Способ управления червячной машиной для механического отжима влажных каучуков Советский патент 1982 года по МПК B29H1/06 G05D27/00 

Изобретение относится к управлению процессами переработки различных полимерных материалов и может бъпъ использовано для управления червячными машинами, в которых проводится процесс механического удаления влаги из полимерных материалов, например из синтетических каучуков.

Известен способ управления процессом механического отжима влаги из синтетического каучука с использованием червячных машин путем изменения сопротивления выгрузного устройства 1 J.

Недостатком известного способа является то, что изменение сопротивления выгрузного устройства осуществляется вручную аппаратчиком по периодическим анализам влажности на выходе из машины, что не обеспечивает требуемое качество каучука - содержание влаги в материале на выходе из машины.

Известен способ управления червячной машиной для механического отжима вляясных каучуков путем изменения сопротивления выгрузного устройства в завясимооти от давления каучука перед выгрузным устройством. При изменении расхода исходного материала или его реологических и фрикционных свойств изменяется давление материала перед выгрузным устройством. При отклонении давления изменяется величина сопротивления выгрузного устройства таким образом, чтобы сохранить величину давления на заданном значении, тем самым обеспечив требуемое содержание влаги в каучуке на выходе из машшш С

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает работу машины с максимальной производительностью при изменении реологических и фрикционных свойств перерабатываемого материала.

Цель изобретения - увеличение производительности червячной машины.

Поставленная цель достигается способом управления червячной машиной для механического отжима влажных каучуков путем изменения ссвтротивления выгрузного устройства в зависщуюсти от давления каучука перед выгрузным устройством, дополнительно измеряют давление каучука в зоне дозирования, частоту вращения червячного вала и расход влаж ного каучука на входе в машину, определяют реологические и фрикционные свойства каучука в зоне дозирования и соот ветствующую им зависимость производительности от частоты вращения червячно го вала, находят максимум этой функции и устанавливают частоту вращения и рас ход влажного каучука на входе в машину в соответствии с максимальным значением производительности. На фиг, 1 приведена зависимость производительности червячной отхшмной машинь Q от частоты вращения червячИ9Г9 кала Ш при постоянном давлении зшугука перед выгрузным устройством; на фиг, 2 - система управления, реализу данный способ. Пр}шщш действия способа основан на определении экстремальной 3aBHcraviocTH, приведенной на фиг, 1. Движение материала в канале червячного вала обусловлено балансом движущей силы (силы трения маа-ериала о поверхность цилиндра) и противодействующ сил (силы вязкого сдвига, силы трения материала о поверхность червячного вала j силы от противодавления ). Измене1ше реолопгческих и фргасционных свойств перерабатываемого материала приводит ::: нарушению соотношения сил, изменению условий проскальзывания материала и градиента давления и, как следствие, }1зменению производительности маш1шы, при этом падение производительности при высоких частотах вращения червячно го вала связано с интенсивным проскаль зьтанием влажного каучка по поверхности червячного вала и цилиндра машины. Анализ зависимостей Q-({ показывает, что имеется такое значение частоты вращения червячного вала(Шопти/(л) при котором достигается максимальная производительность машины ( ) причем эти значения при постоянстве выходного давления каучука и геометрии червячного вала зависят только от реолопгческих и фрикционных свойств перерабатъшаемого материала. Для получения значений QjYiQ и Lt/Q необходимо дополнительно измерить давление в дозирующей зоне Р , частоту вращения червячного вала U и объемный расход влад ного каучука на входе в машину Q . Зная значения давлений перед выгрузным устройством Rj и в зоне дозирования Р можно оценить велич1шу градиента давления перед выгрузным устройством. Располагая тремя технологическими параметрами - градие1ЛХ1М давления, объемным расходом и частотой вращения черв51чного вала при известной геометрии червячного вала, можно рассчитать значе- 1шя коэффициентов, характеризующих реологические ( /И и Kxi) и фрикционнъш ( сХ- и Р) ) свойства перерабатьтаемого материала. Учитывая, что градиент давления для высоковязких материалов типа синтетических каучуков, как показали исследования, практически линейно зависит от частоты вращения червячного вала и, используя полученные значения реологических и фрикционных констант, можно рассчитать соответствующую км экстремальную зависимость производительности от частоты вращения червячного вала и определить частоту вращения и/Опт расход влажного каучука Q g на входе в машину, соответствующих максимальному значению производительности . Реализация данного способа осуществляется системой управления, показанной на фиг. 2. В червячную машину 1 поступает влажная крошка каучука. При вращении червячного вала крошка уплотняется, интенсивно перемешивается и перемешается к регулируемому выгрузному -устройству 2, Влага удаляется через продольные щели фильтр-корпуса машины, а отжатый каучук поступает на дальнейшую переработку. Обеспечение заданной влажности материала на выходе из мащи.ны происходит за счет контура регулирования давления материала выгрузным устройством, включающего Датчик давления 3, регулятор 4 и исполнительный механизм 5, изменяющий сопрот1шление выгрузного устройства 2. Контур регулирования частоты вращения червячного вала состоит из датчика 6, регулятора 7 и исполнительного механизма 8, изменяющего скорость вращения электродвигателя 9. Контур регулирования объемного расхода влажного каучука на входе в машину состоит из датчика 10, регулятора 11 и исполнительного органа 12. Давление материала в зоне Дозирования изменяется датчиком 13. Расчет реологических ( /( , т) и фрикционных ( ai fb ) констант осуществляется с помощью вычислительного устройства 14, на вход которого поступают сигналы от 5М датчиков 3, О, ) л J.3. КИ 1кслител1Л1ое устройство 15 осуществляет расчет экстремальной зависимости производитель ности от частоты вращения черв5гчного вала, определяет максимум этой функции и формирует сигналы, пропорциональные частоте вращения червячного вала и объемному расходу влажного каучука на входе в машину, соответствующие максимальному значению производительности Эти сигналы поступают на задающие вход регуляторов 7 и 11 соответственно. Система работает следующим образом При изменении реологических и фрикционных свойств исходного материала, например при увеличении эффективной вязкости, изменяется (увеличивается) давление материала как перед выгрузным устройством, так и в зоне дозирования. Датчики 3 и 13 при этом увеличивают свой сигнал. Регулятор 4, стремясь обес печить заданное значение давления перед выгрузным устройством, уменьшает с помощью исполнительного механизма 5 сопротивление выгрузного устройства 2 И тем самым возвращает давление Р. к заданному значению. При этом давление Р в зоне дозирования уменьшается, а градиент давления пропорционалы-сый разности давлений (Р - ), увеличивается. Вычислительно устройство 14, используя новое значение градиента давления, определяет новые реологические ( , KVI ) и фрикционные (oi . ( ) константы. Вычислительное устройство 15 определяет экстремальную зависимость производительности от частоты вращения червячного вала, оптимальную частоту вращения иьопт рас- ход влажного каучука Q.vj( на входе в машину, соответствующие новому максимальному значению производительности изменяет (увеличивает) задания регуляторам 7 и 11, которые, стремясь обеспечить новые задания, устанавливают новые (увеличенные) значения частоты вращения и объемного расхода, соответствующие максимальной производительнос ти машины. При уменьшении эффективной вязкости исходного материала схема работает аналогично описанному, только в противоположную сторону. Вычислительное устройство 14 определяет реологические и фрикционные константы, используя следующую систему уравне1шй -h)u3 -ih-c Г. 0,(1) (m + 1) m Г 1 .mt) |Тп72 -h.cr 5-Whct6Pclcl , (3) --Л-В-со (4) j g де D - диаметр червяка, м; и - глубина В штовой нагрузки, м; tf - частота вращения червяка, рад/с; - угол подема винтовой линии, рад; (/ - шир1ша канала червяка, М; (3)сЗВ - градиент давления, Па/м; Q - объемная производиельность машины, м/с; А и В - эмпирические коэффициенты, харшстеризуюшие зависимость градиента давления от частоты вращения черв5яка; - эффективная вязкость каучука. Па- с оС - фрикционная константа. М/с-Па; t и |Ъ безразмерные реологические и фрикционная константы, С - посто$шная, связанная с геометрией эпюры скорчютей между поверхностями червяка и цилиндра машины, определяемая в процессе расчета ве- личш ot , )Ъ , ХИ , кп , м. Зная реальный диапазон изменения реологи 1еск1 х ( и vv ) и фр лсционных ( ot и Р) ) характеристик каучука и используя систему уравнений (1)-(4), рассчитываются градиентным методом текущие значения констант , п , ai. , & путем М1шимизаш1и функционала Ф - фДс, Ь, ,т)-т.п, где ф ( oi , ( , / , соответствует разности левой и правой частей уравнения (2). Вьхчислительное устройство 15 рассчитывает экстремальную зависимость Cf (11;) и значение и ,лу , используя ту же систему уравнений при известных константах fif , пг , of , 3 , Пример. При переработке каучука типа СКИ для получения заданной влажности ( f 8%) и максимальной производительности необходимо установить следующие параметры (фиг, 1, кривая И ). Производительность машины 2тсп( кг/ч Частота вращения 120 об/мин червячного вала Ш, С Обьекшый расход влажного каучука на входе в машину Qg, 16250 кг/ч. Давление материала перед выгрузным устройствомР 1,5 МПа (15 кгс/о/). Давление в зоне дозированияа ° МПа (12 кгс/см). При этих условиях реологические и фршшионные константы каучука СКИ имеют следующие значения f 1,72 10 Па.с; w 5,708; ot 3,43 Ю м/сПа; fb 3,416, а зависнмостъ градиента давления от частоты вращения имеет вид (5,543 + 1,162 W) 10 При переходе на переработку каучука типа СКД, если управлять машиной по и вестному способу, производительность машины, частота вр а1цения и расход материала на входе, остаются прежними ( 100 аопт 120 об/м Q0X - 1625О MV4). При использовании данного способа управления устанавливаются следующие параметры (фиг. 1, кривая 1 ). Производительность машиныQ. кг/ч Частота вращения черв5РШого вала (V 150 об/мин -.,ЮПТУ Объемный расход впаж1юго каучука на входе в машину Q 2ОООО Давление материала перед BbirpysHbDvi устройствомP-t 1,5 МПа (15 кгс/см ) Давление в зоне дозированияP l.O МПа т. (10 кгс/см ) При этих условиях реологические и фрикционные константы каучука СКД при мают следующие значЕошя Х 6,543 Ю Па-с- / ; т 3.218; . 1О м/сПа; fb 3,ЗО6, а зависимо градиента давления от частоты врашенит принимает вид dPidt -(4,367 -ь 6,970(1; ). 10 . Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет при сохранении заданной влажности каучука на выходе повысить производительность машины на Б700-7100.00,22,5Г. Г-100 Переход на переработау каучука типа СКБСР по известному способу приводит к резкому увеличению проскальзывания каучука, так как для данного каучука рабочая частота вращения оказывает ся выше критической, что приводит к переполнению машины, ее забивке и остановке. При управлении машиной по данному способу устанавливаются следующие параметры, соответствующие для данного каучука максимальной производительности (фиг. 1, кривая IIt): С}т,„,,, 44ОО кг/ч;и; 90 об/мин. Таким образом, данный способ позволяет, используя значение трех технологических параметров - градиента давления, объемного расхода влажного кау- чузса и частоты вращения и наличие линейной зависимости между градиентом давления и частотой вращения червяка, обеспечить максимальную производительность машины при сохранении постоянства заданной влажности каучука на выходе из машины. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа управления может быть получен в результате снижения себестоимости перерабатываемого материала за счет повышения производительности и сокращения простоев оборудования и его чистки. Формула изобретения Способ управления червячной машиной для механическог,о отжима влажных каучукоБ путем изменения сопротивления грузного устройства в зависимости от давления каучука перед выгрузным устройством, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности червячной машины, дополнительно измеряют давление каучука в зоне дозирования, частоту вращения червячного вала и расход влажного каучука на входе в ма- щину, определ51ют реологические и фрикционные свойства каучука в зоне дозирования и соответствующую им зависимость производительности от частоты вращения червячного вала, находят максимум этой функции и устанавливают частоту вращения и расход влажного каучука на входе в машину в соответствии с максимальным значением производительности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3222797, кл. 34-17, онублик. 1965. 2.Авторское свидетельство СССР № 480О59, ЕЛ. В 29 В 3/00, 1972 (прототип).

/r//

/гтах

8

n Чгтах

Зтоу(

20 40 60 80 fOO т /fff ISO (.oBLun.

фаг. i

30/77 гопт 7а/7Г 3i &ffOJH bfi/

(JJus.Z Om amofu /гоучул