Оборудование заводов по переработке пластмасс

МЕТОДЫ КОМПЕНСАЦИИ ПРОГИБА ВАЛКОВ КАЛАНДРА

Под действием распорного усилия валки каландра прогибают­ся. Если валки имеют цилиндрическую форму, толщина каланд­руемого изделия (листа или пленки) будет по ширине пере­менной. Поскольку прогиб валков в центре максимален, толщи­на изделия в центре будет больше, чем на краях, на величину прогиба (рис. 6.14).

Зная распорное усилие, можно рассчитать максимальный прогиб в центре валка:

Tp(8l3 — iw2l + ws) 384EI

Где ДЛмакс — максимальный прогиб валка в центральной части; Тр — усилие, действующее на 1 см длины валка; I — расстояние между подшипниками вал­ков (рис. 6.15); w — ширина рабочего участка валка; Е — модуль упругости материала валка; I — полярный момент инерции сечения валка.

Распределение прогиба по длине описывается уравнением Ah 8 [z (3I2 — w2 — 4г2) + 2 (г — af/w]

■ Aw2l + і

Где a= (I—w)/2.

Фактическое изменение профиля сечения зазора равно удво­енной величине прогиба валка.

Для получения равнотолщинного изделия необходимо обес­печить полную компенсацию прогиба валка. Для этого приме-, няют три основных метода (рис. 6.16): бомбировку валков (рис. 6.16,а); перекрещивание валков (рис. 6.16,6); контризгиб валков (рис. 6.16, в).

Бомбировка валков — метод, заключающийся в придании внешнему калибрующему валку каландра бочкообразной фор­мы. Диаметр средней части такого валка делают несколько большим, чем на его концах, а профиль поверхности выполня­ют по параболе. Применение бомбировки позволяет полностью скомпенсировать прогиб валка только для одного определен­ного значения распорного усилия, соответствующего для каж-

Рис. 6.15. Схема расположения координатных осей и нагрузок при расчете прогиба валков.

Рис.4 6.16. Методы компенсации прогиба:

А___ бомбировка; б — перекрещивание; в —

Контризгнб.

Дого материала определенным значениям параметров процесса (ho, U, Т). Изменение любого из этих параметров (и прежде все­го толщины каландруемого изделия) сопровождается изме­нением распорного усилия и, следовательно, изменением про­гиба валка. Поэтому одна бом­бировка никогда не может обес­печить полной компенсации про­гиба валка при всех рабочих ре­жимах.

Перекрещивание валков —

Метод, при котором внешний ка­либрующий валок поворачивает­ся в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, прохо­дящей через середину валка. Вследствие поворота зазор на краях валка оказывается больше, чем в середине. Изменение зазора между валками, достигаемое при перекрещивании, мож­но определить из выражения

Ay = D2 +

(6.8)

(остальные

Где С] — горизонтальное смещение центра подшипника ва. обозначения см. на рис. 6.15).

Выражение (6.8)—это уравнение равнобочной гиперболы. Сопоставление его с уравнением (6.7), описывающим линию прогиба валка, показывает, что метод перекрещивания не обес­печивает полной компенсации прогиба по всей длине валка. Даже если подобрать величину перекрещивания так, чтобы полностью скомпенсировать прогиб в центре валка (AhMaKC — =іДг/1 /2), то и в этом случае сечение каландруемого листа не будет иметь правильной прямоугольной формы. Достигаемая при этом степень компенсации иллюстрируется рис. 6.14. Од­нако, несмотря на неполноту компенсации, преимущество ме­тода перекрещивания очевидно, поскольку изменяя величину перекрещивания, можно подбирать нужную степень компенса­ции в зависимости от свойств материала и толщины пленки.

Расположение валков каландра оказывает существенное влияние на распорное усилие и фактический прогиб. Если со­поставить схемы нагружения L-образного и Z-образного ка­ландров (рис. 6.17) и посчитать действующие на валки суммар­ные нагрузки, предполагая, что режимы каландрования полно­стью идентичны, то окажется, что нагрузка на валки Z-образ-

Ного каландра примерно в 1,5 раза больше, чем на валки L - образного. Соответственно возрастает и подлежащий компен­сации прогиб. Тем не менее Z-образный каландр обладает су­щественным преимуществом по сравнению с Г - и L-образными каландрами. Это преимущество заключается в том, что при Z - образном расположении валков можно независимо регулиро­вать зазор каждой пары валков.

Из рис. 6.17 видно, что для компенсации прогиба валков 2 и 3 можно повернуть в горизонтальной плоскости ось валка 2 относительно оси валка 3. Прогиб между валками 1, 2, 3 к 4 компенсируется поворотом в вертикальной плоскости осей вал­ков 1 и 4. Кроме того, такое расположение валков сводит до минимума взаимное влияние распорных усилий, изменение ко­торых вследствие свойств материала или температурного ре­жима приводит к изменению прогиба и, следовательно, к изме­нению толщины листа.

Контризгиб валков — метод компенсации прогиба, который состоит в том, что к концам внешнего калибрующего валка прикладываются усилия FK, создающие изгибающий момент, противоположный по знаку моменту, возникающему под дейст­вием распорного усилия (см. рис. 6.15).

Изменения профиля зазора, возникающие в результате контризгиба, описываются выражением

А= (6-9)

Если подобрать силу Fк так, чтобы полностью компенсиро­вать прогиб в середине валка, то, как и при перекрещивании, компенсация не будет совершенной „(см. рис. 6.14). Интересно, что степень компенсации, достигаемая при контризгибе валков, мало отличается от компенсации, достигаемой за счет перекре­щивания валков.

Большинство современных каландров оснащается как бом - бированными валками, так и устройствами для перекрещивания или контризгиба валков. Комбинируя эти методы, удается до­биться компенсации прогиба, при которой максимальные от­клонения толщины пленки от номинального значения не пре­вышают (1-^2) • Ю-6 м.

Одной из часто встречающихся на практике задач является определение максимальной гарантированной точности профиля, которую можно обеспечить при каландровании тонких пленок. Располагая данными о реологических свойствах материала, а также сведениями о температурном и скоростном режимах, можно по формуле (6.6) рассчитать максимальный прогиб. За­тем подбирают величину перекрещивания, причем смещение валков рассчитывают так, чтобы перемещение на краю равня­лось удвоенному прогибу валка [см. уравнение (6.7)].

В качестве примера рассмотрим следующую задачу: на каландре с диа­метром валков 910 мм и длиной 2330 мм производится пленка из пластифи­цированного ПВХ толщиной 0,05 мм. Температура валков 443 К, частота вра­щения валков 2,1 об/с. Реологические свойства расплава ПВХ при температу­ре переработки описываются степенным уравнением (1.9), константы которого при температуре переработки равны: п=2,5; р,0 = 0,085 с"2'5 МПа. Распорное усилие, рассчитанное по формуле (4.42), равно 21-Ю6 Н (|2=0,37; h0= = 0,015 мм). Максимальный прогиб валка, рассчитанный по формуле (6.6), равен ДЛмакс = 0,04 мм (w = 223 см; i=300 см; D = 51 см). Распределение про­гиба по длине валка иллюстрируется рис. 6.14. Если величина перекрещивания валков определяется из условия полной компенсации прогиба в центре, то смещение конца валков должно составлять 11 мм. Изменение профиля зазора показано на рис. 6.14,а (кривая 2). Достигаемая при этом компенсация опре­деляется как разность значений прогиба и увеличения зазора (см. рис. 6.14,6). ■Видно, что отклонение профиля пленки от прямоугольного составляет в этом случае ±2,5- 10_в м.