Федеральное агентство по образованию.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.
Санкт-Петербургский государственный технологический
университет растительных полимеров
Курсовой проект
Прессовая часть БДМ с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут.
Санкт-Петербург
2009
Содержание
1 Композиция и показатели для офсетной бумаги
2 Современные представления о процессе обезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовой части
3. Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины по приводу. Расчет скорости прессов
4. Выбор конструкции и размеров валов
5. Расчет обезвоживания в прессовой части
6. Расчет гранитного вала пресса
7.Расчет мощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя
8.Выбор и проверка подшипников отсасывающего вала
1 Композиция и показатели для офсетной бумаги
ГОСТ 9094–83 распространяется на бумагу, предназначенную для печатанья иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом.
Стандарт устанавливает требования к офсетной бумаге, изготовляемой для нужд народного хозяйства и поставляемой на экспорт.
Установленные настоящим стандартом показатели технического уровня предусмотрены для высшей и первой категории качества.
1.1 Марки и размеры
1.1.1 Бумага должна выпускаться следующих номеров и марок:
№1 марок А, Б, В;
№2
1.1.2 Бумага должна выпускаться в рулонах и листах.
Бумага №1 марки В массой бумаги площадью 1 м2
220 и 240 г выпускается в листах, по согласованию с потребителем – в рулонах.
Размеры листовой бумаги ширина рулона, предельные отклонения по размерам и косине должны соответствовать ГОСТ 1342–78.
1.1.3 Диаметр рулона должен быть (850±50) мм. По согласованию с потребителем допускается изготовление рулонов бумаги диаметром до 1100 мм.
1.2 Технические требования
1.2.1 Бумага должна изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.
1.2.2 Показатели качества офсетной бумаги первого сорта должны соответствовать нормам, указанным в таблице.
1.2.3 В композиции бумаги должен применяться каолин с белизной не менее 80% по ГОСТ 19285–73 и другой нормативно технической документации.
В композиции бумаги №1 марки Б при массе бумаги площадью 1 м2
60 г. должна применяться окись титана по ГОСТ 9808–84.
1.2.4 В листовой бумаги большая часть листа должна совпадать с машинным направлением.
1.2.5 Обрезок листовой и рулонной бумаги должен быть чистым и ровным.
1.2.6 Просвет бумаги должен быть равномерным и соответствовать образцу, согласованному между изготовителем и потребителем.
1.2.7 Бумага должна обладать хорошим восприятием печатной краски, иметь прочную поверхность и не должна пылить при печатанье.
1.2.8 Заметная разнооттеночность бумаги в одной партии не допускается.
1.2.9 Намотка бумаги должна быть равномерной по всей ширине рулона.
1.2.10 В бумаге не допускаются: складки, морщины, волнистость, залощенность, грязные и просвечивающие пятна, разрыв кромки и дырчатость.
В рулонной бумаге допускаются малозаметные морщины, залощенность, пятна, которые не могут быть обнаружены 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 Число склеек 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 рулонных машинах - двух; в бумаге, предназначенной для печати на листовых машинах - трех.
В партии бумаги высшей категории качества, предназначенной для рулонной печати, допускается не более 10 % рулонов со склейками.
1.2.12 Концы полотна бумаги в местах обрывов должны быть прочно склеены по всей ширине рулона 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 должно быть отмечено цветными сигналами, видимыми с торца рулона.
1.2.13 Бумага первой категории качества должна переводиться во второй сорт при наличии в рулоне или кипе бумаги не более трех перечисленных ниже отклонений от норм:
Увеличение допускаемых отклонений по массе бумаги площадью 1 м2
не более чем на 3%;
Увеличение допускаемых отклонений по плотности не более чем на ±0,02г/см2
;
Снижение норм разрывной длины не более чем на 10%;
Снижение нижнего или повышения верхнего предела зольности не более чем на 10 %;
Увеличение норм сорности не более чем на 15 %;
Увеличение внутрирулонных дефектов не более чем на 1 %;
Увеличения числа склеек в 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
|
|
|
|
| 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
|
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 процессе обезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовой части
В последние годы были проведены значительные работы в области прессования бумаги. Основные исследования были направлены на изучение процесса удаления воды из бумажного полотна на отсасывающих прессах и на установление роли прессового сукна.
Рис. 1 Фазы удаления воды на прессах:
1 – гранитный вал; 2 – полотно бумаги; 3 – сукно; 4 – обрезиненный вал; I – IV – фазы прессования
В настоящее время весь период прохождения полотна через зону контакта валов делят на четыре периода или фазы. В I
фазе
полотно проходит на сукне путь от места соприкосновения сукна с нижним валом до входа в зону контактов валов; во II
фазе
– от места поступления полотна бумаги и сукна в зону контакта до ее середины; в III
фазе
- от середины зоны контакта до выхода из нее бумаги и сукна; в IV
фазе
– от места выхода бумаги и сукна из зоны контакта до точки отрыва сукна от вала. Иногда рассматривают лишь три первые фазы. При входе в зону контакта валов бумага и сукно сжимаются. Наибольшую деформацию сжатия испытывает сукно. Когда бумага достигает точки насыщения, в ней создаются гидравлические силы и образуется градиент гидравлического давления между бумагой и сукном, вызывающий перемещение воды.
В обычном процессе с гладкими валами существует два градиента давления: вертикальный – по толщине бумаги и сукна, и горизонтальный, вызывающий перемещение воды по сукну в обратную сторону движения сукна.
В обычном процессе скорость фильтрации по сукну против его движения должна быть больше скорости машины. Только в этом случае вода будет удаляться на нижний вал пресса. Отжимаемая вода образует перед входом в зону контакта валов водяной клин. Полотно бумаги перед поступлением в пресс дополнительно увлажняется, перепад гидравлического давления между полотном и сукном уменьшается из-за повышения гидравлического противодавления в сукне. Повышение давления прессования на обычных прессах при высокой скорости машины вызывает дробление (раздавливание) полотна.
Для интенсификации обезвоживания бумаги на прессах во II фазе необходимо поддерживать высокое удельное давление и высокую пористость сукна в сжатом состоянии.
На выходной стороне зоны контакта прессовых валов (фаза III) давление в сукне и бумаги постепенно уменьшается. Восстанавливается толщина полотна бумаги, сукна и упругой облицовки вала. С прекращением давления градиент гидравлического давления падает до нуля и теоретически возможно возникновение частичного вакуума, при этом в твердой структуре (волокнах) все еще могут действовать напряжения сжатия.
Работами ряда исследователей установлено, что в III фазе перемещается влага из сукна в бумагу.
Методы интенсификации процесса:
1 Достижение максимально возможной сухости:
а) использование башмачного пресса;
б) использование пресса с гибкой деформируемой оболочкой;
2 Подогрев бумажного полотна;
3 Совмещения процессов прессования и сушки;
4 Совершенствование технологии отвода воды удаляемой из полотна в прессовом захвате;
5 Конденционирование и очистка прессовых сукон.
3 Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины по приводу. Расчет скорости прессов
Принимаем чистообрезную ширину бумагоделательной машины равной 6720мм. Ширина полотна в прессовой части больше на 4-11% ширины на накате из-за усадки полотна при сушке. После наката с двух сторон отрезают полоски по 25мм и получают чистообрезную ширину бумаги. Таким образом ширина в прессовой части составит:
Расчет рабочей скорости
Где Q – производительность, Q=30000
В – обрезная ширина, В=6,72 м.;
q – масса м2
бумаги, q=70 гр/м2
;
к1
– число часов 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 по приводу.
Срок службы машины 30 лет, за это время она может несколько раз модернизироваться, что позволяет поднять ее скорость на 15–20 % поэтому некоторые узлы на стадии проектирования рассчитывают на приводную скорость.
Скорость машины по приводу согласно ГОСТ 26-08-76 принимаем равной 770м/мин
Расчет скорости прессов.
Скорость прессовой части будет равна, если за рабочую скорость машины положить скорость первого сушильного цилиндра:
4 Выбор конструкции и размеров валов
Выбираем конструкцию прессовой части, состоящую из трех отдельно стоящих прессов. Первый пресс состоит из гранитного вала (D=1050мм) и желобчатого (D=830мм). Второй и третий прессы - отсасывающие, в которых гранитный вал как у первого, а отсасывающие D=1150мм.
Данная прессовая часть имеет простую конструкцию, высокую степень взаимозаменяемости, обладает компактностью.
5 Расчет обезвоживания в прессовой части
Расчет сухости на сдвоенном прессе по опытным данным.
Сухость бумаги после прессования 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 скорости машины;
μср
– среднее удельное давление между валами;
сс
– сухость сукна перед прессом;
сн
– сухость бумаги перед прессом
q – масса 1 м2
бумаги;
β – коэффициент массы 1 м2
бумаги;
V– скорость машины, м/мин
ШР – степень помола массы, °ШР;
γ, θ, ω, ε, Ψ– опытные коэффициенты
Значение коэффициента А для 1-го пресса(желобчатый вал):
t – шаг между канавками;
b – ширина канавки.
Для отсасывающих прессов:
,
где Н – вакуум в отсасывающей камере (соответственно для 2,3 прессов: 400, 500 мм рт.ст.;
В – ширина отсасывающей камеры, В=125мм.
,
,
Для желобчатого вала ширина площадки контакта:
мм
δс
=4мм – толщина сукна перед зоной прессования;
δmin
=3мм – толщина сукна в зоне прессования;
R1
, R2
– радиусы валов, см.
Среднее удельное давление между валами для 1-го пресса:
Среднее удельное давление между валами для остальных прессов может быть рассчитано по формуле:
где q – линейное давление
D – диаметр обрезиненного вала, D=1150мм.
Т – твердость обрезиненного покрытия в единицах по прибору ТШМ-2, Т=20 ед.
Значения величины и результаты 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, 0
|
50 |
50 |
50 |
| Масса 1 м2
|
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 |
6 Расчет гранитного вала пресса
Данные для расчета:
1. Линейное давление между гранитным и желобчатым валом 70
2. Линейное давление между гранитным
3. и первым отсасывающим валом q2
, кН/м 80
4. Линейное давление между гранитным
5. и вторым отсасывающим валом q3
кН 90
6. Длинна рабочей части вала b, м … 7,31
7. Расстояния между осями опор l, м…7,5
8. Масса вала (ориентировочно) G, 60000
Давление желобчатого вала
Q2
=q1
.
b=70.
7,31=511,7кН
Давление первого отсасывающего вала на гранитный.
Q2
=q2
.
b=80.
7,31=584,8кН
Давление второго отсасывающего вала на гранитный.
Q2
=q3
.
b=90.
7,31=657,9кН
Горизонтальная составляющая веса гранитного вала
Rг
=G.
tg45°= 600.
1,0=600кН
Величина равнодействующей из сил многоугольника
R=702,17кН
Гранитный вал рассчитывается на прочность и жесткость при соблюдении следующих условий:
1. Сила трения между шайбами и гранитным валом должна быть больше силы, смещения сердечника относительно цилиндра.;
2. По плоскости соприкосновения с цилиндром шайба не должна отходить от него под действием изгибающего момента (условие не раскрытия стыка).
Гранит является анизотропным материалом, имеющий низкий предел прочности при растяжении (10-40 МПа), поэтому при работе в гранитном блоке не должны возникать растяжения или изгибы 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 будут равны
где D и d – наружный и внутренние диаметры гранитного блока;
Т0
– расчетное усилие сжатие гранитного блока шайбами, равное:
Т – сила прижима шайб к граниту, определяемая из условия отсутствия смещения гранитного блока относительно шайб (первое условие).
где ƒ – коэффициент трения между гранитом и шайбами, равный 0,15;
Изгибающие напряжения в гранитном блоке
где М – изгибающий момент посередине пролета вала:
W – момент сопротивления сечения гранитного блока.
Момент сопротивления стального сердечника и бетонной заливки между сердечником и гранитом не учитывают в следствии его малости.
После подстановки выражений для М и W в формулу имеем:
Условие прочности гранитного блока после подстановки σсж
и σF
в начальную формулу примет вид:
Условие жесткости гранитного вала (относительный прогиб вала, то есть отношение прогиба вала посередине к длине его рабочей части).
где Ег
– модуль упругости гранита, равный (5÷8).
1010
МПа;
Jг
– момент сопротивления поперечного сечения гранитного блока
Для определения наружного и внутреннего диаметра гранитного блока необходимо выполнить совместно эти два условия.
После подстановки численных значений
Проведя преобразования имеем
Пологая
Преобразуя выражение получаем:
D=1050мм;d=400мм
7.Расчет мощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя
Проведем расчет мощности, потребляемой вторым прессом.
Нагрузка на гранитный вал от давления прессования:
b=735 см-длина зоны прессования.
Также на гранитный вал действует собственный вес вала
Равнодействующую от этих сил определяем графически:
Масштаб: 1см-100кН
Rтр
=390кН
Тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения гранитного вала:
dц
=450 мм- диаметр цапоры гранитного вала;
D=1050 мм – диаметр гранитного вала;
f=0,02 – коэффициент трения в подшипниках.
Тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения отсасывающего вала:
Как показывает практика, средняя нагрузка на сукноведущие валики при ширине БДМ 6,72 м составляет 60 кН. Тогда тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения сукноведущих валиков:
n – количество валиков.
Площадь соприкосновения уплотнений 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
=995 мм – внутренний диаметр обечайки.
Суммарное тяговое усилие:
Т=Тгр
+Т0
+Тсв
+Туп
=3,34+7,37+2,18+4,45=17,34кН
Увеличение тягового усилия при повышении скорости БДМ учитывает коэффициент:
КV
=1+0,0004(Vпр
-200)=1+0,0004(502-200)=1,12
Возможное увеличение тягового усилия по сравнению со средним учитывает коэффициент: Км
=1,25÷1,3.
Принимаем Км
=1,3.
Мощность, потребляемая вторым прессом:
Vпр
=502 м/мин=8,4м/с – скорость по приводу.
Т.к. приводные гранитный и отсасывающий валы, то мощность одного электродвигателя составит:
кВт
Выбираем электродвигатель: 4ПФ225
Мощность – 170 кВт
КПД – 89,7%
Частота вращения – 1500 1/мин
8.Выбор и проверка подшипников отсасывающего вала
По конструктивным соображениям выбираем подшипники качения №30031/530.
D=780мм; d=530мм; b=165мм.
Долговечность ПК: [c]=9,0 млн.об.
Нагрузка на один ПК:
Частота вращения отсасывающего вала:
Приведенная долговечность:
kK
=1 – коэффициент вращения;
kδ
=1,2 – коэффициент выгрузки;
kТ
=1 – температурный коэффициент;
h=100000час – потребная долговечность.
Список литературы
1. Оборудование ЦБП, Методические указания по выполнению курсовой работы, В.А.Смирнов, ЛТИ ЦБП. Л.,1990,38 с.
2. Справочник механика ЦБП., Пожитков В.И., Калинин М.И., Старец И.С.,-М., Лесная промышленность, 1983, 552 с.
3. Бумагоделательные и отделочные машины., Эйдлин И.Я., .,-М., Лесная промышленность, 1970, 624 с.