Способ управления червячной машиной для механического отжима влажных каучуков

Способ управления червячной машиной для механического отжима влажных каучуков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнх

Социалистических

Республик

О П И С A Н H Е ()981005

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 12.06.81 (21) 3300924/23-05 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.82. Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 15-12 82 (5! }М. Кл.

В 29 Н 1/06

G 05 с) 27/00

Гаауааретееииый комитет по делам иэабретеиий и атирытий (5З) УДК 66. .012-52 (088.8) (72) Авторы изобретения

А, В. Бронфенбренер, Ф. A Коугия, А. П. Поздняков,М. А, Гуревич, B. И. Блохин и И. N. Абрамзон (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕРВЯЧНОЙ МАШИНОЙ

ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ОТЖИМА ВЛАЖНЫХ

КАУЧУКОВ

Изобретение относится к управлению процессами переработки различных полимерных материалов и может быть использовано для управления червячными машинами, в которых проводится процесс механического удаления влаги из полимерных материалов, например из синтетических каучуков.

Известен способ управления процессом механического отжима влаги из син о тетического каучука с использованием червячных машин путем изменения сопротивления выгрузного устройства (1 ).

Недостатком известного способа является то, что изменение сопротивления

15 выгрузного устройства осушествляется вручную аппаратчиком по периодическим анализам влажности на выходе из машины, что не обеспечивает требуемое ка чество каучука - содержание влаги в ма териале на выходе из машины.

Известен способ управления червячной машиной для механического отжима влаж ных каучуков путем изменения сопротивления выгрузного устройства в зависимос ти от давления каучука перед выгрузным устройством. При из:вменении расхода исходного материала или ет о реологических и фрикционных свойств изменяется давление материала перед выгрузным устройством. При отклонении давления изменяется величина сопротивления вы грузного устройства таким образом, чтобы сохранить величину давления на заданном значении, тем самым обеспечив требуемое содержание влаги в каучуке на выходе из машiпсы (2 J

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает работу машины с максимальной производительностью при изменении реологических и фрикционных свойств перерабатываемс го материала.

Цель изобретения - увеличение производитеш.ности червячной машины.

Поставленная цель достигается способом управления червячной машиной для механического отела влажных саучуков

3 9810 путем изменения сопротивления выгрузного устройства в зависимости от давления каучука перед выгрузим устройст вом, дополнительно измеряют давление каучука в зоне дозирования, частоту

5 вращения червячного вала и расход влажного каучука на входе в машину, определяют реологические и фрикционные свойства каучука в зоне дозирования и соответствующую им зависимость производительности от частоты вращения червячного вала, находят максимум этой функции и устанавливают частоту вращения и расход влажного каучука на входе в машину в соответствии с максимальным значени« ем гроизводительности.

На фиг. 1 приведена зависимость производительности червячной отжимной машины Q от частоты вращения червячпого вала Щ при постоянном давлении каучука перед выгрузным устройством; па фиг. 2 - система управлепия, реализующая данный способ.

Принцип действия способа основан на определении экстремальной зависимости приведенной на фиг. 1.

Движение материала в канале червячного вала обусловлено балансом движущей силы (силы трения материала о поверхность цилиндра) и противодействующих. сил (силы вязкого сдвига, силы трения .чтериала о поверхность червячного вала, силы от противодавления ). Изменение реологических и фрикцио пплх свойств ,—,ерерабатываемого матершла приводит

::. нарушению соотношения сил, изменению условий проскальзывания материала и градиента давления и, как следствие, изменению производительности машины, при этом падение производительности

4О при высоких частотах вращения червячного вала связано с интенсивным проскальзыванием влажного каучка по поверхности червячного вала и цилиндра машины.

Анализ зависимостей Q=- (ц, ) показывает, что имеется такое значение час45 ращеHHB червячно o a (, 4 0пти ), при котором достигается максимальная производительность машины (Q >>> ), причем зти значения при постоянстве выходного давления каучука и геометрии

50 червячного вала зависят только от реологических и фрикционных свойств перерабатываемого ма териала. Для получения зна ений Q сЮ H QJо т необходимо до полнительно измерить давление в дози- 55 руюшей зоне Р2., частоту вращения червячного вала (6 и объемный расход влажного каучука на входе в машину Ц

05 4

Зная значения давлений перед выгрузным устройством Р„и в зоне дозирования Р

t можно оценить величину градиента давления перед выгрузным устройством.

Располагая тремя технологическими параметрами — градиентом давления, обьемным расходом и частотой вращения червячного вала при известной геометрии червячного вала, можно рассчитать значения коэффициентов, характеризующих реологические (,Х4 и Vn ) и фрикционные (GL и P> ) свойства перерабатываемого материала. Учитывая, что градиент давления для высоковязких материалов типа синтетических каучуков, как показали исследования, практически линейно зависит от частоты вращения червячного вала и, используя полученные значения реологических и фрикционных констант, можно рассчитать соответствуюшую им экстремальную зависимость производительности от частоты вращения червячного вала и определить частоту вращения ОПт " рсход лажного а 6 ЕХ на входе в машину, соответствующих максимальному значению производитель"G cx.

Реализация данного способа осуществляется системой управления, показанной на фиг. 2.

В червячную машину 1 поступает влажная крошка каучука. При вращении червячного вала крошка уплотняется, интенсивно перемешивается и перемешается к регулируемому выгрузному устройству 2, Блага удаляется через продольные щели фильтр-корпуса машины, а отжатый каучук поступает на дальнейшую переработку. Обеспечение заданной влажности ь атериала на выходе из машины происходит за счет контура регулирования давления материала перед выгрузным устройством, включающего датчик давления 3, регулятор 4 и испол« нительный механизм 5, изменяющий сопротивление выгрузного устройства 2.

Контур регулирования частоты вращения червячного вала состоит из датчика 6, регулятора 7 и исполнительного механизма 8, изменяющего скорость вращения электродвигателя 9. Контур регулирования обьемного расхода влажного каучука на входе в машину состоит из датчьпа 10, регулятора 11 и исполнительного органа

12. Давление материала в зоне дозирования изменяется датчиком 13. Расчет реологических (,ц, м) и фрикционных (, ) констант осуществляется с помощью вычислительного устройства 14, на вход которого поступают сигналы от

5 .

Эти сигналы поступают на задаюшие входы регуляторов 7 и 11 соответственно.

Система работает следуюшим образом

При изменении реологических и фрикционных свойств исходного материала, 1$ например при увеличении эффективной вязкости, изменяется (увеличивается) давление материала как перед выгрузным устройством, так и в зоне дозирования.

Датчики 3 и 13 при этом увеличивают 20 свой сигнал. Регулятор 4, стремясь обеспечить заданное значение давления перед выгрузным устройством, уменьшает с помошью исполнительного механизма 5 сопротивление выгрузного устройства 2 2$ и тем самым возвращает давление P к заданному значению.

При этом давление Р в зоне дозирования уменьшается, а градиент давления, пропорциональный разности давлений 30 (P„— P< ), увеличивается. Вычислительное устройство 14, используя новое значение градиента давления, определяет новые реологические (P, vn ) и фрикционные (о, P> ) константы. Вычислительное устройство 15 определяет экстремальную зависимость производительности от частоты вращения червячного вала, оптимальную частоту вращения ШОд . и расход влажного каучука Я на входе в машину, соответствуюшие новому максимальному значению производительности

g и изменяет (увеличивает) задания регуляторам 7 и 11, которые, стремясь обеспечить новые задания, устанавливают новые (увеличенные) значения частоты врашения и обьемного расхода, соответствующие максимальной производительности машины. При уменьшении эффективной вязкости исходного материала схема работает аналогично описанному, только в противоположную сторону.

Вычислительное устройство 14 определяет реологические и фрикционные константы, используя следующую систему уравнений (lh- "- -, - )-0,(1) (m() (u и+2

-h Icl $-whu 5 cjcl (>) 5- — e n g; <3}

3Р

dp

= А- Э с.з (4) где I) - диаметр червяка, м; Yl — глубина винтовой нагрузки, м; ц — частота врашения червяка, рад/с; — угол подема винтовой линии, рад; — ширина канала червяка, М; d9jg0 — градиент давления, Па/м; g — офемная производительность машины, м/с; А и  — эмпирические коэффициенты, характеризуюшие зависимость градиента давления от частоты врашения червяка;,0 — зффектив4/51 ная вязкость каучука, Па c,(— фрикционная константа, М/с Па; уп и безразмерные реологические и фрикционypHcT8HTbt С - постоянная, связан ная с геометрией эпюры скоростей между поверхностями червяка и цилиндра маши ны, определяемая в процессе расчета величин с, Р, Î, уп, м.

Зная реальный диапазон изми ения реологических (,О и oi ) и фрикционных (сС и 3 ) характеристик каучука и используя систему уравнений (1)-(4), рассчитываются градиентным методом текущие значения констант, р, сК, Р путем минимизации функционала где ф (о1, /,,И, )и ) соответсч вует разности левой и правой частей уравнения (2) °

Вычислительное устройство 15 рассчитывает экстремальную зависимость Ч

= 1 (0 ) и значение ЮО и„° („„ОХ, ис» пользуя ту же систему уравнений при известных константах Q, ln

Пример ° При переработке каучука типа СКИ для получения заданной влажности (Ч = 8%) и максимальной

$0 производительности необходимо установить следующие параметры (фиг. 1, кривая И ).

Производительность машины qÕ„,o1 = 7100 кг/ч

Частота вращения червячного вала Ш = 120 об/мин

2 Ofllh

Обьемный расход влажного каучука на входе в машину Qg =1G250 кг/ч.

Q (— -Ь)Ы соЬ9+са 5 (С!С вЂ” (g С) ь (- 1 {ь

7 = (cp,(g, p, p, rn)) m n

Давление в зоне доз ирования

Р 1,5 МПа (15 кгс/см ) Давление в зоне дозирования

7 9810

Давление материала перед выгрузным устройством Р 1,5 MIla (15 кгс/см ).

Р 1,2 МПа (12 кгс/cM ).

При этих условиях реологические и фрикиионные константы каучука СКИ имеют следующие значения Р 1,72

10 Па с; ю 5,708; сК 3,43

10 м/сПа; f5 3,416, а зависимость градиента давления от частоты вращения имеет вид

15 dP ) d(=(5,543 + 1, .162 Ю ) ° 10

При переходе на переработку каучука типа СКД, если управлять машиной по известному способу, производительн ость машины, частота вращения и расход материала на входе, остаются прежними

100 кг/ч; M<о„120 o6/мин;

Ору =- 16250 м /ч).

При использовании данного способа управления устанавливаются следующие параметры (фиг. 1, кривая 1 ).

Производительность машины Я 8700 кг/ч

1юеОЪ

Частота вращения

30 червячного вала Щ =150 об/мин

Объемный расход

40fl Ж влажного каучука

5 на входе в машину (=20000 м /ч

Давление материала

Зэ

Б еред выгрузным устройством

Р = 1,0 МПа (10 кгс/см )

При этих условиях реологические и фрикционные константы каучука СКД принимают следующие значнния,О = 6>543

10 Па cñI . =3,218. с(1 173

° 10 м/сЛа; P= 3,306, а зависимость градиента давления от частоты врашени,т принимает вид

ДР)Д (4,367 + 6,970ц) ) ° 10, Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет при сохранении заданной влажности каучука на выходе повысить щюизводительносчь маппшы на

100 = 22,Мо гамаа

Переход на переработку каучука типа СКОР по известному способу приво05 8 дит к резкому увеличению проскальзывания каучука, так как для данного каучука рабочая частота врашения оказывается выше критической, что приводит к и перепсстненню машины, ее забивке и остановке. При управлении машиной по данному способу устанавливаются следующие параметры, соответствующие для данного каучука максимальной производительности (фиг. 1, кривая П!): Q

4400 кг/ч (и = 90 об/мин.

Ъ опт

Таким образом, данный способ позволяет, используя значение трех технологических параметров — градиента давления, объемного расхода влажного каучука и частоты вращения и наличие линейной зависимости между градиентом давления и частотой вращения червяка, обеспечить максимальную производитель.— ность машины при сохранении постоянства заданной влажности каучука на выходе из машины, Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа управления может быть получен в результате снижения себестоимости перерабатываемого материала за счет повышения производительности и сокрашения простоев оборудования и его чистки.

Формула изобретения

Способ управления червячной машиной для механического отжима влажных каучуков путем изменения сопротивления выгрузного устройства в зависимости от давления каучука перед вьп.рузным устройством, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью увеличения производительности червячной машины, дополнительно измеряют давление каучука в зоне дозирования, частоту вращения червячного вала

I и расход влажного каучука на входе в машину, определяют реологические и фрикционные свойства каучука в зоне дозирования и соответствуюшую им зависимость производительности от частоты вращения червячного вала, находят максимум этой функции и ус частоту вращения и расход влажного каучука на входе в машину в соответствии с максимальным значением производительности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIIA ¹ 3222797, кл. 34-17, опублик, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 480059, кл. В 29 В 3/00, 1972 (прототип) .

981005 фиг. Я

Составитель B. Шувалов

Редактор Н. Швьщкая Техред 3.Палий Корректор H. Буряк

Заказ 9573/19 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5 филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4