,

де r - радіус ступиці, м; _ср = arctg; причому tg чисельно дорівнює f_s.

Приведені розрахункові залежності визначаються при постійних коефіцієнтах тертя. Для одержання більш точних результатів необхідно: зробити розрахунки тиску поетапно, у межах кожного кроку шнека, постійно коректуючи значення коефіцієнтів тертя в залежності від тиску в каналах шнека.