Модернизация привода прижима прессового вала бумагоделательной

Модернизация привода прижима прессового вала бумагоделательной

машины.

 

 

Руководитель _____________ А.Ю. Никифоров

подпись, дата

 

Выпускник _____________ П.А. Крот

подпись, дата

 

 

Нормоконтролер _____________ Л.А.Завадская

подпись, дата

 

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Политехнический институт

 

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

 

_____ Е.А. Сорокин

 

«___»______2017 г.

 

 

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

В форме бакалаврской работы

 

Студенту: Крот Павел Александрович.

Группа ЗМТ 12-12Б. Направление (специальность) 151000.62.12

Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика.

Тема выпускной бакалаврской работы: Модернизация привода прижима вала бумагоделательной машины.

 

Утверждена приказом по университету: №338/с от18.01.2017г.

 

Руководитель ВКР А.Ю. Никифоров. доцент, канд. техн. наук. кафедра ТМиО.

 

Исходные данные для ВКР Модернизировать привод прижимного вала бумагоделательной машины и разработать принципиально гидравлическую схему гидросистему привода.

 

Перечень разделов ВКР: Общая часть. Выбор рабочей жидкости. Разработка гидропривода машины. Расчет мощности. Выбор распределителя. Расчет потерь давления в напорной и сливной гидравлических линиях. Расчет трубопровода. Выбор фильтров. Расчет КПД. Тепловой расчет.

 

Перечень графического материала. Вид общий. Схема принципиальная ГЗ.

Сборочный чертеж прижима. Деталировка. Сборочный чертеж насоса.

 

Руководитель ВКР _____________ А.Ю. Никифоров

подпись

 

Задание принял к исполнению _____________ П.А. Крот

подпись

 

 

«» 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

Реферат……………………………………………………………………...4

Введение……………………………………………………………….……6

1. Общая часть……………………………………………………………...7

1.1Патентный поиск……………………………………………………....12

1.2 Варианты модернизаций……………………………………………...14

1.3 Назначение прижимного вала…………………………………..……21

2. Расчет гидропривода машины……………………………………...….22

2.1 Выбор рабочей жидкости………………………………………...…..22

2.2 Расчет мощности и подачи насоса……………………….….…….…22

2.3 Выбор распределителя……………………………………..………...25

2.4 Расчет диаметра трубопровода……………………………...……….25

2.5 Расчет всасывающего трубопровода…………………………….…..26

2.6 Расчет потери давления в напорной и сливной гидролиниях……...33

2.7 Выбор фильтров………………………………………………………44

2.8 Расчет КПД гидропривода машины…………………………………44

2.9 Расчет и выбор гидроцилиндров……………………………………..47

2.10 Выбор вместимости гидравлического бака и определение площади тепло излучающих поверхностей……………………………………………....48

2.11 Тепловой расчет………………………………………………….…..48

3.Прочностной расчет болтового соединения……………………….….50

Заключение………………………………………………………...……...52

Список используемых источников ……………………………………...53

Приложения:

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Спецификация

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Комплект чертежей

 

РЕФЕРАТ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12.БДМ ПЗ

Разраб.

Крот

Провер.

Никифоров

Реценз.

Н. Контр.

Завадская

Утверд.

Сорокин

Модернизация привода прижима вала бумагоделательной машины. Пояснительная записка.

Лит.

Листов

ТМиО ПИ СФУ

 

Выпускная квалификационная работа по теме «Модернизация привода прижимного вала бумагоделательной машины» содержит 53 страниц текстового документа, 9 использованных источников, 8 листов графического чертежа.

ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК, ВАРИАНТЫ МОДЕРНИЗАЦИЙ, РАСЧЕТ, ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Объект модернизации - Германская бумагоделательная машина.

Цель модернизации:

-увеличить прижимное усилие прессового вала бумагоделательной машины.

-снизить влажность бумажного полотна.

-повысить производительность выпускаемой продукции.

В результате просмотра патентного поиска было выбрано несколько вариантов модернизаций. Выбор остановился на гидроприводе.

В итоге были произведены расчеты, выбрано гидравлическое оборудование.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

ВВЕДЕНИЕ

 

В данном проекте будем рассматривать германскую машину 1975г выпуска, последняя модернизация проводилась в 2008 г. Это узко-направленная машина для производства основы санитарно-гигиенической бумаги. Несмотря на колоссальные размеры машины, занимаемая площадь самой машины более 100м² и вспомогательного оборудования более 1000м². Бумагоделательную машину обслуживает 4 человека в смене. При этом роль рабочих сводится лишь к управлению машиной. На этой машине все механизировано и автоматизировано, и при нормальной работе машины не требуется затрат физического труда.

Данная бумагоделательная машина способна работать не только на первичном сырье, также установлено дополнительное оборудование для очистки вторичного сырья.

 

Общая часть

Бумагоделательная машина это многосекционный агрегат непрерывного действия, на котором из сильно разбавленной водой целлюлозной массы получают бумагу. БДМ появилась относительно недавно. В 1799г. француз Луи-Николя Роберт изобрел первую бумагоделательную машину непрерывного действия.

БДМ можно поделить на несколько узлов.

Узел роспуска (рис.1) - предназначен для роспуска целлюлозного волокна до концентрации 6%. Состоящий из транспортера подающего целлюлозу, насоса подачи оборотной воды, насоса откачки пульпы и вертикального гидроразбивателя (ГРВ).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

Рисунок 1 ГРВ.

Узел размола (рис.2) -предназначена для помола целлюлозного волокна под определенный градус (30-35⁰). С накопительного бассейна БМ-1 оснащенного мешалкой, масса с помощью насоса подается на мельницу с высоким фибрилляционным эффектом и поступает через бак постоянного уровня в следующий накопительный бассейн БМ-2.

Рисунок 2 Мельница коническая.

Узел налива (рис.3) - бумажная пульпа разбавляется водой до более жидкого состояния, проходя через вихревой очиститель попадает в напорный ящик и выливается на сеточный стол равномерным слоем.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12БДМ ПЗ

Рисунок 3 Напорный ящик.

Сушильная часть (рис.4) - предназначена для удаления остаточной влаги из бумажной массы. Удаление происходит в несколько этапов. За счет гидропланок, вакуумных ящиков, прессованием и сушки паром.

Рисунок 4 Прессовая часть.

В выпускной работе будем рассматривать модернизацию привода прижимного вала бумагоделательной машины. На данной машине установлен пневматический привод, состоящий из двух цилиндров и управляющей аппаратуры, по одному на лицевую и приводную сторону.

Передача момента осуществляется через систему рычагов, что придает дополнительное усилие прижима. При подаче воздуха в штоковую полость,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

прессовый вал поднимается симметрично без перекосов благодаря установленным и правильно настроенным дросселирующим устройствам.

 

Пневматическая схема привода прессового вала бумагоделательной машины (рис.5)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

Рисунок 5 Пневматическая схема.

 

Для увеличения выпускаемой продукции без потери качества, было принято решение увеличить усилие прижима что повлекло за собой изменение бомбировки вала (рис.6).

Рисунок 6 Вал после бомбировки.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ БР-151000.62 ПЗ

Бомбировка-это процесс заключающийся в придании валу бочкообразной формы. Диаметр средней части такого вала делают несколько большим, чем на его концах, а профиль поверхности выполняют по параболе. Применение бомбировки позволяет полностью компенсировать прогиб вала для одного определенного значения распорного усилия, соответствующего для каждого значениям параметров процесса. Изменение любого из этих параметров (и прежде всего толщины изделия) сопровождается изменением распорного усилия и, следовательно, изменением прогиба вала.

Бомбировку вала выполняют на станке с числовым программным управлением (ЧПУ). В большинстве случаев это делаю на заводе, в связи того что ближайший завод находится в Санкт-Петербурге и доставка занимает много времяни, можно сделать и насте, на снимая вал с БДМ.

1.1 Патентный поиск.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

1.1.1. Бумагоделательная машина производства Чехословакия 70^х годов выпуска

Состоит из двух сушильных цилиндров, сеточного стола и наката. Основные ее особенности малые габариты, низкое энергопотребление и способность производить санитарно-гигиеническую бумагу высокого качества. Обслуживаю машин два человека. Недостатки низкая скорость, малая обрезная ширина 1,5м, производительность до 3тонн в сутки. Прижим осуществляется опусканием янки цилиндра на прессовый вал. Максимальное усилие прижима соответствует весу янки-цилиндра.

Рисунок 7Бумагоделательная машина производства Чехословакия.

1.1.2 Бумажная машина производства Papcel.

Состоящая из одного сушильного цилиндра, подвижного сеточного стола и двумя барабанными накатами. Данная машина находится на стадии монтажа в Кемеровской области. Обрезная ширина 2,5 метра, производительность до 15 тонн в сутки. Прессование происходит

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

по средством перемещение в горизонтальной плоскости янки-цилиндра. Приводится в движение мотор-редуктором с линейным перемещением винт-гайка скольжения. Усилие прижима ограничено мощностью редуктора и приводного двигателя. Недостатки привода: невозможность вывести из зацепления при отключении электропитания.

 

Рисунок 8 Бумажная машина производства Papcel.

 

 

Варианты модернизаций.

Рассмотрим несколько вариантов модернизации привода прижима прессового вала, бумагоделательной машины.

1.2.1 Заменить пневматический цилиндр на порядок выше.

1.2.2 Установка мотор-редуктора с линейным перемещением.

а) Винт-гайка скольжения

б) Шарико-винтовая передача (ШВП)

в) Шестерня-рейка

г) Ременная передача.

1.2.3 Установка гидравлических цилиндров

Теперь рассмотрим каждый вид модернизации более подробно и произведем предварительный расчет усилия прижима.

Для начала рассчитаем усилие прижима существующего цилиндра.

Площадь установленного цилиндра найдем по формуле.

 

(1)

 

Где: r_п – радиус поршня.

r_ш - радиус штока.

Найдем усилие на штоке пневматического цилиндра(силами трения пренебрегаем).

Где: S_П – площадь поршня цилиндра.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

Р- давления воздуха.

 

(2)

 

F=164*6=984кг=9653Н

Рассчитаем площадь прижима прижимного вала к янки цилиндру.

F_я=3м

F_п=0,5м

L_пр=2,3м

Где F_я диаметр ведомого вала (янки цилиндр)

F_п – диаметр ведущего вала (прессовый вал)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

L_пр- длинна прижима.

Опытным путем проверено ширина прижима составляет 2,2см. В следствии, того что один из валов гуммированный и между ними проходит синтетическое сукно будем считать что прижим равномерный по всей площади.

 

Найдем площадь прижима

 

S_п= L_пр*0,022 (3)

 

S_п =2,3*0,022=0,05м²=500см²

Найдем усилие прижима вала на 1см² при пневматическом приводе. Силами трения пренебрегаем.

 

(4)

 

Где:S_п-площадь прижима в см²

F_шт-усилие на штоке пневматического цилиндра

L_р-соотношение рычагов=2,5

G-вес вала=2000кг

 

а)Заменить пневматический цилиндр на порядок выше.

Площадь увеличенного цилиндра найдем по формуле.

 

(5)

 

Где: r_п – радиус поршня

r_ш - радиус штока

Найдем усилие на штоке пневматического цилиндра(силами трения так же пренебрегаем).

 

(6)

 

Где: S_П – площадь поршня цилиндра

Р- давления воздуха

F=298*6=1788кг/см²=17540Н/см²

Полученные данные сводим в таблицу

б) Установка мотор-редуктора с линейным перемещением.

Как правило, вращательное движение преобразуют в поступательное посредством следующих решений:

Рассмотрим несколько предложений нашего рынка.

– Винт-гайка скольжения
– Шарико-винтовая передача (ШВП)
– Шестерня-рейка
– Ременная передача.

Передача винт-гайка: представляет собой приводной механизм, служащий для преобразования вращательного движения винта в поступательное движение гайки.

Шарико-винтовая передача (ШВП)- принцип работы тот же, что и у передачи винт-гайка, за исключением того, что гайка содержит винтовые

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

канавки криволинейного профиля которые служат дорожками качения для шариков, которые перемещаются между витками винта и гайки. Перемещение шариков происходит по замкнутой траектории.

Шестерня-рейка: шестерня, вращаясь на валу двигателя, приводит в движение зубчатую рейку.

Ременная передача: шкив на валу вращает ремень, который перемещает нагрузку в линейном направлении.

в) Установка гидравлических цилиндров

Площадь установленного цилиндра найдем по формуле

 

(7)

 

Где: r_п – радиус поршня

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

Найдем усилие на штоке гидравлического цилиндра(силами трения пренебрегаем).

 

(8)

 

Где: S_П – площадь поршня цилиндра

Р- давления масла

F=2460*10²Н

Найдем усилие прижима вала на 1см² при гидравлическом приводе. Силами трения пренебрегаем.

 

(9)

 

Где:S_п-площадь прижима в см²

F_шт-усилие на штоке гидравлического цилиндра

L_р-соотношение рычагов=1,2

G-вес вала=2000кг

 

Теперь рассмотрим все плюсы и минусы каждой из систем.

 

Таблица-1-Сводная таблица приводов.

№	Наименование привода	Описание
	Пневматический цилиндр R=75(существующий)	Плюс. Существующий цилиндр. Нет затрат на приобретение нового
Минус. Недостаточное усилие на штоке цилиндра. Усилие прижима вала состовляет57Н/см2. Низкая скорость перемещения. Многорычажная система, подклинивание при опускании вала.
	Пневматический цилиндр R=100	Плюс. Выдаваемое усилие 1788кг
Минус. Приобретение цилиндра. Нет запаса по нагрузке, медлительность.
Минус. Эффективность данной передачи не превышает 40%. Постоянно нарастающий люфт, даже небольшое загрязнение способно привести к залипанию системы. .
Мотор-редуктор – Шарико-винтовая передача	Плюс. Высокая эффективность до 98%, большой срок эксплуатации, высокая точность и малый люфт.
Минус. Высокая стоимость, установка дополнительной подшипниковой опоры, боится пыли.
Мотор-редуктор – Шестерня-рейка	Плюс. Малая цена, большое усилие, большая эффективность 95%.
Минус. Большой люфт

 

Продолжение таблицы-1

	Ременная передача	Плюс. Цена
Минус. Малое усилие, растяжение ремня, увеличение люфта
	Гидропривод	Плюс. Большое усилие на штоке, усилие прижима вала составляет 1177Н/см2, не боится пыли и влаги, быстродействие.
Минус. Единовременное вложение на закупку всего оборудования.

 

Вывод: Самый дешевый вариант установить пневматический цилиндр большего диаметра,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

ну тогда не будет запаса по нагрузке.

По технологии прижим вала осуществляется на остановленной машине

за наименьшее время. По ряду технических причин нет возможности увеличить диаметр пневматической трассы от компрессорной до цеха, это еще один повод для отказа от пневматики.

Все виды мотор редукторов, у них есть плюсы очень большие ну так же, есть и один большой минус. Очень тяжело и дорого настроить равномерность хода двух редукторов. Из-за бомбировки вала подъем должен осуществляться равномерно без перекоса, иначе не будет однородного пятна прижима. Невозможность быстро отвести вал, при потере электроэнергии.

Гидравлика - неприхотлива к пыли и влаги, возможность настройки равномерности хода штоков гидроцилиндров, быстрый отклик на действие оператора. Возможность отвести вал при потере электроэнергии.

 

Гидравлическая схема привода прижимного вала Бумагоделательной машины (рис 9).

Рисунок 9 Гидравлическая схема прессового вала БДМ

 

Принцип работы данной схемы: Во избежание подъема прижимного вала в момент запуска насоса собрана блокировка. Для того что бы запустить

ги

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

дравлический насос, включаем гидрораспределитель магнитный (А и В). Для подъема вала выключаем гидрораспределитель магнитный (А) прижимной вал поднимается с усилием 1 МПа. После того как вал поднялся выключаем гидрораспределитель магнитный (В) начинается процесс прессования под давление 1,6 МПа. Для выключения гидравлического насоса необходимо отвести прижимной вал (включить гидрораспределитель магнитный А и В) и только потом автоматика выключит насос.

Назначение прижимного вала

Прижимной вал (прессовый), является приводным валом бумагоделательной машины, он так же отводит вл

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

агу с бумажного полотна что способствует более быстрому высыханию бумаги. При отключении электрической энергии прессовый вал выводят из зацепления с янки цилиндром чтоб не прожечь сукно.

Данный вал изготавливается под заказ индивидуально для каждой бумагоделательной машины. Для облегчения его делают пустотелым. А для более, лучшей работы его покрываю резиной (гумирование), после делают бомбировку и в шахматном порядке сверлят отверстие, его еще называют глухо-сверленный вал.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

2.Расчет гидропривода машины

Для расчета, гидропривода необходимо знать следующие параметры: принципиальную гидравлическую схему, величина скоростей штока гидроцилиндра, номинальное давление в гидросистеме, длину напорной, сливной и всасывающей гидравлической линии, высоту всасывания насоса, режим работы гидропривода, граничные температуры окружающего воздуха

 

Нагрузка на гидроцилиндре

Т=18*10⁴Н

Скорость перемещения поршня

v_п=0,012м/с

Номинальное давление

Р_ном=16МПа

Масса гидропривода

m_гп=750кг

Длинна гидравлической линий:

L_сл=10м сливной

L_в=1,5м всасывающей

Коэффициенты местных сопротивлений гидравлической линий:

ξ _н=9 напорной

ξ_с=8 сливной

ξ_в=2,5всасывающей

 

Выбор рабочей жидкости

Марка масла подбирается исходя из нескольких параметров: условия эксплуатации, тип насоса. Чем выше температура окружающего воздуха, тем более вязкую жидкость следует выбирать и на оборот.

Рабочую жидкость выбираем с учетом типа насоса. Для шестеренного гидронасоса всех типов в качестве рабочих жидкостей используют моторное масло М10В₂(летом), М8-В₂(зимой). Для машин, работающих в закрытых помещениях МГ-20.

Выбор распределителя

Марку и тип распределителя подбираем по номинальному давлению, и подаче насоса. Выбираем распределитель секционный Р-20.

Выбор фильтров.

Выбираем фильтр на сливную линию типоразмера1.1.32-25

Тепловой расчет

Расчет выполняем при t=20^оС

 

(53)

 

Где:

– коэффициент использования

Определим установившуюся температуру рабочей жидкости в гидроприводе.

 

(54)

 

Где:k_гп- коэффициент теплоотдачи поверхностей гидропривода Вт/м²

F_гп- площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода м²

^оС

Так как установившиеся температура рабочей жидкости не превышает предельно допустимую, то в гидроприводе необходимость применения теплообменник нет.

Определим массу жидкости, пологая что ее объем в гидросистеме превышает объем жидкости в гидравлического баке в 1,5 раза;

 

(55)

 

 

(56)

 

Г

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

де: c_ж=1,85*10³ теплопроводность рабочей жидкости Дж/кг С°

m_ro- масса гидравлического оборудования кг

m_ж- масса рабочей жидкости

с_го- 0,46*10³ теплоемкость материала (стали) Дж/кг С°

 

дж/кг С°

 

Придав значени

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР-151000.62.12 БДМ ПЗ

е τ, определим текущую температуру. Через 1200с после начало работы;

 

(57)

 

 

Через 2400с после начало работы;

 

 

Модернизация привода прижима прессового вала бумагоделательной

машины.

 

 

Руководитель _____________ А.Ю. Никифоров

подпись, дата

 

Выпускник _____________ П.А. Крот

подпись, дата

 

 

Нормоконтролер _____________ Л.А.Завадская

подпись, дата

 

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Политехнический институт