Химия и химические технологии /1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

Сентяков Б.А., Святский В.М., Граев С.А.

Воткинский филиал ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова», Россия

Вальцовый агрегат для получения изделий из полимерных волокон способом термоскрепления

Очередным этапом работ в направлении разработки и практического внедрения в производство технологии получения полимерных волокнистых материалов способом раздува струи расплавленного полимера потоком сжатого воздуха является выработка рекомендаций по изготовлению из полученного волокна изделий различного назначения.

При производстве из получаемого по предлагаемой технологии волокнистого материала изделий, имеющих конкретное назначение, например, холстов или плит для теплоизоляции строительных конструкций, имеется необходимость изменения некоторых физических характеристик такого волокнистого материала. Для удобства практического использования таких материалов желательно, чтобы поверхностные слои холстов, блоков или плит имели более высокую плотность, чем внутренние слои. Если эти изделия планируется использовать в качестве теплоизоляционных, то коэффициент теплопроводности может быть существенно уменьшен за счет ограничения переноса теплоты путем конвекции.

Для решения этой задачи разработан вальцовый агрегат, схема которого приведена на рисунке. Идея применения такого вальцового агрегата для увеличения плотности наружных слоев волокнистых изделий состоит в том, что подогреваемые вальцы, деформируя и оплавляя внешние волокна, создают на внешних поверхностях прокатываемого волокнистого материала поверхностный слой определенной толщины и плотности, которые зависят от температуры поверхности вальцов, скорости прокатки, толщины и исходной температуры изделия.

Рис. 1. Конструктивная схема вальцового агрегата для прокатки волокнистых материалов

Вальцовый агрегат [2], конструктивная схема которого показана на рисунке, содержит корпус, выполненный в виде левого 1 и правого 2 блоков, закрепленных на общем основании 3. В левом блоке 1 неподвижно с возможностью вращения в подшипниках 2 размещены приводные шестерни 5 и 6, имеющие кинематическую связь с редуктором и электродвигателем (условно не показаны). Приводные шестерни 5 и 6 с помощью упругих муфт 7 и 8 соединены с вальцами 9 и 10. С левой и правой стороны каждого из вальцов предусмотрены опорные оси 11, которые могут быть выполнены как отдельные конструктивные элементы вальцов или как отдельные детали, соединенные с вальцами неподвижным соединением. Упругие муфты 7 и 8 выполнены в виде комплектов коаксиально размещенных друг относительно друга спиральных цилиндрических пружин, попарно имеющих противоположные направления навивки. С одной стороны муфты жестко, с натягом или клеевым соединением, связаны с приводными шестернями 5 и 6, а с другой стороны жестко связанны с вальцами 9 и 10. В правом блоке 2 неподвижно, с возможностью вращения в подшипниках 12 размещены кольца 13 и 14, связанные упругими элементами 15 и 16, аналогичными по конструкции упругим муфтам 7 и 8 с вальцами 9 и 10. Механизм регулировки межвальцового зазора выполнен в виде размещенных в левом 1 и правом 2 блоках корпуса с возможностью поворота вокруг своих осей полуограниченных эксцентриковых втулок 17, подвижно, с возможностью вращения и осевого перемещения соединенных с опорными осями 11. В торцах полуограниченных эксцентриковых втулок 17 установлены регулировочные винты 18, взаимодействующие с торцами опорных осей 11. Полуограниченные эксцентриковые втулки 17 снабжены градуированными рукоятками 19.

Вальцовый агрегат работает следующим образом. Электродвигатель через редуктор (на схеме условно не показаны) приводит во вращение с одинаковой угловой скоростью, но в разных направлениях приводные шестерни 5 и 6. Далее, через упругие муфты 7 и 8 вращение передается на подогреваемые, например, электрическим феном, вальцы 9 и 10. Обрабатываемое волокнистое изделие пропускают между вращающимися вальцами 7 и 8, получая на выходе холст, верхняя и нижняя поверхности которого будут иметь увеличенную плотность, обусловленную спеканием контактирующих с вальцами волокон. Регулирование толщины и геометрической точности получаемого изделия осуществляется с помощью механизма регулировки межвальцового зазора путем изменения расстояния (межвальцового зазора) между вальцами 7 и 8 и изменения их относительного положения в осевом направлении. Величина межвальцового зазора h задается и регулируется угловым положением полуограниченных эксцентриковых втулок 17, которые можно поворачивать вокруг их осей на угол α = 0^о…180^о с помощью градуированных рукояток 18 обеспечивая регулировку межвальцового зазора в диапазоне от h_min= h₀ до h_max = h₀ + 4е, где е – эксцентриситет втулок. Для обеспечения одинаковой толщины изделия по длине вальцов поворот градуированных рукояток 18 связанных с полуограниченными эксцентриковыми втулками взаимодействующими с противоположными опорными осями каждого из двух вальцов выполняется на одинаковое число делений. При отклонении направления движения готового изделия от перпендикулярного образующим вальцов поворот градуированных рукояток 18 для устранения этого отклонения выполняется раздельно. Регулировка осевого положения вальцов необходимая для обеспечения геометрической точности изделия выполняется их перемещением с помощью регулировочных винтов 15.

Испытания опытного образца вальцового агрегата подтвердили его преимущества по сравнению с прототипом [1]. Вальцовый агрегат имеет габаритные размеры 150х350х120 мм и массу 3,5 кг, что позволяет транспортировать его без применения технических средств и подтверждает простоту его конструкции. Время, необходимое на настройку агрегата для получения изделия требуемой толщины с требуемыми отклонениями от его геометрической формы составляет не более 1 минуты. Диапазон регулирования толщины получаемого изделия без увеличения погрешности его геометрической формы составил 0,55 мм при длине упругих муфт 40 мм и наружном диаметре спиральных пружин, из которых они составлены 25 мм. Минимальная толщина изделия, полученная на предлагаемом вальцовом агрегате, составила 0,6 мм, а максимальная толщина может быть соизмерима с диаметром вальцов. При получении изделия толщиной 1мм отклонение толщины по всему сечению составило 0,02мм, поперечное смещение изделия на выходе составило 1 мм на длине 1200 мм, что можно считать допустимым.

При расчете вальцового агрегата в первую очередь определяется его производительность по формуле [3]:

G_M = v · h_k · b · g · h , (1)

где v- линейная скорость вращения валиков; h_k- толщина ленты материала, выходящего из зазора между валиками; b- ширина ленты материала, снимаемого с вальцового агрегата; ; g - плотность (объемный вес) получаемого изделия; h = 0,8 · 0,9 – коэффициент использования машинного времени.

Линейная скорость вращения валиков v , при которой образуется изделие с требуемой плотностью будет определена экспериментально, после изготовления экспериментального стенда вальцового агрегата.

Кинематический расчет вальцового агрегата, расчет требуемой мощности привода и расчеты на прочность его механических элементов определяются по известным инженерным методикам теоретической механики и сопротивления материалов.

Разработанный вальцовый агрегат будет использован при отработке технологии производства изделий из волокнистых полимерных материалов способом термоскрепления волокон.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лукач Ю.Е. Рябинин Д.Д. Метлов Б.Н. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей [Текст] / –М.: Машиностроение, 1967. 236с.

2. Вальцовый агрегат [Текст]: патент №2403109 РФ. // Святский В.М., Святский М.А., Сентяков Б.А.; заявитель и патентообладатель Святский В.М; Опубл. 10.11.2010, Бюл.№31.

3. Святский В.М. Расчет производительности вальцового агрегата [Текст] // Вестник ИжГТУ. - №4.- Ижевск: 2009. с. 43-45.