Получение биметаллических заготовок центробежным способом

диссертация

1.1 Современные требования, предъявляемые к качеству мелющих валков

1.1.1 Общие требования к заготовкам валков различного назначения пищевой промышленности

Широкое распространение в пищевой промышленности получило оборудование для переработки различных продуктов и, в частности, их размола в валковых мельницах [1, 2, 3].

Размолу подвергаются такие широко применяемые продукты как пшеница, рожь, какао-бобы, солод, кофе, сахар, соль и др.

Процесс измельчения продуктов на предприятиях пищевой отрасли является одним из основных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции.

Главным рабочим инструментом мельниц, в которых происходит размол, являются мелющие валки, от качества которых зависит стабильная работа и производительность всего комплекса перерабатывающего оборудования, а также качество выпускаемой продукции.

Мелющие валки работают в сложных условиях, испытывая большие динамические нагрузки и воздействие механических факторов изнашивания.

Преждевременный выход из строя мелющих валков связан не только с остановкой группы мельниц, но и всего производственного цикла, что приводит к значительным временным и экономическим потерям [5, 6].

В связи с этим вопросу эксплуатационной стойкости мелющих валков придается первостепенное значение.

Исходя из специфических условий эксплуатации мелющих валков их стойкость во многом обусловлена дифференцированным характером структуры и свойств металла по сечению отливки, то есть наличием поверхностного отбеленного слоя толщиной 0,020...0,025 м с достаточно высокими значениями твердости (62...72 HSD), равномерно распределенными по длине и сечению бочки валка, и «мягкой» сердцевины с твердостью 180...230 НВ [11, 30].

Применение легированных хромом и никелем чугунов для формирования рабочего слоя мелющих валков /30/ приводит к необходимости в четкой дифференциации макроструктурных зон в сечении бочки валка, так как при достаточной протяженности отбеленного (рабочего) слоя, но наличии хрупкого структурно-свободного цементита в сердцевине валка запрессовка стальных полуосей с торцев бочки сопровождается появлением трещин. Наряду с наличием дифференцированной структуры бочка валка должна обладать 100% сплошностью, то есть прочным свариванием металла рабочего слоя и сердцевины, а также отсутствием дефектов в теле отливки.

Традиционная технология изготовления мелющих валков методом «промывки» в стационарный кокиль, отличающаяся низкой эффективностью процесса, не обеспечивает оптимального соотношения структурных зон по сечению бочки валка, а также равномерного распределения значений твердости и глубины отбеленного слоя по длине и окружности валков, что является одной из основных причин их низкой эксплуатационной стойкости, которая оценивается на уровне 40... 50% от стойкости валков современного производства.

Поэтому существующая практика использования мельничных валков предусматривает их закупку за рубежом.

Использование прогрессивного способа центробежного литья с современной технологией изготовления мелющих валков позволяет решить проблему повышения их стойкости, а также отказаться от закупки дорогостоящей (в 2,0...2,5 раза по отношению к отечественной) импортной продукции.

1 - чугунная бочка, 2 - стальные полуоси, 3 - рабочий слой из легированного чугуна

Рисунок 1.1 - Схема конструкции мелющего валка для пищевой промышленности

Общие признаки, характеризующие мелющие валки, используемые в мукомольной, шоколадной, кофейной, пивоваренной и других отраслях пищевого машиностроения (рис. 1.1), сводятся к следующему:

рабочим органом мелющих валков является биметаллическая чугунная бочка (1), а в качестве опорных элементов применяются стальные полуоси (2) запрессованные с двух торцев бочки;

наружный (рабочий) слой бочки валков (3) изготавливают из отбеленного легированного чугуна, а внутренний слой - из серого чугуна;

толщина наружного слоя валков составляет 0,02...0,025 м, а внутреннего слоя 0,06...0,08 м;

твердость наружного слоя металла составляет 62...72 HSD;

твердость внутреннего слоя металла составляет 180.. .230 НВ;

наружный слой бочки большинства валков подвергается нарезке рифлей для эффективного измельчения пищевых продуктов;

размеры бочек наиболее распространенных мелющих валков составляют по диаметру 0,25...0,30 м, а по длине 0,6... 1,25 м.

Учитывая общность основных технических характеристик, используемых для большинства применяемых пищевых валков, целесообразно объединить их с точки зрения технологического исполнения в единую группу сменных изделий, используемых в пищевом машиностроении.

Годовая потребность мелющих валков для пищевой промышленности Российской Федерации составляет около 20900 шт. [2, 5, 8] (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Годовая потребность в мелющих валках для пищевой промышленности РФ

Тип валков

Диаметр и

длина бочки, м

Годовая потребность

масса

количество

T

%

шт.

%

Мукомольные (для крупных предприятий)

0,25x1,0

5000

70,0

15000

72,0

Мукомольные (для мини-производств)

0,25x0,30

1000

13,7

4000

19,0

Шоколадные (размол какао-бобов)

0,4x1,2

300

4,0

400

1,8

Пивоваренные (размол солода)

0,4x1,0

800

11,0

1000

4,8

Кофейные (размол зерен кофе)

0,25x0,30

100

1,3

500

2,4

Всего:

7200

100

20900

100

Анализ табличных данных свидетельствует о том, что около 84% по массе и 90,0% по количеству мелющих валков в пищевой промышленности составляют мукомольные валки для крупных и мелких предприятий.

Учитывая однотипность технических характеристик мелющих валков, применяемых в пищевом машиностроении, целесообразно в дальнейшем рассматривать особенности их использования и технологические приемы изготовления на примере наиболее распространенных валков, применяемых в мукомольной отрасли.

1.1.2 Условия эксплуатации и технические характеристики

мелющих валков

Размол зерна пшеницы и ржи осуществляются на мельницах отечественного производства: А1-БЗН, ЗМ2 и БВ2 [9, 10, 11]. На мельницах типа А1-БЗН используются валки с внутренней полостью в бочке.

В количественном отношении такие мельницы составляют 60...65%, остальная доля 35...40% приходится на мельницы типа ЗМ2 и БВ2, в которых применяются валки с бочкой сплошного сечения массой в 1,5 раза превышающей массу валков мельниц типа А1-БЗН.

Наряду с этим используются мельницы зарубежного производства.

Принципиальной разницы в процессе размола зерна между ними нет. В мельницах зарубежного производства применяются в основном валки с полой бочкой[12, 14, 17].

Размольное отделение современного мукомольного завода производительностью 500 т/сутки обычно разделено на две секции, в каждой из которых установлено по 16 валковых мельниц вместе с другим специальным оборудованием [3,19].

На рисунке 1.2 представлена конструктивная схема мельницы для размола зерна типа А1-БЗН [1]. Мельница разделена сплошной перегородкой на две половины (секции), каждая из которых работает самостоятельно.

1 - станина, 2 - бункер, 3 - щетки, 4 - механизм питания, 5 - приемная труба, 6 - питающие валики, 7 - быстро вращающийся валок, 8 - ножи для очистки, 9 - медленно вращающийся валок

Рисунок 1.2 - Мельница типа А1-БЗН для размола зерна

Как видно из приведенной схемы, мельница состоит из следующих основных узлов: 1 - станина, 2 - бункер, 3 - щетки, 4 -- механизм питания, 5 - приемная труба, 6 - питающий валик, 7 - быстро вращающийся валок, 8 -- ножи для очистки, 9 - медленно вращающийся валок.

Мукомольные валки в количестве 4 штук установлены парами в двух секциях мельницы и работают автономно. При этом линия, соединяющая их оси вращения, образует угол 30° с горизонталью.

Уменьшение этого угла способствует улучшению питания валков зерном, а также повышению коэффициента заполнения площади измельчения.

Зерно пшеницы или ржи по приемной трубе - 5 поступает на питающие валики -- 6, посредством которых равномерно распределяется по всей длине расположенных ниже мелющих валков 7 и 9. Регулировка величины рабочего зазора между мелющими валками осуществляется путем перемещения нижнего валка, закрепленного в подвижных буксах.

Верхний валок вращается с более высокой скоростью, чем нижний, что обеспечивает интенсивное измельчение продуктов.

Отличительной особенностью мельниц подобного типа является использование полых по конструкции бочек валков. При этом внутренняя полость бочки быстро вращающегося валка охлаждается водой, что оказывает положительное влияние на свойства измельчаемой продукции.

Мельницы типа ЗМ2 и БВ2 по своей технологической схеме мало отличаются от соответствующих характеристик мельниц типа А1-БЗН.

Мелющий валок для мельниц А1-БЗН имеет следующие характеристики: внешний диаметр бочки валка - 1 составляет 0,25 м, длина бочки составляет 1 м, масса 2646 Н, диаметр внутренней полости бочки - 0,158 м /3/ (рис. 1.4).

По торцам бочки запрессованы цапфы - 2, диаметр запрессованной части 0,16 м, шейка цапфы имеет три части: переходную цилиндрическую диаметром 0,1 м, опорную, состоящую из цилиндрической и конической частей (0,075...0,080 м), и концевую цилиндрическую 0,065 м. На конусной части - 3 цапфы установлены подшипники - 4, а концевая цилиндрическая служит для насадки приводного шкива или шестерни - 5 межвалыдовой передачи (13 -малая шестерня).

Мелющий валок охлаждается водой, которая поступает через трубку - 6 и заполняет внутреннюю полость.

При нормальной работе системы охлаждения температура быстро вращающегося валка не должна превышать 60°С. По данным испытаний температура поверхности валка не превышает 36°С, а самого продукта после измельчения не более 25°С /3/.

Мелющие валки со сплошным сечением бочки, предназначенные для мельниц ЗМ2 и БВ2, имеют размеры по внешнему диаметру 0,25 м и по длине 1, 0,8 и 0,6 м, соответственно массой 3822, 3116и2411Н.

1 - корпус, 2 - цапфа, 3 - конус цапфы, 4 - подшипник, 5 - шестерня, 6 - труба, 7 - полость для балансировки, 8 - корпус подшипника, 9 - втулка, 10 - камера, 11, 12 - крышки подшипника, 13 - малая шестерня

Рисунок 1.3 - Мелющий валок А1-БЗН с системой охлаждения

Анализ технических характеристик мелющих валков с полой и сплошной бочками позволяет сделать вывод о предпочтительном использовании валков с полой бочкой по следующим причинам:

уменьшается на 50% расход металла на изготовление заготовок валков и снижается масса готовых валков на 33% по сравнению с массой полого валка;

снижается тепловое расширение при нагревании валков в результате охлаждения водой внутренней полости бочки и стабилизируется размер зазора, т.е. повышается качество размола;

уменьшается расход электроэнергии при эксплуатации;

увеличивается контактная поверхность полости бочки с запрессованной частью цапфы и в связи с этим снижаются радиальные внутренние напряжения примерно на 40%, а также усилия при запрессовке цапф примерно в 3 раза [1];

улучшаются качественные показатели измельченной продукции в результате охлаждения внутренней полости бочки. Представленные преимущества использования мелющих валков с полой бочкой позволяют ставить вопрос о необходимости изменения конструкции валков для мельниц типа ЗМ2 и БВ2 со сплошной на полую бочку.

Однако традиционный способ их изготовления методом стационарного литья сдерживает такой прогрессивный путь наиболее эффективного изготовления валков, т.к. сопряжен со значительными трудностями технологического исполнения.

В то же время, несмотря на открывающиеся возможности при использовании центробежного метода для получения валков с полой бочкой, в настоящее время отсутствуют разработанные рекомендации по его использованию для реализации этой важной для мукомольной отрасли задачи.

Делись добром ;)