2.3 Вибір технологічного обладнання

Машинобудівними підприємствами випускаються різноманітні моделі екструдерів. В виробництві з переробки пластмас використовуються слідуючі типи екструдерів: 1) одночерв`ячні преси; 2) двочерв`ячні преси; 3) дискові екструдери; 4) комбіновані екструдери каскадного типу; 5) черв`ячні осцилюючі змішувачі, використовуються при пластикації композиційних матеріалів ( головним чином на основі пластифікованого ПВХ ).

Одночерв’ячні преси. Ці машини отримали найбільше розповсюдження. В залежності від розташування циліндра вони бувають горизонтальними та вертикальними. Одночерв`ячний прес з горизонтальним розташуванням циліндра схематично зображений на рисунку 2.8.

Рисунок 2.8 - Одночерв`ячний прес з горизонтальним розміщенням циліндра: 1- електродвигун; 2-гільза; 3- електронагрівач; 4- циліндр; 5- черв`як; 6-завантажувальна воронка; 7-вузол упорного підшипника; 8-редуктор.

Ц иліндр преса 4 кріпиться до вузла підшипника. Зовнішня частина циліндра виготовленна із товстостінної званої труби, в яку запресована зносостійка гільза 2 з азотованої сталі. Обігрів циліндра відбувається за рахунок електронагрівачів 3, формуючих декілька теплових зон. Завантажувальна частина циліндра ізольована від першої зони нагріву оболонкою для запобігання передчасного плавління та зависання термопласту під час роботи пресу та для захисту упорного підшипника редуктора від нагріву.

Електродвигун 1 через еластичну муфту приводить у обертання зубчасті пари редуктора 8 та черв`як 5. Регулювання частоти обертання черв`яка відбувається за допомогою змінних шестерней редуктора або безступінчато-тиристорним електроприводом. На вихідному валу редуктора змонтований вузол упорного підшипника, сприймаючий вісьові зусилля, виникаючі при екструзії розплаву. Для завантаження до екструдера термопласту використовують завантажувальну воронку 6 з наглядовим вікном для спостереження за рівнем матеріалу. На зовнішній поверхні циліндра розташовані трубчасті змійовики для охолоджуючої води. Системи обігріву та охолодження черв`ячних пресів призначені для автоматичного регулювання та підтримання теплового режиму по зонам.

Двочерв`ячні преси. В циліндрі таких машин паралельно розташовані два черв`яка. По характеру розташування та напрямку обертання черв`яків розрізняють двочерв`ячні машини з зачеплюючимися черв`яками; з однаковим або зустрічним та незачеплюючимися черв`яками; з однаковім або зустрічним напрямком обертання черв`яків.

Дискові екструдери- це вид екструдера, де основний робочий елемент - диск - обертається в масивному корпусі, в якому є завантажувальний отвір, розташований тангенціально до кола диска.

Полімерний матеріал захоплюється таким, що обертається з частотою до 45 c - 1 мірі диском і захоплюється в кільцевий конічний проміжок. Під дією сили тертя матеріалу у поверхні диска і корпусу відбувається його швидкий нагрів і розплавлення. Розплав випробовує як пластичну, так і вязкоэластическую деформації. Остання викликана розпрямленням макромолскулярных ланцюгів і тому є оборотною. Результуюча мікрозусиль в розпрямлених макромолекулах діє по радіусу до центру обертання диска(ефект Вейсен-берга). В результаті розплав зазнає тиску, що зміщує його до центру обертання і видавлює його через отвір, що формує. На вихідному вузлі дискового встановлюють кільцевий.

Основою теоретичного аналізу роботі черв`ячного екструдера є встановлення закономірностей руху полімеру в циліндрі під впливом обертаючого ся черв`яка. На малюнку 2.9 зображений черв`як загального призначення з трьома зонами: завантаження, стиску та дозування.

Рисунок 2.9 - Черв`як загального призначення: h<sub>3</sub> – глибина нарізки у зоні завантаження та дозування відповідно; t – крок; φ – кут під`йому гвинтової лінії нарізки; e – ширина гребення нарізки.

Зона завантаження – це ділянка черв`яка від завантажувального отвору до місця появлення розплаву на поверхні циліндра або черв`яка.

Зона стиску – наступна за зоною завантаження ділянка черв`яка. Розм`якшені та частково розплавлені гранули термопласту із ділянки завантаження потрапляють в ділянку стиску або плавлення. За рахунок тепла нагрівачів циліндра і тепла внутрішнього тертя матеріал остаточно переходить у в`язкотекучій стан.

Зона дозування – остання ділянка черв`яка перед головкою. Ця ділянка

має постійну, але не меншу ніж в зоні загрузки, глибину каналу. За рахунок

розвиваємих у зоні дозування великих зрухових деформацій відбувається остаточна пластикація та гомогенізація розплаву та утворюється однорідний за структурою, температурою та в`язкістю розплав. В цій зоні відбувається вирівнювання швидкості течії розплаву. Зона дозування працює як насос із постійними об`ємними витратами та визначає фактичну виробничість машини.

До основних технологічних параметрів екструзії відносяться: температура розплаву в циліндрі та головці; тиск розплаву в головці; частота обертання черв`яка. Вибір оптимального режиму переробки залежить від багатьох факторів: виду термопласту, його молекулярної маси, складу композиційного матеріалу, від виду, розмірів та конфігурації виробу, від типу використовує мого обладнання.

Гранулювання – це процес перетворення полімерного матеріалу в сипучій зернистий продукт, які складаються з однорідних за розміром частинок – гранул. Використання гранульованих пластмас дозволяє забезпечувати рівномірне завантаження литтєвих та екструзійних машин та збільшити виробничість основного обладнання. Гранули можуть мати форму циліндра, кулі, прямокутної пластинки, або зерна печериці. В одній партії форма гранул і їх розміри повинні бути однаковими. Розміри гранул впливають на насипну густину полімеру і задаються при гранулюванні в залежності від методу переробки полімеру.

Найчастіше використовуються методи отримання гранул з використанням черв`ячних та дискових екструдерів. Конструкції грануляторів розрізняються за способом різки та охолодження гранул; при цьому використовуються: різка гранул на решітці з повітряним охолодженням; різка гранул на решітці з водяним охолодженням; різка охолоджених прутків.

Н а рисунку 2.10 представлена схема гранулюючої голівки з повітряним охолодженням.

Рисунок 2.10 - Схема гранулюючої голівки з повітряним охолодженням

гранул: 1- циліндр; 2- черв`як; 3- ніж; 4- решітка; 5- кожух.

Розплав з циліндра 1 екструдера продавлюється через отвори решітки 4 у вигляді жгутів, котрі розрізаються обертаючимся ножем 3. Зрізані частини екструдата підхоплюються потоком стиснутого повітря і транспортується за допомогою пневмотранспорту в бункер. Охолодження гранул при цьому відбувається повітрям за час руху їх від гранулятора до бункера. Якість гранулята в значному ступені залежить від конструкції решітки. Гранулюючий ніж повинен переміщуватися по торцю решітки без значного зазору. Гранулятори такого типу використовуються в виробництві пластикатів, етролів, поліефірів, та інших полімерів.

В гранулюючій голівці з водяним охолодженням зрізані на решітці гранули відводяться водою. Обезводжування гранул відбувається на центрифугах, циклонах та на віброситах.

Гранулятори, працюючі по принципу різки охолоджених прутків, широко використовуються для гранулювання поліамідів, полістиролу, АВС-пластиків, поліетиленфталата. До основних технологічних параметрів процесу гранулювання відносяться: виробничість екструдера, температура та тиск розплаву на вході у філь`єру, температура розплаву на виході з філь`єри,

ч астота обертання гранулюючого ножа, температура води у ванні та швидкість відводу прутків в агрегатах, гранулюючих охолодженні прутки.

Приблизна рецептура приведена у вагових частинах на будь який об`єм пластикату або його вагу.

Лінії для накладення ізоляції

В процесі виробництва кабелів і дротів з пластмасовою і гумовою ізоляцією широке поширення отримали екструдери (черв'ячні преси), які дозволяють здійснювати безперервний процес накладення ізоляції або оболонки і випускати кабельну продукцію практично необмеженої довжини. Процес такого безперервного виробництва ізоляції або оболонки називають екструзією або витискуванням, а самі преси- екструдерами.

Закачка ПВХ до бункерів відбувається за допомогою пневматичної системи транспортування. Також на виробництві використовуються вакуумні системи транспортування але вони використовуються нечасто тому що закачка сипучих матеріалів за її допомогою є більш повільною

Найширше шляхом екструзії переробляються такі термопластичні високомолекулярні з'єднання, як поліетилен, поліпропілен, поліаміди, полівінілхлоридні пластикати, деякі види фторопластов, а також різні гумові суміші.

Однією з основних переваг переробки полімерів в екструдерах є безперервність процесу, а це у свою чергу відкриває широкі можливості для поєднання процесу ізолювання(чи накладення оболонки) з іншими операціями при виготовленні кабелів і дротів(наприклад, волочінням і відпалом струмопровідної жили, контролем ізольованої жили, скручуванням ізольованих жил в групи або кабель і т. п.). Крім того, безперервний процес виробництва кабелів і дротів відкриває широкі можливості для автоматизації виробничих процесів, що сприяє ефективнішому і якіснішому їх здійсненню.

С учасний агрегат для накладення ізоляції і оболонок з пластмас складається з екструдера, що віддає, тягового і приймального пристроїв, охолоджувальної ванни, контрольної і пускорегулирующей апаратури (рисунок 2.11).

Рисунок. 2.11 - Схема екструзійного агрегату для накладення ізоляції та оболонок із пластмас

  1, 8, 9, 11– отдающее, сушильне, тягове и приймальний пристрій; 2– компенсатори, 8, 4– пристрій для вирівнювання дроту і підігріва жил: 5– екструдер, 6 – вимірювач діаметру ізольованої жили безконтактного типу: 7–охолоджувальна ванна, 10 –  ЗАСИ.

Стадії процесу

1 Прийом, транспортування, розтарювання і зберігання сировини;

2 Вхідний контроль сировини;

3 Приготування суспензії стабілізаторів і пластифікаторів;

4 Подача гранульованого полімеру в бункер екструдера;

5 Пластикація і отримання розплаву полімеру;

6 Обволочення розплавом полімеру проволоки з міді;

7 Охолодження кабелю;

8 Вимірювання діаметру кабельної оболонки;

9 Вимірювання кабельної оболонки на цілісність;

10 Намотка на барабан;

11 Пакування та транспортування до складу;

12 Збір, транспортування та переробка відходів.

.

2.4 Опис технологічного процесу

Сировина, ПВХ пластикат на підприємство надходить в м’яких полімерних контейнерах у залізничних вагонах (поз. 1). На території підприємства проходить митний і вхідний контроль, після чого відбувається розвантаження. Розвантажені м`які контейнера (поз.3) відбувається автокраном (поз. 2), до пересувної підвісної кран-балки (поз. 4), яка транспортує сировину до розтарочного пристрою (поз. 5). Кожну партію сировини доцільно складати окремо. Допускається витримка сировини перед пуском в переробку менше 12 годин, якщо температура матеріалу не нижче температури виробничого приміщення сировину перед переробкою піддають на сушці (підігрівання).

Гранульований первинний і вторинний ПВХ пластикат до цеху надходить за допомогою пневмотранспорту і зберігається в силосах (поз. 6,7), яки проектуються з розрахунку 8 – 10 діб добового запасу до подальшого його використання.

Певна кількість первинного і вторинного ПВХ пластикату за допомогою пневмотранспорту надходить до вагового дозатору. При необхідності додають стабілізатори, барвники та інші добавки (0,2-1,5%) через ваговий дозатор що розташований над змішувачем (поз. 8). Композиція суміші ретельно перемішується в змішувачі ЦЛ – 400 ВРК. Кабельний пластикат подається до пересувної ємкості (поз. 9/1-6) з якої за допомогою вакууму завантажується до бункеру екструзійного агрегату PS A1 (поз. 13/1-6) проходить пристрій для виявлення металевих часток, щоб виключити можливість виникнення дефектів виробів та неполадки обладнання і розвантажується до бункеру для підсушки та підігріву гранул На бункері контролюється час завантаження та доза матеріалу.

Технологічні лінія для нанесення ізоляції PS A1 складається з раскаточного пристрою SVE 800 DM (поз. 10/1-6), на якому встановлюється бабина з мідною жилою. Раскаточні пристрої можуть бути

я к осьового, так і пінольного типу, причому пінольні півосі можуть переміщатися у вертикальному і горизонтальному напрямках, що необхідно для установки барабан різних габаритів. Максимальний діаметр барабана - 2600 мм, максимальна ширина барабана - 1900 мм, максимальна маса барабана з кабелем - 10000 кг. Крім того, широко використовуються разкаточні пристрої безінерційного типу. 

 Гальмівне пристосування разкаточного пристрої служить для постійного натягу жили і запобігання розкручування барабана або котушки з дротом при зупинці агрегату або зменшенні швидкості екструзії. На відрегульованому гальмівному пристосуванні натяг мідного дроту не повинно перевищувати 30 - 40, алюмінієвої, 10 - 20 МПа; для скрученої жили натяг повинне бути на 10 - 20% менше. Надмірне затягування гальмівного пристрою призводить до витяжки дроту.

Далі металева жила, що змотується з бобіни надходить до випрямляючого пристрою (поз 11/1-6), що усуває нерівність жили, та прямує до пристрою для попереднього підігрівання мідної жили (поз 12/1-6),  де жила підігрівається до температури 90-100 ⁰С. Пристрій для підігріву жили має контактні ролики, через які підводиться струм до ділянки рухомої жили, огинаючи ці ролики. Попередній підігрів жили забезпечує кращу адгезію ізоляції до жили і дозволяє підняти швидкість ізолювання завдяки тому, що виключається неприпустиме охолодження розплаву полімеру в головці екструдера при вході в головку неізольованої жили.

У кабельній промисловості використовуються одночерв'ячні екструдери, які в залежності від взаємного положення центральних осей черв'яка і струмопровідної жили або заготовки, що проходить через головку, можуть бути розділені на екструдери з прямокутною головкою, з косокутною головкою, прямоточні. Найбільш широко застосовуються прямокутні головки, які зручні в експлуатації, легко виконуються відкидними, що полегшує зміну формуючого інструмента, фільтруючих сіток і грат, чищення.

З бункера композиція самопливом потрапляє в завантажувальну зону екструдера захвачується черв’яком і транспортується до циліндру екструдера. В процесі транспортування матеріал ущільнюється, розплавляється та гомогенізується. Екструдери обладнанні системою вакуумної дегазації, за допомогою якої гази які утворилися в процесі переробки виділяються із матеріалу, що сприяє покращенню якості продукції. Потрапляючи з циліндра в кабельну головку(поз. 14/1-6) і проходячи через кільцевий зазор між дорном і матрицею, полімер формується в циліндричний шар ізоляції або оболонки.   Стінки черв'яка і циліндра, канали головки, різні деталі, зустрічаються на шляху потоку (фільтруючі сітки, решітки, вирівнювачі напрямку потоку) чинять опір течією розплаву. Це веде до збільшення тиску всередині екструдера, яке стає максимальним приблизно в кінці дозуючої зони перед голівкою. Таким чином, між кінцем циліндра (максимальний тиск) і початком циліндра (атмосферний тиск) існує різниця тиску, що перевищують у кілька десятків разів атмосферний.  За рахунок тиску матеріал стискається і виходить монолітна маса без повітряних включень.

Розплавлений матеріал видавлюється крізь щілину кабельної голівки, що утворюється матрицею і дорном. Розм'якшений пластикат видавлюється через кільцевий зазор. Так формується оболонка, яка накладається на мідну жилу. Найбільше застосування в кабельній промисловості отримала головка прямокутної конструкції, легко доступна для чищення, заправки та контролю температур, що має невеликий розмір і масу в порівнянні з косокутній і малий вільний обсяг усередині головки. Інструмент екструдера (дорн і матриця) утворює кільцевий отвір, розміри і форма якого визначають основні параметри накладається оболонки, і суттєво впливає на роботу екструдера. Від конструкції і взаємного розташування інструменту залежать щільність накладення матеріалу на жилу або кабель та якість.

Процеси накладення ізоляції і оболонки на екструдерах вельми схожі,

проте мають і відмінності.

Н асамперед розрізняють формуючий інструмент(дорн і матрицю) при ізолювання і ошланговувані.   При накладенні ізоляції звичайно потрібно її щільне прилягання до струмопровідної жили, що забезпечує відсутність повітряних включень у поверхні жили. Це можна досягти взаємним розташуванням між дорном і матрицею. Чим більше відстані між дорном і початком циліндричної частини матриці, тим більшим обтисненням накладається ізоляція. Однак збільшується тиск при цьому може призвести до порушення ексценрісітетаі обриву жили. Кут між конусними поверхнями дорна і матриці становить 1-3°.  При накладенні оболонки звичайно потрібно її накладення у вигляді трубки, вільно розташовується поверх виробів. Тут уже навпаки, чим більше відстань між дорном і матрицею, тим менше обтиснення оболонки.

       Випресовування оболонки.

Дорн являє собою порожнистий циліндр, що переходить у конус. Внутрішній діаметр дорна Dд завжди більше діаметра жили, щоб через нього могли проходити місця пайок або зварювання жил, а при накладенні оболонок - місця зв'язувань жил. Рекомендується внутрішній діаметр робочої частини дорна при накладенні ізоляції на жилу брати на 0,1 - 0,2 мм більше фактичного діаметра жили, а при накладенні оболонки - на 0,5 - 1,5 мм більше діаметра заготовки. Для забезпечення тривалої роботи дорна на його вихідну частину наварюють наконечник з твердого сплаву. Для регулювання взаємного розташування дорна і матриці дорн можна переміщати в головці екструдера в поздовжньому напрямку за допомогою різьби на дорнодержачі, а матрицю, за допомогою спеціального кільця або гвинтів в площині, перпендикулярно осі дорна. Завдяки цьому переміщенню можлива центровка матриці щодо дорна, отримання равностенного коаксіального покриття для круглих заготовок кабелю.

За головкою екструдера розташовується охолоджуюча ванна JR 50 (поз. 15/1-6), в яку потрапляють жили майбутнього кабелю після нанесення на них ізоляції. Ця ванна, наповнюється водопровідною водою, має значну довжину, з авдяки чому ізольована жила при стандартній швидкості нанесення ізоляції встигає охолонути до 60-70 °С. Довжина охолоджуючої ванни-20 м. Зниження температури до вказаних значень перед виконанням наступних технологічних етапів необхідно для запобігання деформації ізоляційної оболонки. Дальше кабель проходить через систему сушки AC 50.

Після цього кабель проходить пристосування для виміру діаметру (поз 16/1-6). Контроль діаметра в гарячому і холодному стані дозволяє максимально точно дотримуватися потрібну товщину ізоляції по всій довжині ізольованої жили. Вимірювач діаметра кабелю LG 1075 - 1-75 мм. Метод вимірювання-лазерний. Вимірювач діаметра кабелю використовується при накладенні ізоляції на одножильні кабелі.

Дальше кабель проходить камери для контролю сплошної ізоляції (поз 17/1-6); , пристрій випробування на пробій. Прилад «ЗАСИ» або «ИАСИ» для контролю на прохід герметичності ізоляції жил одножильних кабелів з пластмасовою ізоляцією, захисного пластмасового шланга, накладеного поверх металевої оболонки, поверх броні або під броню, а також розподілу пластмасового шару, накладеного поверх мідного екрану в одножильних кабелях на напругу 3 кВ. Пробій ізоляції вказується світловим сигналом.

Маркеруючий пристрій та. Пристрій передбачено для нанесення опуклого маркування на ще не затверділу оболонку кабелю, безпосередньо при виході його з екструзійної головки. На оболонку кабелю наноситься таке маркування: рік виготовлення кабелю, завод-виробник. При накладенні оболонки або захисного шланга з ПВХ пластикату, що не поширює горіння повинна бути нанесена додаткова манкіровка з індексом «нг».

Наприклад, кабель марки МНС - це кабель маслонаповнений, низького тиску, в свинцевій оболонці з зміцнюючих і захисним покривом або кабель марки МВДТ - маслонаповнений кабель високого тиску в сталевому трубопроводі.

В – оболонка з ПВХ пластикату наприклад: АПвВ 3´150/25-10

Внг – оболонка з ПВХ пластикату пониженої грючисті наприклад: АПвВнг

Тягнучий барабаний пристрій TR 1200 C (поз 19/1-6) лічильник метражу. Зусилля тяги, не більше-16 кН. Тяговий пристрій забезпечує поступальний рух вироби в машині із заданою постійною швидкістю. При скрутці жили з окремих дротів в основному застосовують колісні та гусеничні тягові пристрої. Ширина обода тягового колеса 20 - 40 мм з конусністю 2 - 4 °. Діаметр тягового колеса тим більше, чим більше діаметр виробу, і становить 0,25-3,5 м. Для зближення або розведення гусениць в залежності від діаметру пропускається через них вироби гусеничні тягові пристрої забезпечені ручним, пневматичним або гідравлічним механізмами. У лініях екструдерів для накладення ізоляції застосовують приймальний пристрій безперервної дії у вигляді здвоєного приймача або контейнерів

Приймальний пристрій AV 800 (поз 21/1-6) (інакше, приймач) призначено для установки приймальні тари (обертових барабанів або котушок, нерухомих контейнерів або бухт) і правильної укладки на (в) приймальну тару виготовленого виробу. Приймальний пристрій портального типу складається з двох приймачів, які пересуваються по рейкам. Пінолі, розташовані на каретці, можуть переміщатися у вертикальному і горизонтальному напрямку. Розкладка кабелю проводиться шляхом переміщення каретки в бічному напрямку за допомогою електроприводу постійного струму. Приймальні пристрої можуть бути вбудованими в станину машини (агрегату) або встановлюватися автономно. Приймальні пристрої здійснюють прийом виготовленого виробу на барабан (котушку), а також в контейнер або в бухту.

Приймальний пристрій при великих швидкостях не може працювати без компенсатора (накопичувача) (поз 20/1-6), призначеного для синхронізації роботи тягового і приймального пристроїв. Компенсатор складається з двох нерухомих і двох рухомих блоків-роликів. Блок рухливих роликів укріплений на осі, з'єднаної з електричним регулятором частоти обертання барабана. Провід, що виходить з тягового пристрою, обвиває кілька разів рухомі і нерухомі ролики. У міру заповнення барабана швидкість прийому дрота збільшується, рухливі ролики починають підніматися внаслідок скорочення запасу дроти між тягової шайбою, частота обертання якої постійна, і приймачем. При цьому положення регулятора змінюється так, що частота обертання двигуна приймача зменшується.Велике значення має робота компенсатора при перекладі дроти з повного приймального барабана на порожній. У цьому випадку швидкість прийому дроту зменшується пропорційно зменшенню діаметра порожнього барабана, на який він приймається. Вивільнений при цьому кабель збирається на компенсаторі.

М еханізм розкладки. Д ля забезпечення постійної швидкості в міру наповнення барабана або котушки, в приводі приймального пристрою передбачена механічна або електромагнітна муфта ковзання. Для пошарової рівномірної укладання вироби на приймальний барабан використовують механізм розкладки, що складається з привода та розкладчика. Укладання вироби відбувається в результаті зсуву розкладчика уздовж осі приймальні котушки за один її оборот, рівний діаметру прийнятого вироби. Тому в міру зменшення числа обертів приймальні котушки відповідно повинна зменшуватися і швидкість переміщення розкладчика. Для цього привід механізму розкладки повинен здійснюватися від приводу приймальні котушки. Межі переміщення розкладчика повинні відповідати відстані між щоками котушки.

Технологічні відходи, які утворюються на виробництві (браковані, некондиційні кабелі, маломірні відрізки) сортуються по маркам та типам ПВХ пластикату і накопичуються для подальшої переробки на дільниці вторинної переробки ПВХ пластикату. При необхідності зняття ПВХ оболоки з кабелю відбувається на станокі для оброблення електричного кабелю МiniStrip 0010. За технологією з відходів отримують крихту на дробарці типу SM 152 (поз. 22), а потім отримують гранульовану сировину на лінії типу SRJ – 65 (поз. 24-26), Отримана гранульована сировина надходить до основного виробництва і додається до первинного ПВХ пластикату у визначених кількостях в залежності від рецептури та норм виробництва.

Г оловний привід і система синхронізації режимів роботи SU L, призначені для пуску лінії і автоматичної підтримки лінійної швидкості й числа обертів шнека в установленому режимі; Пульт та шафа управління для розміщення апаратів управління та індикації