LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Розвиток наукових основ проектування обладнання для подрібнення відходів термопластичних і гумових матеріалів легкої промисловості

схемою зображеною на рис.1, в основі якої є розгляд процесу подрібнення, як засобу збільшення площі вільної поверхні або розділення на частини матеріалу шляхом його обробки одним з відомих способів. Схема відображає основне завдання промислової реалізації процесу подрібнення, яке полягає у виборі або створенні устаткування для подрібнення конкретного матеріалу з метою отримання необхідного результату.

Як видно з схеми на рис. 1, вихідними параметрами процесу подрібнення є хімічні, фізико-механічні і геометричні властивості матеріалу. У математичній моделі повинні бути враховані ті хімічні властивості полімеру, які впливають на хід процесу подрібнення (агресивність, температура деструкції, здатність окислюватися).



























Рис. 1. Узагальнена схема взаємозв'язку чинників процесу подрібнення полімерів


Аналітично ці показники можуть бути представлені у вигляді коефіцієнтів, значення яких залежать від умов процесу. Фізико-механічні властивості повинні бути представлені у вигляді рівнянь залежності деформаційних властивостей, критерію міцності, сил зовнішнього тертя, густини, в`язкості та інших необхідних характеристик від чинників, що впливають на ці показники. Геометричні властивості початкового матеріалу є фіксованими і визначаються фракційним складом або середнім розміром часток, а при необхідності, особливостями його геометричної форми.

Механічний спосіб, за допомогою якого здійснюється процес, може бути аналітично представлений у вигляді рівнянь, що визначають геометричну форму робочих органів машини, їх кінематичну характеристику, властивості (шорсткість поверхні, температуру) і умови проведення процесу (тиск, наявність інших речовин і ін.). Процес подрібнення потрібно розглядати як такий, що складається з окремих складових: завантаження матеріалу в зону подрібнення, навантаження до початку процесу руйнування, власне процес множинного руйнування і видалення матеріалу із зони подрібнення. Ефективність процесів подрібнення може бути визначена при розгляді сукупності енергетичних потоків, які протікають в системі пристрій-матеріал. Рівняння енергетичного балансу для процесу подрібнення має вигляд:

, (1)

де - робота зовнішніх механічних сил, що прикладаються до системи; - кількість теплоти за рахунок зовнішніх джерел; - кількість теплоти за рахунок внутрішніх процесів (дисипація, хімічні процеси і ін.); - приток в систему інших видів енергії (радіаційне випромінювання, електричне поле високої частоти і ін.); - енергія, витрачена на деформацію монолітних шматків матеріалу; - енергія, витрачена на пластичну деформацію полідисперсної суміші матеріалу, яка не приводить до руйнування окремих шматків; - робота сил зовнішнього тертя матеріалу і робочих органів; - енергія, витрачена на утворення вільної поверхні в матеріалі в результаті його руйнування; - енергія, витрачена на зміну фізико-хімічних властивостей матеріалу.

Взаємозалежність видів енергетичних потоків може бути виражена диференціальними рівняннями, які записуються на основі класичної термодинаміки з урахуванням конструктивно-технологічних параметрів подрібнювача.

Таким чином, математична модель процесу подрібнення може бути представлена системою диференціальних рівнянь, що виражають динаміку енергетичних потоків в системі "матеріал - подрібнюючий пристрій - зовнішнє середовище".

На основі аналізу процесів, що відбуваються при подрібненні полімерів в механічних пристроях зроблено узагальнення класифікаційних ознак способів подрібнення полімерів і устаткування для їх реалізації.

Встановлено, що їх дискретними ознаками є тільки структурні схеми обладнання, що визначають характер руху матеріалу під час технологічної обробки і виділено наступні основні параметри, які можуть бути описані безперервними функціями: геометричні і кінематичні параметри робочих органів; геометричні характеристики матеріалу; фізико-механічні властивості полімерів в залежності від технологічних умов подрібнення (температури, швидкості і умов деформування). Дано визначення цих параметрів і сформулювані загальні принципи математичного описання їх характеристик безперервними функціями.

Геометричні параметри робочих органів визначають поточну інтенсивність технологічної дії на матеріал при його подрібненні

. (2)

де - площа перетину робочої порожнини подрібнюючого пристрою у напрямку нормалі до відносної швидкості основного потоку матеріалу і робочих органів; - сумарна площа проекції ефективної поверхні робочих органів на площину ; - об'єм робочої порожнини подрібнювача; - об'єм матеріалу, що знаходиться в подрібнювачі в момент часу .

Кінематичні характеристики робочих органів можуть бути описані рівняннями руху, вид яких визначається структурною схемою пристрою для подрібнення. Геометричні характеристики матеріалу можна відобразити за допомогою функції зміни питомої площі вільної поверхні матеріалу в процесі подрібнення


, (3)

де - площа вільної поверхні в об'ємі матеріалу.

З метою визначення ознак пристроїв для подрібнення, що мають дискретний характер проведено аналіз можливих структур потоків матеріалу при подрібненні. На відміну від хімічних процесів, які характеризуються безперервними, монотонними кінетичними рівняннями, процес подрібнення може відбуватись шляхом здійснення ряду окремих актів руйнування матеріалу. Тому доцільно представити його у вигляді послідовного ланцюга, що складається з комірок, кожна з яких характеризується стаціонарними умовами руху, деформування і руйнування матеріалу при незмінних властивостях. Кожна комірка характеризується певною інтенсивністю технологічної дії робочих органів на матеріал і технологічними умовами. Результатом обробки матеріалу при проходженні -ї комірки є зміна площі його вільної поверхні до значення . В залежності від типу пристрою для подрібнення кількість комірок може складати: , при одноразовому навантаженні і руйнування певного об'єму матеріалу; , при дискретному деформуванні об'єму раз; , при монотонно зростаючій інтенсивності деформування протягом часу перебування матеріалу в пристрої.

В результаті запропонованого підходу, дискретні ознаки пристроїв для подрібнення зводяться до дев'яти структурних схем матеріальних потоків, що представлено в таблиці 1.

Для кожної структурної схеми визначено характерні рівняння кінетики збільшення площі вільної поверхні матеріалу при подрібненні, в залежності від координати переміщення матеріалу , значення інтенсивності технологічної дії і часу обробки , а також види розподілу розмірів кінцевого продукту подрібнення.

Кожна з дев'яти структурних схем може