Обоснование рациональных параметров технологии формообразования рабочих поверхностей исполнительных органов грануляционных аппаратов в калийном производстве

Предназначено для определения закономерностей изнашивания валков вальц-пресса для выработки предложений по совершенствованию их конструкции.

Назначение

Определение закономерностей изнашивания валков вальц-пресса для выработки предложений по совершенствованию их конструкции.

Краткое описание метода, технологии, процесса и т. д., основных особенностей

Одной из важных и трудно решаемых проблем машиностроения является обеспечение прочности и надежности исполнительных узлов технологического оборудования, осуществляющего прессование порошковой массы. При прессовании калийных удобрений центральное место принадлежит повышению долговечности быстроизнашивающихся валков вальц-пресса, определяющих непрерывность, производительность и экономические показатели всего технологического цикла. Так, стоимость одного валка превышает 210 тысяч рублей, а замена одного комплекта валков и последующая наладка пресса требуют остановки процесса гранулирования на 80 – 90 часов, что равносильно снижению объема производства удобрений на 1360 ÷ 1530 тонн. Кроме того, неравномерные износ валков и распределение давления в зоне прессования способствуют увеличению объема просыпи и получению гранул разной плотности. В итоге ухудшаются качество и потребительские свойства готовой продукции, снижается ее рыночная стоимость. Для повышения долговечности валков важно выявить закономерности влияния эксплуатационных факторов на их сопротивление изнашиванию. Наиболее важным из них является рельеф рабочих поверхностей валков. Формующие элементы вносят существенные изменения в напряженно-деформированное состояние (НДС) валков, вызывают перераспределение контактного давления и, как следствие, изменяют механизмы и интенсивность разрушения рабочего слоя. Поэтому выбор и придание формующим элементам рациональной формы требует исследования НДС и процесса частичного разрушения рабочих слоев валков.

Новизна разработки

Разработана новая математическая модель процесса вальцевания, которая опирается на уравнение предельного состояния прессуемого материала и обеспечивает более детальное, по сравнению с существующими расчетными методиками, описание напряженного состояния порошка.

Впервые установлено, что рабочий слой валков с рельефной поверхностью (формующие выступы разделены пазами) наряду с пластическим оттеснением и усталостным разрушением подвергается интенсивному эрозионному изнашиванию воздушно-солевым потоком. Выполнение пазов с плавным выходом на рабочую поверхность снижает контактные давления и уменьшает интенсивность указанных видов изнашивания при сохранении объема зон пластической деформации прессуемого материала.

Актуальность

Выбор и придание формующим элементам рациональной формы имеет важное технико-экономическое значение и требует исследования НДС и процесса частичного разрушения рабочих слоев валков. Решение рассматриваемых задач связано с необходимостью комплексного использования экспериментальных и теоретических методов. В научной литературе представлены исследования, связанные с анализом прессования материалов в валковых прессах, используемых в порошковой и горной металлургии, фармацевтической промышленности. Однако они выполнены для случая гладких цилиндрических валков. Таким образом, исследования, посвященные решению указанных задач, представляются весьма актуальными.

Преимущества перед аналогами

На основе применения нового двухэтапного подхода к конечно-элементному моделированию прессования минерального порошка впервые удалось расчетным путем установить особенности напряженно-деформированного состояния валков с рельефной поверхностью.

Область применения

Аналитические зависимости, отражающие связь производительности, шероховатости обработанной поверхности и показателей, характеризующих динамику процесса резания, с геометрическими и кинематическими характеристиками методов обработки бандажей внедрены на ЗАО СИПР и могут быть применены на машиностроительных предприятиях при разработке технологии исполнения формующих элементов на деталях с криволинейными поверхностями.

Основные технико-экономические показатели

Согласно результатам лабораторных испытаний повышение износостойкости за счет сглаживания профиля формующих элементов составляет 15 – 20 %, что равносильно продлению срока службы комплекта валков на ~ 5 месяцев. Без учета затрат на получение сглаженного рельефа (галтелей) формующих элементов экономический эффект, обусловленный повышением долговечности одного комплекта валков, составит около 58,4 тыс. руб. за три года эксплуатации. Таким образом, годовая экономия (Э) от внедрения в производства 4 комплектов валков составит 77,8 тыс. руб. Здесь не учитывается также повышение качества удобрений за счет снижения пористости и повышения плотности гранул.

Вторая составляющая экономического эффекта от внедрения результатов исследований – сокращение суммарного времени, приходящегося на весь период эксплуатации пресса, обусловленного необходимостью замены валков после износа. Выше приведенный показатель (1360 ÷ 1530 тонн) позволяет считать, что увеличение межремонтного периода позволит повысить производительность технологического процесса производства гранулированных удобрений на ~0,3 %.

Третьей составляющей Э является выбор рациональной технологии изготовления валков и станочного оборудования, позволяющий снизить трудоемкость обработки формующих элементов и уменьшить объем непрессованного материала.

Охранный документ

Заявка на изобретение «Пресс валковый» (Прушак В.Я., Волчек О.М., Кондратчик Н.Ю.); дата подачи заявки 14.09.2015 г., № заявки а20150456, МПК В30В9/32.

Где внедрена разработка (название организации)

ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством».

Основные потенциальные потребители разработки (название организации)

Разработанные математическая и конечно-элементная модели процесса прессования дисперсной массы могут быть использованы на предприятиях горной промышленности, порошковой металлургии и фармацевтической промышленности (ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством», ПО «Беларуськалий», ПО «Гранит» и др.) при проектировании оборудования и оптимизации режимов прессования металлических, полимерных и минеральных порошков, а также при измельчении горной породы на валковых прессах и мельницах.

Предлагаемые формы сотрудничества

Договор о сотрудничестве по внедрению в производство.

Контактная информация

УО «Барановичский государственный университет»
Аспирант: Кондратчик Наталья Юрьевна
Научный руководитель: Прушак Виктор Яковлевич, технический директор ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством», доктор технических наук, профессор
e-mail: KNU-OAP@bk.ru