Валковая машина для измельчения эластомерных материалов

 

Изобретение относится к валковой машине для измельчения полимерного материала. Цель изобретения - повьшгение производительности и качества измельченного материала. Машина содержит станину 1, установленные на ней в подшипниках валки 4 и ограничительные стрелы 6. Ограничительные стрелы 6 расположены перпендику лярно осям вращения валков 4. Разделительные стрелы 7 установлены между ограничительными 6 параллельно последним на общем держателе 8 с возможностью изменения расстояния S между вертикальными стенками стрел 7, определяемого по соотношению S(8-10)u, где Л - максимальный исходный размер частиц перерабатываемого материала . Стрелы 7 вьшолнены с расширяющимися к острию 17 скосами 18, расстояние S между которыми в их нижней части определяется по соотношению S,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) y1) 4 В 02 С 4/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4262625/23-33 (22) 15.06,87 (46) 07.02.89. Бюл. )Ф 5 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт по оборудованию для шинной промьппленности и Ярославский политехнический институт (72) В.Г.Ремизов, В.Н.Городецкий, Е.М.Соловьев, И.A.Кузнецова, О.В.Тигина, Г.М.Бучнев, С.М.Дуросов, Н.А.Хлюпин, Н.Н.Колобов и С.А.Трофимов (53) 621.924.4 (088.8) (56) Бекин Н.Г. и др. Оборудование заводов резиновой промьппленности.Л.:

Химия, 1978, с. 99-101, 145-146.

Лукач Ю.Е. и др. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1967; с. 148-149. (54) ВАЛКОВАЯ МАШИНА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

ЭЛАСТОМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к валковой машине для измельчения полимерного материала. Цель изобретения— повьппение производительности и каче ства измельченного материала. Машина содержит станину 1, установленные на ней в подшипниках валки 4 к ограничительные стрелы 6. Ограничительные стрелы 6 расположены перпендикулярно осям вращения валков 4. Разделительные стрелы 7 установлены между ограничительными 6 параллельно последним на общем держателе 8 с возможностью изменения расстояния S между вертикальными стенками стрел 7, определяемого по соотношению S=(8-10)h, где — максимальный исходный раз@ мер частиц перерабатываемого материала. Стрелы 7 выполнены с расширяющи- Дъ

< мися к острию 17 скосами 18, расстоя-, ние S между которыми в их нижней ча- Ъ сти определяется по соотношению S (0,3-0,4) S, где S — расстояние между вертикальными стенками стрел, а расстояние h от начала скосов

@и вДЬ

1456221

L - Бмнн

h мокс + ч мин (2) стрел до плоскости, проходящей через оси вращения валков, определяется по следующему соотношению:

h = D!2 з п(агссоз(1-S- 1/D)J, где

Изобретение относится к устройствам для измельчения, в частности к валковым машинам, и может быть ис, пользовано в промышленности первра1 ботки эластомерных материалов.

Цель изобретения — повышение про-!, изводительности и качества измельченного материала.

На фиг. 1 изображена предлагаемая, валковая машина, вид сверху; на 10

: фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на

: фиг. 3 — держатель со стрелами; на фиг. 4 — валковая машина, поперечное сечение; на фиг. 5 — схема, поясняю-.

: щая выбор конструктивных параметров 15 стрел.

Валковая машина для измельчения эластомерных материалов содержит установленные на станине 1 с траверсами 2 с возможностью вращения в под- 20 шипниках 3 валки 4. Валки 4 установлены с возможностью вращения навстречу друг другу от привода (не показан) с различной окружной скоростью.

Валковая машина содержит также уста- 25 новленные перпендикулярно осям 5 вращения валков 4 ограничительные стрелы 6.

Валковая машина снабжена набором разделительных стрел 7, установлен- 30 ных между ограничительными стрелами б, параллельно последним на общем держателе 8, содержащем переднюю 9 и заднюю 10 балки, в пазах 11 которьм смонтированы стрелы 7 и 6. Балки З5

9 и 10 прикреплены к траверсам 2 болтами 12.

Стрелы б и 7 установлены с возможностью изменения расстояния S.ìåæäó оппоэитно расположенными вертикаль- 40 ными стенками стрел, определяемого по соотношению

S = (8 1О) д, (1) где д — максимальный исходный размер ;астиц лерерабатываемого ма". терпала.

S — расстояние между вертикальными стенками стрел; — зазор между валками; D — диаметр валков. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Значение S; определяемое по укаэанцому соотношению, обосновывается следующим образом.

С одной стороны, уменьшение расстояния S между стрелами способствф вт дополнительному поперечному обжа тию материала и повышению интенсивности измельчения (хотя в любом случае оно не может быть меньше мак симального исходного размера частиц

Д ), с другой стороны, уменьшение расстояния между стрелами ухудшает условия прохождения загружаемого ма териала в промежутке между ними, например, при S = Д

Экспериментальные работы по определению оптимального расстояния между стрелами показали, что при значении S = (8-10) Д, фрикции f = 100, зазоре между валками о 0,1 мм, при однократном пропускании материала между валками получается резино-. вый порошок с размерами частиц меней

0,25 мм независимо от исходного раз мера частиц Д

Максимальное количество раздели-.. тельных стрел определяется по формуле где L — длина рабочей части валка (расстояние между ограничительными стрелами 6);

t — толщина разделительных стрел;

S „„; — рассстояние между стрелами, соответствующее минимальному значению Ь

Количество пазов 11 на держателе

8 выполняется большим hö „

Изменение расстояния S между стрелами достигается путем перестановки стрел 7 в пазах 11 держателя 8.

На фиг. 3 показан второй вариант установки стрел и изменения расстояния между ними. Стрелы 6 и 7 установ1456221

h r в пФ

25 Н r- sin(g

81пф

= Н вЂ”.—

sin g

sin(p, -т-—

sin q

q =30,Ь=

При угле захвата лены с возможностью нх перемещения по направляющим 13 держателя 8. Расстояние S между стрелами фиксируется с помощью втулок 14. Направляющие 13 смонтированы на кронштейнах 15, с помощью которых держатель крепится к трав@рсам измельчителя. Держатель 8 в сборе фиксируется на кронштейнах 15 гайками 16.

Изменение расстояния S между стре-; лами достигается путем перемещения стрел 7 по направляющим 13, установкой втулок 14 другой длины (равной выбранному S) и добавления (при уиень- ° шении S) или изъятия (при увеличении

,S) требуемого количества стрел.

Стрелы 6 и 7 выполнены с расширяю щимися к острию 17 скосами 18, рас стояние между которыми в их нижней части определяется по соотношению:

S1 = (О,3-0,4) S, где S — расстояние между вертикальными стенками стрел, ;а расстояние h от начала скосов стрел до плоскости P проходящей через оси

5 вращения валков 4, определяется по следующему соотношению:

D S-81

h = sin arccos (1- — -)), 2 D где $ — расстояние между оппозитно расположенными вертикальными стенками стрел; — зазор между валками;

D — диаметр валков.

Значения h, а также значение угла между вертикальной стенкой стрелы .и ее скосом 18 могут быть определены из условия одинакового обжатия материала как между дугами контакта его ,с валками, так и между стрелами. Поэтому сечение MN (фиг.4), лежащее на расстоянии h от плоскости, проходяИцай через ось вращения валков, принимаем равным S (расстоянию между вертикальными стенками стрел).

Из треугольника О ND получаем

h = ND = Г 8ХП((3)

ГДЕ Г =

2 — радиус валков.

Иэ геометрии области деформации имеем

MN = S = 2FD + F = 2г(1-cosy,)+ 8, (4} где FD = r — D0< = r-r cos(p, = r(1 сов cp, )

3 — зазор между валками.

Из равенства (4) определяем значение угла

2r-S+<) s 8

cos CP

2r D D

+ — 1

s 3 р t (5)

S- (f, = arccos (1- — ) .

Из (3) и (5) определяется

D S -31

h = — - sin arccos(1- — -} (6) 15 Значение h может быть выражЕно также через координату входа материала Н в область деформации. Н опреде-: ляется из треугольника О,СА:

20 Н = СА= r sing, где (p — - угол захвата.

Тогда

30; = 2Н sing,, где<р„ определяется по формуле (Я .

Однако при использовании валковой машины для переработки материалов

35 Ра н физико-механ еск характеристиками значение угла захвата (p может изменяться. (Вообще, о ч = 30 можно считать максимальным углом захвата при измельчении эласто40 мерных материалов). Поэтому выражением (5) пользоваться удобнее, так как оно устанавливает зависимость h от технологических S и <1 и конструктивного D параметров валковой машины °

45 - Исходя из принятой посылки о равенстве обжатия материалов в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений (между дугами контакта и скосами стрел) следовало бы скосы 18

50 стрел выполнять в виде дуг кривизной, равной кривизна валков. Однако то усложнит конструкцию стрел и значительно повысит трудоемкость их изготовления. Поэтому эти дуги аппроксимируются IIpRMblHH скосами 18у а угол наклона скоса к вертикальной стенке Р определяется из условия равенства расстояния S< между скосами в их нижней части (в плоскости осей

5 14 вращения валков) зазору 8 между вал- . каии.

Иэ треугольника К? Е (фиг.5) имеем

tgp з

I.E

56221 деляется при решении треугольника

К?. Е (фиг.5)

? Е

А

5 К . г

s — 3

s -S (2h). где К? =h, LE

f =- arctg (7) ; тогда

Г(0 6-0 7S а = агсйд - - °

2h (9) Это выражение может быть получено 40 по аналогии с выражением (7) при решении треугольника KL Е, ° Выражение (9) соответствует случаю, когда острие стрел (нижняя часть скосов) находится В плОскОсти Осей Вращения аап 45 ков.

Учитывая то обстоятельство, что стрелы по отношению к валкам установлены с некоторым зазором p, острие стре находится вьши п оскости Осей 50 вращения валков, на некотором расстоянии h< от нее.

Значение h, может быть определено из треугольника 0 TO (фиг ° 4) (r+ р ) — (х+ — 2) 1 и (10) В этом случае значение угла наклона скоса к вертикальной стенке опреПри таком значении угла Р сечение прохода материала через зазор между валками представляет собой квадрат, со стороной О . Учитывая, что значе

l mre g невелико, приходиМ к выводу, : что при величине угла Р, определен ного по формуле (.7), производитель-. ность валковой машины должна резко снизиться, а при значениях 8 = {О, 1- 20

-0,2)мм пропускная способность валковой машины стремится к нулю.

Экспериментальные исследования, проведенные на лабораторной валковой машине с зазором между валками 8 = 25

= О, 1 мм и фрикцией К = 100, показали, что расстояние S< между стрелами . в нижней части скосов 18 должно со, ответствовать следующему соотношению:

S = (0,3 — 0 4)S, . (8) .Зр что обеспечивает требуемую производи тельность по мелкодисперсной фазе (с размерами частиц менее 0,25 мм) .

В этом случае значение угла наклона скоса к вертикальной стенке P> опре- 35 деляется по следующему соотноШению. где К1 = h-Ь,, S-(О З...о gS

2 2 (О 6..0 7)S

А - .= =L

У (О 6...0 7) S Р 2 (h h) (oz6 07) 1 (11)

p>= arctic i (h h,, ) / °

Формула (11) учитывает .влияние зазора о между стрелой и валком на угол наклона скоса к вертикальной стенке, поэтому формула (11) более универсальна, чем формула (9). Последней можно пользоваться, когда . значение р невелико и им можно пренебречь, а значение h при этом стре мится к нулю

hj - О.

Если же зазор р достаточно велик, например, р =(2,0-2,5)мм (в случае переработки крупнокускового материала), то значение угла наклона скоса к вертикальной стенке определяется пб формуле (11).

Пример. Определить конструк- тивные параметры разделительных стред для валковой машины с диаметром валков D = 550 мм. Исходный максимальный размер частиц перерабатываемого материала Ь = 5 мм, зазор между валками 3 = 0,1 мм.

Определяем расстояние S между вертикальными стенками стрел по фор чуле (1)

S = (8-10) 5 = (40-50) мм.

Принимаем S = 50 мм.

По формуле (6) определяем расстояние h от начала скоса стрелы до плоскости, проходящей через осн вращения валкОв:

50-01

h=275«sin агссоз (1

114 мм.

ЗазоР между стРелами и валками невелик, так как исходный размер частиц небольшой. В этом случае угол между скосом стрелы и ее вертикальной стенкой можно определить по формуле (9) 1456?21

Эффективность изобретения заключается в интенсификации процесса измельчения эластомерных материалов на вапковых машинах.

Для обоснования эффективности изобретения выполнены экспериментальные

Р< =7 30 ...8 45

Принимаем P, = 8

Для валковой машины изготавливается несколько комплектов стрел для установки их в зависимости от определенного диапазона расстояний S между их вертикальными стенками, например, для S в пределах (40-50) мм, (51-60)мм, (61-70)мм и т.д.

Валковая машина для измельчения эластомерных материалов работает следующим образом.

Измельчаемый материал, например, резина, с исходным максимальным размером частиц подается в зоны 19, ограниченные стрелами.6 и 7 и валками 4. Частицы материала захватыва-.. ются валками и увлекаются в зазор S мвжду ними. Разделительные стрелы

20 препятствуют развитию поперечных деформаций материала, в последнем возникают дополнительные напряжения в направлении его движения в зазоре.

По мере перемещения материала в зазоре ширина зон 19 уменьшается за счет того, что стрелы выполнены с расширяющимися к острию 17 скосами . 18. Благодаря этому происходит обжатие материала и в поперечном.направлении. Создание двухосного сжатия (между валками 4 и скосами 18 стрел

7) обеспечивает более благоприятные условия для разрушения эластомера, а следовательно, и его измельчения, т.е. разрушение происходит при меньших степенях обжатия (больших зазорах) .

В минимальном зазоре 6 между валками напряженное состояние в эласто40 мере достигает предельного значения, эластомер разрушается и таким образом происходит его измвльчвние.

Увеличивая или уменьшая количество разделительных стрел 7 за счет перестановки их в пазах 11 (фиг.1 и 2) или за счет перемещения их по направляющим 13 (фиг.3), можно изменять расстояние между стрелами (длины зон

19) в зависимости от размеров частиц (кусков) подаваемого на измельчение материала. исследования по изучению влияния вида напряженно-деформированного состояния материала на процесс разрушения при измельчении на валковых машинах.

При переработке материала с небольшим размером исходных частиц порядка (1-10) мм производительность валковой машины для измельчения эластомерных материалов с установленным между разделительными стрелами рас1стоянием S = Ь черезвычайно мала и практически стремится к нулю.

Экспериментальным путем установлено, что содержание измельченного вулканизата с размером частиц 0,25 мм в шинных резинах может быть увеличено (и доведено до 15 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука) по сравнению с содержанием в этих резинах резинового порошка меньшей степени дисперсности.

Поэтому ставилась задача определить расстояния между вертикальными стенками стрел S и скосами стрел в их нижней части S, соответствующие наивысшей производительности валковой машины при условии получения порошка с размером частиц, не превьппающим 0,25 мм.

Экспериментальные исследования, проведенные на лабораторной валковой машине с диаметром валков D = 260 мм с зазором между валками g = О, 1 мм и фрикцией f = 100 показали, что величины S u S должны определяться по следующим соотношениям

S = (8 — 10) о

S = (0,3 — 0,4) S.

При таких значениях S u S достигается наивысшая производительность валковой машины по резиновому порошку с размерами частиц не более

0 25 мм.

Если значения $ и Я< больше указанных величин, получить резиновый порошок с гарантированным размером частиц, не превышающим 0,25 мм, не удается.

Применение предлагаемой валковой машины наиболее эффективно при измельчении резиновых отходов шинного и шиновосстановительного производства с исходным размером частиц Ь вЂ” (1-10) мм с получением тонкоизмельченного резинового порошка с размером частиц не более 0,25 мм.

1456221

Формула изобретения

1. Валковая машина для измельчения зластомерных материалов, содержащая станину, установленную на ней в подшипниках пару валков, оси которых горизонтальны и параллельны между собой, и расположенные перпендикулярно последним закрепленные на держателе ограничительные стрелы, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества измельченного материала, она снабжена набором разделительных стрел, установленных на держателе между ограничительными стрелами параллельно последним с возможностью изменения расстояния S между оппозитно расположенными вертикальными стенками стрел, которые определяют из соотношения Б = (8 — 10) h где

- максимальный исходный размер частиц иэмельчаемого материала.

2. Валковая машина по н.1, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что оппозитно расположенные вертикальные стенки стрел выполнены с направленными к острию скосами, расстояние Б;

10 между которыми у острия определяют из соотношения S, = (0,3 — 0,4)Б, а расстояние Ь от начала скосов до плоскости, проходящей через оси вращения валков, определяют по формуле

1) S -F1

h=

2 sin azccos (1- — — )J

1) где S — расстояние между оппозитно расположенньйаи вертикальны«

20 ми стенками стрел; — зазор между валками;

D — - диаметр валков.

ФУ7.4

15

7 7

145627. 1

18 19 17

1456221

Составитель Л.Чубукова

Техред Л.Олийнык Корректор В.Гирняк

Редактор С.Патрушева

I. ð<,. ;âäöñòíåíHî-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7479/10 Тираж 544 Подписное

ВНИППИ . осуцарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5