Обобщение и развитие научных представлений о механизме приготовления сырых песчано-глинистых смесей, оптимизация его энергетических, технологических параметров и конструкций смесителей

• Автор: Ершов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 377 с. : ил.

1. Развитие и состояние научно-технической проблемы приготовления сырых песчано-глинистых смесей в литейном производстве

1.1. Выбор параметров для сопоставительного анализа смесителей

1.2. Развитие конструкции смесителей и теории их рабочих процессов

1.3. Сопоставительный анализ смесителей роторного типа

1.4. Сопоставительный анализ технологических характеристик смесителей и формулирование научно-технической проблемы

Выводы по первой главе, цель работы и задачи исследований

2. Развитие научных представлений о процессе приготовления СПГС и разработка обобщённой модели смешивания

2.1. Развитие представлений о строении и свойствах исходных компонентов смеси

2.2. Обобщённый механизм приготовления СПГС

2.3. Развитие представлений о толщине оболочек и их плотности

2.4. Развитие представлений о распределении влаги при смешивании

2.5. Влияние активации глинистых оболочек на свойства смеси и варианты процессов смесеприготовления
Выводы по второй главе
3. Математическое моделирование смешивания и метод расчёта длительности цикла
3.1. Математическая модель нанесения
(активации) оболочек связующего
3.2. Экспериментальная проверка математической модели нанесения (активации) оболочек связующего
3.3. Методика расчёта длительности цикла смешивания
Выводы по третьей главе
4. Работа по формированию глинистых оболочек
на зёрнах формовочной смеси
4.1. Теоретические представления о работе по формированию глинистых оболочек на зёрнах смеси
4.2. Экспериментальное моделирование
процесса взаимодействия зерна с глиной

4.3. Расчёт работы по формированию глинистых оболочек
Выводы по четвёртой главе
5. Общая методика расчёта роторных смесителей
5.1. Основные технологические и конструктивные зависимости для роторных смесителей
5.2. Программа «КМ у.2» расчёта роторных смесителей
5.3. Математическая модель взаимодействия лопасти ротора со смесью
5.4. Компьютерное моделирование процесса движения пакета смеси по лопасти ротора и экспериментальная проверка модели
Выводы по пятой главе
6. Использование теоретических положений при разработке научно-технических решений и их внедрение в промышленность
6.1. Разработка универсального смесителя формовочных материалов и его опытно-промышленное опробование
6.2. Модернизация бегунов с целью повышения качества смеси и снижения энергозатрат
6.3. Пакет прикладных программ для моделирования технологического процесса смешивания и расчёта конструкций смесителей
Выводы по шестой главе
7. Комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов
7.1. Методика оценки свойств при домешивании
7.2. Методика испытаний при длительном цикле смешивания
7.3. Методика измерения энергетических параметров
7.4. Методика микроскопических исследований
7.5. Специальные методики
Выводы по седьмой главе
Заключение
Литература
Приложения

Диссертация посвящена научно-технической проблеме снижения энергопотребления в смесеприготовлении при одновременном повышении качества сырых песчано-глистых смесей (СПГС), актуальность которой возросла в последнее десятилетие в связи с резким ростом цен на электроэнергию, транспорт и материалы. Проблема энергосбережения особенно остро стоит в крупных промышленных центрах. Например, в Москве за последние десять лет реализовано две целевые программы по энергосбережению, а на период 2004 - 2010 годов разработана третья. Основной упор в этой программе сделан на внедрение новых энергосберегающих технологий, поставлена задача к 2010 году сократить расход электроэнергии более чем на 14%.
Способ литья в сырые песчано-глинистые формы распространён во многих отраслях промышленности, им производится до 70% от валового выпуска отливок. Для получения одной тонны отливок этим способом приготавливают около десяти тонн формовочной смеси, что (по данным Маркова В.А.) в масштабах России составляет более 140 млн. тонн смеси в год. Затраты электроэнергии на подготовку и приготовление смеси при этом становятся соизмеримыми с затратами на плавку. В практическом отношении решение названной проблемы позволяет напрямую получить экономию электроэнергии и формовочных материалов, снизить брак по вине литейных форм, повысить качество поверхности отливок и их размерную точность, уменьшить металлоёмкость изделий и машин. В экологическом отношении происходит сокращение безвозвратных потерь энергии и материалов, уменьшение вредного воздействия на человека.
Большой вклад в разработку отдельных аспектов данной проблемы внесли Аксёнов П.Н., Берг П.П., Бречко A.A., Васильев В.А., Жуковский С.С., Ивакин Р.И., Илларионов И.Е., Кваша Ф.С., Корнюшкин O.A., Марков В.А., Матвеенко И.В., Ромашкин В.Н., Серебряков С.П., Туманова Л.П. и др.

Рис. 1.15. Вид чаши смесителей: a-BMD [179], б - Gisag [187].
Первоначально активаторы имели различное конструктивное выполнение [126], в дальнейшем лопасти на них располагали либо в плоскости проходящей через ось вращения ротора, либо в перпендикулярной ей плоскости. Оба варианта не обеспечивали эффективного взаимодействия ротора со смесью. Лопасть, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, взаимодействовала со смесью только своей передней кромкой и не обеспечивала необходимого разгона смеси и загрузки ротора. В дальнейшем лопасти стали располагать наклонно. Была разработана математическая модель её взаимодействия со смесью [56, 72, 198], позволившая оптимизировать конструктивные параметры ротора. Изменение угла наклона лопастей позволяет организовать поток летящей смеси. Такое решение применено на роторах Space (рис. 1.146), где верхняя лопасть 8 направляет поток смеси вниз, обеспечивая его пересечение с потоком от нижних лопастей 9.
Смесители Rotomax фирмы C.T.R. Fondarc.
Схема типового смесителя фирмы представлена на рис 1.16. В верхней части чаши 1 размещён планетарный редуктор 2, первичный вал которого соединён с электродвигателем 3. На выходных валах редуктора размещены два ротора 4 и мешалка 5. Корпус планетарного редуктора 2 приводится во вращение вокруг центральной оси чаши электродвигателем 6. Двигатели 3 и 6 имеют свои редукторы 7. Валы роторов и мешалки расположены по схеме