Каландри

Класифікація валкових машин

Розділ 3. Вальцювання і каландрування.

Тема 3.1. Конструкція, обладнання, фізична та математична моделі переробки у міжвалковому зазорі. 2 години лекцій+4 години практичних+10 годин СРС

Тема 3.2. Моделювання процесів у між валковому зазорі. 15 годин лекцій+14 годин СРС+4 години практичних на ПК

1 година МК+7 годин СРС.

Література [1, 2, 3].

СРС. Фізична і математична моделі течії розплаву в міжвалковому зазорі.

Література [1, 2, 3].

1 Лукач Ю.Е., Рябинин Д.Д., Метлов Б.Н. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. – М.: Машиностроение, 1967. – 296 с.

2 Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимеров / Лукач Ю.Е., Воронин Л.Г., Ружинская Л.И., Бондаренко В.Н., Рощупкин С.А., Зейгермахер Л.Р. – К.: Техника, 1988. – 208 с.

3 Клинков А. С., Соколов М. В., Кочетов В. И., Беляев П. С., Однолько В. Г. Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимерных материалов. – М.: «издательство машиностроение-1», 2005. – 224 с.

4 Дисс. к.ф-м.н. Зубовича С. О., код специальности ВАК 05.13.18 Течение тяжелой вязкопластичной жидкости в зазоре вращающихся валков.- Волгоград, 2007. – 156 с.

Лекція 1 Конструктивні особливості процесів вальцювання і каландрування. Конструкції валкових машин.

Література [1, 2].

СРС. Фізична і математична моделі течії розплаву в міжвалковому зазорі.

Серед методів переробки полімерів і гумових сумішей в вироби і деталі, переробка на валкових машинах займає провідне місце після переробки на черв’ячних і виливних машинах, 20-30%.

За принципом дії на полімерний матеріал валкові машини розрізняють на

- вальці;

- каландри.

Загальним у цих машин є деформація матеріалу в між валковому зазорі і горизонтальне розміщення валків.

Відрізняє їх те, що послідовна деформація після проходження матеріалу через зазор - у вальцях наступна деформація відбувається в цьому ж зазорі, а в каландрах - в зазорах утворених іншими валками. Тобто в вальцях полімерний матеріал проходить зазор багато разів і тільки після цього матеріал вивантажується, а на каландрах матеріал даний зазор проходить лише один раз.

Крім того вальці, як правило двохвалкові горизонтальні, а каландри - багатовалкові машини, в яких валки (від двох до п’яти, інколи шість) розташовані в вертикальній площині або одні валки розміщені в вертикальній площині і інші зміщені горизонтально.

По призначенню вальці діляться на:

- змішувальні;

- пластикуючі і гомогенізуючі;

- рафінуючі;

- спеціальні;

- дробильні.

По дії на матеріал:

- підігрівні;

- охолоджуючі.

Процес на вальцях може бути періодичним і непереривним.

Каландрування – неперивний процес, при якому полімер попередньо переведений в мягкий стан, проходячи ряд зазорів між горизонтальними валками утворює безперевну стрічку, товщину і ширину якої можна регулювати.

Для промисловості встановили наступний ряд типорозмірів каландрів для переробки полімерів: ø225х450 мм, ø500х1250 мм, ø710х1800 мм, ø950х2800 мм.

Каландри розрізняють по наступних признаках:

І. За призначенням:

1.1 прецензійні плівкові каландри для виробництва точних по товщині тонких плівок;

1.2 плівкові і листувальні каландри загального призначення для виробництва каліброваних плівкових, листових і рулонних матеріалів;

1.3 тиснільні каландри для нанесення рельєфного малюнка на поверхні плівки або листа.

1.4 гладильні каландри;

1.5 каландри для друку кольорових малюнків на поверхні плівок і листів;

1.6 дублюючі каландри для виробництва двохшарових матеріалів.

ІІ. За кількістю валків:

2.1 двохвалкові;

2.2 трьохвалкові;

2.3 чотирьохвалкові;

2.4 п’ятивалкові.

Дво- і тривалкові каландри використовуються при виробництві плиткових матеріалів і плівок для багатошарового покриття (наприклад при виробництві штучної шкіри), чотиривалкові при виробництві прецизійних пластифікованих плівок і рулонних матеріалів. Для виробництва плівок з жорсткого полівінилхлориду використовують чотири і п’ятивалкові каландри.

Гладильні, тиснільні друкарські і дублюючі каландри мають як правило 2 або 3 валки.

ІІІ. За схемою розташування валків:

3.1 каландри з вертикальним розташуванням валків;

3.2 каландри з похилим розташуванням валків;

3.3 трикутні;

3.4 S - подібні;

3.5 L - подібні;

3.6 Z – подібні;

3.7 Г-подібні.

На L - подібних і вертикальних чотирьохвалкових і п’ятивалкових каландрах виробляють жорсткі плівки; S - подібні каландри годяться для виробництва пластифікованих плівок; Г- подібні використовуються як універсальні машини; Z – подібні каландри рекомендується використовувати для двохсторонньої обкладки основи. Для виробництва рулонного покриття підлоги використовують Г-подібні і S - подібні моделі каландрів.

IV За типом приводу:

4.1 зубчатий привід від приводного валка;

4.2 індивідуальний привід.

Найбільш раціональним є індивідуальний привід кожного валка від двигуна постійного струму, що забезпечує плавну регуляцію швидкості валків і необхідну фрикцію між ними.

V За характером тиску валків на матеріал:

5.1 з змінним тиском і постійним зазором (плівкові і листувальні каландри);

5.2 з постійним тиском валків і змінним зазором в залежності від товщини (гладильні, тиснільні, друкарські і дублюючі каландри).

VІ За способом нагріву валків:

6.1 водяною парою;

6.2 перегрітою водою;

6.3 високо киплячими органічними теплоносіями;

6.4 електронагрівачами опору;

6.5 індукційними електронагрівачами.

VІІ За методом компенсації прогинання валків:

7.1 перехрещуванням осей валків;

7.2 проливигином;

7.3 бомбировкою валків.

VІІІ Спеціальні валкові машини:

8.1Барабанні преси - безконечна металева стрічка, тиск до 7 МПа;

8.2 Машини з плавильними валками для виробництва двошарових плівкових матеріалів;

8.3 Валкові екструдери;

8.4 Валкові краскотерки.

В основі фізичної і математичної моделей процесу переробки в міжвалковому зазорі валкових машин лежать фундаментальні закони збереження маси,кількості руху і енергії.

Рівняння збереження маси відносно нерухомої системи координат:

В об’ємі dV=dxdydz за час dt швидкість накопичення маси

Зміна маси в елементарному об`ємі за рахунок конвективного переносу речовини

вздовж координати X:

Для нестисливих рідин рівняння нерозривності:

Для полімеру в міжвалковому зазорі приймаємо такі допущення: матеріал не стисливий, швидкість (W _z) і градієнт швидкості вподовж осі валків незначні, тому: W_z=0,,

тоді:

Лекція №2

Література [1, 2, 3].

СРС. Фізична і математична моделі течії розплаву в міжвалковому зазорі.

Література [1, 2, 3].

5 Лукач Ю.Е., Рябинин Д.Д., Метлов Б.Н. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. – М.: Машиностроение, 1967. – 296 с.

6 Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимеров / Лукач Ю.Е., Воронин Л.Г., Ружинская Л.И., Бондаренко В.Н., Рощупкин С.А., Зейгермахер Л.Р. – К.: Техника, 1988. – 208 с.

7 Клинков А. С., Соколов М. В., Кочетов В. И., Беляев П. С., Однолько В. Г. Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимерных материалов. – М.: «издательство машиностроение-1», 2005. – 224 с.

8 Дисс. к.ф-м.н. Зубовича С. О., код специальности ВАК 05.13.18 Течение тяжелой вязкопластичной жидкости в зазоре вращающихся валков.- Волгоград, 2007. – 156 с.

Закон збереження кількості руху:

Сила інерції:

Сила тяжіння:

Зовнішні сили (напруження):

В проекції на вісь ох:

- інерційні сили незначні із-за малості

прискорення).

- нехтуються із-за своєї відносної малості порівняно силами зсуву у напрямку осі Х.

- нехтуються із-за своєї відносної малості порівняно силами зсуву у напрямку осі Х.

Рівняння закону збереження кількості руху дляміжвалкового зазору має вид:

Закон збереження енергії:

По аналогії з зі рівняннями збереження маси виберемо в рідині систему координат і виділимо постійний елементарний об’єм:

х

у

z

У відповідності з законом збереження енергії швидкість приросту енергії в об’ємі дорівнює швидкості підведення енергії через поверхню об’єму та швидкісті виділення енергії в об’ємі і від внутрішніх джерел:

l_х – враховує дифузійний, а - конвективний перенос енергії (тепла).

Підставимо значення в рівняння збереження енергії:

Розкриємо похідні конвективної складової і згрупуємо відповідні члени рівняння:

(конвективна складова) (стисливі рідини)

Розглянемо часткові випадки для цього рівняння:

- якщо рідина не стислива (не змінює об’єм при зміні тиску):

для них

для ламінарного потоку:

= 0, = 0 - теплопровідністю вподовж осі х і z нехтуємо Рівняння збереження енергії з урахуванням стаціонарного процесу

енергія дисипації за рахунок стискання об’єму

енергія дисипації за рахунок зсувної деформації впродовж осей oz i oy.

, а так як маємо переважне значення одновимірного зсуву в напрямку осі ох, то:

дляміжвалкового зазору:

Рівняння Нав’є – Стокса

Реологічне рівняння:

рівняння нерозривності

закон збереження кількості руху

закон збереження енергії

рівняння Нав’є – Стокса

Лекція №3

Рішення математичної моделі течії нен`ютонівської рідини

у міжвалковому зазорі валков

Розробка адекватних математичних моделей процесів у міжвалковому просторі, раціональних алгоритмів та програм дає можливість визначення основних параметрів обладнання, та виконати проектування обладнання з підвищеними питомими показниками. Основні параметри обладнання: продуктивність, потужність привода, момент приводу, що крутить, робочі параметри теплоносія (необхідний діапазон температур, та витрати теплоносія), геометричні розміри робочих органів, швидкість обертання валів, параметри виробу.

Задачі моделювання спрямовані у двох напрямках:

1. Моделювання переробки нових матеріалів, або отримання виробів з новими параметрами на існуючому обладнанні

2. Моделювання роботи нового, або модернізованого обладнання.

Дата добавления: 2014-01-04