Схемы образования брикета в формовочных устройствах

Сыпучие материалы уплотняют в прессах различных типов, основ­ным элементом которых является формовочное устройство — матрица. В современных прессах формовочные устройства бывают трех типов: с неподвижным упором, с подвижным упором и устройства для двусто- роннего прессования материала.

Для расчета прессового оборудования с различными формовочными устройствами используется критерий подобия q — удельная загрузка, под которым понимается отношение массы материала по сухому веществу, загружае­мому в формовочное устройство, к его площади поперечного сече­ния

где q – удельная загрузка, кг/м²; ρ₁ –плотность исходного материала сушенки, кг/м³; H ₁ – высота засыпаемого в матрицу слоя материала, м; ω_м=ω_шт – площадь поперечного сечения матрицы (штемпеля), м²; w ₁ – влажность сушенки, %.

Для получения качественных брикетов на ТБЗ принимают кг/м².

Образование брикета в формовочном устройстве с неподвижным упором. Материал загружается в формовочное устройство 1, с одной стороны в которое входит штемпель 2, а с другой устанавливается не­подвижный упор 3 (рис. 67, б).

Рис. 67. Диаграмма (а) и схема (б) обра­зования брикета в формовочном устрой­стве с неподвижным упором

Уплотнение материала происходит при перемещении штемпеля в сторону неподвижного упора. При этом высота материала уменьшается от Н ₁ – начальной высоты слоя до Н ₂ – высоты брикета в сжатом состоянии. Коэффициент уплотнения материа­ла

ψ₁ =H₁ / H₂. (2.68)

Предположим, что при прессовании не происходит потерь материала

и имеются зазоры между штемпелем и стенками матрицы, достаточные для удаления газообразной фазы из торфа. Деформацией стенок матри­цы под действием усилия прессования пренебрегаем и считаем, что пло­щадь ее поперечного сечения со_м постоянна. Тогда ход (м) штемпеля

h _шт = H₁ - H₂. (2.69)

При отсутствии потерь материала при прессовании массы засыпан­ного в матрицу торфа и брикета равны, т.е.

(2.70)

где ρ₁ и ρ_бр – плотность исходного торфа и брикета, кг/м³.

С помощью формул (2.67) — (2.70) можно определить ход штемпеля

(2.71)

При уплотнении материала усилие прессования F изменяется от нуля до максимального значения, равного F₂. График изменения усилия или давления прессования при перемещении штемпеля называется ди­аграммой прессования (рис. 67, а). Площадь диаграммы прессования пропорциональна затратам энергии на образование брикета

где – площадь диаграммы прессования, т.е. площадь фигуры ; и , – соответственно масштабы сил (давления) и пере­мещения штемпеля.

Торф — упруго-вязко-пластичный материал, поэтому при его уплот­нении наряду с пластической необратимой формой деформации частиц имеет место и упругая. При обратном ходе штемпеля брикет упруго расширяется до размера Н' ₂ и плотность его уменьшается. Коэффициент упругого расширения брикета

. (2.72)

При расширении брикета сила упругого расширения действует со стороны брикета на штемпель. Энергия, затраченная на упругие дефор­мации частиц материала и возвращаемая через штемпель на привод

,

где – площадь части диаграммы прессования, т.е. площадь фигу­ры ВВ'С (рис. 67,а).

Энергия прессования брикета расходуется на пластическую и упру­гую деформацию торфа, преодоление сил трения между торфом и стенками матрицы, а также между частицами торфа при их отно­сительном перемещении.

Из-за трения между материалом и стенками матрицы при перемещении штемпеля усилие прессования, передаваемое на материал, умень­шается по высоте слоя до наименьшего значения F₀ на упоре брикета. Вследствие этого, плотность брикета по высоте неодинакова. Со сторо­ны штемпеля, где действует наибольшее усилие, брикет имеет макси­мальную плотность, а с противоположной стороны - минимальную.

Образование брикета при двустороннем уплотнении материала. Уплотнение материала в неподвижной матрице 1 осуществляется при встречном движении двух штемпелей 2 (рис. 68, б). Брикет образуется в средней части матрицы. Перемещение штемпеля .

В результате упругого расширения брикета его высота увеличивает­ся до размера H' ₂. Изменение усилия прессования при перемещении штемпеля описывается кривой A₁B₁ на диаграмме прессования. Наи­большее усилие прессования F ₂ развивается на торцах брикета, где он имеет наибольшую плотность. В средней же его части, вследствие сил трения между материалом и стенками матрицы, плотность брикета наи­меньшая.

Энергия, затраченная на получение брикета, W _бр=2Ω_A1B1B'1 μ _F μ_h, где 2Ω_A1B1B'1 – площадь диаграммы прессования для одного штемпе­ля, т.е. площадь фигуры A₁B₁B'₁ (рис. 68, а).

Рис. 68. Диаграмма (а) и схема (б) двух­стороннего прессования торфа

Энергия W _уп=2Ω_B1B'1C1,пропорциональная части площади диаг­раммы прес-сованияB₁B'₁C₁, возвращается на привод при упругом расширении брикета.

В связи с тем, что расстояние между слоями в брикете с наиболь­шей и наименьшей плотностью составляет H ₂/2, плотность брикетов, получаемых в матричных устройствах с двухсторонним прессованием, выше, чем в устройствах с неподвижным упором, что является достоин­ством подобных устройств. Недостаток – дополнительное движение штемпеля для выталкивания брикета, находящегося в середине матрицы.

Образование брикета в формовочном устройстве с подвижным упо­ром. Вштемпельных прессах уплотнение материала осуществляется в матрице с подвижным упором.

Торф из питателя 1 попадает в загрузочную камеру 2 и затем штемпе­лем 3 перемещается в камеру прессования 4, представляющую собой замкнутую полость, образованную стенками матричного канала 5, торцом штемпеля и ранее сформированным брикетом 6 (рис. 69, б). После перекрытия загрузоч-ного рукава (т. А, рис. 69, а), на­чинается уплотнение материала. Усилие прессования воз­растает до максимального значения F ₂(кривая АВ). В этот момент пе­ред штемпелем находится брикет высотой H ₂, усилие прессова-ния рав­но сумме всех сопротивлений перемещению брикетной ленты. В этом положении штемпеля ранее сформированные брикеты повторно сжались на величину h ₂. Дальнейшее перемещении штемпеля сдвигает всю брикетную ленту, в том числе и на охладительных лотках. Ближайший к концу матрич-ного канала брикет выталкивается из зева пресса на охладительные лотки.

Коэффициент трения движения меньше коэффициента трения покоя. Количество брикетов в матричном канале умень­шается, и усилие прессова-ния также уменьшается(кривая ВС), и в конце хода штемпеля равно F ₁.

Рис. 69. Диаграмма (а) и схема (б) прессования в формовочном устрой­стве с подвижным упором

При обратном ходе штемпеля вследствие упругого расширения брикетов, равного h ₂ , усилие прессования уменьшается постепенно до нуля (кривая СD). В точке Dштемпель теряет контакт с брикетом.

В начале прямого хода штемпеля торф засыпается в загрузочную камеру и частично попадает в камеру прессования. По мере передвиже­ния штемпеля торф перемещается в матричный канал. Излишки торфа вытесняются штемпелем в загрузочный рукав. Высота засыпан­ного слоя торфа H ₁, вследствие упругого расширения брикетной ленты h ₂, меньше длины камеры прессования h ₁, которая принимается равной h ₂.

h ₁ =H ₁+ h ₂=(0,4 - 0,45) h _шт, (2.73)

где h _шт– полный ход штемпеля, м.

Используя формулы (2.67) и (2.73), определяем ход штемпеля

. (2.74)

Расход энергии на прессование брикета с учетом повторного уплот­нения ранее сформированных брикетов на величину упругого их расши­рения пропорционален площади диаграммы прессования АВВ ’ (рис. 69, а). Затраты энергии на проталкивание всей брикетной ленты пропорциональны площади В'ВСС ' диаграммы прессования.

При обратном ходе штемпель находится под воздействием сил уп­ругого расширения брикетов. Поэтому часть энергии, пропорциональ­ная площади СС'Dдиаграммы прессования, возвращается на привод и в штемпельных прессах расходуется на разгон маховика. Таким обра­зом, общая энергия на образование одного брикета пропорциональна площади АВСDдиаграммы прессования.

Недостатком формовочного устройства с подвижным упором явля­ется большая затрата энергии на проталкивание брикетной ленты, состав­ляющая 60 % общего ее расхода на прессование. При перемещении брикетной ленты происходит интенсивный износ стенок матрицы. Достоинство – каж­дый брикет подвергается многократному воздействию усилия прессо­вания, что способствует повышению его механической прочности и плот­ности.