ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

 

Брагин А.В., Ганапольский С.Г. (ВятГУ, г.Киров, РФ)

 

Received equation is installs dependency of the pressures and area of the matrix channel can be used in study of the optimization to designs of the different details of the matrix, as well as mode providing required quality briquette

 

Для обоснования расчета деталей матрицы и получения качественных изделий (брикетов) необходимо знать характер изменения давления по длине матричного канала во время прессования измельченной древесины.

На характер изменения давления влияют силы трения прессуемого материала о стенки матрицы, его упругость, а также подпор, создаваемый при прессовании.

Предположим, что матричный канал представляет собой призму, поперечное сечение которой может быть любой формы. Причем ось матричного канала (рисунок 1) принимается за ось ординат диаграммы изменения удельного давления по длине канала. Полный ход штемпеля от крайнего верхнего положения до полного входа в матрицу обозначим через S_х, длину канала от точки С₁ до точки D₁, где изделие выходит из канала через L. Тогда точка А является началом диаграммы прессования. В этот момент, прессуемый материал из загрузочной воронки поступает в матричный канал, наполнив весь объем между предыдущим брикетом и штемпелем, и при дальнейшем его движении начинает уплотняться. Удельное давление возрастает от 0 в точке А до значения Р_В в точке В. При этом в начале рост удельного давления происходит довольно медленно по отлогой кривой, а затем, с началом деформации частиц прессуемого материала, растет очень быстро, почти по прямой.

Длина отлогой кривой с медленным увеличением удельного давления при значительном перемещении штемпеля зависит как от прессуемого материала (его насыпного веса), так и от роста перемещения штемпеля. Чем меньше насыпной вес, тем больше этот участок.

В период медленного роста удельного давления отдельные элементы прессуемого материала перемещаются относительно друг друга, заполняя пустоты. При этом происходит удаление воздуха из прессуемого материала.

Воздух будет удален в большей степени при медленном перемещении штемпеля.

При перемещении штемпеля из точки А в точку В₁ обжатие прессуемого материала в основном заканчивается, а брикеты находящиеся в канале матрицы на участке С₁К₁ и L₁, увеличивают свою высоту в направлении обратном прессованию за счет упругости при обратном ходе штемпеля в точке В₁.

В этот момент осевое усилие на штемпеле будет больше, чем общее сопротивление брикетов по каналу и желобу, поэтому все брикеты на участке канала и в желобе начинают перемещаться.

Рисунок 1 – График изменения давлений по длине матричного канала

 

За время перемещения брикетов на высоту вновь образованного брикета Н₂ удельное давление уменьшается от величины Р_В до Р_С. За точкой С₁ удельное давление на оси канала в направлении к его выходу будет уменьшаться по кривой СМD, ввиду тормозящего действия сил трения брикетов о стенки матрицы. Уравнение этой кривой можно написать в таком виде

,                                             (1)

где Р – текущее значение удельного давления по длине канала, отстоящего от точки С₁ на расстоянии Х;

Р_С – удельное давление в точке С;

 – показатель степени;

f – коэффициент трения прессуемого материала о стенки матрицы;

e - коэффициент текучести;

u – периметр изделия (брикета);

S – площадь поперечного сечения брикета.

 

На участке канала l₀, где брикеты вышли из устья канала, удельное давление Р_D почти не меняется. За точкой D₂ по оси желоба удельное давление практически изменяется по прямой D₂J и в конце его обращается в 0.

Выражая удельное давление Р_С, через удельное давление на выходе из канала Р_D можно написать

.                                             (2)

Уравнение (1) с учетом уравнения (2) можно записать в таком виде

.                                        (3)

Уравнение (3) устанавливает зависимость между текущим значением давления Р и значение Р_D у выхода из матрицы пресса.

При обратном перемещении штемпеля из точки С₁ в точку К₁ (холостом ходе) отрезок С₁К₁=m, соответствует упругому расширению брикета. На этом участке канала удельное давление на торце штемпеля будет изменяться от величины Р_С до некоторой величины Р_К.

Можно принять, что падение давления будет проходить по прямолинейному закону, т.к. брикеты, получаемые при достаточно большом удельном давлении при снятии с них усилий, расширяются с незначительным отклонением от закона Гука.

В этот момент упругое расширение брикетов создает движущую силу, которая помогает кривошипно-шатунному механизму выйти из мертвого положения. При дальнейшем перемещении штемпеля он отойдет от торца брикета.

Под действием упругих сил в направлении перпендикулярном к стенкам канала только что образованного брикета, возникнут силы трения, которые создают подпор, в результате чего в сечении брикета близком к его торцу, окажется удельное давлении Р_К.

Силы трения возникнут и в ранее сформированных брикетах, которые окажутся в зоне повторного сжатия.

Таким образом, можно принять, что при расширении брикетов на участке L₁ на величину m удельное давление уменьшится от значения Р_М до Р_К. Падение давления будет происходить по кривой МК, уменьшение которой для любого промежуточного значения Х можно записать в следующем виде

.                                       (4)

При достижении Х значения L₁ данное уравнение запишется

.                                               (5)

Уравнение дает возможность определить удельное давление в точке М₁ соответствующей точке М пересечения кривых МК и BD.

На рисунке 1 видно, что точка М является общей точкой этих кривых. Подставив в место Х в уравнении (5) значение L₁ получим

.                              (6)

Полученное уравнение устанавливает зависимость между давлениями Р_D, Р_К и длинами L₁ и L для рассматриваемого матричного канала, и может быть использовано в исследованиях оптимизации конструкции различных деталей матрицы, а также режимов обеспечивающих требуемое качество брикетов.