Матричный канал штемпельного пресса. Роль букеля

Образование брикета в штемпельном прессе происходит в матрич­ном канале, площадь поперечного сечения которого по длине переменна (рис.73). Брикет, полученный в призматической части канала, при пос­ледующих циклах проталкивается в букель – сужающуюся часть канала, где происходит его поперечное обжатие. Далее брикеты перемещаются в призматический участок канала, в котором они находятся в сжатом состоянии. Многократность циклов нагружения материала способствует превращению в брикете упругих деформаций частиц в пластические, что уменьшает его упругое расширение. Далее по длине канала имеется расширяющий участок – обратный букель. Обычно он имеет размеры 1 х 50 мм. Такое расширение необходимо для постепенного и равномерного снятия напряжения в брикете. При отсутствии обратного букеля в брикете образуются послойные поперечные трещины. Это происходит в связи с тем, что брикет при выходе из канала может занять промежуточ­ное положение. Часть брикета, вышедшая из устья канала, упруго расши­ряется в поперечном направлении, в то время как вторая его часть находится в канале в сжатом состоянии. На этой границе и происходит расслоение брикета. С уменьшением пластичности торфа обратный букель должен быть более пологим.

Букель предназначен, с одной стороны для создания сопротивления передвижению брикетной ленты в канале пресса, а с другой должен сгладить колебания этого сопротивления, вызванные изменением влаж­ности, дисперсности и плотности сушенки. При перемещении брикета через букель происходит взаимосвязанный процесс его упрочения и разупрочения.

­

Рис. 73. Матричный канал брикетного пресса (а) и расчетная схема букеля (б)

Попадая в букель, брикет подвергается дополнительному попереч­ному обжатию, вызванному сужением поперечного сечения канала пресса. Поэтому его плотность в направлении, перпендикулярном к оси канала, возрастает.

Давление прессования в матричном канале пресса уменьшается от камеры прессования, где оно имеет максимальное значение, к устью канала, в связи с чем давление прессования в букеле имеет значительно меньшее значение, чем то, при котором был сформирован брикет. Таким образом, в букеле на брикет действует система сил, отличная от той, при которой он был сформирован: осевое усилие уменьшилось, а боко­вые усилия, за счет поперечного обжатия, — наоборот увеличились. Такое перераспределение усилий приводит к образованию поперечных микротрещин. Переход от призматической части канала к букелю также способствует образованию поперечных трещин, так как в этом месте происходит послойное обжатие брикета. Преобладание упрочнения или разупрочнения зависит от размера букеля и упругопластических свойств торфяной сушенки.

Использование букеля с формой, выполненной по цепной линии и всего канала также по цепной линии, позволяет повысить прочность брикетов именно в связи с тем, что в самой узкой части матричного канала, где происходит наиболее интенсивное поперечное обжатие брикетов, нет излома поверхности. В таком канале обеспечиваются наи­более благоприятные условия для поперечной деформации брикета и последующей релаксации в нем напряжений. Плавная продольная форма канала способствует уменьшению послойного растрескивания брикетов.

На торфобрикетных заводах используют букели различных раз­меров: 1,5 х 150; 1,5 х 300; 4 х 100; 4 х 200 мм и др. На ряде заводов получают брикеты на прессах с безбукельными каналами.

По данным А.И. Матвеева, обследовавшего более 70 ТБЗ, выбор букеля на заводах в большинстве случаев нельзя объяснить ни физико-механическими свойствами перерабатывае­мого сырья, ни параметрами процесса прессования.

На основе промышленных испытаний при переработке древесно-тростникового (R = 30 35 %) и осокового (R = 27 32 %) торфов с насыпной плотностью до 300 кг/м³. А.И. Матвеев рекомендует использовать букели с tgα =h _бук/ l _бук=0,007…0,012 (h _бук – величина сужения матричного канала на сторону, l _бук – длина букеля, мм), для получния прочных брикетов. Но при одном и том же значении tgα сужение канала может изменяться.

Богатовым Б.А. полу­чена формула для расчета оптимальной высоты букеля, зависящей от влажности сушенки |6|

,

где b – высота матричного канала; w – влажность сушенки, %.

Но на ТБЗ прессуют сушенку влажностью 16 %, т.е. соответствую­щей максимальному значению, допускаемому ГОСТом на торфяные бри­кеты. Поэтому, согласно приведенной формуле, для конкретного пресса высота букеля – величина постоянная.

Вместе с тем на практике замечено, что в зависимости от физико-механических свойств торфа, главным образом степени разложения, следует изменять высоту букеля (этим, в частности, объясняется разнообразие используемых букелей).

Для определения оптимальной величины букеля при переработке низинного осокового торфа степенью разложения R = 25 %(влажность сушенки в опытах составляла 13-17 %) на ТБЗ Тоотси Эстонии были проведены производствен­ные испытания брикетного пресса 2 х 7” c использованием матриц, имеющих различные размеры букеля: при постоянном значении - 2х 200; 3 х 300; 3,5 х 350 мм и постоянной длине букеля - 1 х200; 2 х 200 и 3 х 200 мм (рис. 74).

Наиболее прочные брикеты на данном сырье были получены при использовании букеля с размерами 2 х 200 мм ( = 0,01). Размеры оптимального букеля в значительной мере зависят от пластических свойств материала и продолжительности прессования.

Рис. 74. Зависимость прочности брикетов на изгиб от высоты букеля h _бук (w = 13 - 17 %; Т = 393-403 К);

1 - при постоянном угле наклона стенок матрицы, tgα = 0,01 (букели размером, мм: 2x200; ЗхЗ00; 3,5x350);

2 – при постоянной дли­не букеля, равной 200 мм (букели: 1х200; 2x200; 3x200)

С уменьшением продолжительности деформации (ростом скорости) и пластических свойств материала (при повышении степени разложения торфа) размеры оптимального букеля также уменьшаются.