«Тянущее устройство линии по производству кабельной продукции»

Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 1 БГТУ 00.00. ПЗ Разраб. Юденко Е. В Пров. ововер. Ревяко М. М Консульт . Н. Контр. Утв. Ревяко М. М РАБОТА ОБОРУДОВАНИЯ И ЕГО ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Лит. Листов 5 3.12.06.21 03 РАБОТА ОБОРУДОВАНИЯ И ЕГО ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Основное технологическое оборудование – это экструзионные агрегаты. К вспомогательному оборудованию относится отдающее устройство, устройство подогрева жилы, охлаждающие ванны, тяговое устройство, контрольно-измерительная аппаратура.

Применяемые отдающие устройства могут быть как осевого, так и пинольного типа, причем пинольные полуоси могут перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, что необходимо для установки барабанов различных габаритов. Кроме того, широко используются отдающие устройства безинерционного типа.

Устройство подогрева жилы имеет контактные ролики, через которые подводится ток к участку движущейся жилы, огибающей эти ролики. Предварительный подогрев жилы обеспечивает лучшую адгезию изоляции к жиле и позволяет поднять скорость изолирования благодаря тому, что исключается недопустимое охлаждение расплава полимера в головке экструдера при входе в головку неизолированной жилы.

В кабельной промышленности используются одночервячные прессы, которые в зависимости от взаимного положения центральных осей червяка и токопроводящей жилы или заготовки, проходящей через головку, могут быть разделены на экструдеры с прямоугольной головки, с косоугольной головкой, прямоточные. Наиболее широко применяются прямоугольные головки, которые весьма удобны в эксплуатации, легко выполняются откидными, что облегчает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решеток, чистку червяка и головки.

Основной рабочей частью экструдера является рабочий цилиндр, внутри которого размещается втулка, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, стойких к коррозии. Втулка плотно запрессована в цилиндр и имеет обогрев при помощи электрических или индукционных нагревателей. Предусматривается также внешнее охлаждение цилиндра экструдера воздухом от вентилятора или водой.

Главнейшим рабочим инструментом экструдера является червяк. Червяк имеет винтовую спиральную нарезку, которая расположена на рабочей части червяка, занимающей значительную длину.

В зависимости от характера процессов, протекающих в экструдере, а также от физического состояния полимера внутри цилиндра в шнековых (червячных) экструзионных машинах обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования. Такое раз­деление носит несколько условный характер, поскольку отсутствуют четкие границы раздела;

например, плавление полимера начинается в зоне загрузки, а заканчивается в зоне дозирования. Тем не менее, в существующих конструкциях машин имеется гео­метрическое разделение на зоны, обусловленное размерами шнека. Истинную границу зон в зависимости от состояния полимера можно установить экспериментально или математическими расчетами с учетом конкретных условий работы агрегата.

За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузоч­ного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека. Зона плавления — это участок шнека от начала плавления до полного расплавления слоя гранул или не­полного плавления, но разрушения оставшегося твердого слоя гра­нул на части, распределения их в расплаве и перехода на движение в результате вязкого течения. В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание тем­пературы расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т. е. тщательное перемешивание расплава и придание ему одно­родных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека.

В зону питания полимер поступает из бункера машины в виде порошка, гранул или ленты, захватывается нарезкой шнека и перемещается вдоль цилиндра. Движение полимера, находящегося в твердом состоянии, обусловлено разностью крутящих моментов, возникающих от сил трения между поверхностью шнека и поли­мером и поверхностью цилиндра и полимером. При этом для пе­ремещения полимера необходимо, чтобы крутящий момент от действия силы трения на поверхности цилиндра был больше, чем на поверхности шнека. Это условие обеспечивается, например, изменением температуры цилиндра или шнека, в результате чего меняются коэффициенты трения. Вначале с ростом температуры коэффициент трения повышается, а выше температуры плавления полимера понижается, что можно объяс­нить появлением пристенного вязкого течения расплава и умень­шением сил трения. Поэтому для достижения максимальной раз­ности крутящих моментов сил трения температура поверхности цилиндра должна быть близкой к температуре плавления поли­мера, а температура шнека Тш на 30—40°С ниже температуры поверхности цилиндра Тц. Для этого цилиндр нагревается, а внутрь шнека подается охлаждающая вода.

При правильно выбранном технологическом режиме стенки цилиндра задерживают вращение гранул полимера, которые шнеком перемещаются вдоль оси. По мере продвижения под действием возникающего давления гранулы уплотняются и перемещаются в виде твердого слоя (винтовой пробки) без пересыпания в канале шнека. Поскольку твердый слой частично проскальзывает отно­сительно поверхности цилиндра и шнека, то движение его проис­ходит по винтовой линии относительно оси вращения.

Казалось бы, что чем сильнее охлажден шнек, тем ниже коэф­фициент трения полимера на его поверхности, тем выше разность крутящих моментов и тем лучше происходит движение полимера. Однако при очень сильном охлаждении шнека замедляется про­цесс плавления и гомогенизации полимера в последующих зонах, а это вызывает снижение производительности и повышение удель­ной мощности.

Для нахождения оптимальной температуры шнека и цилиндра при расчетах необходимо учитывать как изменение коэффициентов трения, так и скорость плавления гранул. На значения коэффи­циентов трения влияет также чистота обработки поверхности шнека и цилиндра. Для того чтобы уменьшить силы трения между полимером и шнеком, поверхность последнего полируют до достижения десятого или двенадцатого класса чистоты обработки, а поверхность внутри цилиндра должна иметь восьмой класс чисто­ты. В некоторых случаях для увеличения сил трения между поли­мером и цилиндром на внутренней поверхности цилиндра делают продольные или винтовые канавки. Это способствует увеличению производительности машины и улучшает стабильность ее работы.

Процесс перехода полимера в вязкотекучее состояние начина­ется на входе в зону плавления, когда вследствие теплоты трения и контакта материала с горячей поверхностью появляется слой расплава. Первоначальное появление расплава на поверхности шнека или цилиндра зависит от температуры и скорости скольже­ния материала, а также от возникающего давления.

В данном случае нагревание зависит от тепловых потоков, обу­словленных теплопроводностью и диссипацией энергии трения. Обычно температура цилиндра выше, чем температура шнека, поэтому пленка расплава вначале появляется на поверхности цилиндра. На входе в зону плавления пленка имеет незначитель­ную толщину и не срезается нарезкой шнека. Движение материала происходит за счет течения вязкой жидкости по поверхности цилиндра и скольжения слоя гранул по поверхности шнека. В зависимости от этой скорости развивается профиль скорости вязкого течения в пленке расплава. Поскольку объем, занимаемый гранулами, при плавлении уменьшается, шнек в зоне плавления обычно имеет уменьшающуюся глубину, что обеспечи­вает постепенное сжатие и уплотнение пористого слоя гранул. Под действием давления расплав частично заполняет воздушные полости между гранулами, что увеличивает коэффициент теплопроводности и повышает скорость плавления полимера. Измене­ние давления по длине канала шнека зависит от соотношения кру­тящих моментов, возникающих на поверхностях шнека и цилиндра.

В конце зоны плавления, когда основная часть канала шнека заполнена расплавом, слой гранул разрушается на отдельные части и движение полимера осуществляется за счет вязкого тече­ния. Поскольку частицы твердого полимера сравнительно неве­лики, то они не оказывают существенного влияния на характер течения расплава. Большинство полимеров в вязкотекучем состоя­нии обладает адгезией к металлам, поэтому при течении они не проскальзывают относительно поверхностей каналов. В данном случае слой расплава, прилегающий к цилиндру, оста­ется неподвижным, а расплав, находящийся около шнека, враща­ется вместе с ним. Часть расплава, которая остается неподвижной, срезается с поверхности цилиндра винто­вым выступом нарезки шнека, вследствие чего по ширине канала возникает перепад давления.

Расплавленная масса проходит через ситосменное устройство, предназна­ченное для удаления механических включений, которые могут быть в сырье. Причем, для лучшей фильтрации массы температура в зонах ситосменного устройства должна быть выше.

За счет винтовой нарезки вращающегося червяка создается мощное усилие, которое выдавливает расплав полимера из цилиндра экструдера в головку, где расположен формующий инструмент (дорн и матрица) обеспечивающий наложение заданного слоя изоляции (или оболочки) на токопроводящую жилу.

Инструмент экструдера (дорн и матрица) образует кольцевое отверстие, размеры и форма которого определяют основные параметры накладываемой оболочки, и существенно влияет на работу экструдера. От конструкции и взаимного расположения инструмента зависят плотность наложения материала на жилу или кабель и качество выпрессовываемой оболочки.

Все типы головок экструдеров можно разделить в зависимости от направления потока перерабатываемой массы и способа крепления к цилиндру.

По направлению потока массы головки делятся на прямоточные, прямо - и косоугольные, а по способу крепления к цилиндру экструдера – на резьбовые, фланцевые на болтах и шарнирно-откидные.

Наибольшее применение в кабельной промышленности получила головка прямоугольной конструкции, легко доступная для чистки, заправки и контроля температур, имеющая небольшой размер и массу по сравнению с косоугольной и малый свободный объем внутри головки.

После выхода из экструдера изолированная жила или заготовка с наложенным в экструдере покрытием поступает в охлаждающую ванну, состоящую из одного или нескольких охлаждающих желобов. Длина каждой секции охлаждающей ванны около 4 м. Секции охлаждающей ванны обычно изготавливают из коррозионно-стойкой листовой стали и соединяются между собой фланцами. Секции представляют собой два желоба, вставленных один в другой; по внутреннему желобу в потоке воды проходит охлаждаемое изделие, наружный желоб используется для транспортировки воды, поступающей из внутреннего желоба.

Применяемые тяговые устройства бывают колесного и гусеничного типов. Тяговое устройство колесного типа состоит из двух шкивов, которое изолировочная жила или заготовка огибает несколько раз, что увеличивает силу трения между поверхностью шкивов и кабельного изделия или полуфабриката. Такие устройства используются при изолировании или ошлангировании кабельных изделий, имеющих малые диаметры, и при сравнительно высоких линейных скоростях. Тяговое устройство колесного типа может иметь также шкивы с трапецеидальным желобом, в который уложен провод. Кабельные изделия прижимаются к поверхности желоба клиновидным ремнем. Тяговые устройства гусеничного типа имеют две или три гусеницы, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости и движущиеся в противоположных направлениях. В месте соприкосновения с кабельным изделием поверх ремней или цепей гусениц имеются эластичные резиновые накладки с желобообразным профилем для размещения изолированной жилы или заготовки. Тяговые устройства гусеничного типа предназначены для кабельных изделий больших диаметров или имеющих малую гибкость.

Экструзионные линии оборудуются различной контрольно-измерительной аппаратурой. Измерители диаметра бывают контактного и бесконтактного типа. Контактный измеритель диаметра размещается непосредственно после охлаждающего устройства, и, как правило, состоит из двух роликов, между которыми и проходит измеряемое изделие. Широкое применение, особенно при экструдировании с большими скоростями, получили также бесконтактные измерители диаметра, которые устанавливаются непосредственно после головки экструдера. Принцип действия прибора – фотоэлектрический. Сканирующий луч лазера, ощупывающий поверхность изделия фокусируется в фотощели. Полученная информация анализируется, и необходимая информация передается к ЭВМ, воспроизводящим профиль или размер измеряемого изделия.

Техническая характеристика агрегата:

-диаметр червяка, мм - 125;

-длина червяка, мм - 25Д (3125);

-частота вращения червяка, об/мин. - 10 – 100;

-максимальная линейная скорость, м/мин. - 200;

-производительность, кг/час - 300;

-число обогреваемых зон цилиндра, шт - 4;

-температура нагрева, макс. ºС - 400;

-охлаждение червяка - водой;

-охлаждение загрузочной зоны - водой;

-мощность двигателя главного привода, кВт -125;

Для тягового устройства: тяговое усилие до 200 кГс; длина активного участка гусеничного тягового устройства 700 мм.