Федеральноеагентство по образованию.
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования.
Санкт-Петербургскийгосударственный технологический
университетрастительных полимеров
Курсовойпроект
Прессоваячасть БДМ с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут.
Санкт-Петербург
2009
Содержание
1Композиция и показатели для офсетной бумаги
2Современные представления о процессе обезвоживания, в прессовой части. Путиинтенсификации обезвоживания в прессовой части
3.Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости искорости машины по приводу. Расчет скорости прессов
4.Выбор конструкции и размеров валов
5.Расчет обезвоживания в прессовой части
6.Расчет гранитного вала пресса
7.Расчетмощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя
8.Выбори проверка подшипников отсасывающего вала
1 Композиция ипоказатели для офсетной бумаги
ГОСТ 9094–83распространяется на бумагу, предназначенную для печатаньяиллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом.
Стандарт устанавливаеттребования к офсетной бумаге, изготовляемой для нужд народного хозяйства ипоставляемой на экспорт.
Установленные настоящимстандартом показатели технического уровня предусмотрены для высшей и первойкатегории качества.
1.1 Маркии размеры
1.1.1 Бумагадолжна выпускаться следующих номеров и марок:
№1 марок А, Б, В;
№2
1.1.2 Бумагадолжна выпускаться в рулонах и листах.
Бумага №1 марки Вмассой бумаги площадью 1 м2 220 и 240 г выпускается в листах, по согласованию с потребителем – в рулонах.
Размеры листовой бумагиширина рулона, предельные отклонения по размерам и косине должнысоответствовать ГОСТ 1342–78.
1.1.3 Диаметррулона должен быть (850±50) мм. По согласованию с потребителем допускаетсяизготовление рулонов бумаги диаметром до 1100 мм.
1.2 Техническиетребования
1.2.1 Бумагадолжна изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта потехнологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.
1.2.2 Показателикачества офсетной бумаги первого сорта должны соответствовать нормам, указаннымв таблице.
1.2.3 Вкомпозиции бумаги должен применяться каолин с белизной не менее 80% по ГОСТ19285–73 и другой нормативно технической документации.
В композиции бумаги №1марки Б при массе бумаги площадью 1 м2 60 г. должна применяться окись титана по ГОСТ 9808–84.
1.2.4 Влистовой бумаги большая часть листа должна совпадать с машинным направлением.
1.2.5 Обрезоклистовой и рулонной бумаги должен быть чистым и ровным.
1.2.6 Просветбумаги должен быть равномерным и соответствовать образцу, согласованному междуизготовителем и потребителем.
1.2.7 Бумагадолжна обладать хорошим восприятием печатной краски, иметь прочную поверхностьи не должна пылить при печатанье.
1.2.8 Заметнаяразнооттеночность бумаги в одной партии не допускается.
1.2.9 Намоткабумаги должна быть равномерной по всей ширине рулона.
1.2.10 Вбумаге не допускаются: складки, морщины, волнистость, залощенность, грязные ипросвечивающие пятна, разрыв кромки и дырчатость.
В рулонной бумагедопускаются малозаметные морщины, залощенность, пятна, которые не могут бытьобнаружены в процессе перемотки, если показатель этих внутренних дефектов,определенный по ГОСТ13525,5-68, не превышает: для бумаги №1 – 1,0%; №2 – 1,5%.
1.2.11 Числосклеек в рулоне бумаги, поставляемой на экспорт, и высшей категории качества,предназначенной для печати на рулонных машинах, не должно превышать одной;бумаги первой категории качества, предназначенной для печати на рулонныхмашинах — двух; в бумаге, предназначенной для печати на листовых машинах — трех.
В партии бумаги высшейкатегории качества, предназначенной для рулонной печати, допускается не более10 % рулонов со склейками.
1.2.12 Концыполотна бумаги в местах обрывов должны быть прочно склеены по всей ширинерулона без склейки смежных слоев. Ширина места склейки должна быть не менее 10 мм. Расстояние от кромки до места склейки с каждой стороны не должно превышать 10 мм.
Место склейки должнобыть отмечено цветными сигналами, видимыми с торца рулона.
1.2.13 Бумагапервой категории качества должна переводиться во второй сорт при наличии врулоне или кипе бумаги не более трех перечисленных ниже отклонений от норм:
Увеличение допускаемыхотклонений по массе бумаги площадью 1 м2 не более чем на 3%;
Увеличение допускаемыхотклонений по плотности не более чем на ±0,02г/см2;
Снижение норм разрывнойдлины не более чем на 10%;
Снижение нижнего илиповышения верхнего предела зольности не более чем на 10 %;
Увеличение нормсорности не более чем на 15 %;
Увеличениевнутрирулонных дефектов не более чем на 1 %;
Увеличения числа склеекв рулоне бумаги, предназначенной для печати на рулонных машинах – до трех,листовых машинах – до четырех.Наименование показателя 1А Машинной гладкости Калландри-рованая Высшей категории качества Первой категории качества Первой категории качества
1. Состав по волокну, %:
Целлюлозы беленой сульфитной по ГОСТ3914–74 марки А–1 не более
Целлюлозы беленой сульфатной лиственной по нормативно-технической документации, не менее
Массы древесной белой по ГОСТ 10014–73, не менее
60
40
–/>
70
30
–/>
/>
70
30
–/>
/>
2. Масса бумаги площадью 1 м2, г.
/>
/>
3. Плотность г/см3: 0,75-0,85 0,75-0,85 0,80-0,90
4. Разрывная длинна не менее:
В машинном направлении бумаги, предназначенной для рулонной печати
В среднем по двум направлениям бумаги, предназначенной для листовой печати
3700
–
3500
2300
3500
2500 5 Сопротивление излому (число двойных перегибов в поперечном направлении), не менее 7 7 8 6 Степень проклейки, мм 1,25–1,75 1,25–1,75 1,25–1,75
7 Белизна %, не менее
без оптически отбеливающего вещества
с оптически отбеливающим веществом
80
–
78
83
78
83 8 Разница значений белизны по сторонам бумаги с оптически отбеливающим веществом, %, не более – 2,0 2,0 9 Зольность, % 10–14 10–14 10–14 10 Гладкость, с 40–80 30–80 80–150 11 Линейная деформация бумаги для листовой печати, %, не более – +2,2 +2,2
12 Сорность (число соринок на 1м2 площадью от 0,10 до 0,50 мм2), не более 100 120 100 13 Влажность, %: 6,0±1,0 6,0±1,0 6,0±1,0 14 Стойкость поверхности к выщипыванию, м/с, не менее 1,8 1,7 1,7 2 Современные представления о процессеобезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовойчасти
В последние годы былипроведены значительные работы в области прессования бумаги. Основныеисследования были направлены на изучение процесса удаления воды из бумажногополотна на отсасывающих прессах и на установление роли прессового сукна.
/>
Рис. 1 Фазы удаленияводы на прессах:
1 – гранитный вал; 2 –полотно бумаги; 3 – сукно; 4 – обрезиненный вал; I – IV – фазы прессования
В настоящее время весьпериод прохождения полотна через зону контакта валов делят на четыре периодаили фазы. В Iфазеполотно проходит на сукне путь от места соприкосновения сукна с нижним валом довхода в зону контактов валов; во IIфазе– от места поступления полотна бумаги и сукна в зону контакта до ее середины; вIIIфазе — от середины зоны контакта до выхода из нее бумаги и сукна; в IVфазе– от места выхода бумаги и сукна из зоны контакта до точки отрыва сукна отвала. Иногда рассматривают лишь три первые фазы. При входе в зону контактавалов бумага и сукно сжимаются. Наибольшую деформацию сжатия испытывает сукно.Когда бумага достигает точки насыщения, в ней создаются гидравлические силы иобразуется градиент гидравлического давления между бумагой и сукном, вызывающийперемещение воды.
В обычном процессе сгладкими валами существует два градиента давления: вертикальный – по толщинебумаги и сукна, и горизонтальный, вызывающий перемещение воды по сукну вобратную сторону движения сукна.
В обычном процессескорость фильтрации по сукну против его движения должна быть больше скоростимашины. Только в этом случае вода будет удаляться на нижний вал пресса. Отжимаемаявода образует перед входом в зону контакта валов водяной клин. Полотно бумагиперед поступлением в пресс дополнительно увлажняется, перепад гидравлическогодавления между полотном и сукном уменьшается из-за повышения гидравлическогопротиводавления в сукне. Повышение давления прессования на обычных прессах привысокой скорости машины вызывает дробление (раздавливание) полотна.
Для интенсификацииобезвоживания бумаги на прессах во IIфазе необходимо поддерживать высокое удельное давление и высокую пористостьсукна в сжатом состоянии.
На выходной сторонезоны контакта прессовых валов (фаза III)давление в сукне и бумаги постепенно уменьшается. Восстанавливается толщинаполотна бумаги, сукна и упругой облицовки вала. С прекращением давленияградиент гидравлического давления падает до нуля и теоретически возможновозникновение частичного вакуума, при этом в твердой структуре (волокнах) всееще могут действовать напряжения сжатия.
Работами рядаисследователей установлено, что в IIIфазе перемещается влага из сукна в бумагу.
Методы интенсификациипроцесса:
1 Достижениемаксимально возможной сухости:
а) использованиебашмачного пресса;
б) использование прессас гибкой деформируемой оболочкой;
2 Подогрев бумажногополотна;
3 Совмещения процессовпрессования и сушки;
4 Совершенствованиетехнологии отвода воды удаляемой из полотна в прессовом захвате;
5 Конденционирование иочистка прессовых сукон.
3 Выбор чистообрезнойширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины поприводу. Расчет скорости прессов
Принимаем чистообрезнуюширину бумагоделательной машины равной 6720мм. Ширина полотна в прессовой частибольше на 4-11% ширины на накате из-за усадки полотна при сушке. После наката сдвух сторон отрезают полоски по 25мм и получают чистообрезную ширину бумаги.Таким образом ширина в прессовой части составит:
/>
/>
Расчет рабочей скорости
/>
Где Q– производительность, Q=300000кг/сутки;
В – обрезная ширина,В=6,72 м.;
q– масса м2 бумаги, q=70гр/м2;
к1 – числочасов работы в сутки, к1=23ч.;
к2 –коэффициент использования рабочего хода машины учитывая холостой ход, к2=0,96;
к3 –коэффициент выхода товарной продукции, к3=0,95.
/>
Скорость машины поприводу.
Срок службы машины 30лет, за это время она может несколько раз модернизироваться, что позволяетподнять ее скорость на 15–20 % поэтому некоторые узлы на стадии проектированиярассчитывают на приводную скорость.
/>
Скорость машины по приводусогласно ГОСТ 26-08-76 принимаем равной 770м/мин
Расчет скоростипрессов.
Скорость прессовойчасти будет равна, если за рабочую скорость машины положить скорость первого сушильногоцилиндра:
/>4 Выбор конструкции и размеров валов
Выбираем конструкциюпрессовой части, состоящую из трех отдельно стоящих прессов. Первый пресссостоит из гранитного вала (D=1050мм)и желобчатого (D=830мм). Второйи третий прессы — отсасывающие, в которых гранитный вал как у первого, аотсасывающие D=1150мм.
Данная прессовая частьимеет простую конструкцию, высокую степень взаимозаменяемости, обладаеткомпактностью.5 Расчет обезвоживания в прессовой части
Расчет сухости насдвоенном прессе по опытным данным.
Сухость бумаги послепрессования определяется по формуле:
/>
где Ск –сухость бумаги после прессования, %;
А – коэффициент,характеризующий конструкцию пресса;
α0–коэффициент вида бумаги;
m0– коэффициент, зависящий от марки сукна, массы 1м2 бумаги и скоростимашины;
μср–среднее удельное давление между валами;
сс– сухостьсукна перед прессом;
сн– сухостьбумаги перед прессом
q– масса 1 м2 бумаги;
β – коэффициентмассы 1 м2 бумаги;
V–скорость машины, м/мин
ШР – степень помоламассы, °ШР;
γ, θ, ω,ε, Ψ– опытные коэффициенты
Значение коэффициента Адля 1-го пресса(желобчатый вал):
/>
t– шаг между канавками;
b– ширина канавки.
Для отсасывающихпрессов:
/>,
где Н – вакуум вотсасывающей камере (соответственно для 2,3 прессов: 400, 500 мм рт.ст.;
В – ширина отсасывающейкамеры, В=125мм.
/>,
/>,
Для желобчатого валаширина площадки контакта:
/>мм
δс=4мм– толщина сукна перед зоной прессования;
δmin=3мм– толщина сукна в зоне прессования;
R1,R2– радиусы валов, см.
Среднее удельноедавление между валами для 1-го пресса:
/>
Среднее удельноедавление между валами для остальных прессов может быть рассчитано по формуле:
/>
где q– линейное давление
D– диаметр обрезиненного вала, D=1150мм.
Т – твердостьобрезиненного покрытия в единицах по прибору ТШМ-2, Т=20 ед.
/>
/>
Значения величины ирезультаты расчетов сведены в таблицу.
1
2
3 Линейное давление, кг/см 70 80 90
Удельное давление, кг/см2 5,14 14,9 16,3
Степень помола, 0ШР 50 50 50
Масса 1 м2, г, q 70 70 70 Скорость валов, м/мин 542 542 542 Сухость сукна, % 50 50 50 A 0,924 1,441 1,447
A0 0,86 0,73 0,73
m0 14,7 21 21 Γ 0,147 0,123 0,123 Θ 0,07 0,07 0,07 Ω 0,131 0,127 0,127 Β 0,1 0,026 0,026 Ε 0,067 0,059 0,059 Ψ 0,145 0,145 0,145 Сухость бумаги на входе, % 19 24,7 31,2 Сухость бумаги на выходе, % 24,7 31,2 37,9
6Расчет гранитного вала пресса
Данные для расчета:
1. Линейноедавление между гранитным и желобчатым валом 70
2. Линейноедавление между гранитным
3. ипервым отсасывающим валом q2,кН/м 80
4. Линейноедавление между гранитным
5. ивторым отсасывающим валом q3кН 90
6. Длиннарабочей части вала b, м … 7,31
7. Расстояниямежду осями опор l, м…7,5
8. Массавала (ориентировочно) G,60000
Давление желобчатоговала
Q2=q1.b=70.7,31=511,7кН
Давление первогоотсасывающего вала на гранитный.
Q2=q2.b=80.7,31=584,8кН
Давление второгоотсасывающего вала на гранитный.
Q2=q3.b=90.7,31=657,9кН
Горизонтальнаясоставляющая веса гранитного вала
Rг=G.tg45°=600.1,0=600кН
Величинаравнодействующей из сил многоугольника
R=702,17кН
Гранитный валрассчитывается на прочность и жесткость при соблюдении следующих условий:
1. Силатрения между шайбами и гранитным валом должна быть больше силы, смещениясердечника относительно цилиндра.;
2. Поплоскости соприкосновения с цилиндром шайба не должна отходить от него поддействием изгибающего момента (условие не раскрытия стыка).
Гранит являетсяанизотропным материалом, имеющий низкий предел прочности при растяжении (10-40МПа), поэтому при работе в гранитном блоке не должны возникать растяжения илиизгибы более 2-3 МПа, то есть должно соблюдаться следующее условие:
/>
где σсж– напряжение сжатия в гранитном блоке то усилия прижатия шайб;
σF– напряжение от изгиба, обусловленное действием изгибающего момента.
Напряжения сжатия будутравны
/>
где Dи d – наружный и внутренние диаметрыгранитного блока;
Т0–расчетное усилие сжатие гранитного блока шайбами, равное:
/>
Т – сила прижима шайб кграниту, определяемая из условия отсутствия смещения гранитного блокаотносительно шайб (первое условие).
/>
где ƒ –коэффициент трения между гранитом и шайбами, равный 0,15;
Изгибающие напряжения вгранитном блоке
/>
где М – изгибающиймомент посередине пролета вала:
/>
W– момент сопротивления сечения гранитного блока.
Момент сопротивлениястального сердечника и бетонной заливки между сердечником и гранитом неучитывают в следствии его малости.
/>
После подстановкивыражений для М и W в формулуимеем:
/>
Условие прочностигранитного блока после подстановки σсж и σFв начальную формулу примет вид:
/>
Условие жесткостигранитного вала (относительный прогиб вала, то есть отношение прогиба валапосередине к длине его рабочей части).
/>
где Ег –модуль упругости гранита, равный (5÷8).1010 МПа;
Jг– момент сопротивления поперечного сечения гранитного блока
/>
Для определениянаружного и внутреннего диаметра гранитного блока необходимо выполнитьсовместно эти два условия.
/>
После подстановкичисленных значений
/>
Проведя преобразованияимеем
/>
Пологая />
/>
Преобразуя выражениеполучаем:
D=1050мм;d=400мм
7.Расчет мощности, потребляемой наиболеенагруженным прессом. Выбор электродвигателя
Проведем расчетмощности, потребляемой вторым прессом.
Нагрузка на гранитныйвал от давления прессования:
/>
b=735см-длина зоны прессования.
Также на гранитный валдействует собственный вес вала />
Равнодействующую отэтих сил определяем графически:
Масштаб: 1см-100кН
Rтр=390кН
Тяговое усилие,необходимое для преодоления трения в подшипниках качения гранитного вала:
/>
dц=450мм- диаметр цапоры гранитного вала;
D=1050мм – диаметр гранитного вала;
f=0,02– коэффициент трения в подшипниках.
Тяговое усилие,необходимое для преодоления трения в подшипниках качения отсасывающего вала:
/>
Как показываетпрактика, средняя нагрузка на сукноведущие валики при ширине БДМ 6,72 м составляет 60 кН. Тогда тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипникахкачения сукноведущих валиков:
/>
n– количество валиков.
Площадь соприкосновенияуплотнений с обечайкой отсасывающего вала:
/>
а1=0,032м; а2=0,068м– ширина уплотнений;
bотс=6,85м– длина уплотнений.
Тяговое усилие,необходимое для преодоления трений уплотнений:
/>
f=0,15– коэффициент трения уплотнений и цилиндра;
Ру=50 кН/м2– давление уплотнений;
d0=995мм – внутренний диаметр обечайки.
Суммарное тяговоеусилие:
Т=Тгр+Т0+Тсв+Туп=3,34+7,37+2,18+4,45=17,34кН
Увеличение тяговогоусилия при повышении скорости БДМ учитывает коэффициент:
КV=1+0,0004(Vпр-200)=1+0,0004(502-200)=1,12
Возможное увеличениетягового усилия по сравнению со средним учитывает коэффициент: Км=1,25÷1,3.
Принимаем Км=1,3.
Мощность, потребляемаявторым прессом:
/>
Vпр=502м/мин=8,4м/с – скорость по приводу.
Т.к. приводныегранитный и отсасывающий валы, то мощность одного электродвигателя составит:
/>кВт
Выбираемэлектродвигатель: 4ПФ225
Мощность – 170 кВт
КПД – 89,7%
Частота вращения – 15001/мин8.Выбор и проверка подшипниковотсасывающего вала
По конструктивнымсоображениям выбираем подшипники качения №30031/530.
D=780мм;d=530мм; b=165мм.
Долговечность ПК: [c]=9,0млн.об.
Нагрузка на один ПК:
/>
Частота вращенияотсасывающего вала:
/>
Приведеннаядолговечность:
/>
kK=1– коэффициент вращения;
kδ=1,2– коэффициент выгрузки;
kТ=1– температурный коэффициент;
h=100000час– потребная долговечность.
Список литературы
1. ОборудованиеЦБП, Методические указания по выполнению курсовой работы, В.А.Смирнов, ЛТИ ЦБП.Л.,1990,38 с.
2. Справочникмеханика ЦБП., Пожитков В.И., Калинин М.И., Старец И.С.,-М., Леснаяпромышленность, 1983, 552 с.
3. Бумагоделательныеи отделочные машины., Эйдлин И.Я., .,-М., Лесная промышленность, 1970, 624 с.