4.Спеціальне устаткування для виготовлення керамічних прес-порошків

Для сушіння глиняної сировини воло­гістю до 8...12 % використовують су­шильні барабани переваж­но двох розмірів: діаметром 1,6 і 2,2 м і завдовжки 8 і 14 м.

Для пресування застосовують преси різної конструкції.

4.1. Механічний колінчасто-важільний прес СМ-1085А (рис. 7) призначе­ний для напівсухого пресування вогне­тривких виробів із шамотних і багатошамотних порошків вологістю 4...8 %. На пресі можна здійснювати напівсухе пре­сування будівельної цегли з глиняних порошків вологістю 8…12%.

Найбільша продуктивність преса за нормальною цеглою (250 х 120 х 65 мм) становить 2160 шт./год при сумарній по­тужності електродвигунів (приводу пре­са, регулятора глибини і електропідігрівників) 45,4 кВт. Найбільше зусилля пре­сування 6300 кН при загальній масі пре­са 32,6 т. Максимальна товщина виробів 0,01 м при найбільшій глибині засипання порошку 0,02 м. Режим пресування - двобічний, одпоступінчастий при чотирьох цеглинах, які одночасно пресуються.

Прес СМ-1085А складається зі станин­и, пресувального механізму, столу, при­відного, проміжного і колінчастого валів, регулятора глибини засипання прес-по­рошку, засипної каретки, штампа, пневмо-амортизаційного пристрою, пневмозніма-ча, приводу і централізованої мастильної системи.

Станина 27 виконана суцільнозварною з опорами під привідний 34, проміжний 37 і колінчастий 22 вали, стіл і вал карет­ки 10. У станині є бічні стояки 18 для вста­новлення пресувального механізму. У пе­редній середній частині станини встанов­лена ексцентрикова вісь із роликом 24 для виштовхування виробів. Напрямні штан­ги 17 зв'язують пресувальний механізм, що складається з верхньої 15 і нижньої 1З серг, з'єднаних осями 12, 14 і 16.

Станина в нижній частині мас фунда­ментальну плиту 26.

Пресувальний механізм (рис. 8.) є твердою рамою з двох напрямних штанг 17, 19, зв'язаних між собою вгорі віссю 21, а внизу — нижньою пресуваль- ною траверсою 9. Рама може вертикаль­но переміщатися по бічних стояках 18 (див. рис. 7.) станини для забезпечення виштовхування виробів із прес-форм і двобічного пресування. До осей 21, 23, 24 із втулками 20, 22, 25 шарнірно підвішені верхня 15 і нижня 14 серги з п'ятою 13, повзуном 12 із верхньою 11 і нижньою 10 пластинами і шатуном 4 із кришкою 3.

Рис. 7. Колінчасто-важільний прес СМ-1085А: а — загальний вигляд; б — кінематична схема

Верхній пресувальний повзун 12 верти­кально переміщується по площині штанг 17 і 19, прикріплених спеціальними шпон­ками 16 і 18 до верхньої і нижньої траверс. Шарніри мають бронзові вкладиші 25, 26 ковзання, рознімна головка шатуна 4 та­кож має бронзові вкладиші 5, 6 ковзан­ня, встановлені в півкільці 7 і кришці 3. У нижній частині шатуна 4 закріплені змінні копіри 1, 2 виштовхування (для виробів завтовшки (65...80 і 100 мм). Положення пресувального механізму по вертикальній осі змінюють за допомогою піднімального гвинта циліндра 8 (див. рис. 8.).

Рис. 8. Пресувальний механізм

Стіл преса (див. рис. 7) мас вигляд рами 7, що складається з переднього і заднього брусів, стягнутих за допомогою двох шпильок, між якими змонтовані прес-форми 6. Рама 7 столу вмонтована в пази станини 27 і жорстко закріплена болта­ми і клинами.

Регулятор 2 глибини засипання прес-порошку призначений для зміни положен­ня нижніх штемпелів зміною положення по висоті рами пресувального механізму за допомогою електродвигуна 1, на тра­версі 4 якого жорстко змонтований нижній штемпель 5. Зусилля підйому передаєть­ся через поршень 3 піднімальним гвин­том 28.

Регулятор (рис. 9.) – це спе­ціальний черв'ячний редуктор із піднімальним гвинтом 7, черв'як 11 якого отри­мує обертання від електродвигуна че­рез пружну муфту, що складається з півмуфт 20, 22 із зірочкою 21. Гвинт 7 шар­нірно зв'язаний зі штоком 18 цилінд­ра траверси 9 механізму пресування. Чер­в'ячний редуктор установлений під пре­сувальним механізмом на траверсі 9, підвішеній на двох колонках 2 і 5.

Засипна каретка (рис. 10.) складається з верхньої і нижньої частин, засипного ящика 7, вала переміщення ка­ретки 9 із важелями 2, 6 і регулювальни­ми гайками 8, прикріпленими гвинтом 1, а також пальця 5 і ролика 4 тяги 3, роликоопор 10, 12, 14 і 15. Верхня частина пере­сувається напрямними по восьми роли­кових опорах. Одна пара роликоопор 12 установлена на передньому брусі столу, а три пари 14, 15 змонтовані на ребрах ста­нини. Положення роликів регулюється прокладками 11.

Рис. 9. Регулятор глибини засипання прес-порошку:

1 — кронштейн; 2 — передня колонка; 3,4 – стояки; 5 — задня колонка; 6 – прокладка; 7 — гвинт; 8 — виконавчий механізм регулятора; 9 - траверса; 10 – кронштейн; 11 — черв'як; 12 – скоба; ІЗ - кожух; 14 — сухар; /5 — півхомут; 16 – втулка; 17 – кришка: 18 — шток; 19 – поршень; 20 – півмуфта; 21 —зірочка; 22 – ведена півмуфта

Засипна каретка 10 призначена для подавання порошку із засипного ящика в порожнину прес-форм 6 (див. рис. 7.).

Рис. 10. Засипна каретка.

Роликоопори 14 прикріплені до пли­ти 1З. Нижня частина каретки — плава­юча, складається зі зварної рами з гумо­вими ущільнювальними смугами.

Штамп призначений для пресування виробів і складається з чотирьох прес-форм, чотирьох верхніх і нижніх штем­пелів. Прес-форма має вигляд сталевого корпусу з чотирма порожнинами прямо­кутного перерізу, стінки яких мають не­великий уклон 0,4...0,5 % у бік для по­легшення виштовхування виробів. У по­рожнини вставляються облицювальні змінні пластини. Сталевий корпус прес-форм вставляється в пази столу і кріпить­ся двома горизонтальними шпильками. На верхньому і нижньому штемпелях є по чотири пуансони, на яких установлюють підкладкові і лицьові плити з електропідігрівниками для запобігання налипанню прес-порошку на поверхні лицьових плит.

Ппевмоамортизаційна система призна­чена для зм'якшення ударів пресуваль­ного механізму після виштовхування сир­цю. Система складається з циліндра, ре­гулювальної апаратури і трубопроводів. Удар сприймає повітряна подушка в по­рожнині між поршнем і дном циліндра.

Привідний вал (рис. 11.) при­значений для передачі крутного моменту від приводу до проміжного вала. При­відний вал складається з власного вала 3, шестірні 2, гальмівного шківа 4, шківа-маховика 8, однобічного пневматичного фрикційного диска 7.

Рис. 11. Привідний вал:

1 — стакан; 2 — шестірня; 3 — вал; 4 — гальмівний шків; 5 – розпірна втулка; 6 – стакан; 7 –фрикційний лист; 8 — шків-маховик; 9 – зубчастий вінець; 10 — конічний штифт; 11 — регулювальна прокладка; 12 — кришка; ІЗ — зубчастий натискний диск; 14 — кільце; /5 — діафрагма; 16 – упорний диск; І7 - фрикційний вкладиш; 18 – штир; 19 – пружина; 20 – конічний штифт.

Проміжний вал (рис. 12.) пе­редає крутний момент від привідного вала до колінчастого і складається з власного вала 4 і двох шестерень З і 13.

Колінчастий вал (рис. 13.) спи­рається на підшипники 5 ковзання і пе­редає рух через шатун 6 па пресувальний механізм. Вал складається з власного вала 4, зубчастого колеса 1, на внутрішній поверхні якого болтом 3 із потайною головкою жорстко прикріплений профіль­ний кулак 2 переміщення каретки.

Рис.12.Проміжний вал: 1 – штуцер; 2 – спеціальна шайба; 3,13 – шестерні; 4 – вал; 5, 11 – стакани; 6, 12 - втулки; 7,9 - півкільця; 8 - ущільнення; 10, 14, 15 - лабіринтні кришки

Рис. 13. Колінчастий вал

Пневмознімач 8 (див.рис. 7.) при­значений для видачі сирців за зону преса й укладання їх на конвеєрну стрічку. Пневмознімач складається з п'яти діа­фрагмових захоплювачів, з яких три середні — здвоєні. Пневмозахоплювачі змонтовані на передній частині каретки.

Привід преса складається з електро­двигуна 30, на валу якого насаджений змінний шків 31 із клинопасовою переда­чею для передачі крутного моменту через шків-маховик 33, гальмо 36 на велике зуб­часте колесо 21. Зміна частоти обертання колінчастого вала 22 на 6, 8, 5 чи 9 об/хв здійснюється переустановленням змінних шківів на валу електродвигуна 30.

Пресування відбувається за один оберт колінчастого вала 22. При увімкненні фрикційної пневматичної муфти 32 обер­тання через зубчасту пару 35 передаєть­ся від привідного вала 34 через проміжний вал 37 на колінчастий вал 22. Від колін­частого вала 22 через шатун 20 рух пере­дається верхнім 15 і нижнім ІЗ сергам.

Повзун 11 із верхніми штемпелями 9 здійснює при цьому зворотно-поступальний рух по вертикалі. На початку пресу­вання нижні штемпелі 5 опущені. При обкатуванні ролика 29 по профілю кула­ка 38 відбувається зворотно-поступальний рух каретки 10 і при цьому засипається прес-порошок. Копір 19 шатуна 20, обка­туючись по ролику 24, піднімає раму пре­сувального механізму. При цьому відбу­вається одночасне стиснення прес-порошку верхніми 9 і нижніми 5 штемпелями. Потім нижні штемпелі 5 відриваються від виробів, а верхні 9 разом із пресувальним механізмом спираються на відпресовані вироби. В разі подальшого обкатування копіра 19 по ролику 24 рама пресуваль­ного механізму піднімається, водночас верхні штемпелі 9 відриваються від ви­робу, а нижні штемпелі 5 виштовхують вироби на стіл 7, звідки вони пневмозахоплювачами знімача 8 виносяться за зону преса.

4.2. Розрахунок основних параметрів колінчасто-важільних пресів. Прес СМ-1085А розраховують за такою ме­тодикою.

Задано деякі конструктивні розміри елементів преса: радіус кривошипа колін­частого вала R = 0,230 м, довжина шатуна L_ш — 1,6 м, довжина верхньої і нижньої серг L_с = 0,61 м, відстань між віссю тис­ку повзуна і віссю опор колінчастого вала а = 1,335 м, відстань між віссю опор колін­частого вала і віссю верхньої опори b = 0,730 м, недохід колінної головки шатуна доосі руху повзуна δ₀ = 0,03 м (рис. 14.).

Рис. 14. Схема крвошипно-шатуного меха­нізму колінчасто-важільного преса СМ-І085А

Розраховуючи кінематичні параметри преса, потрібно графічно визначити хід S повзуна залежно від кута α повороту ко­лінчастого вала. За нульовий кут пово­роту кривошипа взято кут, при якому кривошип 1 і шатун 2 розміщуються на одній лінії. Повзун у цьому разі займає крайнє нижнє положення 3 і хід S = 0. При побудові графіка ходу повзунa не враховуємо обмеження заглиблення верх­ніх штемпелів у форму і кут α відрахо­вуємо від нульового кута проти обертан­ня кривошипа (рис. 15.).

Рис. 15. Залежність ходу повзуна від кута повороту колінчастого вала

Для визначення зусиль, що діють на ланки кривошипно – шатунного механізму, задамо такі вихідні дані: діаметр шийки колінчастого вала d_A = 0.25 м, діаметр колін в упорі d^'_В = 0,36 м, діаметр головки шатуна d''_В = 0,18 м, діаметр підшипника верхньої опори верхньої серги d_C = 0,24 м, діаметр підшипника нижньої опори нижньої серги d_D = 0,28 м, діаметр колінчастого вала в опорах

d₀ = 0,24 м (рис.16.).

Рис.16.Схема до розрахунку колінчасто – важільного преса: 1 – дотична до кіл тертя в опорах С і В верхньої серги; 2 – дотична до кіл тертя в опорах B і D нижньої серги; 3 – до кіл тертя в опорах А і В шатуна (кола тертя діаметром μd показано умовно).

Для визначення зусилля F_АВ, що діє на шатуні, знайдемо коефіцієнт ξ, який є відношенням зусилля F_АВ до зусилля пресування F_Н, що діє па повзуні:

ξ = F_АВ / F_Н .

Для цього виконаємо графоаналітич­ну побудову. Накреслимо в опорах А, В, С і D кривошипно-шатунного механізму кола тертя (див. рис. 16.).

Діаметр кіл тертя

D = μd ,

де μ = 0,08 - коефіцієнт тертя для бронзи об сталь при слабкому змащуванні; d - діаметр опори, м.

Проведемо попарно дотичні /, 2, 3 до кіл тертя в опорах. Із точки L поставимо перпендикуляр до дотичної 3, на якому відкладемо відрізок LK, що відповідає зусиллю пресування F_H, яке діє на пов­зун преса у певний момент.

Довжину відрізка LK задамо довільно відповідно до обраного масштабу, наприк­лад, LK = 0,01 м. Через точку К проведемо лінію, паралельну дотичній 3 до кіл тертя в опорах А і В шатуна. Відрізок КЕ буде шуканим зусиллям F_АВ,, що діє на шатун, у масштабі, взятому для F_Н. За відношенням довжин відрізків КЕ і LК визначимо коефіцієнт ξ:

ξ = КЕ/LК.

Надаючи різних значень ходу повзуна S, знайдемо коефіцієнт ξ залежно від ку­та α повороту колінчастого вала (рис. 17.).

Рис.17. Залежність коефіцієнта ξ, від кута α повороту колінчастого вала

У колінчасто-важільних пресах для пре­сування цегли значні зусилля пресуван­ня діють при куті повороту кривошипа α < 63°. У зв'язку з цим можна приблиз­но вважати, що точка В (див.рис. 16) рухається не по дузі кола, а по прямій лінії, що дає змогу розглядати чотириланковий механізм ОАВС як центральний кривошипно-шатунний механізм ОВА.

Визначимо крутний момент, Н · м, що створюється зусиллям F_H з урахуванням моментів тертя в опорах:

М _кр = ξ F_н r_к (5)

Зведене плече крутного моменту, м,

r_к = r'_к + r''_к ,

де r' _к ^_ ідеальне плече, м; r''_к - плече тертя, м.

Ідеальне плече, м,

r'_к = R (sin α + (λ/2) sin 2α),

де R — радіус кривошипа, м; λ — кое­фіцієнт шатуна, λ = R/L; L - довжина шатуна, м.

Плече тертя, м,

r''_к = 0,5μ[(1+λ)d_А + λd''_В + d₀] .

Результати обчислень зведемо в табл. 1.

Таблиця 1.Розрахункові дані колінчасто-важільного преса СМ-І085А

α, град град	0	10	20	ЗО	40	50	60	70	60	90
sin α + (λ/2) sin 2α	0	0,199	0,388	0,562	0,714	0,837	0,928	0,986	0,993	1
r'к,м	0	0,047	0,089	0,129	0,164	0,193	0,213	0,226 1	0,232	0,230
rк, м	0,0166	0,0636	0,1056	0,1456	0,1806	0,209	0,2296	0,2426	0,2486	0,0466

За результатами розрахунків побудує­мо графік залежності зведеного плеча r_к крутного моменту залежно від кута α по­вороту кривошипа (рис. 18.).

Рис. 18. Залежність зведеного плеча г_к крут­ного моменту кривошипно-шатунного механізму від кута α повороту кривошипа Залежність зусилля пресування від осі­дання глиняного прес-порошку

F_H = n_кSae^nh0 ,

де n_к = 4 — кількість цеглин, що пресу­ються одночасно; S = 0,03 — площа однієї цеглини, м²; а, п — параметри глиняного прес-порошку, м (при вологості 8,1 % а = 3,56, п = 0,776); h₀ — осідання порош­ку, що пресується, м.

Для розрахунку потужності двигуна преса задамося такими конструктивними параметрами преса: номінальне зусилля пресування F_п = 6,3·10⁶ Н, хід верхнього пресування h'₀ = 0,050 м, хід нижнього пре­сування h''₀ = 0,025 м, сумарний хід пресу­вання осаду h₀ = 0,075 м, максимальна ви­сота засипання прес-порошку Н_з = 0,140 м при товщині цегли Н_В = 0,065 м, розра­хунковий тиск пресування р = 35 МПа.

Тривалість усього циклу, с, пресування залежить від кількості n ходів повзуна за хвилину:

t_ц = 60/n.

Прес СМ-1085А має найменше (6) і найбільше (9) ходів за хвилину. Отже,

t'_ц= 10 с і t''_ц = 6.6 с.

Характеристику пресування показано на рис. 19.

Рис.19.Характеристика пресування: 1 – крива навантаження; 2 – крива розвантаження.

Значення крутних моментів, визначе­них за формулою (5), зведемо в табл. 9.2. На їхній основі побудуємо графік крутних моментів (рис. 20.) у функції часу. Таблиця 2. Значення крутних моментів М_кр

Кут повороту колінчастого вала, град	Коефіцієнт ξ,	FH,Н	mк,м	Мкр,Н·м
100	0,70	1,0·10^5	0,2426	1, 7·10^4
120	0,50	0,5·10^6	0,2290	5,7·10^4
140	0,35	1,5·10^6	0,1750	9,0·10^4
150	0,25	2,0·10^6	0,1456	7,3·10^4
160	0,20	3,0 ·10^6	0,1056	6,4·10^4
180 (0)	0,15	6,3·10^6	0,1660	1,6·10^4
200	0,20	1,0·10^5	0,1056	0,2·10^4
220 (виштовхування)	0,25	0,5·10^6	0,1700	8,0·10^4

Рис. 20. Графік крутних моментів на колінчас­тому валу

Середній крутний момент на колінчас­тому валу, Н·м,

М_ср = (М_max + М_min)/2, (6)

де М_mах = 9,0·10⁴ — максимальне зна­чення моменту на колінчастому валу за табл. 9.2, Н·м; М_min = 0,2·10⁴ - мі­німальне значення моменту на колінчас­тому валу за табл. 9.2, H·м.

Підставивши значення моментів у фор­мулу (6), дістанемо

М_ср= (9,0 + 0,2)10⁴/2 = 4,6·10⁴ Н·м

Середнє значення крутного моменту, Н·м, на валу електродвигуна

М_кр = М_ср /(іη), (7)

де і = 109,5 — передаточне число від вала двигуна до вала кривошипа; η = 0,876 — ККД приводу на ділянці двигун - колін­частий вал.

Підставивши у формулу (7) значен­ня і і η, дістанемо

М_кр = 4,6·10⁴/(109_,5 · 0_,876) = 479 Н·м.

Номінальний крутний момент на валу електродвигуна

М_Н = 1,3М_кр = 1,3 · 479 = 622 Н·м.

Споживана потужність, кВт, електро­двигуна

Р = М_н п/9740,

де п = 675 — частота обертання вала елек­тродвигуна, об/хв.

Звідси Р = 622 · 675 /9740 = 43

Продуктивність преса, шт./год,

П = 3600n_кn,

де n_к = 4 — кількість цеглин, що пресу­ються одночасно; п — кількість пресу­вань за секунду.

При 8,5 ходів повзуна за хвилину n = 8,5/60. Тоді

П = 3600 · 4 · 8,5/60 = 2040 шт./год.