Общее устройство вальцов

Содержание

Введение 3

1 Классификация  вальцов 

2 Общее устройство вальцов

3 Тепловой баланс

4Смазка вальцов

5Техника безопасности

6 Методы расчета  процесса вальцевания

7Взаимодействие  перерабатываемого материала с  валками

8Производительность  вальцев

9Схемы  привода вальцев

Список  литературы  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Вальцы  – состоят из двух или трёх параллельно расположенных полых

валков, вращающихся навстречу друг другу.

Современные вальцы оснащены измерительными приборами  и

вспомогательными  устройствами. Однако этим машинам  присущи серьёзные

недостатки - небольшая производительность, трудность  герметизации при

обработке на них пылящих материалов (особенно сажевых смесей),

опасность работы, так как рабочему приходится иметь дело с открытыми

вращающимися  валками. Поэтому вальцы постепенно вытесняются

смесительными машинами закрытого типа - пластикаторами, грануляторами.

Тем не менее вальцы широко применяются на небольших предприятиях, на

крупных заводах с большим ассортиментом изделий для приготовления

бессажевых, цветных резиновых смесей или смесей повышенной жёсткости, на заводах резиновых технических изделий и заводах резиновой обуви;

также они используются для пластикации  каучука, подогрева резины перед  обработкой её на каландрах, червячных машинах. И в производстве регенерата. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Классификация вальцов

В зависимости  от назначения вальцы можно разделить  на следующие семь

групп:

1) смесительные;

2) подогревательные;

3) смесительно- подогревательные;

4) рафинирующие;

5) дробильные;

6) размалывающие;

7) промывные;

8) лабораторные.

1) Смесительные вальцы применяются для приготовления резиновых

смесей, листования смесей, поступающих из закрытых резиносмесителей, а

также для пластификации натурального каучука. Фрикция у этих машин

колеблется  в пределах от 1:1,07 до 1:1,27. В регенератном производстве

применяется особый тип смесительных вальцов, так  называемые

регенератно-смесительные вальцы с фартуком для возвращения в зазор

между валками просыпающейся крошки регенерата. Фрикция у этих Вальцев

может изменяться от 1:1,39 до 1:1,42.

2) Подогревательные вальцы служат для подогрева резиновых смесей

перед их подачей на дальнейшую переработку  на каландры и в червячные

машины; они отличаются от смесительных валцев значением фрикции,

составляющим  от 1:1,27 до 1:1,37. Последнее значение фрикции имеют

вальцы, предназначенные для обработки  жёстких смесей. Иногда

поверхность заднего валка выполняется рифлёной.

Подогревательные  вальцы больших размеров снабжаются

электродвигателем для регулирования зазора между  валками и развода их в

аварийных случаях. Для срезания резиновой смеси в виде непрерывной

ленты подогревательные вальцы оборудованы  специальными ножами,

расстояние между которыми можно регулировать вручную или с помощью

электродвигателя. Количество ножей определяется числом срезаемых с

вальцев лент. 

4) Рафинирующие вальцы предназначаются для очистки резиновых

смесей, каучуков и регенерата от твёрдых  включений и жёстких частиц. Для

предварительной очистки обрабатываемого материала  от твёрдых включений

применяются так называемые брекер-валцы, а для окончательной очистки -

рифайнер-вальцы. На рафинирующих вальцах в отличии от других вальцов

съём  материала производится с заднего  валка ножом, после чего материал

передаётся  на специальное устройство для безбобинной закатки его в

рулоны. При использовании рафинирующих вальцов в качестве брекер-

вальцов нож снимается с вальцов или  отводится в сторону.

Поверхность рабочих частей валков гладкая, бочкообразная, благодаря

чему  твёрдые включения, содержащиеся в  обрабатываемом материале,

выдавливаются в края валков и удаляются вместе с кромкой материала.

Бочки валков рафинирующих вальцов имеют  различные диаметры:

переднего валка - 490 мм, а заднего - 610 мм; фрикция - 1:1,255. При

предварительной очистке толщина слоя материала  на валке составляет

0,25 мм, а при окончательной - 0,15 мм.

5) Дробильные вальцы применяются в производстве регенерата и при

переработке прорезиненных тканей для дробления  старой резины и

текстильных отходов. Размеры бочек валков и  фрикция такие же, как у

рафинирующих  вальцов. Поверхность бочек валков рифлёная.

6) Размалывающие вальцы предназначены для мелкого дробления отходов

резины, прорезиненной ткани и эбонита, поэтому их иногда называют

мельничными. Оба валка имеют одинаковый диаметр  и гладкую

цилиндрическую  поверхность; фрикция выше (1:4), чем у дробильных

вальцов. По конструкции размалывающие вальцы аналогичны смесительным

и подогревательным.

7) Промывные вальцы используются для отмывки натурального и

синтетического каучуков от механических включений; они работают с

фрикцией 1:1,38. Диаметр бочек валков одинаковый, поверхность рифлёная.

8) Лабораторные вальцы применяются для лабораторных и

исследовательских работ. Они имеют относительно небольшие  размеры

валков  и отличаются от промышленных большим количеством

регулирующих  и регистрирующих приборов и вспомогательных  устройств, а

также приводом. Часто для каждого валка  делают отдельный привод,

позволяющий работать с различными частотами вращения валков и с разной

фрикцией (с плавной регулировкой в широких пределах).

Условное  обозначение вальцов регламентировано ГОСТ 1433-69.

Например, смесительные вальцы с длиной бочек  валков 2130 мм, диаметром

бочки переднего и заднего валков 660 мм и правым приводом будут иметь

следующее обозначение: вальцы См 2130 660/660 П ГОСТ 1433-69. 

2 Общее устройство вальцов 

Различные типы вальцов имеют в основе одинаковый принцип действия и ряд сходных узлов (сборочных единиц) и деталей. В общем вальцы (рис. 1.1) представляют собой машины, основными рабочими органами которой являются два полые валка 1 и 2, расположенные в горизонтальной плоскости и вращающиеся навстречу друг другу. Некоторые вальцы, используемые при регенерации резины, имеют три валка. Валок 1 называется передним, так как он расположен с передней стороны рабочего места вальцов. Валок 2 называют задним. Рабочая поверхность валков может быть гладкой или рифленой в зависимости от назначения вальцов. Каждая из двух станин 8 и 12 вальцов стянута сверху траверсой (поперечинами) 5 и 17 и помещается на массивной чугунной фундаментной плите 11.Фундаментная плита с нижней стороны имеет ребра жесткости. У вальцов с групповым приводом на фундаментной плите под каждой из станин устанавливаются трансмиссионные подшипники Р, 14.

В четырех  углах фундаментной плиты расположены  выступающие тумбы для установки  и крепления станин вальцов. Крепление станин вальцов к фундаментной плите производится при помощи болтов и специальных клиньев. Высота поверхности рабочего пола обычно находится на уровне верхней части тумб фундаментной плиты. Для регулировки параллельности установки двух станин и увеличения жесткости конструкции вальцов имеется два стяжных болта 10. Станины и поперечины (траверсы) вальцов отливаются из чугуна и должны иметь 5—6-кратный запас прочности против наибольших усилий, развиваемых при работе. В каждой станине вальцов устанавливается по два валковых подшипника (один от переднего, а другой от заднего валков). Подшипники заднего валка 2неподвижно прикрепляются к соответствующей станине при помощи болтов. Подшипники переднего валка установлены так, что их можно передвигать по станине для регулировки величины зазора между валками. Корпусы валковых подшипников скольжения для улучшения условий работы имеют специальные полости для охлаждения. 
 

Рис. 1.1. Общий вид вальцов:

1 — передний валок; 2 — задний валок; 3 — ограничительные стрелки; 4 — приводная шестерня; 5, 17 — верхние траверсы; 6 — указатель величины зазора между валками; 7 — механизм регулировки зазора; 8, 12 — станины вальцов; 9, 14 — подшипники трансмиссионного вала; 10 — соединительные болты; 11 — фундаментная плита; 13 — окна для заворачивания фундаментных болтов; 15 — трансмиссионный вал; 16 — передаточные (фрикционные) шестерни; 18 — колпачковая масленка; 19 — конечный (аварийный) выключатель; 10 — штанга аварийного выключателя.

Регулировка величины зазора между валками производится при помощи специальных механизмов 7, снабженных предохранительными устройствами. На каждой из станин имеются указатели  величины зазора для устранения перекоса валков. Валки изготавливаются полыми из специального высококачественного чугуна с закаленной поверхностью рабочей части и расточкой внутренней поверхности, на которую подается охлаждающая вода (при помощи специальной системы охлаждения). Для предотвращения возможности попадания перерабатываемого материала в валковые подшипники на вальцах устанавливаются защитные раздвижные щитки-стрелки Зу одна половина которых крепится к переднему, а другая к заднему подшипникам валков.

Специальная конструкция стрелок обеспечивает достаточную надежность в работе. Для смазки поверхностей трущихся пар  вальцы снабжены специальной системой с рядом смазывающих устройств. На поперечинах станин вальцов смонтированы устройства 19 и 20для аварийного останова. Станины и траверсы, воспринимающие распорные усилия при работе вальцов, отлиты из стали. Перемещение передних подшипников осуществляется при помощи двух механизмов регулировки зазора. Механизм регулировки зазора (рис. 1.2) расположен на станине со стороны переднего валка. Нажимной винт 1 вращается в стальной гайке 12, закрепленной в станине вальцов. На конце нажимного винта смонтировано предохранительное устройство, которое состоит из предохранительной шайбы 9, крышки11, матрицы 8, пуансона 10 и корпуса 7, закрепленного болтами на корпусе подшипника 6 валка вальцов.

Рис. 1.2. Механизм регулировки зазора:

/ —  нажимной винт; 2 — червячный редуктор; 3 — эластичная муфта; 4 — электродвигатель;5 — указатель величины зазора; 6 — корпус подшипника валка; 7 — корпус предохранительного устройства; 8 — матрица; 9 — предохранительная шайба; 10 —пуансон; // — крышка; 12 — гайка нажимного винта; 13 — станина вальцов; 14 — маховичок ручной доводки.

Предохранительное устройство служит для предохранения  от разрушения валков и станины при  значительном увеличении распорных  усилий между валками вальцов. В случае перегрузок (попадание в зазор металлических предметов и др.) предохранительные шайбы, рассчитанные на определенное усилие, срезаются, передний валок перемещается, увеличивая зазор между валками, и вальцы автоматически останавливаются. Чтобы предохранительное устройство работало надежно, необходимо правильно рассчитать предохранительную шайбу. Механизм регулировки зазора имеет также маховичок 14 для ручного привода на случай выхода из строя электродвигателя. Зазор между валками вальцов можно регулировать в пределах от 0 до 10 мм.

Для обеспечения  безопасности работы на вальцах имеется  механизм аварийного останова. Он состоит  из четырех стоек, между каждыми  двумя из которых имеются тросики или штанги, параллельные осям валков вальцов. Один конец каждого тросика закреплен неподвижно, а второй соединен с конечным выключателем. При нажатии на тросик (штангу) происходит отключение электродвигателя, торможение и автоматический останов вальцов. Торможение индивидуальных и сдвоенных вальцов производится при помощи колодочного или ленточного тормоза, торможение вальцов с групповыми приводами — при помощи специальной системы аварийного останова.

Системы аварийного останова вальцов должны обеспечивать возможно быстрое прекращение вращения валков и вывод посторонних предметов из области деформации путем включения обратного хода. Аварийные выключатели должны быть устроены так, чтобы их можно было привести в действие в любой момент с рабочего места как с передней, так и с задней стороны вальцов. Такие системы обычно состоят из штанг, конечных выключателей, переключателей, тормозных, блокирующих и других устройств. Каждая система аварийного останова вальцов должна иметь устройства, позволяющие выключить приводной электродвигатель и затормозить машину (электромеханическое или электродинамическое торможение). При электромеханическом торможении после нажатия на штангу, рабочий отключает электродвигатель привода машины и одновременно включает механический тормоз для остановки вращающихся по инерции частей привода. Электродинамическое торможение предусматривает переключение цепи приводного электродвигателя и создание в его якоре противоположно направленного электродинамического момента.

В соответствии с ГОСТ 14333—79 расстояние от уровня пола до оси штанги аварийного устройства всех современных производственных вальцов должно быть в пределах 900—1200 мм. Кратчайшее расстояние от штанги аварийного устройства до образующей валка должно быть в пределах 300—500 мм. Путь торможения валков после аварийного останова незагруженных вальцов не должен превышать 0,25 оборота валка при максимальной скорости. После аварийного останова вальцов, имеющих электромеханический привод, механизм регулирования зазора должен осуществить автоматическую раздвижку валков не менее чем на 25 мм со скоростью не ниже рабочей скорости регулирования зазора.

На рис. 1.3 представлен современный аварийный выключатель вальцов. Штанга закреплена в шарнирах-подшипниках и расположена перед передним, а иногда перед задним валком. При нажатии на штангу рожки отжимают пружину и давят на рычаги путевых малогабаритных переключателей типа ВКП-711. Рабочий ход кнопки переключателя ВКП-711 равен 2,2—2,5 мм при усилии нажатия на штангу более 2,5 Н (0,25 кгс). Величину усилия, необходимого для остановки вальцов, можно регулировать при помощи пружин. Тормозные устройства систем аварийного останова вальцов служат для поглощения кинетической энергии движущихся частей машины в период ее остановки. В валковых машинах применяются двухколодочные и ленточные тормоза.

Надежность  работы механизма аварийного останова оценивается величиной поворота валков после отключения электродвигателя при незагруженных вальцах. При  загруженных резиновой смесью вальцах  поворот валков после отключения электродвигателя практически должен быть равен нулю. Максимальный путь пробега переднего валка по периметру  бочки валка при незагруженных  вальцах Пд 2130 Tjgj должен быть не более 0г25 оборота валка,

Рис. 1.3. Аварийный выключатель вальцов:

1 — направляющие; 2 — штанга; 3 — рычаг; 4 — конечный выключатель ПВК-2111.

Валки и валковые подшипники скольжения охлаждаются  проточной водой. В полости валков смонтировано охлаждающее устройство, состоящее из трубы с отверстиями (направленными в сторону зазора между валками), воронки и ванны. Вода, подаваемая в трубу под давлением, вытекает через отверстия, орошает  внутреннюю полость валка и сливается  через открытый конец валка и  воронку в ванну. Смазка валковых подшипников скольжения — жидкая централизованная или индивидуальная — осуществляется при помощи масляного  насоса (лубрикатора). Смазка подшипников  качения — густая — подается к подшипникам при помощи масляной станции. Смазка приводных и фрикционных  шестерен, а также червячных пар  осуществляется погружением нижней части колес в масляную ванну, расположенную под ними. Вальцы снабжаются приборами управления электродвигателем  и автоматическими устройствами, которые для индивидуальных и  сдвоенных вальцов устанавливаются в специальном шкафу, а для вальцов с групповым приводом — на щите управления. 

3Тепловой баланс

Обработка резиновых смесей на вальцах является достаточно энергоемким процессом. Энергия, потребляемая электродвигателем  вальцов, расходуется на преодоление напряжений сдвига сопротивления в элементах передач и подшипниках и на преодоление сил сопротивления деформированию обрабатываемого материала (вязкое течение, упругая и высокоэластическая составляющие деформации).

Рис. 5.18. Схема устройства для охлаждения валка с открытым (а) и закрытым(б) сливом воды:

1 — корпус валка; 2 — труба с отверстиями; 3 — направляющий диск; 4 — сливна.я воронка;5 — распределительная втулка; 6 — гайка; 7 — сальник; 8 — направляющая втулка; 9 — заглушка. где W— расход воды; с2 — удельная массовая теплоемкость воды; txи t2 —температура воды на входе и выходе; К — коэффициент теплопередачи; А^ср — средняя разность температуры.

Для предотвращения возможности возрастания температуры  обрабатываемого материала выше допустимого значения и отвода избыточного  количества теплоты на вальцах предусмотрена  система водяного охлаждения. Охлаждению подвергаются валки вальцев. В старых конструкциях вальцев охлаждению водой подвергались также корпусы подшипников скольжения. В зависимости от способа отвода охлаждающей воды из полости валков вальцев различают два способа охлаждения: открытый (рис. 5.18, а) и закрытый (рис. 5.18,6). При открытом способе охлаждения валков вальцев (рис. 5.18, а) вода под давлением поступает во внутреннюю полость валка по трубе 2. По длине трубы 2 имеются отверстия диаметром 2—5 мм, направленные в сторону области деформации вальцев; шаг между отверстиями 100—125 мм. Иногда в отверстия трубы вворачиваются на резьбе специальные насадки — сопла для направления и разбрызгивания струи воды.

Охлаждающая вода подается из отверстий неподвижной  трубы на верхнюю часть внутренней поверхности полосы вращающегося валка  и стекает по его стенке. В нижней части полости валка собирается некоторое количество воды до определенного  уровня. Далее вода через отверстие  в направляющем диске 3 сливается через воронку 4 в специальный сборник и затем в канализацию. Неподвижная внутренняя труба не вращается и соединяется с водопроводом при помощи резинового шланга (для переднего валка), допускающего некоторое перемещение валка при изменении величины зазора.

Закрытый  способ охлаждения валков вальцов (рис. 5.18, б) заключается в том, что охлаждающая вода поступает по трубе 2 (с отверстиями) в полость валка и заполняет ее полностью. Из полости валка вода при помощи специального устройства отводится в канализацию или в оборотную систему водоснабжения. При открытом способе отвода охлаждающей воды обеспечивается более интенсивное охлаждение за счет увеличенной скорости движения воды по поверхности теплообмена; система охлаждения валков с закрытым сливом более сложна по конструкции и в эксплуатации. Поэтому наибольшее распространение получила система охлаждения вальцов с открытым сливом.

Рис. 5.19. Схема установки контрольно-измерительных и регулирующих приборов у вальцов:

1 — режимные часы; 2 — регистрирующие (самозаписывающие) приборы измерителей давления (манометры); 3 — измерительные приборы; 4 — манометр на линии охлаждающей воды; 5 — ртутные манометры; 6 — измерители давления на подшипниках переднего валка вальцов. 

4Смазка вальцов 

Чтобы обеспечить бесперебойную работу вальцов и удлинить срок их службы, необходимо регулярно и тщательно смазывать все трущиеся детали машины.  
Смазка деталей и узлов различных типов вальцов производится солидолом, автолом, машинным маслом С и другими смазочными материалами в соответствии с характеристикой трущихся поверхностей и условиями эксплуатации.

Весьма  ответственной является смазка подшипников  валков, так как в процессе работы в них развиваются большие  удельные давления и высокая температура. Смазка подшипников производится при помощи различных устройств. Все устройства должны обеспечивать бесперебойный приток необходимого количества жидкой или консистентной смазки. Для контроля за работой вальцов необходимо периодически измерять температуры валковых подшипников, расход и температуру охлаждающей воды, температуру поверхности валков, величину распорного усилия. На рис. 5.19 представлена схема установки контрольно-измерительных приборов у вальцов. 

5Техника безопасности

 
С точки зрения охраны труда вальцы относятся к опасным машинам. Конструкцией вальцов и специальными устройствами предусмотрены меры, обеспечивающие безопасные условия работы на вальцах. Наиболее важными средствами и устройствами техники безопасности на вальцах являются: устройства для аварийного останова вальцов, устройства реверсирования вращения валков (вращение валков в обратную сторону) и ограждения всех зубчатых передач, муфт и трансмиссионных валов. В настоящее время на вальцах для быстрого останова используются аварийные выключатели электродинамического или электромагнитного торможения (см. рис. 5,14).

Мгновенный  останов вальцов при необходимости производят нажатием на тягу, тем самым отключая питание электродвигатели и одновременно включая электродинамическое торможение или электромагнитный колодочный тормоз. Загруженные вальцы при этом останавливаются мгновенно, а при незагруженных вальцах (на холостом ходу) максимальный путь пробега переднего валка по периметру бочки не должен превышать 0,25 одного оборота валка.  
В последних конструкциях вальцов тяга или штанга механизма аварийного останова устанавливается не над валками, а с передней и задней стороны вальцов, т. е.- непосредственно перед рабочим местом вальцовщика. Такое расположение штанги более удобно и в случае необходимости позволяет быстрее включить механизм аварийного останова. Вальцовщик перед началом каждой смены в присутствии мастера должен проверять исправность работы механизма аварийного останова.  
Все шестерни и другие вращающиеся детали, кроме валков вальцов, должны иметь кожухи ограждения. Кожухи и ограждения должны быть достаточно прочными и плотно прикрывать шестерни и муфты вальцов. 
 

6 Методы расчета процесса вальцевания

На вальцах  можно осуществлять процессы смешения, пластикации, разогрева, диспергирования, дробления и др. Обработка резиновых  смесей и полимерных материалов на валковых машинах, и, в частности, на вальцах в основном происходит в  области деформации между вращающимися валками. Областью деформации валковых машин называется пространство, в  котором происходит деформация обрабатываемого  материала от действия вращающихся  валков. Это пространство ограничено областью, в которой находится  вращающийся запас обрабатываемого  материала, и дугами А^г и Л2С2поверхности валков (рис. 5.1). В области деформации на материал действуют растягивающие, сжимающие, сдвигающие силы, он подвергается воздействию повышенных температур, статического электричества, возникающего от трения резиновой смеси о поверхность валков и т. д. Резиновая смесь затягивается в пространство между валками только при некоторых значениях углов захвата.

Рис. 5.1. Схема сил, действующих в области  деформации.

Углами  захвата валковых машин называются центральные углы Z. ЛхОхВт, = ах и /_ Л202В2 = а2 (рис. 5.1), образованные линией центров и радиусами-векторами, проведенными из центров вращения валков к крайним точкам соприкосновения обрабатываемого материала с поверхностью валка. Дугами захвата Л1В1 и Л2В2 вальцев называются части окружностей диаметром Dxи ?>2, стягивающие соответствующие углы захвата ах и а2. Зазором между валками называется наименьшее расстояние ВХВ2 = h0между поверхностями двух соседних валков. Зазор между валками находится в плоскости, проходящей через оси вращения двух соседних (рабочих) валков. Обработка резиновой смеси на вальцах и каландрах производится между вращающимися цилиндрическими валками. Они различаются тем, что на вальцах смесь многократно пропускается через зазор между валками, а на каландре — только один раз.

При прохождении  материала через область деформации он подвергается сложной объемной деформации по трем направлениям — толщине (высоте), ширине и длине (у, х, г). Загружаемая на вращающиеся валки резиновая смесь затягивается в межвалковое пространство за счет сил адгезии (прилипания) и трения материала о поверхность валков. Пограничный слой резиновой смеси, прилипая к поверхности валков, движется (вращается) вместе с ними и затягивает смесь в постепенно сужающуюся область деформации. Частицы смеси, соприкасающиеся с прилипшим к поверхности валков пограничным слоем, за счет когезионных сил и сил внутреннего трения также увлекаются в область деформации. На рис. 5.2 представлена схема течения (линий тока) полимерного материала в области деформации. В результате деформации резиновой смеси в межвалковом пространстве, действия сил внешнего и внутреннего трения молекул, а также когезионных сил повышается температура смеси.