Изменение давления прессования в штемпельном прессе

Диаграмма прессования торфа (рис. 69) представляет собой гра­фическую зависимость давления (усилия) прессования от перемещения штемпеля в процессе уплотнения материала и необходима для количе­ственной оценки энергозатрат на получение одного брикета. Диаграмма прессования является основой для проведения всех энергетических рас­четов штемпельного пресса.

Характер диаграммы зависит от типа формовочного устройства. На торфобрикетных заводах прессование осуществляется в штемпель­ных прессах, имеющих формовочное устройство с подвижным упором.

При образовании брикета в канале штемпельного пресса суммарное сопротивление перемещению штемпеля создается силами трения торфа и ранее сформированных брикетов о стенки матрицы, трения брикетной ленты по охладительным лоткам и за счет сопротивления перемещению брикетов при их поперечном обжатии в букеле.

Нарастание этих сопротивлений происходит постепенно: от нуля в т. А(рис. 69, а), когда штемпель перекрывает загрузочное отвер­стие, до максимального значения в т. В, в момент, при котором перед штемпелем находится сжатый брикет толщиной .Зависимость F = f (H) в начальный момент близка к линейной.

Усилие прессования через вновь сформированный брикет передается на брикеты, расположенные перед ним в канале пресса. Происходит по­степенное сжатие брикетной ленты в канале пресса на величину их упру­гого расширения. При этом брикеты начинают постепенно перемещаться начиная от вновь сформированного к устью канала и далее по охла­дительным лоткам. Вследствие упругости торфяных брикетов ускорение всей брикетной ленте не передается сразу, поэтому не происходит резко­го преодоления инерции покоя брикетной ленты и скорость нарастания усилия прессования при значениях близких к максимальным замедляется и зависимость F = f (H) имеет пологий характер. В т. Всила прессования становится больше сил сопротивления и начинается переме­щение всей брикетной ленты в канале пресса и на охладительных лотках. При этом крайний к устью канала пресса брикет выталкивается на ох­ладительные лотки. Усилие прессования на этом участке диаграммы уменьшается в связи с тем, что коэффициент трения движения меньше коэффициента трения покоя и соответственно силы сопротивления с на­чалом движения всей брикетной ленты начинают уменьшаться. Сниже­ние сил сопротивления происходит также за счет уменьшения числа бри­кетов в канале пресса при выталкивании последнего на охладительные лотки.

При обратном ходе штемпеля вследствие упругого расширения бри­кетов, равного ,усилие прессования уменьшается до нуля постепенно. В т. D штемпель теряет контакт с брикетом. При прямом ходе усилие прессования направлено со стороны штемпеля на уплотняемый материал, при обратном направлении силы изменяется, и теперь упругосжатые бри­кеты воздействуют на штемпель.

На диаграмме прессования можно выделить три основных участка (рис. 69, а): прессования (кривая АВ), проталкивания брикетной ленты (кривая ВС)и упругого расширения брикетной ленты (кривая СD). Характер отдельных участков диаграммы зависит от физико-ме­ханических свойств сушенки, качества подготовки торфа, условий прес­сования, а также конструктивных параметров пресса.

Диаграммы прессования в штемпельном прессе могут быть получе­ны в производственных условиях, но их ценность снижается тем, что каждая из них описывает процесс при определенных условиях прессова­ния. Кроме этого, производственные эксперименты сложны и трудоем­ки. Если представить диаграмму прессования в безразмерном (обобщен­ном) виде, то она имеет определенную конфигурацию (рис. 71, а).

Зависимость усилия прессования от перемещения штемпеля в без­размерном виде записывают следующим образом

, (2.79)

где и ; F и h - соответственно текущие значения усилия прессования и перемещения штемпеля; F _max и H ₂ – максимальное значение усилия прессования и толщина брикета в сжатом состоянии.

Рис. 71. Диаграммы прессования в безразмерном виде (а) и полученная для произ­водственного штемпельного пресса (б) в лабораторном эксперименте

Люндышевым А.Р. при статистической обработке экспериментальных данных исследования процесса уплотнения торфа в производственных условиях получены уравнения для отдельных участков диаграммы прессования в безразмерном виде - периодов прессования

, проталкивания брикетной ленты II и упругого расширения III (рис. 71, а). Для периода прессования брикета эта зависимость имеет вид

. (2.80)

Коэффициент может быть определен по графику (рис. 72) в за­висимости от коэффициента уплотнения торфа

(2.81)

где – плотность брикета в сжатом состоянии; = 1,1 1,2 – коэффициент упругого расширения; – плотность брикета после упру-гого расширения, = (1,1 1,2) кг/м³; – плотность сушенки, кг/м³.

При построении участка диаграммы прессования в безразмерном виде для принятого торфа плотностью и плотности брикета вычисляют коэффициент уплотнения по формуле (2.81), затем определяют коэффициент а_н (рис. 72) и, задавая текущие значения h _и=1; 2 и т.д., по формуле (2.80) находят соответствующие значения усилия прессования .

Для участка II диаграммы прессования в безразмерном виде (рис. 71, а), соответствующего периоду проталкивания брикетов, зави­симость имеет вид

= 0,35+ 1,15 -0,5 при 0 1. (2.82)

Изменение усилия прессования в период упругого последействия (участок III, рис. 71, а)описывается уравнением

= 0,35 - 1,75 при 0 0,2. (2.83)

Рис. 72. Зависимость между коэффициентами

По вычисленным значениям F _и и h _и для трех участков диаграммы прессования строится график F _и = f (h _и) по аналогии с рис. 71,a, |16|.

Для вычисления натуральных значений хода штемпеля h _щт и соответствующих им усилий прессования F _пр для конкретного пресса должны быть известны величина F _max или p _max и толщина брикета в сжатом состоянии H ₂ при заданной плотности брикета ρ_бр.

Тогда, используя формулы F = F _и F _max и h = h _и H ₂ можно получить путем пересчета соответствующие значения текущие величины F _пр и h _шт для трех участков диаграммы прессования.

Согласно уравнения (2.83) при упругом расширении брикета равном 0,2 h _и нагрузка на брикет прекращается, так как в этот момент теряется контакт между брикетом и штемпелем.

В действительности, в связи с тем, что уплотнение материала происходит в условиях всестороннего сжатия, напряженное состояние в брикете сохраняется, в нем действует остаточное боковое давление p _{бок.ост.}. Это давление обуславливает сохранение сил трения, препятствующих его полному упругому расширению.

Тогда минимальное остаточное осевое давление

p _о.ост = p _{бок.ост} / ε, (2.84)

где ε – коэффициентбокового распора.

Булынко М.Г. рекомендует принимать это давление при уплотнении торфа равным p _о.ост =(0,3 0,5) МПа. Для сено-соломистых смесей, как более упругому материалу, осевое остаточное давление принимается (0,5 2,0) МПа |7|.

Диаграмма прессования в натуральных значениях, полученная на ос­новании безразмерной диаграммы, является усредненной и характеризу­ет длительную работу пресса, в то время, как отдельные эксперименталь-ные диаграммы описывают процесс прессования в течение коротких промежутков времени при определенных значениях факторов, влияю­щих на процесс уплотнения торфа в канале штемпельного пресса.

Некоторая условность в построении диаграммы прессования данным методом связана с тем, что неизвестны точные значения коэффициента упругого расширения для конкретных условий и плотность брикетов при принятой величине p _max, а также какое давление в действительности развивается в прессе при получении в конкретных условиях брикетов определенной плотности.

Диаграмму прессования для производственного штемпельного прес­са можно построить с использованием лабораторного эксперимента в предположении, что удельная работа прессования А _уд(кДж/т) не зави­сит от способа и места ее совершения, т.е. работа, затраченная на прессо­вание 1 т лабораторных и производственных брикетов с достаточной для практики точностью можно считать величиной постоянной |14|.

При этом делается допущение, что условия прессования брикетов не оказывают существенного влияния на величину этой работы, т.е. температура сушенки и матричного канала, скорость уплотнения материала, размеры матричного канала мало влияют на величину A _уд.

По данному методу в лабораторной матрице прессуется брикет при давлении прессования, величина р ₂ которого принимается равной макси­мальному давлению при уплотнении торфа в канале штемпельного прес­са.

В процессе прессования брикета записывается диа­грамма прессования F = f (h) и фиксируется высота лабораторного бри­кета в сжатом состоянии.

Для построения диаграммы прессования на основании лабораторного эксперимента следует вычислить некоторые величины |16|.

Как отмечалось выше площадь диаграммы прессования пропорциона­льна затратам энергии на образование брикета.

Следовательно, работа A (Дж), затрачиваемая на прессование A ₁ и проталкивание брикета A ₂ массой (кг) равна (рис. 71, б) соответственно площа­дям треугольника ВDЕ и трапеции ВСОD

где ω_шт – площадь поперечного сечения штемпеля, м²; Н ₂ – толщи­на брикета в сжатом состоянии, м; ρ_бр.с – плотность брикета в сжа­том состоянии, кг/м³; Н' ₁ – условная высота сушенки в матричном канале, м; F ₂ и F ₀ – соответственно усилия прессования в начале (мак­симальное) и в конце проталкивания брикета, Н.

Удельный расход энергии А _у(кДж/т), подводимой к штемпе­лю пресса и необходимой для получения 1 т брикетов,

где и – соответственно давление на штемпеле в начале (макси­мальное) и конце проталкивания брикета, Па; – удель­ная работа, соответственно на прессование и проталкива­ние 1 т брикетов, кДж/т.

Первое слагаемое в формуле (2.86) можно получить в лабора­торных условиях |14|. Работа (Дж), затрачиваемая на прессование в лабораторной матрице брикета массой (кг),

где Ω_Д – площадь диаграммы прессования брикета в лабораторной матрице, м²; – масштаб диаграммы прессования, Н·м/м²; , и H _2л – соответ-ственно площадь поперечного сечения и высота в сжа­том состоянии лабораторного брикета, м², м.

Удельный расход энергии (кДж/т) на прессование в лабора­торной матрице 1 т брикетов

и в производственном прессе равны.

Приравнивая первое слагаемое выражения (2.86) и вы­ражение (2.88)

находим условную высоту прессуемой сушенки в матричном канале производственного пресса

Так как выше сделано предположение, что процесс уплотнения торфа в лабораторной матрице и канале производственного штемпель­ного пресса протекает одинаково, то степени однородности брикетов в том и другом случае равны

,

отсюда и высота производственного брикета в сжатом состоянии

, (2.90)

где и – соответственно периметры лабораторного и производст­венного брикетов, м.

Предполагая, что потерь материала в процессе уплотнения торфа в штемпельном прессе не происходит, можно записать равенство масс за­сыпанной в канал сушенки и брикета

,

где – плотность сушенки, кг/м³.

Отсюда истинная высота слоя прессуемого торфа для производствен­ного пресса

. (2.91)

Согласно формулам (2.82) и (2.83) давление прессования в конце проталкивания брикетов уменьшается до значения

следовательно, на диаграмме прессования .

При использовании данного метода строится диаграмма прессования в производственном прессе упрощенной конфи­гурации (рис. 71, б): линия ВЕ проведена таким образом, чтобы за­штрихованные площади были равны; зависимость на участке проталкивания принята линейной, т.е. ВС - прямая линия |14|, |16|.

Таким образом, по диаграмме прессования, получен­ную в лабораторных условиях, и определяя H' ₁; H ₁; H ₂ и F ₀ можно построить диаграмму прессования брикета в канале производственного пресса (рис. 71, б).