Имитационное моделирование параметров шнека экструдера

Экструдирование кормов обеспечивает высокое качество готового продукта.

(Цель исследования) Повысить долговечность элементов конструкции пресс-экструдера путем оптимизации их прочностных характеристик.

(Материалы и методы) Исследовали технологический принцип экструзии. Применили метод планирования эксперимента. Рассмотрели процесс работы пресс-экструдера со шнеком переменного шага при переработке чечевицы. Прочностные характеристики элементов пресс-экструдера проверяли в ходе проектировочного расчета или расчета на прочность.

(Результаты и обсуждение) Показали роль основных геометрических параметров шнека экструдера – наклона витка и шага нарезки – в приготовлении качественных зерновых кормов. Выявили, что шаг витка следует рассчитывать в зависимости от коэффициента трения исходного материала о корпус пресс-экструдера, вида и свойств подаваемого материала. Определили усталостные напряжения шнека как результат знакопостоянной нагрузки сдвига и температурных воздействий. Рассчитали мощность привода, производительность экструдера для уточнения характеристик шнека, а также гидравлическое сопротивление матричной выходной головки, расстояние технологических зон. Подтвердили, что сборная конструкция шнека, состоящая из участков с разным шагом витка, придает пресс-экструдеру универсальность.

(Выводы) Установили, что шпонка – один из наиболее нагруженных элементов конструкции шнека пресс-экструдера. Рассчитали максимальное расчетное напряжение от постоянной нагрузки – 26,98 мегапаскаля. Определили , что напряжение в поперечном сечении шпонки при температурном воздействии составило 591 мегапаскаль, что превысило предел текучести для выбранного материала, равный 360 мегапаскалям для стали 45. В ходе экспериментальных исследований получили значение ударной вязкости, которое соответствует стандартному показателю выбранной изначально марки стали (38 килоджоулей на кубометр), но не отвечает требованиям, предъявляемым к данному элементу конструкции (не менее 50 килоджоулей на кубометр).

1. Кудрявцева З.А., Ермолаева Е.В. Проектирование производств по переработке пластмасс методом экструзии: учебное пособие к выполнению курсового и дипломного проектов. Владимир: Владимирский государственный университет. 2003. 96 c.

2. Новиков В.В., Коновалов Л.В., Иноземцева Д.В., Беляев В.В. Экспериментальное обоснование рациональных параметров модернизированного экструдера КМЗ-2,0У // Нива Поволжья. 2010. N4. С. 48-51.

3. Chen C., Kuang F., Tor O., Xiong Z., Zhang J. Static Lateral Load Capacity of Extruded Wood-plastic Composite-to-metal Single-bolt Connections, Considering. Failure at the Ends. Bioresources. 2019. Vol. 14. 8987-9000.

4. Фролов В.Ю. Теоретические и экспериментальные аспекты разработки технологий и технических средств, приготовления коцентрированных кормов на основе соевого белка // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2010. 140 с.

5. Souto N., Thuillier S., Andrade-Campos A. Design of an indicator to characterize and classify mechanical tests for sheet metals. International Journal of Mechanical Sciences. 2015. Vol. 101. 252-271.

6. Firestein К.L., von Treifeldt J.E., Kvashnin D.G., Fernando J.F.S., Zhang C., Kvashnin A.G., Podryabinkin E.V., Shapeev A.V., Siriwardena D.P., Sorokin P.B., Golberg D. Young's Modulus and Tensile Strength of Ti3C2 MXene Nanosheets As Revealed by In Situ TEM Probing, AFM Nanomechanical Mapping, and Theoretical Calculations. Nano Letters. 2020. Vol. 20. 5900-5908.

7. Степин П.А. Сопротивление материалов. СПб.: Лань. 2014. 320 с.

8. Припоров И.Е. Обоснование винтовой поверхности шнека переменного шага пресс-экструдера // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. N1(63). C. 67-70.

9. Орсик О.Л. О влиянии конусности направителя на продвижение смеси в пресс-экструдере // Нива Поволжья. 2014. N3(32). С. 73-78.

10. Соколов М.В., Клинков А.С., Ефремов О.В., Беляев П.С., Однолько В.Г. Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин. М.: Машиностроение-1. 2004. 248 с.

11. Тимофеева Д.В., Попов В.П., Антимонов С.В., Зинюхина А.Г. Разработка конструкции шнека типового пресс экструдера // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. N9. С. 220-225.

12. Davaze V., Vallino N., Feld-Payet S., Langrand B., Besson J. Mechanical reliability characterization of low carbon steel brazed joints with copper filler metal. Plastic and fracture behavior of a dual phase steel sheet under quasi-static and dynamic loadings. Engineering Fracture Mechanics. 2020. Article number 107165.

13. Goger А. Modelling of counter rotating twin screw extrusion. A Thesis Submitted to the School of Graduate Studies in Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree Master of Applied Science. Ontario: McMaster University. 2013. 124.

14. Дорохов А.С. Бесконтактный контроль качества запасных частей сельскохозяйственной техники // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2010. N2(41). С. 73-75

15. Семейкин В.А., Дорохов А.С. Методика моделирования оценки эффективности входного контроля качества техники. Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2009. N8-1(39). С.30-33.