8.2.3Потужність двигуна. Привод преса

Потужність Ν_Σшвитрачається шнеком на створення у глині тиску, достатнього для подолання опору формувальних органів (умовно корисні витрати), та втрат потужності: на терті лопатей по глині у зоні максимального тиску Ν₂; транспортування глини до цієї зони Ν₃, роботу нагнітальних лопатей або валка Ν₄:

Ν_Σш=Ν₁+Ν₂+Ν₃+Ν₄ . (8.37)

При визначенні потужності Ν₁на створення тиску у глині можна з деяким спрощенням скористатися загально вживаною залежністю для розрахунку втрат потужності нагнітачем-насосом:

N₁ = q · Q/10³ , кВт, (8.38)

де q, Па, – заданий у вихідних даних тиск в пресовій голівці; Q_п, м³/с – об’ємна продуктивність (подача глини нагнітачем).

Основною складовою сумарної потужності, що витрачається на обертання шнека, є потужність на подолання сил тертя лопатей шнеку по глині у зоні високого тиску. З невеликою похибкою можна розглядати тертя тільки кінцевих (або випорних, як їх називають) лопатей, які нагнітають глину в той її умовно нерухомий масив, що розташований у пресовій голівці. Задача зводиться до відшукування моменту опору обертанню кільця, що притискається до масиву глини.

Тиск q(рис. 8.18) діє на елементарне кільце діаметромтовщиноюd. Площа кільця ds=2∙ ∙d, сила притискання глини до кільця dQ =q∙ds = 2∙q∙∙d, сила тертяdТ = f ∙ dQ = 2∙f∙ q∙.d при коефіцієнті тертя f, момент сили тертяdМ_Т = .dТ= 2∙f∙ q∙ ²∙d.

Інтегруючи вираз для елементарного моменту сил тертя у межах від радіуса маточини шнека r до радіуса шнека R, отримаємо:

М_Т== 2fq ( 8.39)

Відповідно, складова потужності, пов’язана з тертям кінцевих лопатей:

N₂= (8.40)

де _ш- кутова швидкість шнека, с^-1.

Витрати потужності N₃на транспортування глини до зони тиску, куди входять й витрати на попереднє ущільнення, а також N₄ на роботу пристроїв нагнітання глини у шнек у порівнянні із першими двома складовими незначні, звичайно не перевершують 20% від їх суми й можуть враховуватись спрощено при розрахунку сумарної потужності:

Ν_Σш = К_тр∙К_д∙(Ν₁+Ν₂), (8.41)

де К_тр=1,15÷1,3 – коефіцієнт врахування Ν₃й Ν₄; К_д=1,05÷1,15 – коефіцієнт врахування втрат потужності на тертя у підшипниках та ущільненнях шнекового вала.

Аналіз багатьох пресів вітчизняних й провідних світових виробників свідчить про те, що питомі витрати потужності основним шнеком складають Ν_пит= (10÷20) кВт на тисячу штук цегли стандартного формату. Цей показник можна зіставити з тим, що отриманий із використанням розрахованої потужності:

Ν_{пит р} = Ν_Σш/П, кВт/тис. (8.42)

Приводи шнекових пресів бувають двох типів: індивідуальний окремо на прес і на змішувач; єдиний на обидва агрегати. Єдиний привод компактніший і дешевший у порівнянні з індивідуальним, хоча й складніший. Такий привод широко використовувався раніше й застосований у новому вітчизняному пресі УСМ-50. Індивідуальні приводи можуть містити у собі серійні редуктори загального вжитку, як у преса СМК-502, або редуктори, спеціально створені для конкретного преса, як у більшості пресів зарубіжних виробників. У разі використання індивідуального привода потужність двигуна визначається по формулі:

Ν_дп=К_зап∙Ν_Σш/η, кВт, (8.43)

де К_зап=1,05÷1,1 – коефіцієнт запасу потужності двигуна; η=0,85÷0,9 – ККД привода.

У разі використання єдиного привода його потужність складається із потужності преса Ν_Σшй змішувача Ν_Σзм , а потужність двигуна знаходиться по тій самій формулі (8.43), підставляючи замість Ν_Σш суму Ν_Σш+Ν_Σзм. На пресі, як правило, встановлюють асинхронний короткозамкнений двигун, який з’єднується з редуктором клинопасовою передачею. Обов’язковим елементом привода є муфта включення, яка, по-перше, дозволяє запускати вхолосту потужний двигун, який без додаткових заходів під завантаженням запускати не можна. По-друге, дозволяє на короткий час зупиняти прес, наприклад, для заміни обірваної струни різальника, без виключення двигуна. Зараз найбільш популярні пневматичні муфти, у яких сила притискання фрикційних елементів до поверхонь тихохідного шківа, на якому вони, як правило, встановлені, створюється стиснутим повітрям. Розрахунковий момент муфти включення повинний бути у 1,5÷2,5 рази більшим робочого для запобігання швидкого зношення фрикційних елементів. Муфта включення не несе на собі функцію запобіжного пристрою при перевантаженні (не повинна проковзувати). Для цього в конструкції привода повинні бути передбачені спеціальні запобіжні елементи, наприклад, зрізні пальці зубчастої муфти, яки повинні спрацьовувати при меншому моменті, ніж розрахунковий момент муфти включення.

При виборі або проектуванні редуктора потрібне передаточне число: u_рп=ω_дв/(ω_ш∙u_п), (8.44)

де ω_двй ω_ш–кутові швидкості двигуна й шнека, с^-1; u_п– передаточне число клинопасової передачі, u_п=1,3÷2,5. Момент кручення на валі шнека й на тихохідному валі редуктора, з яким він зв’язаний зубчастою або іншою муфтою:

М_тих=Ν_д∙η/ω_ш, кН∙м. (8.45)

Приклад: Вибрати двигун і редуктор для індивідуального привода преса із шнеком D = 0,45 м й маточиною d = 0,18 м при продуктивності П = 7 тис.шт./год. (об’ємній продуктивності Q = 4,1∙10^-3м³/с), частоті обертання шнека n=25 об/хв., тискові у пресовий голівці q =2 ,0 МПа; коефіцієнтіf тертя глини по поверхні шнекуf=0,4.

Складова потужності на створення тиску у глині по (8.38):

N₁= 2,0·10⁶∙4,1∙10^-3/10³=8,2 кВт; складова потужності на подолання тертя по (8.40) N₂= 2∙3,14∙0,4∙2∙10⁶∙(0,225³-0,09³)∙2,62/3∙1000=46,8 кВт (R= D/2 = 0,45/2 = 0,225 м;r= d/2 = 0,18/2 = 0,09 м; ω_ш=3,14∙n/30=3,14∙25/30=2,62 с^-1). Сумарна потужність шнека при К_тр=1,2; К_д=1,1; по (8.41) Ν_Σш=1,2∙1,1∙(8,2+46,8)=72,6 кВт. Розрахункові питомі витрати потужності по (8.42) - Ν_{пит р}=72,6/7=10,4 кВт/тис., що знаходиться у межах показника існуючих пресів. Потужність двигуна по (8.43) при К_зап=1,05; ККД η=0,85; Ν_дп=1,05∙72,6/0,85=89,7 кВт. Вибраний двигун із потужністю N_д=90 кВт і частотою обертання n_дв= 1460 об/хв. (кутова швидкість двигуна ω_дв=153 с^-1). Якщо прийняти передаточне число клинопасової передачі, u_п=1,8, то потрібне передаточне число редуктора по (8.44) u_рп=153/(2,62∙1,8)=32,4. Момент кручення на валу шнека й на тихохідному валу редуктора по (8.45):

М_тих=90∙0,85/2,62=29,2 кН∙м. Вибраний редуктор Ц 2Н-500, у якого фактичне передаточне числои_р.ф = 31,5, момент М_тих.ф= 45,2 кН∙м>29,2 кН∙м, допустиме консольне навантаження: на швидкохідному валу – 12,5 кН, на тихохідному валу – 80 кН, маса – 2100 кг. При проектуванні пасової передачі по загально прийнятій методиці[3]вибір малого шківа виконують таким чином, щоб залишити можливість, при необхідності, наростити кутову швидкість шнека на 10÷15%.