Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий

КОНСТРУКЦИЯ ЛЕНТОЧНОГО ПРЕССА И ОСНОВНЫХ ЕГО ДЕТАЛЕЙ

Ленточные прессы, получившие свое название по форме выходящего из мундштука бруса, широко применяются в керамической промышленности 1 для формования полнотелого и пустотелого кирпича, блоков, ленточной чере­

пицы, канализационных и дренажных труб и т. д.

Ленточный пресс с винтовыми лопастями (фиг. 78) состоит из следующих „основных частей: приемной коробки /, служащей для приема подаваемой в пресс глиняной массы; в приемной коробке расположен питательный валок 2, назначение которого — обеспечивать надежный захват массы витками лопастного вала. К приемной коробке крепится на болтах корпус 3, внутри которого проходит вал 4 с винтовыми лопастями 5. Глиняная масса, захва­тываемая лопастями, при их вращении перемещается по направлению к прес­совой головке 6, где происходит основное уплотнение массы. Уплотненная глиняная масса проталкивается затем через мундштук пресса, приобретая при этом требуемые форму и размеры. Лопастной вал приводится во враще­ние от электродвигателя через редуктор 7, питательный валок — от лопаст­ного вала через зубчатую передачу. Включают пресс в работу при помощи фрикционной муфты 8.

Приемная коробка. Глиняная масса, поступающая в приемную чугунную коробку пресса, втягивается в зазор между питающим валком и винтом. Валок и винт вращаются навстречу друг другу. Совместную работу валка и винта можно сравнить с работой вальцов, и здесь угол трения должен быть больше угла захвата. Зазор между валком и винтом не должен превышать

2— 3 мм; если зазор увеличивается, захватывающая способность валка и винта уменьшается.

Диаметр валка принимается равным 0,7—0,75 диаметра винта, длина его соответствует ширине приемной части.

Число оборотов питающего валка обычно в 2—3 раза превышает число оборотов винта. При уменьшении числа оборотов валка уменьшается подача глины; к такому же результату приводит и увеличение числа оборотов валка (из-за возникающего относительного скольжения).

Корпус пресса служит промежуточным звеном между приемной короб­кой и прессовой головкой. В полости корпуса масса транспортируется и несколько уплотняется.

Существующие конструкции корпусов можно разбить на три основные группы — конические, цилиндрические, ступенчатые. Однако, как отмечается ниже, создание комбинированного типа корпуса позволяет сочетать в нем перечисленные выше типы.

Так как различные по своим свойствам глины требуют неодинаковых условий прессования, становится очевидной необходимость применения корпусов различной формы и размеров. Глины, обладающие высокой

пластичностью, естественно, более подвижны и обладают более высокой теку­честью, чем тощие глины. Следовательно, в корпусе пресса возможно некоторое уплотнение пластических глин, облегчающее условия прессования в прессо­вой головке, и, наоборот, при прессовании тощих, мало подвижных глин, уплотнять их в корпусе следует незначительно.

Второй серьезный фактор, определяющий форму и размеры корпуса пресса, — требуемая производительность. Всякое увеличение диаметра

корпуса пресса вызывает соответ­ствующее увеличение диаметра ло­пастного винта и повышает про­изводительность пресса. Однако чрезмерное увеличение диаметра корпуса в месте соединения его с прессовой головкой приводит к резкому перепаду входного и вы­ходного сечений прессовой го­ловки, а следовательно, увеличи­вает неравномерность скоростей потока и связанную с этим опас­ность возникновения структурных трещин.

Исходя из учета этих положе­ний, советские конструкторы соз­дали пресс, корпус которого имеет цилиндрическую форму с чугун­ными вставными сменными рубаш­ками. Таким образом, предста­вляется возможным, примени­тельно к свойствам той или иной глины, выбрать наиболее рацио­нальную форму внутренней части корпуса.

На фиг. 79, а показан корпус 1, у которого внутренняя поверх­ность имеет коническую форму, при этом сам корпус — цилиндри­ческий. Таким образом, выбирая ту или иную сменную рубашку 2, можно получить желательную форму внутренней части корпуса. Между приемной коробкой и кор­пусом устанавливается промежу­точное кольцо 3 со сменной кони­ческой вставкой 4. Вставка необ­ходима по следующим соображе­ниям. Глиняная масса подается в пресс в виде отдельных рыхлых комьев со значительным содержанием воздуха, который мешает прочному сцеплению частиц глины. При уплотнении массы с самого начала поступления ее в корпус сжимаемый воздух сможет выходить в сторону приемной коробки. При отсутствии же конической вставки 4 масса начнет уплотняться во вто­рой половине корпуса, при этом, естественно, воздух в глине будет запрес­совываться. С другой стороны, относительно большое проходное сечение позволяет винтовым лопастям захватить из приемной коробки достаточное количество рыхлой массы с тем, чтобы обеспечить должное питание по­следующих витков.

В отдельных конструкциях прессов конической вставки 4 нет, однако при этом шаг винта в полости приемной коробки делается значительно боль­шим, чем в остальной части.

В тех случаях, когда прессуемая масса недостаточно текуча (низкопла­стичны глины), корпус рекомендуется делать цилиндрическим, чтобы не было некоторой запрессовки массы в прессе и связанного с этим провора­чивания глины. На фиг. 79, 6 показан корпус со вставной цилиндрической рубашкой (из отдельных колец). Сравнение фиг. 79, а а б показывает, что размеры и форма корпуса 1 в обоих случаях одинаковы. Меняя вставки 4 и рубашки 2, можно получить любую форму внутренней поверхности кор­пуса.

Чтобы масса под действием вращающегося винта не проворачивалась, внутренняя поверхность корпуса (рубашек) пресса делается рифленой, в виде шашек, или с продольно расположенными накладными полосами. В отдельных конструкциях в корпус вставляется рубашка из листовой стали с просверленными в ее стенках отверстиями. На фиг. 79, а и б внутренняя поверхность конической вставки 4 имеет продольные, а поверхность рубашки 2 — прямоугольные впадины. Во время работы пресса впадины на внутрен­ней поверхности корпуса забиваются глиной, и создается повышенное сопро­тивление ее проворачиванию, поскольку коэффициент внутреннего трения прессуемой глиняной массы больше коэффициента трения между массой и металлической поверхностью рубашки.

В отдельных конструкциях прессов, чтобы масса не проворачивалась и с целью разрушения структуры, ориентированной винтовыми лопастями, в корпусе пресса устанавливаются неподвижно закрепляемые контрножи. Контрножи с двух противоположных сторон пересекают поперек все рабочее пространство корпуса до вала. Обычно устанавливаются два, реже четыре контрножа. В тех местах, где устанавливаются ножи, лопасти имеют соответ­ствующие разрывы. Недостатком контрножей является то, что они создают дополнительное сопротивление передвижению глиняной массы.

Лопастной винт. Основной рабочей частью пресса является лопастной винт, траспортирующий и прессующий глиняную массу. От конструкции лопастного винта в основном зависят производительность пресса и расход мощности на единицу продукции. Производительность лопастного винта находится в прямой зависимости от диаметра лопастей, их шага и числа обо­ротов винта.

Существуют две принципиальные конструкции лопастных винтов:

а) прерывный лопастной винт и б) непрерывный — с винтовой поверхностью.

Исходя из неправильного представления, что пресс является машиной не только формовочной, но и перерабатывающей массу, лопастной винт изготовляли раньше из отдельных лопастей с разрывами между ними. Это приводило к перелопачиванию массы. В настоящее время подготавливают массу в глиномешалках, бегунах, вальцах и т. д., а в прессе ее только фор­муют.

Прерывный лопастной винт создает неравномерное давление в поперечном сечении. В местах, где имеются разрывы, давление пониженное, а в тех местах, мимо которых проходит лопасть,—повышенное. Часть массы, расположен­ная против лопасти, перемещается вперед, в то время как масса, находящаяся в зоне просвета, или остается на месте или незначительно продвигается впе­ред за счет трения между частицами. При значительном сопротивлении про­движению массы часть ее может возвращаться обратно в просветы между лопастями. Таким образом, очевидны безусловные преимущества лопастей с непрерывной винтовой поверхностью.

На фиг. 80 показаны различные конструкции лопастных винтов, при этом форма их и размеры зависят от конструкции корпуса пресса.

Прерывные лопастные винты а и б (фиг. 80), как правило, изготовлялись из широких плоских полукруглых лопаток; из-за этого не удавалось созда­вать винтовую поверхность.

Лопастной винт в применяется в прессах со ступенчатым корпусом, 1 по­этому у него есть соответствующие разрывы, там, где имеются ступени.

Лопастные винты г, д, е, ж из применяются в прессах современных кон­струкций. В зависимости от конструкции корпуса лопасти изготовляются

или с переменным диамет­ром, уменьшающимся по направлению к прессовой головке (винт г), или с постоянным — при этом шаг винта может быть по­стоянным (винт д) или пе­ременным (винт ё). Если в корпусе пресса устанавли­вают контрножи, то пред­усматривается соответ­ствующий разрыв между лопастям (винты д и ж). Последняя лопасть винта, называемая выжимной, может быть одно-, двух- или трехзаходной (винты з, и и к).

Однозаходная выжим­ная лопасть в сравнении с двухзаходной создает меньшие препятствия про­ходу глиняной массы, однако толчкообразное продвижение глины в го­ловке при работе с одно - заходной лопастью выну­ждает в большинстве слу­чаев от нее отказываться. Трехзаходные лопасти обе­спечивают относительно плавное продвижение массы в головке, однако зна­чительное уменьшение проходного сечения и появление поэтому дополнитель­ных сопротивлений снижает производительность пресса. Трехзаходные лопасти целесообразно применять только для обработки масс, обладающих весьма большой подвижностью (текучестью). Наиболее распространенным типом выжимной лопасти является двухзаходная, обеспечивающая равномер­ное продвижение массы в головке при достаточной величине проходного сечения.

В отдельных конструкциях прессов лопасти винта изготовляются с накладками (фиг. 80, ж) с тем, чтобы по мере износа лопасти можно было менять только часть ее — накладку. Наличие накладок естественно увеличи­вает общую толщину лопасти, уменьшая тем самым величину рабочего про­странства Целесообразней всего изготовлять лопасти без накладок, отливая их из износоустойчивых сортов стали, вместо ранее применявшихся литых чугунных лопастей.

Зазор между наружной кромкой лопасти и внутренней поверхностью корпуса находится в пределах 1,5—3 мм. Всякое его увеличение вызывает
опасность возврата массы, поскольку уплотнение ее перед лопастью всегда больше, чем позади лопасти.

Большое влияние на производительность пресса оказывает шаг винта и связанный с ним угол подъема винтовой линии. Лопасти, продвигающие и прессующие массу, можно рассматривать как винт, массу — как гайку. Вследствие трения о стенки корпуса масса удерживается от проворачивания и при вращении винта перемещается вдоль его оси по направлению к головке.

На практике угол подъема винтовой линии иногда принимается равным 17—18°. Некоторые соображения теоретического порядка, приводимые ниже, позволяют считать, что величина этого угла может быть несколько увеличена.

Наивыгоднейший угол подъема винтовой линии определяем по тому же принципу, как и для винта с гайкой. Отношение шага винта к длине средней окружности его дает величину тангенса угла подъема винтовой линии

tga= Н

TtDr

где а — угол подъема винтовой линии; h — шаг винта;

Dcp — средний диаметр, равный полусумме наружного диаметра лопасти и диаметра ступицы.

Коэффициент полезного действия винта (принимая во внимание только трение массы о лопасти)

- (193)

1 tg (а + (р) у '

где ф — угол трения;

tg ф — / — коэффициент трения;

а — угол, которому соответствует наибольшее значение т], полу­чается из условия, что г] — функция а, равна максимуму:

Tj = /(а) = Tg(о " = tgactg(а + Ф) = шах.

Приравнивая первую производную нулю •— = 0, после дифференциро­вания получаем

dt _ tg a, ctg (a - f Ф) _ q

da sin2 (a + ф) * cos2 a

^ . sin a j / і cos (a + Ф) ^

Заменяя tg ct через и ctg (a - f ф) через - sin^-^, после преобра­

зования получаем

cos (a - f - ф) • sin (a - f ф) = — sin a. cos a

или

sin2 (a + ф) = — sin 2 a; отсюда т]тах будет соответствовать значению угла

“ = 1- (194)

Считая максимальный коэффициент трения массы о металл равным 0,6, получаем ф = 31°. Таким образом, а = 29°30'. Практически величину угла а приходится уменьшать, чтобы предотвратить проскальзывание массы. Для этого требуется соблюдать следующие условия: угол подъема винтовой линии а не должен превышать величины угла трения ф. Коэффициент тре­ния глиняной массы о металл лежит в пределах 0,4—0,6, откуда угол ф =

=22-^31°. Естественно, что в рассматриваемых условиях необходимо принять меньшее значение «р, т. е. 22°.

Исследователь Гудсон[5], проводивший опыты с ленточными шнековыми прессами, приходит в результате своих исследований к выводу, что наиболее эффективным с точки зрения производительности пресса является угол наклона лопастей 23°.

Прессовая головка. Прессовая головка, отливаемая из чугуна, является связующим звеном между корпусом пресса и мундштуком и служит для уплотнения глиняной массы, проталкиваемой винтом.

Выжимная лопасть выдавливает массу в виде одной, двух или трех спи­ральных лент в зависимости от количества заходов. Эти ленты представляют

собой спиральные потоки, которые при отсутствии головки и мунд­штука сохранили бы свое строение.

Поперечное сечение прессовой головки постепенно уменьшается. Площадь поперечного сечения го­ловки у выхода (у мундштука) в 2— 2,5 раза меньше, чем в ее начале. Внутренние стенки головки имеют уклон в направлении движения массы. Угол уклона тем больше, чем короче головка и чем больше диа­метр винта.

Наклон внутренних стенок прес­совой головки вызывает дополнитель­ное сопротивление проталкиванию глиняной массы, возрастающее с уве­личением угла наклона. Наклон сте­нок головки можно уменьшить, сни­жая величину диаметра корпуса у выхода или удлиняя головку. Однако при этом необходимо учитывать, что снижение диаметра корпуса уменьшает производительность, а чрезмерное удлинение головки значительно увеличивает сопротивление проталкиванию массы.

Чтобы обеспечить надлежащую пригонку выходных размеров головки и входных размеров мундштука, учитывая, что размеры мундштука меняются в зависимости от формы и размеров прессуемых изделий, в ряде прессов уста­навливают головку со сменной вставкой (фиг. 81, а), меняя которую легко осуществляют пригонку мундштука.

Сменная вставка применяется и для того, чтобы в случае изготовления пустотелых изделий имелось бы свободное место для установки кернодержа - телей, которое получают, удаляя вставку (фиг. 81, б).

Возведение стен из стандартного кирпича приводит к значительному рас­ходу рабочей силы, при этом резко затрудняется механизация процессов кладки. С целью индустриализации процессов строительства в последние годы нашло применение возведение стен из кирпичных блоков, сложенных на заводе из обычного кирпича, изготовление виброкирпичных панелей и, наконец, проводятся работы по организации изготовления крупных пусто­телых керамических блоков.

В 1958 г. завод «Красный Октябрь» в Харькове по проекту ЦКБ Гос­строя УССР изготовил установку для пластического формования крупных пустотелых керамических блоков размером 900 X 890 X 500 мм. Для формо­
вания блоков используется существующий комбинированный ленточный вакуум-пресс с заменой прессовой головки и мундштука.

На фиг. 82, а показана конструкция прессовой головки и мундштука для изготовления крупных пустотелых блоков.

Прессовая головка выполнена расширяющейся по направлению движения глиняного потока с тем, чтобы была обеспечена возможность установки мунд­штука, размеры которого соответствовали бы размерам блока.

На фиг. 82, б показана переходная прессовая головка для формования двухслойных керамических камней (конструкция НИИСтроммаша).

Двухслойное формование основано на подаче двух пластичных керамиче­ских масс (облицовочной и основной).

Установка для изготовления двухслойных камней состоит из двух ленточ­ных прессов, из которых первый (вакуум-пресс) служит для подачи основной массы, а второй — для подачи облицовочного слоя.

Конструкция и работа переходной головки в основном сводится к следую­щему. От основного пресса масса поступает в корпус 1 головки в виде уплот­ненного бруса, размеры которого в поперечном сечении меньше выходного отверстия головки на величину, соответствующую толщине облицовочного слоя. Пройдя формующую рамку 2, брус смыкается с лицевой массой, посту­пающей через горловину 3 вспомогательного пресса, при этом лицевая масса несколько диффундирует в брус по двум смежным взаимно-перпендикуляр­ным поверхностям.

Дальнейшее совместное прохождение двухслойного бруса через мунд­штук ^обеспечивает должное соединение обоих слоев глиняной массы. Обра­зование пустот в камне обеспечивается кернами 5. Регулирование равномер­ности распределения облицовочной массы на офактуриваемой поверхности производится посредством шиберов 6 и 7.

Мундштуки предназначаются для придания прессуемой массе по выходе ее из пресса необходимой формы.

На фиг. 83, а показана наиболее распространенная конструкция мунд­штука. Металлическая колодка 1 мундштука имеет каналы 2 для подвода и отвода воды, предназначенной для смазки, с тем, чтобы было снижено сопротивление проходу массы через мундштук. С указанной целью внутрен­няя поверхность мундштука облицовывается латунными или стальными полосами 3, набранными с таким расчетом, чтобы последующие (считая от выходного конца мундштука) полосы перекрывали предыдущие, т. е. чтобы на пути глины не было выступающих кромок. Подводимая сверху вода поступает по вертикальным и горизонтальным каналам в зазоры между полосами, создавая антифрикционную пленку, которая обеспечивает резкое снижение сопротивления трения и получение вместе с этим гладких (не задранных) поверхностей глиняного бруса.

На фиг. 83, б показаны мундштуки для изготовления глиняной ленточной черепицы.

Мундштуки для производства пустотелых изделий конструируются так же, как и для производства полнотелых изделий с тем, однако, отличием, что к ним добавляются один или несколько внутренних стержней-кернов, форма и расположение которых соответствуют пустотам изготовляемых изделий.

Поступающая глина обтекает керны и на выходе бруса из мундштука в нем остаются пустоты, отформованные концами кернов.

Керны крепятся различными способами.

На фиг. 84, а показан способ крепления кернов 1 к'стержням 2 диаметром

3— 5 мм, приваренным к поперечным стержням 3 рамки 4. Под напором массы стержни могут отклоняться в поперечном направлении и занимать положение, при котором давление на боковые грани кернов становится

равномерным. Недостаток этого способа крепления в том, что могут полу­читься изделия со стенками различной толщины.

На фиг. 84, б показано крепление при помощи скобы, а на фиг. 84, в — крепление к прямой планке, которая колонками соединена с плитой мунд­штука. Последний способ крепления получил наибольшее распространение, поскольку в этом случае глина свободно поступает в мундштук с боков и масса, разрезаемая скобой, успевает сомкнуться до поступления в мунд­штук.

В результате устраняется опасность появления трещин в местах разреза.