» »

Расчет технологических параметров вальцев. Конструкция и расчет основных деталей валковых машин Расчет ковочных вальцев

4.2 Штамповка на ковочных вальцах (вальцовка).

Эта штамповка напоминает продольную прокатку в одной рабочей клети, на двух валках которые закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи.

Нагретую заготовку 1 подают до упора 2 в тот момент, когда секторные штампы 3 расходятся. При повороте валков происходит захват заготовки и обжатие ее по форме полости; одновременно с обжатием заготовка выталкивается в сторону подачи.

На вальцах изготовляют поковки сравнительно несложной конфигурации, типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т. п. Кроме того, на вальцах фасонируют заготовки для последующей штамповки, чаще всего на кривошипных горячештамповочных прессах.

Профилируют и штампуют на вальцах в одном или нескольких ручьях. Исходное сечение заготовки принимают равным максимальному сечению поковки, так как при вальцовке происходит главным образом протяжка.

4.3 Устройство и принцип работы деформирующего оборудования и штамповочной оснастки.


Кинематическая схема КГШП

Рисунок 1

1- Ползун;

4- Электродвигатель

5- Приёмный вал

6- Малое зубчатое колесо

7- Большое зубчатое колесо

8- Пневматическая функциональная дисковая муфта

9- Кривошипный вал

11- Стол пресса

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах КГШП изготовляют усилием 5-10 мм. Они успешно заменяют и во многих случаях по технологическим возможностям превосходят паро-воздушные штамповочные молоты с массой подающих частей до 10 тонн. КГШП характерно то, что усилие, возникающее при штамповке, воспринимается массивной станиной. На станине пресса установлен электродвигатель. На его валу закреплён шкив, от которого крутящий момент через клиноременную передачу передаётся маховику, закреплённому на приёмном валу. На другом конце этого вала насажана малое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с большим зубчатым колесом со встроенной в него пневматической муфтой включения. Большое зубчатое колесо с муфтой расположено на коленчатом валу, который при вращении приводит в движение шатун с ползуном в направляющие стороны.

Для остановки вращения кривошипного вала после включения муфты служит тормоз. Стол пресса, установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клином и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штамповочного пространства. Для обеспечения удаления поковки из штампа пресса имеется выключатели в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх. Остановка моховика производится тормозом при включенном электродвигателе.

В отличии от молотов прессы имеют жёсткий график движения ползуна, полный ход которого вверх и вниз одинаков и равен удвоенному радиусу кривошипа. В связи с этим при многоручьевой штамповке невозможно применить протяжной, подкатной, отрубной ручьи. Поковки, требующие использования указанных ручьёв штампуют на КГШП из заготовок периодического проката или предварительно фасонированных на ковочных пальцах. Скорость ползуна в момент соприкосновения верхней части штампа с заготовкой равна 0,3 – 0,8 м/с, то есть в несколько раз меньше скорости базы молота в момент удара. Так как деформация выполняется в каждом ручье за один ход пресса, заготовки должны быть чистыми от окалины во избежании порчи поверхности паковки.

Постоянство величины хода ползуна, большая точность его движения в мощных регулируемых направляющих станины пресса, применение штампов с направляющими колонками и выталкивателями для принудительного удаления поковок обеспечивает большую точность изготовления поковок, с меньшими штамповочными уклонами, припусками, допусками и расходом металла, чем при штамповке на молотах. Выталкиватели размещают в вертикальных отверстиях ручьевых вставок штампа. Во время штамповки рабочей поверхности выталкивателей составляют часть поверхности ручьёв. При обратном ходе ползуна специальный механизм в штампе, приводимый в действие от выталкивателя пресса, поднимает ручьевые выталкиватели, которые выбрасывают поковку из ручья.

Для исключения заклинивания и поломки пресса открытые штампы на КГШП не смыкаются на величину заусенца из-за отсутствия ударов служат больше молотовых. На КГШП используют штампы сборной конструкции с ручьевыми вставками, которые при износе заменяют. Наличие выталкивателей обеспечивает удобство штамповки в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой. При выдавливании заготовку устанавливают в полость штампа и осаживают в этой полости с одновременным истечением части металла за её пределы. КПД прессов примерно в 2 раза выше КПД молотов. Прессы совершают 35-90 ходов в мин, то есть примерно столько, сколько 4 эквивалентные им по мощности молоты. Штамповка на прессе в 1,5 – 3 раза производительней, чем на молоте, и её легче механизировать и автоматизировать.

При закрытой штамповке без заусенца полученная по приведённой формуле значения усилия уменьшают на 2,0 – 2,5%. P = k F, где P – площадь проекции штампованной паковки с заусеничным носочком, см кв; k – коэффициент, учитывающий сложность формы поковок (k = 6,4 / 7,3).

Определение распорных усилий и полезно потребляемой мощности.

При вальцевании в рабочем зазоре возникают силы, которые стараются раздвинуть валки. Эти силы называются распорными. Их необходимо учитывать при расчете, иначе при чрезмерно больших усилиях возможна поломка вальцев.

Сложность явления вальцевания и недостаточная теоретическая изученность затрудняют расчет распорных усилий и потребляемой мощности. Данные величины можно определить двумя методами:

1. Обработкой опытных данных на основе теории подобии

2. Математическими анализом процесса при введении определенных допущений.

Для первого метода проводят опыты на модельной машине, получают распорные усилия и потребляемую мощность.

где: - диаметр валков; - величина зазора; - величина фрикции; - удельный вес смеси; L - длина валка; - угловая скорость быстроходного валка; - конечная пластичность материала - опытные коэффициенты, которые для некоторых материалов приведены в справочниках.

По второму методу простые математические зависимости получаются при введении следующих допущений:

1. Эффективная вязкость (средняя) смеси не изменяется

2. Режим течения смеси в зазоре минимальный – ламинарный

3. Материал прилипает к поверхности валков и скорость слоев у поверхности равна скорости движении валка (U=V)

4. Инерционные силы малы

5. Течение материала одномерно (в зазор)

6. Скорость смеси не меняется по вертикали

7. Давление на входе и выходе материала в валки равно нулю

8. Давление в плоскостях, параллельных осям валков, не меняется.

Тогда уравнение движения вязкой жидкости (Навье-Стокса) имеет вид:

, (6.3)

При интегрировании данного уравнения и учитывая допущения получено выражения для распорного усилия :

, (6.4)

где: - величина фрикции; - эффективная вязкость; - скорость переднего валка; - радиус валка; - длина валка; - зазор между валками.

Момент потребляемый валками равен сумме крутящих моментов:

, (6.5)

- крутящие моменты быстроходного и тихоходного валков.

Полная мощность потребляемая валками.

Она рассчитывается по формуле:

(6.8)

где: - необходимый полный крутящий момент.

где: - момент холостого хода; - момент дополнительных сил трения.

, (6.10)

где: - радиальная нагрузка на цапфу; - коэффициент трения подшипника; - диаметр цапфы; - передаточное число трансмиссии и фрикционной пары; - общий К.П.Д. трансмиссии и фрикционной пары;

Момент дополнительных сил равен:



, (6.11)

где: - распорное усилие на валки.

Расчет производительности .

Валковые машины работают по схемам однократного и многократного пропуска перерабатываемого материала через зазор. Для однократного прохождения материала через вальцы производительность определяется по формуле:

, (6.12)

где: - единовременной загрузки; - коэффициент использования машины (0.85 - 0.9). - удельный вес материла; - продолжительность цикла;

где: - диаметр переднего валка; - длина бочки валка.

Время цикла определяется по формуле:

, (6.14)

где: - время загрузки и выгрузки; - технологическое время работы. Это время определяется экспериментально.

Необходимо отметить, что существует и другие расчета зависимости при определении производительности вальцев.

Тепловой расчет вальцев.

При переработке материала в зазоре валков выделяется большое количество тепла и в результате этого повышается температура как рабочей поверхности валков, так и перерабатываемой смеси. Для предотвращения нежелательных температурных изменений (подвулканизация и т.п.) предусматривается специальное охлаждение валков. Количество тепла выделяемого при переработке можно определить по мощности потребляемой вальцами, с учетом КПД всех передач и цапф.

Это тепло расходуется на нагревание обрабатываемой смеси Q 1 , на потери в окружающую среду Q 2 и на нагрев охлаждающей водой Q 3 .

, (6.16)

где: G- производительность валка; c- удельная теплоемкость; t k , t n - конечная и начальная температура смеси.

Потери тепла в окружающую среду , складывается из потерь тепла конвекцией и лучеиспусканием .

, (6.18)

где: - температура валка и окружающего воздуха, ° С; - абсолютная температура валка и воздуха, ° К; - общий коэффициент излучения (зависит от излучения валка, окружающей среды и абсолютно черного тела); - поверхность теплоотдачи и излучения; - коэффициент теплоотдачи (для неподвижного воздуха).



, (6.19)

Вальцы резинообрабатывающие. Описание общее.

Алгоритм выбора вальцев (внизу страницы).

Назначение вальцев.

Вальцы резинообрабатывающие предназначены для :

· Приготовления резиновых, силиконовых и пластических смесей открытым методом. (К закрытому методу приготовления смесей относятся закрытые резиносмесители );

· Разогрева смесей при питании экструдеров, каландров, прессов;

· Введения дополнительных ингредиентов в смеси, таких как сера, для подготовки смеси непосредственно перед процессом вулканизации;

· Очищения от примесей невулканизированной резины – это рифайнер, или рафинировочные вальцы РФ;

· Дроблении вулканизированной резины – это дробильные вальцы ДР ;

· Перетирание крупной крошки 2…5мм. в более мелкую 1,7…0,55мм.

Типы вальцев.

Вальцы выпускаются следующих типов: ПД – подогревательные (фрикция 1,27), СМ – смесительные (фрикция 1,08), СМ-ПД - смесительно-подогревательные (фрикция 1,17), РФ – рафинировочные (фрикция 2,55), ДР – дробильные (фрикция 2,55), РЗ – размалывающие (фрикция 4), ПР – промывные (фрикция 1,39), ЛБ - лабораторные(обычно фрикция 1,27).

Размеры вальцев.

Мыизготавливаем и поставляет вальцы из Китая начиная с диаметра валков d=150мм. и длины валков L =320мм.до диаметра валков d= 760мм. и длины валков L =2800мм. Поверхность валков может быть гладкая для смешения, подогрева, тонкого перетирания (измельчения) и регенерации (рафинирования) смесей, или рифлёная для дробления. С меньшим размером валков вальцы есть только в разделе Б /У вальцы .

ГОСТы и ИСО ( ISO ) на вальцы.

Для приготовления , получения технологии и сертификации резины в лабораторных условиях по мы рекомендуем использовать вальцыПД 320 160/160 с доп. опциями, если в них есть, конечно, необходимость (см.н иже). Они могут обозначаться как ЛБ, а в соответствии с требованиями ISO 2393 , оговорённых в возможно использовать вальцы СМ 350150/150 www. polgroup . ru / tex _ cm350. html .

Опции.

Для лаборатории возможно укомплектование вальцев дополнительными опциями : регулирование скорости вращения валков, укомплектовании дополнительной парой шестерён для изменения фрикции, цифровыми и стрелочными показывающими, записывающими и регистрирующими приборами потребляемой мощности, распорных усилий, величины зазора между валками, температуры валков, температуры перерабатываемого материала, времени вальцевания, возможность архивирования тех.п роцесса, возможность подключения к ПК по RS 485, или установка панели оператора с любыми заказываемыми функциями.

Стоимость и состав комплекта автоматики: показывающие и транслирующие на Панель оператора Weintek с тач-скрин 10" приборы, устанавливаемые на вальцах: потребляемой мощности, температуры двух валков, величины зазора между валками с двух сторон, времени вальцевания. Построение на экране графиков технологического процесса и потребляемой мощности от заданного времени вальцевания, при желании пуск и останов гл.д вигателя с панели, звуковой сигнал по окончании установленного времени вальцевания. Сохранения графиков в памяти с датой, временем, ФИО вальцовщика, номером мешки по порядку и номером мешки данного вальцовщика за этот день. С возможностью записи архива на флеш-носитель и просмотром архива и распечатки сохранённых графиков на любом ПК.

Цена автоматики 225.000-00 (Двести двадцать пять тысяч) рублей 00 копеек, в т.ч. НДС 18% рублей.

Регулирование фрикции на вальцах не целесообразно по трём причинам. Во-первых, потому, что фрикция определяет назначение (тип) вальцев – смесительные, подогревательные, или смесительно-подогревательные. Во-вторых, промышленные вальцы работают на одной фрикции, посему нет необходимости лаборатории выдавать нереальную технологию для производства. В третьих, уже давно научно изучено и доказано, что использование вальцев с индивидуальным приводом на каждый валок с частотным регулированием оборотов каждого валка, приводит к плавающей фрикции, что крайне плохо для технологического процесса, потому, что происходит затягивания под нагрузкой одного валка другим, нагрузка на быстроходный валок резко возрастает и эл.двигатель быстро выходит из строя - перегревается и сгорает.

Производительность вальцев, объём загрузки.

Производительность вальцев понятие относительное, поэтому в технических характеристиках этого параметранет, т.к. в зависимости от назначения вальцев, от типа резин, от мощности эл.двигателя, от времени смешения одной загрузки производительность может быть различна. Методика расчёта производительности (выписка из литературы) описана . Среднестатистические данные по загрузке материала на вальцы приведены в таблице. Для определения производительности вальцев необходимо знать время цикла смешения (обычно 8…12 минут). Умножая объём загрузки на количество циклов за 1 час и умножив затем на удельную плотность материала, получим производительность кг. /ч ас.

Вальцы СМ, ПД, ЛБ, ДР , РФ

Объем загрузки, литров(дм 3) за цикл

Истирание в среднем, кг /час

Длина валка

Диаметр

валков

Длина раб.ч асти валков

Мин.

Мах.

ПД 300 150/150

3

ПД(ЛБ) 320 160/160

320

160

290

4

ПД 350 150/150

4

ПД 450 225/225

8

ПД 600 400/400

17

ПД 630 315/31522 кВт

630

315

540

9

ПД 630 315/31530 кВт

630

315

540

12

ПД 700 300/300

15

ПД 800 315/315

18

ПД 800 550/550

32

ДР 800 550/550

ДР 800 490/610

490/610

ПД 900 360/360

24

ПД 1000 400/400

1000

29

ПД(ХК) 1200 450/450

1200

1000

50

ПД 1500 550/550

1500

550

1350

63

ПД 1500 650/650

1500

1350

75

ПД 1500 660/660

1500

650

1350

80…120

ПД 2100 660/660

2100

660

1940

109

ПД 2800 760/760

2800

2630

170

При увеличении мощности двигателя в некоторых моделях возможно увеличение объёма загрузки.

Валки и их нагрев.

Валки изготавливаются из чугуна с твёрдостью валков HRC э 46…54, или стальные с HRC э 50…55 с шероховатостью поверхности √0,63 «из под шлифовки» и имеют внутри полость для разогрева/охлаждения. Полость может быть получена методом центробежного литья (чугун), методом сварки трубы и цапф, методом периферийного сверления для улучшения теплопередачи. В полость валка может быть подан теплоноситель через краны и вращающиеся муфты в зависимости от необходимой технологической температуры валков:

· вода горячая до температуры 80°С.;

· вода холодная для охлаждения валков;

· пар до температуры 150°С.;

· масло до температуры 220°С.

· и другие теплоносители.

Вальцы в стандартной поставке не укомплектованы системой нагрева теплоносителя. Станции терморегулирования заказываются отдельно , или изготавливаются и монтируются самостоятельно на месте при отсутствии магистрального паропровода.

Для пластических масс целесообразно применять вальцы с эл.обогревом валков , трубчатые электронагреватели (ТЭН) установлены непосредственно в валках. Снятие температуры производится бесконтактным датчиком температуры с поверхности валка. Регулировка температуры каждого валка производится с помощью цифрового ПИД - регулятора. Учитывая, что охлаждение на таких вальцах отсутствует, применя ются они в основном для приготовления композиционных материалов. Использование масла в качестве теплоносителя крайне затруднительно т.к. сложно найти насос, который будет стабильно работать при таких больших температурах (обычно все останавливаются уже на 150°С.и более экономически затратное, т.к. при косвенном нагреве теплоноситель должен быть нагрет на 15°С. больше из-за потерь в трубопроводах. Вальцы с эл.обогревом не рекомендуем использовать для резиновых смесей по несколькимпричинам. Во первых имеется небольшая неравномерность нагрева поверхности валка, во-вторых более дорогие, в третьих сложность ремонта эл.нагревателей, в четвёртых - невозможность охлаждения валков.

Расчёт мощности парогенератора, или станции ерморегулирования для нагрева валков резинообрабатывающих вальцев.

Длина валков,

мм .

Диаметр валков, мм .

Изготовитель

Установленная мощность эл.нагревателей на 2-х валках

Площадь пов-ти 2-х валков, кв.см.

Мощность, Вт .

на 1 кв.см.

Расчётная мощность на два валка, кВт.

Где расположены эл.н агреватели

Скорость вращения заднего валка, мах, м /мин

Китай

3 297

1,64

5,4

внутри валков

Китай

3 297

3,03

10,0

в термостанции

Россия

3 215

2,24

7,2

внутри валков

Россия

12 463

2,24

27,9

Китай

12 463

2,24

27,9

22,68

Китай

20 347

0,98

20,0

внутри валков

20,53

1000

Китай

25 120

2,24

56,3

1200

33 912

2,24

75,9

1500

Россия

51 810

2,24

116,0

1500

Китай

51 810

2,24

116,0

1500

62 172

2,24

139,2

2100

87 041

Описание конструкции и работы вальцев (Лист 1)

Различные типы вальцев имеют в основе одинаковый принцип действия и ряд сходных узлов (сборочных единиц) и деталей. В общем вальцы (рис. 1) представляют собой машины, основными рабочими органами которой являются два полые валка(7) и (20), расположенные в горизонтальной плоскости и вращающиеся навстречу друг другу. Некоторые вальцы, используемые при регенерации резины, имеют три валка. . Валок(7) называется передним, так как он расположен с передней стороны рабочего места вальцев. Валок(20) называют задним. Рабочая поверхность валков может быть гладкой или рифленой в зависимости от назначения вальцев. Каждая из двух станин вальцев стянута сверху траверсой (поперечинами) (3) и помещается на массивной чугунной фундаментной плите(13). Фундаментная плита с нижней стороны имеет ребра жесткости. У вальцев с групповым приводом на фундаментной плите под каждой из станин устанавливаются трансмиссионные подшипники.

В четырех углах фундаментной плиты расположены выступающие тумбы для установки и крепления станин вальцев. Крепление станин(12) вальцев к фундаментной плите производится при помощи болтов и специальных клиньев. Высота поверхности рабочего пола обычно находится на уровне верхней части тумб фундаментной плиты. Для регулировки параллельности установки двух станин и увеличения жесткости конструкции вальцев имеется два стяжных болта. Станины()12 и поперечины (траверсы) (3) вальцев отливаются из чугуна и должны иметь 5--6-кратный запас прочности против наибольших усилий, развиваемых при работе. В каждой станине вальцев устанавливается по два валковых підшипника(2) (один от переднего, а другой от заднего валков). Подшипники заднего валка(20) неподвижно прикрепляются к соответствующей станине при помощи болтов. Подшипники переднего валка(7) установлены так, что их можно передвигать по станине для регулировки величины зазора между валками. Корпусы валковых подшипников скольжения для улучшения условий работы имеют специальные полости для охлаждения.

Рис. 1

1 -- передний валок; 2 -- задний валок; 3 -- ограничительные стрелки; 4 -- приводная шестерня; 5, 17 -- верхние траверсы; 6 -- указатель величины зазора между валками; 7 -- механизм регулировки зазора; 8, 12 -- станины вальцев; 9, 14 -- подшипники трансмиссионного вала; 10 -- соединительные болты; 11 -- фундаментная плита; 13 -- окна для заворачивания фундаментных болтов; 15 -- трансмиссионный вал; 16 -- передаточные (фрикционные) шестерни; 18 -- колпачковая масленка; 19 -- конечный (аварийный) выключатель; 20 -- штанга аварийного выключателя.

Регулировка величины зазора между валками производится при помощи специальных механизмов(14), снабженных предохранительными устройствами. На каждой из станин имеются указатели величины зазора для устранения перекоса валков. Валки изготавливаются полыми из специального высококачественного чугуна с закаленной поверхностью рабочей части и расточкой внутренней поверхности, на которую подается охлаждающая вода (при помощи специальной системы охлаждения). Для предотвращения возможности попадания перерабатываемого материала в валковые подшипники на вальцах устанавливаются защитные раздвижные щитки-стрелки одна половина которых крепится к переднему, а другая к заднему подшипникам валков.

Специальная конструкция стрелок(4) обеспечивает достаточную надежность в работе. Для смазки поверхностей трущихся пар вальцы снабжены специальной системой с рядом смазывающих устройств. На поперечинах станин вальцев смонтированы устройства(5) для аварийного останова. Станины и траверсы, воспринимающие распорные усилия при работе вальцев, отлиты из стали. Перемещение передних подшипников осуществляется при помощи двух механизмов регулировки зазора(14). Механизм регулировки зазора (рис. 2) расположен на станине со стороны переднего валка. Нажимной винт 1 вращается в стальной гайке 12, закрепленной в станине вальцев.

На конце нажимного винта 1 смонтировано предохранительное устройство, которое состоит из предохранительной шайбы 9, крышки 11, матрицы 8, пуансона 10 и корпуса 7, закрепленного болтами на корпусе подшипника 6 валка вальцев.

Рис. 2.

1 -- нажимной винт; 2 -- червячный редуктор; 3 -- эластичная муфта; 4 -- электродвигатель; 5 -- указатель величины зазора; 6 -- корпус подшипника валка; 7 -- корпус предохранительного устройства; 8 -- матрица; 9 -- предохранительная шайба; 10 -- пуансон; 11 -- крышка; 12 -- гайка нажимного винта; 13 -- станина вальцев; 14 -- маховичок ручной доводки.

Предохранительное устройство служит для предохранения от разрушения валков и станины при значительном увеличении распорных усилий между валками вальцев. В случае перегрузок (попадание в зазор металлических предметов и др.) предохранительные шайбы, рассчитанные на определенное усилие, срезаются, передний валок перемещается, увеличивая зазор между валками, и вальцы автоматически останавливаются. Чтобы предохранительное устройство работало надежно, необходимо правильно рассчитать предохранительную шайбу. Механизм регулировки зазора имеет также маховичок 14 для ручного привода на случай выхода из строя электродвигателя. Зазор между валками вальцев можно регулировать в пр еделах от 0 до 10 мм.

Для обеспечения безопасности работы на вальцах имеется механизм аварийного останова(5). Он состоит из четырех стоек, между каждыми двумя из которых имеются тросики или штанги, параллельные осям валков вальцев. Один конец каждого тросика закреплен неподвижно, а второй соединен с конечным выключателем. При нажатии на тросик (штангу) происходит отключение электродвигателя, торможение и автоматический останов вальцев. Торможение индивидуальных и сдвоенных вальцев производится при помощи колодочного или ленточного тормоза, торможение вальцев с групповыми приводами -- при помощи специальной системы аварийного останова.

Системы аварийного останова вальцев должны обеспечивать возможно быстрое прекращение вращения валков и вывод посторонних предметов из области деформации путем включения обратного хода. Аварийные выключатели должны быть устроены так, чтобы их можно было привести в действие в любой момент с рабочего места как с передней, так и с задней стороны вальцев. Такие системы обычно состоят из штанг, конечных выключателей, переключателей, тормозных, блокирующих и других устройств. Каждая система аварийного останова вальцев должна иметь устройства, позволяющие выключить приводной электродвигатель(15) и затормозить машину (электромеханическое или электродинамическое торможение). При электромеханическом торможении после нажатия на штангу, рабочий отключает электродвигатель(15) привода машины и одновременно включает механический тормоз(16) для остановки вращающихся по инерции частей привода. Электродинамическое торможение предусматривает переключение цепи приводного электродвигателя и создание в его якоре противоположно направленного электродинамического момента.

В соответствии с ГОСТ 14333--79 расстояние от уровня пола до оси штанги аварийного устройства всех современных производственных вальцев должно быть в пределах 900--1200 мм. Кратчайшее расстояние от штанги аварийного устройства до образующей валка должно быть в пределах 300--500 мм. Путь торможения валков после аварийного останова незагруженных вальцев не должен превышать 0,25 оборота валка при максимальной скорости. После аварийного останова вальцев, имеющих электромеханический привод, механизм регулирования зазора должен осуществить автоматическую раздвижку валков не менее чем на 25 мм со скоростью не ниже рабочей скорости регулирования зазора.

На рис.3 представлен современный аварийный выключатель(5) вальцев. Штанга закреплена в шарнирах-подшипниках и расположена перед передним, а иногда перед задним валком. При нажатии на штангу рожки отжимают пружину и давят на рычаги путевых малогабаритных переключателей типа ВКП-711. Рабочий ход кнопки переключателя ВКП-711 равен 2,2--2,5 мм при усилии нажатия на штангу более 2,5 Н (0,25 кгс). Величину усилия, необходимого для остановки вальцев, можно регулировать при помощи пружин. Тормозные устройства систем аварийного останова вальцев служат для поглощения кинетической энергии движущихся частей машины в период ее остановки. В валковых машинах применяются двухколодочные и ленточные тормоза.

Надежность работы механизма аварийного останова оценивается величиной поворота валков после отключения электродвигателя при незагруженных вальцах. При загруженных резиновой смесью вальцах поворот валков после отключения электродвигателя практически должен быть равен нулю. Максимальный путь пробега переднего валка по периметру бочки валка при незагруженных вальцах должен быть не более 0.25 оборота валка.

Рис. 3.

Валки и валковые подшипники скольжения охлаждаются проточной водой. В полости валков смонтировано охлаждающее устройство, состоящее из трубы с отверстиями (направленными в сторону зазора между валками), воронки(10) и ванны(11). Вода, подаваемая в трубу под давлением, вытекает через отверстия, орошает внутреннюю полость валка и сливается через открытый конец валка и воронку в ванну. Смазка валковых подшипников скольжения -- жидкая централизованная или индивидуальная -- осуществляется при помощи масляного насоса (лубрикатора). Смазка подшипников качения -- густая -- подается к подшипникам при помощи масляной станции. Смазка приводных и фрикционных шестерен, а также червячных пар осуществляется погружением нижней части колес в масляную ванну, расположенную под ними. Вальцы снабжаются приборами управления электродвигателем и автоматическими устройствами, которые для индивидуальных и сдвоенных вальцев устанавливаются в специальном шкафу, а для вальцев с групповым приводом -- на щите управления.

Обработка резиновых смесей на вальцах является достаточно энергоемким процессом. Энергия, потребляемая электродвигателем вальцев, расходуется на преодоление напряжений сдвига сопротивления в элементах передач и подшипниках и на преодоление сил сопротивления деформированию обрабатываемого материала (вязкое течение, упругая и высокоэластическая составляющие деформации).

вальцы резиновый полимерный сырье


Рис. 4.

1 -- корпус валка; 2 -- труба с отверстиями; 3 -- направляющий диск; 4 -- сливна.я воронка; 5 -- распределительная втулка; 6 -- гайка; 7 -- сальник; 8 -- направляющая втулка; 9 -- заглушка. где W-- расход воды; с2 -- удельная массовая теплоемкость воды; txи t2 -- температура воды на входе и выходе; К -- коэффициент теплопередачи; А^ср -- средняя разность температру.

Для предотвращения возможности возрастания температуры обрабатываемого материала выше допустимого значения и отвода избыточного количества теплоты на вальцах предусмотрена система водяного охлаждения. Охлаждению подвергаются валки вальцев. В старых конструкциях вальцев охлаждению водой подвергались также корпусы подшипников скольжения. В зависимости от способа отвода охлаждающей воды из полости валков вальцев различают два способа охлаждения: открытый (рис. 4, а) и закрытый (рис. 4,6). При открытом способе охлаждения валков вальцев (рис. 4, а) вода под давлением поступает во внутреннюю полость валка по трубе 2. По длине трубы 2 имеются отверстия диаметром 2--5 мм, направленные в сторону области деформации вальцев; шаг между отверстиями 100--125 мм. Иногда в отверстия трубы вворачиваются на резьбе специальные насадки -- сопла для направления и разбрызгивания струи воды.

Охлаждающая вода подается из отверстий неподвижной трубы на верхнюю часть внутренней поверхности полосы вращающегося валка и стекает по его стенке. В нижней части полости валка собирается некоторое количество воды до определенного уровня. Далее вода через отверстие в направляю щем диске 3 сливается через воронку 4 в специальный сборник и затем в канализацию. Неподвижная внутренняя труба не вращается и соединяется с водопроводом при помощи резинового шланга (для переднего валка), допускающего некоторое перемещение валка при изменении величины зазора.

Закрытый способ охлаждения валков вальцев (рис. 4, б) заключается в том, что охлаждающая вода поступает по трубе 2 (с отверстиями) в полость валка и заполняет ее полностью. Из полости валка вода при помощи специального устройства отводится в канализацию или в оборотную систему водоснабжения. При открытом способе отвода охлаждающей воды обеспечивается более интенсивное охлаждение за счет увеличенной скорости движения воды по поверхности теплообмена; система охлаждения валков с закрытым сливом более сложна по конструкции и в эксплуатации. Поэтому наибольшее распространение получила система охлаждения вальцев с открытым сливом.

Конструкции основных деталей узлов и механизмов

Валки являются основными рабочими деталями вальцов и каландров. Среднюю часть валка, соприкасающуюся с перерабатываемым материалом, называют бочкой (рис. 5). 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 каландрировании. 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).

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.


Рис.5.

а -- валок вальцев передний; б -- валок вальцев задний;

Теплоноситель поступает внутрь трубы (21) и вытекает в полость валка по правую сторону от уплотнительного поршня (25), который разделяет внутреннюю часть валка на две полости. Попав в правую полость, теплоноситель, поступает по наклонным каналам, просверленным в корпусе (26) валка; каждый канал соединен с горизонтальным каналом охлаждения(28), проходящим на глубине 50 мм от наружной поверхности бочки. Пройдя по этим каналам, теплоноситель входит в левые наклонные каналы и через левую полость охлаждения направляется на слив. С торца бочки валка каналы (наклонные и горизонтальные) закрыты кольцом, под которым проложена паронитовая прокладка.

Условия работы подшипников вальцов и каландров весьма тяжелые. В некоторых машинах нагрузка на подшипник достигает 60 тс. В валковых машинах применяют подшипники качения и скольжения (последние -- при больших нагрузках, а также в прецизионных каландрах, например, при производстве тонких пленок).

На (рис.6) показан подшипниковый узел. Радиальные сферические роликоподшипники 9 установлены на конических цапфах валка. Левый подшипник закреплен жестко, правый -- может смешаться по оси при температурных деформациях. Система смазки подшипников централизованная. Масло подается в верхнюю часть корпуса 8, стекает и отводится из нижней части корпуса. Левый подшипник регулируется при помощи крышки 7, установочных колец 4, прокладок 5 и фланца 6, который через лабиринтное кольцо 3, воздействует на внутреннее кольцо подшипника. Правый подшипник фиксируется гайкой 1, поджимающей лабиринтное кольцо. Гайка 1 вращается на резьбовых полукольцах 2 и фиксируется винтом.


Рис. 6.

В случае особенно тяжелых условий работы (при больших распорных усилиях) возможно применение многорядных радиально-упорных роликоподшипников.

Станины валковых машин воспринимают статические и динамические нагрузки, возникающие при работе, обеспечивают неизменность относительного положения смонтированных на них узлов и деталей, снижают (гасят) амплитуды колебаний, передают нагрузки на опорные плиты или фундаменты. Обычно станина -- самый тяжелый узел машины.

При конструировании станин особое внимание необходимо уделять ее прочности и износостойкости. Изнашиваемые части станин (например, направляющие) желательно изготовлять в виде сменных, легко заменяемых деталей.

Масса станин вальцов и каландров достигает соответственно 20 и 50 т. Поэтому при конструировании станин нужно учитывать условия транспортирования и монтажа машин. В ряде случаев необходимо проектировать тяжелые станины составными. Наиболее надежным методом является соединение частей станины на фундаментной плите, увеличивающей жесткость системы и равномерно распределяющей силу тяжести машины на опорной поверхности фундамента. При изготовлении литых стальных или чугунных станин особое внимание следует уделять снятию остаточных напряжений, возникающих в местах, где имеются приливы, фланцы, выступы и т. д. Эти элементы желательно проектировать съемными, с креплениями на болтах. Отверстия в станине нежелательно выполнять с резьбой (в чугуне резьба часто выкрашивается). Лучше устанавливать на прессовой посадке сменные стальные втулки с внутренней резьбой.

Станины вальцов бывают обычно двух типов -- закрытые и открытые. В первом случае это цельная чугунная отливка. Основной недостаток таких станин -- необходимость полного демонтажа вальцов в случае поломки верхней траверсы, воспринимающей большие усилия. Поэтому лучше устанавливать открытые станины. Они состоят из двух частей: основания и верхней траверсы, скрепляемых болтами. В современных каландрах обычно применяют цельные станины закрытого типа с боковыми проемами, ширина которых на 50--80 мм превышает максимальный диаметр валка. Это позволяет вынимать и заводить валки через окна без применения дополнительных монтажных устройств. Для увеличения жесткости конструкции и поддержания параллельности осевых плоскостей станины связывают снизу фундаментной плитой, а сверху -- специальной траверсой, расположенной параллельно осям валков. В отдельных случаях применяют стальные тяги или распорные трубы.

Ограничительные стрелы определяют объем рабочего пространства валков между подшипниками, препятствуют «расползанию» обрабатываемой массы и таким образом предохраняют от нее подшипники. Ограничительные стрелы представляют собой металлические перегородки, укрепляемые неподвижно или перемещаемые вдоль образующей валков. Каждая стрела состоит из двух половин, которые тщательно подгоняют к поверхности валка. На (рис.7) показаны передвижные ограничительные стрелы, устанавливаемые на вальцах. На корпусах подшипников валков подшипники 1 закреплены болтами 2. Через отверстия в подшипниках проходят валик 3, неподвижно закрепленный болтами 4 в подшипниках 1, и валик 5, установленный в дистанционных кольцах 6. Кольца позволяют валику 5 вращаться в подшипниках. На валиках установлены подвески 7 для стрел: на валике 3 по скользящей посадке, а на валике 5 с помощью резьбовой втулки 8.


Рис. 7.

При вращении маховичка 9, посаженного неподвижно на валик 5, подвески 7 могут перемещаться к центру или от центра, сокращая или увеличивая Площадь рабочей поверхности валка. На подвесках закреплены стрелы 10, на концах стальных стрел установлены скребки 11 из латуни. Вследствие износа между поверхностью валка и торцом стрелы образуется зазор. Этого недостатка лишены стрелы с пружиной, устанавливаемой между основанием стрелы и самой стрелой; стрелы прижимаются к валку при помощи пневмоцилиндров с усилием 100--250 кгс.

Пластинчатые или дисковые ножи устанавливают в державках, которые укреплены на поддоне или кронштейнах, а иногда непосредственно на станинах валковых машин. Регулирующими винтами или пружинами ножи прижимаются вплотную к поверхности валка или съемного валика. Ножи срезают массу пластического материала в виде полос заданной ширины, отрезают кромки при изготовлении пластмассового листа, пленки, различных типов линолеума и т. д. В зависимости от количества ножей и их взаимного расположения с валковой машины срезается одна или несколько полос материала заданной толщины.

Вальцы могут иметь индивидуальный и групповой приводы. В первом случае от электродвигателя вращение на вальцы передается через цилиндрический или цилиндро-конический редуктор. Для сдвоенных вальцов также можно применять цилиндро-конический редуктор. Для вальцов группового исполнения (2, 3, 4 и более) применяют привод с использованием асинхронных или синхронных (тихоходных) электродвигателей. В этом случае выходной вал общего редуктора передает вращение сразу на несколько вальцов, которые имеют индивидуальные цилиндрические зубчатые пары.

В новых конструкциях вальцов применяют приводы с блок-редукторами и шарнирными шпинделями (по типу приводов каландров). Использование подобных приводов позволяет разгрузить валки и станины от изгибающих моментов, возникающих при передаче крутящего момента зубчатыми колесами. Применение шарнирных шпинделей упрощает системы регулирования зазора валков (не требуется изготовление цилиндрических колес с корригированными зубьями).

Блок-редукторы для вальцов выполняют с двумя выходными тихоходными валами (типа БВ).


Валки – полые чугунные цилиндры с шейками (рабочую часть валка называют "бочкой", опорную – "шейкой"). Поверхность, в зависимости от назначения – гладкая, шлифованная или рифленая. Материал - высококачественный чугун (например, СЧ15-32). Отбеленная поверхность рабочей части (твердость HRC 40-60, глубина отбеленного слоя - 8÷18 мм.). Для получения отбеленного слоя отливку производят в вертикальную земляную форму, в которую на участке "бочки" вставлена стальная втулка. Внутренняя поверхность валка растачивается.

В валках более новой конструкции для улучшения условий теплообмена и увеличения равномерности нагрева по периферии рабочей части под отбеленным слоем просверлены каналы Ǿ 30-40 мм (расстояние между каналами 25-40 мм). Рабочую поверхность валков Вальцев шлифуют, каландров – кроме того полируют.

Основные параметры валка – диаметр бочки и её длина. Обычно из условий жёсткости толщина стенки бочки полого валка 0,25-0,35D (D – диаметр бочки), а длина бочки не более 2,5-4D. У большинства каландров отношение диаметра шейки к D-0,5-0,72, в случае подшипников качения – несколько меньше – до 0,5. Длина шейки обычно равна её диаметру.

Размеры валков нормализованы.

Подшипники

Подшипники скольжения состоят из чугунного (или литого стального) корпуса и вкладыша из бронзы. Вкладыш может быть разрезанным – нагруженный сегмент из бронзы, ненагруженный – чугунный. В некоторых конструкциях корпус охлаждается водой. Смазка – индустриальными маслами. Недостаток подшипников скольжения – возможность защемления вследствие прогиба от распорных усилий, поэтому предусматривается повышенный зазор (0,15% от диаметра) ухудшающий условия смазки.

Подшипники качения – стандартные 2-х рядные сферические, в отдельных случаях по специальному заказу. Смазка – консистентная централизованная (возможна и жидкими маслами при централизованной системе смазки и охлаждений).

Станины

Типы станин вальцев – открытые и закрытые (в России большей частью открытые). Поперечное сечение – тавровое и коробчатое. Тавровое более технологично и легче. Обе стойки станины устанавливаются на общей фундаментальной плите и скрепляются поперечными стяжками.

В каландрах применяются как правило цельные станины с проёмами для подшипников, которые на 50-80 мм. Больше D. Станины связаны внизу фундаментальной плитой, и вверху траверсой или стяжками. Сечение тавровое. В проёмах в местах установки подшипников – накладки. Материал станин каландров – СЧ12-28,15-32,18-36, реже стальные сварные, прочие с повышенными требованиями к прочности – из модифицированного чугуна СЧМ38-60. Материал станин вальцев – обычно высококачественный чугун, иногда отливка из стали 45.

Станина – наиболее дорогая и ответственная часть машины. Допускаемое напряжение при расчёте (учитывая возможность перегрузок и усталостных явлений) принимают: для стали 45 – 400-500 кг/см2, для чугуна (указанных марок) – 120-200 кг/см2.

Фундаментные плиты

Фундаментные плиты для вальцев – обычно из серого чугуна. В некоторых конструкциях – железобетона (масса арматуры ≈ 12%), изготавливаются в металлических формах.

Удельное давление на фундамент принимают 15-20 кг/см2. Практически высоту фундаментных плит принимают 0,5D. Диаметр болтов, крепящих станины к фундаментной плите, рассчитывают на усилие от опрокидывающего момента (практически он равен d=0,1D+(5-10мм)).

Расчет валковых машин.

1. Определение основных размеров. Вальцы.
Производительность вальцев периодического действия (за цикл) Qц:
Qц=(60 80) D л/цикл
60-большие. 85-малые.
Средняя производительность в час: Qср=Qц/ ц [л/ч],
Где ц-продолжительность цикла, час.
Отсюда по заданной производительности находим произведение D , а по рекомендованному отношению L/D-находим длину и диаметр валка, из стандартного ряда.

Производительность вальцев непрерывного действия: Q=V/ в [л/ч],
где V-объем материала, находящегося на вальцах, л. (V Qц)
в-время вальцевания.

Производительность каланра определяется размерами места и скоростью каландров.