Технология кирпича

Исследование по оптимизации конструкции и повышению производительности вакуумных экструдеров
На основе инженерной практики модернизации конструкции двухступенчатых вакуумных экструдеров

В линии по производству кирпича из глины вакуумный экструдер является основным формовочным оборудованием, определяющим качество сырца и эффективность производства. В связи с растущими требованиями кирпичной промышленности к качеству продукции, объему выпуска и надежности оборудования, структурная оптимизация и технологическая модернизация вакуумных экструдеров становятся особенно важными.
Путем исследования и анализа различных моделей вакуумных экструдеров, разработанных как в стране, так и за рубежом, а также объединения передового технического опыта разных производственных предприятий, проводится систематическая оптимизация конструкции ключевых узлов при сохранении производительности оборудования. Выбор технологически зрелых и экономически обоснованных комплектующих позволяет повысить функциональность оборудования при одновременном снижении производственных затрат, тем самым достигая комплексного улучшения как производительности, так и экономичности оборудования.

I. Оптимизация конструкции ключевых узлов

1.1 Оптимизация конструкции вала шнека (главного вала)
Вал шнека является основным передаточным элементом вакуумного экструдера. Его главная функция – передача мощности и продвижение глиняной массы вперед, при этом он одновременно подвергается значительному крутящему моменту и осевому давлению. Поэтому конструкция вала шнека напрямую влияет на общую стабильность и надежность машины.
В исходной конструкции вакуумного экструдера диаметр вала шнека в местах установки подшипников составлял 170 мм, и он опирался на три подшипника (включая один упорный подшипник). Однако в процессе эксплуатации данная конструкция выявила следующие проблемы:
• Относительно малое межосевое расстояние между передним и задним подшипниками
• Относительно длинная консольная часть вала шнека
• Значительный прогиб вала во время работы
Такая конструкция приводила к заметному биению головки экструдера во время работы (явление, известное как "качание головы"). Чрезмерное или продолжительное биение не только влияет на стабильность работы оборудования, но также может привести к повреждению компонентов и даже к остановке производства.

Согласно теоретическому механическому анализу:
Обозначим расстояние от центра переднего подшипника вала шнека до переднего конца шнека как L₁
Обозначим межосевое расстояние между передним и задним подшипниками как L₂
При выполнении следующего условия:
L₂ / L₁ ≥ 0,7
вал шнека может сохранять хорошую эксплуатационную стабильность.
В исходной конструкции оборудования:
L₂ / L₁ = 1040 / 1950 = 0,533
Это значение значительно ниже рационального проектного диапазона, что указывает на конструктивный недостаток.

1.2 Схема модернизации конструкции
В процессе оптимизации конструкции была изменена ключевая передающая структура для достижения более рациональной конфигурации вала шнека.
Основные меры включали:
• Замену исходной радиальной пневматической муфты на осевую пневматическую муфту
• Уменьшение осевых габаритов муфты
• Смещение корпуса подшипника вала шнека назад

Благодаря вышеуказанным оптимизациям:
Межосевое расстояние между передним и задним подшипниками увеличилось примерно на 400 мм.
В новой конструкции:
L₂ / L₁ = (1040 + 400) / 1950 = 0,74
Это соотношение теперь соответствует требованиям стабильной работы, обеспечивая более плавную и надежную работу вала шнека.
Благодаря повышению жесткости конструкции диаметр вала шнека также может быть соответствующим образом оптимизирован:
Исходный максимальный диаметр вала: 185 мм
Оптимизированный диаметр в месте установки подшипников: 150 мм
Максимальный диаметр вала: 160 мм
После оптимизации конструкции:
• Вес вала значительно снижен
• Механическая конструкция стала более рациональной
• Снижена сложность изготовления

Одновременно были уменьшены размеры подшипников и связанных с ними компонентов, что сделало всю систему вала шнека более компактной.

II. Оптимизация системы пневматической муфты
В исходной конструкции оборудования в качестве устройства соединения мощности использовалась радиальная пневматическая муфта. Данная конструкция имела следующие недостатки:
• Сложная структура
• Большая занимаемая площадь
• Высокие требования к монтажу и наладке
• Строгие требования к точности центровки оборудования

Радиальная пневматическая муфта требовала точной центровки с редуктором через муфту и нуждалась в дополнительных опорных конструкциях, что усложняло монтаж и обслуживание.
В процессе оптимизации все радиальные муфты были заменены на осевые пневматические муфты, устанавливаемые непосредственно на быстроходный вал редуктора.
Эта конструкция имеет следующие преимущества:
• Более компактная структура
• Легче обеспечить точность монтажа
• Более удобное обслуживание и наладка
• Значительно снижен вес оборудования
• Меньше требований к системе сжатого воздуха
Благодаря этому усовершенствованию не только повысилась эксплуатационная надежность оборудования, но и вся передающая структура стала проще.

III. Повышение производственной мощности оборудования
Исходный двухступенчатый вакуумный экструдер в процессе эксплуатации характеризовался относительно низкой производительностью. Технический анализ выявил основные причины:
• Недостаточная подающая способность верхней ступени
• Чрезмерная степень сжатия в конической полости
• Относительно низкая скорость транспортировки в верхней ступени

Степень сжатия конической полости исходного оборудования:
λ = 2,6
Это значение близко к верхнему пределу допустимого проектного диапазона.
Типичный рациональный диапазон составляет:
λ = 2,0 – 2,6
Чрезмерно большой конус снижает скорость транспортировки глиняной массы, уменьшая количество материала, поступающего в вакуумную камеру за единицу времени, что ограничивает общую производительность машины.
В оптимизированной конструкции, путем изменения размеров внутренней и наружной конических втулок, степень сжатия была оптимизирована до:
λ = 2,3
Кроме того, благодаря замене на осевую муфту, скорость вращения верхней ступени была соответствующим образом увеличена, что значительно повысило способность транспортировки глины.
После оптимизации:
Количество глиняной массы, поступающей в вакуумную камеру за единицу времени, увеличилось примерно на 22%.
Производственная мощность новой двухступенчатой вакуумной установки увеличилась примерно на 25% по сравнению с исходной моделью.

IV. Облегчение конструкции и оптимизация производства
В ходе общей оптимизации оборудования был проведен системный ряд улучшений нескольких конструктивных узлов для повышения эффективности производства и рациональности конструкции.

4.1 Оптимизация веса конструкции
При обеспечении прочности и производительности оборудования была проведена оптимизация конструкции следующих ключевых узлов:
• Загрузочный бункер
• Вакуумная камера
• Корпусные конструкции
Благодаря оптимизации литейных форм и механической обработки общий вес оборудования был значительно снижен, при этом повысилась эффективность обработки.

4.2 Стандартизация конструкции компонентов
В исходной конструкции оборудования некоторые вспомогательные компоненты, такие как:
• Фильтры
• Направляющие для электродвигателя
• Системы освещения
• Смотровые люки вакуумной камеры
• Имели разную конструкцию для разных моделей оборудования.

В процессе оптимизации, благодаря внедрению стандартизации компонентов, были достигнуты следующие цели:
• Использование унифицированных деталей для разных моделей оборудования
• Внесение только соответствующих корректировок размеров
• Создание системы внутренних стандартных элементов предприятия

Эта мера принесла значительные производственные преимущества:
• Сокращение номенклатуры деталей
• Повышение возможности серийного производства
• Повышение эффективности обработки
• Снижение производственной сложности

V. Результаты оптимизации конструкции
Благодаря системной оптимизации конструкции и технологической модернизации, усовершенствованный двухступенчатый вакуумный экструдер JZK50/50-15 достиг значительных улучшений по нескольким направлениям:

1. Конструкция
• Более компактная структура оборудования
• Более рациональная система передачи
• Повышенная стандартизация компонентов
2. Производительность
• Более стабильная работа вала шнека
• Значительно повышенная производственная мощность
• Повышенная эксплуатационная надежность оборудования
3. Производство
• Оптимизированный вес оборудования
• Повышенная эффективность обработки и изготовления
• Более рациональная общая структура

Таким образом, оптимизация конструкции не только повысила технический уровень оборудования, но и улучшила эффективность производства и надежность оборудования, позволяя вакуумному экструдеру приносить большую пользу в линиях по производству кирпича.