Визначення характеристик шнека

Основною характеристикою шнека є його продуктивність у залежності від тиску на виході.

У гвинтовому каналі шнека матеріал рухається під впливом бічних стінок. Швидкість шарів матеріалу в міру видалення від маточини зростає досягаючи максимуму на зовнішньому діаметрі шнека. У зазорі, між внутрішньою поверхнею і лінією гребенів шнека, швидкість падає від максимального значення до мінімуму на стінках циліндра. У залежності від тиску на виході шнека буде виникати потік "витоку" і "зворотний" потік різної інтенсивності.

Якщо на вихідний отвір циліндра преса встановлена голівка з дуже великим опором (чи вихідний отвір цілком перекрите), - то вся подавана маса піде зворотним 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 оборот гвинта маса як “тверда гайка”, утримувана від обертання, просувається їм уздовж корпуса на один крок, то теоретична продуктивність шнека (м³/ч) може бути виражена формулою:

, (3.9)

де D - зовнішній діаметр шнека, м; d - діаметр маточини шнека, м; t - крок гвинтової лінії на зовнішньому діаметрі, м; n - частота обертання вала шнека, c^-4 ;  - товщина лопати шнека, м.

Д

А

ля того щоб глина рухалася по каналі шнека, вона повинна одночасно і пригальмовується від обертання, і в той же час мати деяку волю переміщення уздовж осі преса. Притормаживание пробки здійснюється силами тертя глини об стінки циліндра; тому за один оборот шнека пробка ніколи не буде перенесена уздовж осі преса на крок I. Унаслідок провертання маси зі шнеком вона просувається за один оборот із крапки З не в крапку А, а в крапку В (рис. 3.2). Положення крапки У визначається кутом р між напрямком руху глини і площиною перпендикулярної осі шнека. Проекція гвинтової лінії шнека

Рис. 3.2. Схема руху в каналах шнека

відкіля

,

звідки

. (3.10)

Відношення

(3.11)

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

Величина кута  може бути визначена за формулою

,

де

;

D_сер - середній діаметр шнека, м; f_s - коефіцієнт тертя глини по металі; _сер, _D, _d - кути підйому гвинтової лінії відповідно на середньому, зовнішньому і внутрішньому діаметрі шнека; Н - глибина каналу шнека, м; W_сер, W_D, W_d - ширина каналу шнека на середньому, зовнішньому і внутрішньому діаметрі шнека, м; Z_D - довжина гвинтової лінії розглянутої ділянки шнека по зовнішньому діаметрі, м.

Тоді продуктивність преса

, (3.12)

де К_у - коефіцієнт, що враховує "витік" маси по зазорах.

Величина К_у, залежить від величини зазору між гребенями шнека і циліндра, тиску і фізико-механічних властивостей глиномассы Для розрахунків його величину можна приймати К_ = 0,12...0,23.

Визначення тисків і навантажень у робочих органах шнекового преса

Для розрахунку тисків у каналах шнекового преса розглянемо рівновагу елементарного обсягу глини під впливом зовнішніх сил (рис. 3.3).

Рис. 3.3.Схема розрахунку тисків у каналах шнека

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

.(3.13)

Рівняння моментів, що крутять, щодо осі Х:

(3.14)

де - сила тертя з боку циліндра;

- сила тиску лопат шнека;

- сила тертя про лопату шнека;

- сила тертя об маточину;

- сила від різниці тиску;

- реакція з боку шнека на силу ;

- сила тертя від сили .

Вирішуючи приведені вище рівняння щодо тиску Р₁ маємо

,(3.15)

де Р₁- тиск на початку розглянутої ділянки;Р₂-. тиск наприкінці розглянутої ділянки;е- підстава натурального логарифма;Z_D- довжина гвинтової лінії шнека по зовнішньому діаметрі;q- показник ступеня, залежить від геометричних параметрів шнека і коефіцієнтів тертя:

(3 16)

Момент, що крутить, на валу шнека може бути визначений з рівняння (3.14). Шнековий вал може розвити тільки такий момент, що здатний сприймати циліндр преса, що є гальмовою ланкою системи Елементарний момент від сил тертя на стінках циліндра

. (3.17)

Підставивши значення Q₁ і проінтегрувавши вираження елементарного моменту в межах розглянутої ділянки, одержимо

, (3.18)

де Р₀ - первісний тиск на розглянутій ділянці.

Тоді потужність на валу шнека

. (3.19)

Осьове навантаження на шнек

, (3.20)

де R_еф - зовнішній радіус шнека, м;

,(3.21)

r - радіус маточини, м; _сер=arctg - причому tg чисельно дорівнює f_s.

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

П р и к л а д. Визначити характеристики формуючих елементів шнекового преса, продуктивність і потужність привода при формуванні цегли з глин середньої пластичності W =20%.

1. Задаємося продуктивністю преса , допустимо П=8000 шт./год., об'ємна продуктивність Q=4330 cм³/с = 43,310^-4 м³/с.

2. Визначаємо розміри формуючих елементів преса.

Вихідний розмір мундштука визначається розмірами цегли, з урахуванням усадки при сушінні:

- висота вихідного перетину мундштука h =0,123 м;

- ширина мундштука b =0,258 м;

- довжина мундштука l =0,125м;

- висота вихідного перетину мундштука (при конусності 7°) Н=0,154 м.

Зовнішній діаметр шнека

(м).

Діаметр маточини

(м).

Крок гвинта

(м).

Середній діаметр шнека

(м).

Кути підйому гвинтової лінії:

;

;

.

Глибина каналу

(м).

Ширина каналу шнека:

(м);

(м);

(м).

Довжина гвинтової лінії по зовнішньому діаметрі

(м)

3. Визначаємо розміри перехідної голівки.

Форма голівки може бути представлена у виді усіченого конуса з розмірами:

- діаметр вхідного перетину голівки D=0,51 м;

- довжина голівки l_Г=0,2 м.

Приведений діаметр вихідного перетину голівки знаходимо з умови равновеликости площі входу в мундштук і площі перетину виходу з голівки:

; ,

відкіля

(м).

4. Визначаємо геометричні константи (табл. 3.1):

- голівки:

(м³);

-мундштука:

(м³);

5. Визначаємо градієнт швидкостей:

- у голівці:

(с^-1);

- у мундштуці:

(с^-1);