Вальцы для изготовления полимерных рифленых листов: разработка конструкции и метода расчета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Абакачева, Елена Мидхатовна

• Абакачева, Елена Мидхатовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абакачева, Елена Мидхатовна

ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ конструкций и методов расчёта вальцов для переработки полимерных материалов

1.1 Анализ конструкций вальцов для переработки полимерных материалов

1.2 Анализ методов расчёта вальцов для переработки полимерных материалов

1.2.1 Методика, основанная на закономерностях упругой деформации материала между валками

1.2.2 Методика, основанная на теории пластической или упругой деформации

1.2.3 Методика, основанная на гидродинамической теории вальцевания

1.2.4 Методика, основанная на теории подобия

2 Разработка конструкции и метода расчёта вальцов для изготовления полимерных рифлёных листов

2.1 Устройство вальцов для изготовления полимерных рифлёных листов

2.1.1 Конструкция термоэлементов для обогрева валков

2.2 Методика расчёта вальцов для изготовления полимерных рифлёных листов

2.2.1 Расчёт производительности установки

2.2.2 Определение крутящего момента и потребляемой мощности вальцов с учетом эффективного диаметра валков

2.2.4 Тепловой баланс вальцов и расчёт термоэлементов

2.2.4.1 Тепловой баланс вальцов

2.2.5.2 Расчёт термоэлементов для обогрева валков

2.2.5 Расчёт прогиба валков

2.2.6 Механизмы регулирования зазора

3 Исследование гидродинамических свойств расплавов полимерных материалов и прочностных характеристик рифлёных листов, полученных вальцеванием

3.1 Описание методики проведения экспериментов

3.2 Свойства исследуемых полимерных материалов

3.2.1 Реологические характеристики

3.2.2 Коэффициент разбухания

3.2.3 Влажность сырья

3.3 Исследование прочностных и технологических характеристик полимерных рифлёных листов, полученных в процессе вальцевания

3.3.1 Прочность при растяжении

3.3.2 Плотность рифлёных листов

3.3.3 Водостойкость ри флёных листов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вальцы для изготовления полимерных рифленых листов: разработка конструкции и метода расчета»

Мировой опыт применения полимерных материалов позволяет с уверенностью сказать, что этот высокотехнологичный, исключительно долговечный и многофункциональный материал и сегодня представляет огромный интерес для специалистов, занятых в различных сферах проектирования и строительства. В настоящее время наметилась тенденция замены традиционных конструкционных материалов на композитные полимеры, что значительно расширило ассортимент изготавливаемых изделий. В связи с этим возникает необходимость создания нового оборудования, которое бы обеспечивало производство изделий высокого качества с наименьшими материальными и энергетическими затратами, отличалось простотой конструктивного оформления и высокой производительностью.

Основная область применения полимеров — это всевозможные профильные изделия, полученные непрерывным преобразованием расплава полимерного материала в готовый продукт. Одним из наиболее распространённых способов переработки полимеров в изделия является процесс вальцевания, суть которого состоит в многократном пропускании материала через зазор между вращающимися на встречу друг другу обогреваемыми металлическими валками.

Для интенсификации процесса вальцевания требуется разработка новых конструкций валковых машин, в частности, машин для изготовления рифлёных листов, которые позволяли бы в режиме непрерывного процесса осуществлять изготовление готовых изделий, непосредственно из порошкообразных и гранулированных полимеров до минимума сокращая вспомогательные технологические операции.

Известные конструкции валковых машин преимущественно оснащены гладкими цилиндрическими валками и предназначены или для предварительной пластикации полимеров или для изготовления плоских листов и плёнок. Поэтому, актуальной является задача разработки валковой машины на базе рифлёных (профильных) валков, способных изготавливать профильные изделия без последующих стадий формообразования.

Для новой конструкции валковой машины необходим инженерный метод расчёта, учитывающий особенности вальцевания полимеров в межвалковых зазорах переменой толщины, который рассматривал бы во взаимосвязи, с одной стороны особенности гидродинамических характеристик расплавов полимеров — псевдопластических жидкостей- а с другой стороны, удовлетворял требованиям к изготовлениям конкретного вида изделия — рифлёных листов.

Проанализировав существующие методики [3] расчёта валковых машин можно отметить, что ни одна из них методик не может быть признана точной и исчерпывающей, поскольку на сегодняшний день еще не накоплен достаточный экспериментальный и теоретический материал, который бы дал возможность предложить законченную методику расчета основных параметров процесса вальцевания, с учётом высокоэластичных свойств перерабатываемого материала и заданной геометрии поверхности валков.

Основные направления исследований проводились в соответствии с Государственными научно-техническими программами АН РБ «Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий» на 1996-1998 г.г., программа «Аппаратосгроение» (постановление кабинета министров РБ № 204 от 26.06.96) и «Концепцией и программой социально-экономического развития Республики Башкоторстан на 1997-2000 г.г. и до 2005 года» (постановление кабинета министров №3 от 12.01.98) по разделам «Совершенствование конструкций аппаратов с целью повышения эффективности и улучшения экологических условий на нефтехимических предприятиях Республики Башкортостан».

Цель работы заключалась в следующем: разработать способ усовершенствования процесса изготовления рифлёных листов методом вальцевания. Получить математические зависимости для расчёта основных параметров процесса вальцевания профильных листов. Экспериментально изучить свойства полимеров и изготовленных из них изделий для выработки оптимальных режимов производства рифлёных листов.

Вышеизложенное определило основные задачи исследования:

1.Разработать методику расчёта основных параметров процесса вальцевания полимерных материалов, учитывающую высокоэластичные свойства материала и заданную геометрию поверхности валков.

2.Разработать конструкцию вальцов, обеспечивающую усовершенствованный процесс вальцевания полимерных материалов, с целью получения рифлёных листов.

3.Экспериментально исследовать гидродинамические характеристики расплавов полимеров в процессе вальцевания.

4.Исследовать влияние эффекта разбухания полимеров на профиль готового изделия и технологические параметры процесса вальцевания.

5.Исследовать физико-механические свойства полимерных рифлёных листов: прочность, плотность и водостойкость в зависимости от условий переработки материала в изделие.

6.Используя разработанную методику расчёта основных параметров процесса вальцевания полимерных материалов, учитывающую высокоэластичные свойства материала, заданную геометрию поверхности валков и результаты экспериментальных исследований определить оптимальные технологические параметры процесса вальцевания.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Абакачева, Елена Мидхатовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчёта основных параметров процесса вальцевания полимерных материалов, с целью получения рифлёных листов, учитывающую высокоэластичные свойства материала и заданную геометрию поверхности валков.

2.Введено понятие эффективного радиуса, который определяется как радиус цилиндрической поверхности, длина которой равна длине поверхности рифлёного валка.

•>

3.Предложены математические зависимости для определения производительности, мощности привода данной установки и распорного усилия.

4.Разработана конструкция вальцов для получения полимерных рифлёных листов, позволяющая усовершенствовать процесс вальцевания полимерных материалов.

3.Экспериментально исследовали гидродинамические свойства расплавов полимеров в процессе вальцевания.

4.Исследовали влияния эффекта разбухания полимеров на профиль готового изделия и технологические параметры процесса вальцевания.

5.Исследовал и физико-механические свойства полимерных рифлёных листов: прочность, плотность и водостойкость в зависимости от условий переработки материала в изделие.

6.Используя разработанную методику расчёта основных параметров процесса вальцевания полимерных материалов, учитывающую высокоэластичные свойства материала и заданную геометрию поверхности валков и результаты экспериментальных исследований определили оптимальные технологические параметры процесса вальцевания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абакачева, Елена Мидхатовна, 2005 год

1. Аскадский A.A. Деформирование полимеров, М.: Химия, 1973. 477 е.: ил.

2. Басов Н.И., Брой В. И др. Техника переработки пластмасс.- М.: Химия, 1985.- 528с.:ил.

3. Бернхард Э. Технология переработки термопластических материалов . -М.: Химия, 1965-746 е.: ил.

4. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977-437 е.: ил.

5. Лодж A.C. Эластические жидкости.- М.: Наука, 1969-448 е.: ил.

6. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров.- М.: Химия, 1965-442е.: ил.

7. Милдман С. Течение полимеров.- М.: Мир, 1971-250 с.:ил.

8. Панов А.К. основы расчёта гидродинамических характеристик потоков неньютоновских сред при течении в каналах машин и аппаратов химической технологии. Учебное пособие.- уфаб УНИ, 1984. 95с.: ил.

9. Седов ЛО.И. Методы подобия и размерности в механике.- М.: Наука, 1967-428 е.: ил.

10. Тагер A.A. Физико-химия полимеров.- М.: Химия, 1968-536с.: ил.

11. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1979-560 е.: ил.

12. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров ( теория и применение).- М.: Химия, 1972-452 е.: ил.

13. Торнер Р.В., Акутин М.С. Оборудование по переработке пластмасс.- М.: Химия, 1986-400 е.: ил.

14. Уилкинсон У.Д. Неньютоновские жидкости.- М.: Химия, 1964216 е.: ил.

15. Хан Ч.Д. Реология в процессах переработки полимеров .- М.: Химия, 1979. -366 е.: ил.

16. Шен М. Вязкоупругие релаксации в полимерах. -М.: Мир, 1974270 е.: ил.

17. Завгородний В.К., Калинчев Э.Л., Махаринский Б.Г. Оборудование предприятий по переработке пластмасс,- Л.: Химия, 1972-463с.

18. Крылов В.И., Бабков В.В., Монастырский П.И. Вычислительная методы высшей математики. Минск.: Высшая школа, 1972, т. 1.- 584с.

19. Лукач Ю.Е., Рябинин Д.Д., Метлов Б.Н. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1967-293с.

20. Лукач Ю.Е., Петухов А.Д., Сненатос В.А. Оборудование для производства полимерных плёнок.- М.: Машиностроение, 1981-224 е.: ил.

21. Машины и аппараты химических производств/ Н.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; Под общ. ред. В.Н. Соколова Л.: Машиностроение, 1982-384 с.2 Статьи в журналах

22. Виноградов Г.В., Прозоровская Н.В. Исследование расплавов полимеров на капиллярном вискозиметре постоянных давлений // Пластические массы.- 1964. №5 — С. 50-57.

23. Малкин А.Я., Фридман М.Л. Реология и проблемы технологии пластических масс // Механика полимера.- 1977. -№6. С. 1084-1092.

24. Исаев А.И., Вачагин К.Д., Набережное А.М. Инженерный метод расчёта течения полимеров в каналах некруглого сечения // Инженерно-физический журнал.- 1974. Т.27. №2.- с. 310-313.

25. Мухамезянов М.А., Фридман M.JL, Вачагин К.Д. Течение расплавов термопластов в каналах сложного сечения // Пластические массы. 1976. №4.-С. 31-33.

26. Малкин А.Я. Высокоэластичность и аязкоупругость расплавов и растворов полимеров при сдвиговом течении // Механика полимеров.- 1975. -№ 1.-е. 173-187.

27. Малкин А.Я., Забугина М.П. релаксация нормальных напряжений в текучих полимерных системах // механика полимеров. — 1975. № 2. — С. 335-339.

28. Панов А.К., Минскер К.С., Ильина Т.Ф., Панов A.A. Поливинилхлоридная композиция с использованием наполнителей из вторичного сырья // Пластические массы . 2000. - № 12. - С. 36-37.3 Статьи в сборниках

29. Панов А.К. Некоторые реологические аспекты расчёта и конструирования формующих инструментов сложного сечения // Переработка наполненных композиционных материалов: С.науч.тр.- М.: НПО "Пластик".- 1982. С.120-133.

30. Панов А.К., Вачагин К.Д. Расчёт гидродинамических характеристик потоков расплавов полимеров в призматических каналах с применением коэффициентов формы // Теоретическая и прикладная механика: Минск, Высшая школа.- 1976, вып. 3. С.56-62.

31. Глущенко И.Ф., Панов А.К. Экспериментальное исследование влияния регулируемого сопротивления на профиль скоростей // Реология, процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. темат. сб. научн. тр.- Волгоград, 1982. С.52-62

32. Мухин Г.Д., Вачагин К.Д. Экспериментальное изучение течения аномально-вязких жидкостей в прямоугольных трубах // Машины и аппараты химической технологии: Межвузовский сб./ Казань. 1973. - С. 6973.

33. Panov А.К., Minsker K.S., Ilina T.F., Panov A.A. Polivinylchloride composition with secondary raw materials.// Russian polymer news, vol. 7, № 1, 2002.-P. 41-42.

34. Panov A.K., Minsker K.S., Mekhlis A.N., Panov A.A. Extrusion head design for polymeric casing formation. // Russian polymer news, vol. 7, № 1, 2002.- P. 43-46.4 Диссертации

35. Вачагин К.Д. Исследование в области стационарных течений аномально —вязких жидкостей в узлах машин и аппаратов: Дис. докт.тех.наук: 05.17.08 защищена 22.04.74. - Казань, 1974. - 373с.:ил.-Библиогр.: с. 212-224.

36. Фридман МЛ. Регулирование реологических свойств термопластов и композиций на их основе с целью интенсификации процессов формования: Дис. .докт.техн.наук: 05.17.06 защищена 21.12.81. -М, 1981. -271 с.:ил.- Библиогр.: с. 202-220.

37. A.c. 846305 СССР, МКИ В30В11/22//B29F3/06. Узел формования литейных жгутов и укладки их на транспортер/ Х.И. Вишняков, В.А. Скаженик и И.С. Сычёв ( СССР)- 2774473/25; Заявлено 01.06.794 Опубл. 15.07.81.6 Патенты

38. Пат. № 2181665 Россия МКИ. Устройство для формирования длинноременных изделий фасонного профиля./ A.A. Ломовой, Ю.Б. Лаврентьев, Г.М. Гончаров опубликовано в П.И. 1992, № 56.

39. Пат. № 2081524 Россия МКИ. Устройство для получения листовых эластомерных материалов. / Т.Н. Несиловский, Л.М. Байдина, Е.М. Соловьёв. Опубликовано в П.И. 1989, №48.

40. Пат. № 2112367 Россия МКИ. Валковое устройство для переработки полимерных материалов ./ A.M. Воскресенский, С.Н. Грошов, В.В. Михайлов. Опубликовано в П.И. 1989, №48.

41. Пат. № 2093364 РФ МКИ. Валковый брикетировочный пресс./ Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Бабайлов, Полянский Л.И. Опубликовано в П.И. 1997, №110.

42. Pat. № 4101367 Fed.Rep. of Germany. Single face corrugating machine/ Johann Maier.Maier. Filed : Mar. 16, 1977, № 778,106.

43. Pat.№ 3947206 USA. Corrugating apparatus/ John DeLigt, David F.talbert. Filed: Mar. 30.1976.

44. Пат. № 741790 РФ МКИ. Устройство для изготовления двухслойных пластмассовых гофрированных труб./ Н.И. Попов, Е.К. Кисель, Г.И. Филюков и И.А. Орешко. Опубликовано 15.08.1989, № 30.

45. Депонированные научные работы

46. Панов А.К. и др. Разработка методов расчёта и совершенствования конструкций многоручьевых экструзионных головок/ Панов А.К., Голобородкина Р.В., Анасова Т.А., Панов A.A.;

47. Уфимск.гос.нефт.техн.ун-т. Уфа, 1999. - 17с.: ил.- Библиогр. : 3 назв.- Рус-Деп. В ВИНИТИ 24.02.99, № 552-В99.8 Справочная литература

48. Анурьев В.И. Справочник конструктора- машиностроителя. — М.: Машиностроение, 1985. — 736с.: ил.

49. Бахарев В.К., Богданов В.в., Брачинский В.А. Переработка пластмасс. Справочное пособие. JL: Химия; 1985. — 296с.: ил.

50. Пантелеев А.П., Швецов Ю.М., Горячев И.А.: Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. -М.: Машиностроение, 1986.-440с.

51. Солонский A.C., Досюлев С.Г. Справочное пособие конструктору- машиностроителю. — Минск, Госиздат. БССР, !962.- 403с.:ил.

52. Теплофизические и реологические характеристики полимеров. Справочник. Под общ. ред. Ю.С.Липатова.—Киев, Наукова думка, 1977.-244с.

53. Технологическая оснастка для переработки термопластов. Отраслевой каталог. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1983.-384с.

54. Нормативно- технические документы

55. ГОСТ 6616 79. преобразователи термоэлектрические ГСП. Общие технические условия . - М.: изд-во стандартов, 1980. — 31с.

56. ГОСТ 7164-78. Приборы автоматического следящего уравновешивания ГСП. Общие технические условия.- Переиздат. М.: Изд-во стандартов, 1980.- 26с.

57. ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления. Технические условия .- М.: Изд-во стандартов, 1984.-61с.

58. ГОСТ 5960. пластикат поливинил-хлоридный для изоляции и защиты оболочек и кабелей. Технические условия.— Переиздат. Ноябрь, 1979.

59. ГОСТ 166. Штангенциркули. Технические условия.- Переиздат. Октябрь, 1980.

60. ГОСТ 19646. Термометры стеклянные ртутные для точных измерений. Технические условия . — Переиздат. Ноябрь, 1982.

61. ГОСТ 24104-80. Весы лабораторного общего назначения и образцовые. Общие технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1980.-26с.

62. ГОСТ 2.319-81 (Ст СЭВ 2824-80) ЕСКД. Правила выполнения диаграмм. Введ. 01.01.1983. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 26с.

63. ГОСТ 7.1-84. Библиографические описания документа. Общие требования и правила составления.-М.: Изд-во стандартов, 1985. 5с.

64. ГОСТ 2.105-95. Межгосударственный стандарт. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. Введ. 01.07.96. М.: Изд-во стандартов, 1995.-36с.