Kraftverteilung im Arbeitsspalt von Hochdruck ... - Bauverlag

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unter etwa 1,5° ein. Die Walzen werden mit einem Drehmoment von T = –120 kNm (F spcif = 6000kN/m 2 und D = 1m) in die Gegenrichtung gedreht, wenn der Arbeitsspalt bis zu seiner engsten Stelle entleert wird. Es existieren zwei instabile Bereiche für den Antrieb: • Entleeren des Arbeitsspaltes, beginnend von der Eintragsseite durch zu geringe Beschickung. • Entleeren des Arbeitsspaltes, beginnend von der Austragsseite durch Instabilität der Schülpe. In Bild 14 ist dargestellt, wie das Gesamtdrehmoment (T1 + T2) abnimmt, wenn der Spalt bei Winkeln unterhalb des Aufstandpunktes (A) entleert wird. Für A soll ein µ-Faktor von 0,095 oder = 5,45° gelten. Bild 13: Drehmomentverteilung für den Fall des Auftretens von Schülpenexpansion (Rückdehnung: Funktion bei negativen Winkeln.) Fig. 13: Torque distribution when flake expansion occurs (elastic relaxation: function begins at negative angles) Im Schrifttum werden Vibrationen (Schwingungen) der Hochdruckwalzenpressen auf Torsionsschwingungen des Antriebssystems zurückgeführt. Das ist zweifellos so, erklärt aber nicht, wie die für jede Schwingungserzeugung notwendigen Kraftstöße erzeugt werden. Der E-Motor spannt die Torsionsfeder (Antriebswellen) vor. Bei einem Aussetzen der Beschickung und sich langsam entleerendem Spalt müsste es zu einer Beschleunigung der Drehzahl kommen, da die Torsionsspannung in Richtung des Antriebsmomentes wirkt. Das Gegenteil tritt ein. Zunächst fällt das Drehmomore probable the larger the value for the elastic relaxation of the flakes is. In the case described (Fig. 13), the rolls become locked at a gap filling below around 1.5°. The rolls are rotated at torques of T = –120 kNm (F spcif = 6000 kN/m 2 und D = 1 m) in the opposite direction when the gap is emptied to its narrowest point. There are two unstable ranges for the drive: • emptying of the gap beginning from the draw-in side as a result of an excessively low (choked)feed rate. • emptying of the gap beginning from the discharge side as a result of flake instability. Fig. 14 shows how the total torque (T1 + T2) decreases when the gap becomes empty at angles below the contact point (A). A µ factor of 0.095 or = 5.45° should apply for A. In the literature, vibrations of the high-pressure roller presses are attributed to the torsional vibrations of the drive system. Although this is doubtlessly the case, it does not explain how the impulses necessary to excite each vibration are generated. The electric motor pre-loads the torsion springs (drive shafts). If the material feed is stopped and the gap between the rolls slowly empties, the speed should accelerate as the torsional stress acts in the direction of the driving torque. The opposite happens. First the STC Narlin AUFBEREITUNGS TECHNIK 44 (2003) Nr. 8 31
Bild 14: Drehmomenterzeugung bei diskontinuierlicher Beschickung in Abhängigkeit vom Winkel des Abreißpunktes der Schülpenbildung. Fig. 14: Generation of the torque with intermittent feed as a function of the angle of the point of interruption in flake formation ment ab (fallender Trend) und erst dann treten Schwingungen mit Backlash auf. Dabei zeigen die Walzen kurzzeitige Stillstände in der Drehbewegung und bei schweren Vibrationen ein kurzes Rückwärtsdrehen an. Ein Rückwärtsdrehen – hervorgerufen durch Torsionsspannungen des Antriebes – kann nur erfolgen, wenn die Kupplung wegen Überlast auslöst. Das führt aber zu keinen Schwingungen. Einen anderen Fall von Schwingungen beschreibt Schmitz [10]. Dieser Fall tritt bei der Feinmahlung auf. Nach eigenen Beobachtungen verläuft die Entwicklung der Schwingung in diesem Fall wie folgt: Mit feiner werdendem Aufgabegut, z. B. bei der Teilfertigmahlung durch Steigerung der Sichterdrehzahl, wird der µ-Faktor zunächst größer und die Dicke sowie die Dichte der Schülpe (Spalt) nehmen zu. Kann die Schülpe der erhöhten Belastung nicht mehr standhalten, z. B. durch Lufteinschlüsse oder weil sie zu dick geworden ist, dann ist im Bereich des engsten Abstandes der Walzen (Punkt B, Bild 1) keine Gegenkraft zur Auflagekraft F A vorhanden, und die Drehrichtung der Walze wechselt in die Gegenrichtung. Es kommt zum Kraftstoß und die Schwingung wird ausgelöst. Bild 15 zeigt den Karftverlauf im Arbeitsspalt und den zugehörigen Drehmomentverlauf für unterschiedliche Abreißpunkte der Schülpenbildung. Für Abreißwinkel >3° gibt es kein positives Drehmoment. 8. Schlussfolgerungen Für das Verhindern der oben beschriebenen negativen Betriebszustände von Hochdruckwalzenpressen ergeben sich Forderungen an die Betriebsweise und die Ausrüstung von Anlagen zur Zerkleinerung, die mit Hochdruckwalzenpressen arbeiten. Die Beschickung der Hochdruckwalzenpresse muss regelbar sein. Einerseits muss stets soviel Gut zugeführt werden, wie der Walzenspalt zu jedem Zeitpunkt entsprechend der zeitlich veränderlichen Einzugsbedingungen benötigt, und andererseits müssen die Einzugsbedingungen beeinflusst werden können. Das gilt besonders für An- und Abfahrprozesse und für Betriebszustände, die zu sehr dicken und dichten Schülpen bei feinkörnigem Aufgabegut führen. Die Veränderung der Walzendrehzahl kann nur den Durchsatz beeinflussen. Die elektrische Leistungsaufnahme verändert sich dann proportional zum Durchsatz. Das Drehmoment wird dabei nicht verändert und somit besteht auch kein Einfluss auf die Einzugsbedingungen. Regelungskonzepte, die von einer Drehzahlbeeinflussung ausgehen, können keinen Erfolg haben. Größte Bedeutung kommt der Wahl der spezifischen Presskraft zu, da sie einen Einfluss auf den Kraftangriffswinkel, das Drehmoment und die maximale Presskraft im Spalt hat. Durch die Wahl der spezifischen Arbeitsfläche der Walzen wird durch den Bild 15: Drehmomenterzeugung bei nichtkontinuierlicher Beschickung und Abreißen der Schülpenbildung (Parameter: Winkel des Abreißpunktes) Fig. 15: Generation of the torque with intermittent feed and interruption in flake formation (parameter: angle of the point of interruption) torque decreases (falling trend) and only then do vibrations with backlash occur. The rolls temporarily stop rotating and, if the vibrations are very strong, they may even rotate backwards for a short time. A reversed rotation can only be caused by torsional stresses of the drive if the clutch releases as a result of overload. This does not lead to any vibrations. Schmitz [10] describes another instance of vibrations. These are generated during fine grinding. According to the author’s own observations, in this case the vibrations develop as follows: With increasingly fine feed material, e.g. during semi-finish grinding based on a higher classifier speed, the µ factor initially becomes larger and the thickness of the flake (gap) increases; the density of the flake increases at the same time. If the flake is no longer able to withstand the increased load, e.g. owing to entrapped air or because it has become too thick, then in the region of the narrowest distance between the rolls (point B, Fig. 1) there is no force to counter the load pressure FA, and the direction of roll rotation reverses. This results in an impact force and a vibration is excited. Fig. 15 shows the pattern of force in the working gap and the associated torque curve for different points of interruption in flake information. For interruption angles >3°, there is no positive torque. 8. Conclusions To prevent the negative operating states of high-pressure roller presses described above, the operation and equipment of comminution plants incorporating high-pressure roller presses must meet certain requirements. The feed to the high-pressure roller press must be controllable. On the one hand, as much material must always be supplied to the gap as this requires at each point in time depending on the changing material draw-in conditions. On the other hand, it must be possible to influence the material draw-in conditions. This applies particularly to the start-up and shutdown phases as well as operating modes that lead to very thick and dense flakes when the press is handling fine-grained feed material. Changing the speed of the rolls can only influence the throughput rate. The electric power consumption then changes proportionally to the throughput rate. The torque is not changed in this process and therefore the conditions of the draw-in the feed material are not influenced. Control concepts based on influencing operation by adjustment of the speed of the rolls cannot be successful therefore. The selection of the specific press force is of the greatest importance, as this influences the angle of force application, the torque and the maximum press force in the gap. By selection of the specific working surface of the roll, the suppliers also define the specific press force. Design errors here are paid for with machine 32 AUFBEREITUNGS TECHNIK 44 (2003) Nr. 8
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Seite 7 und 8: ergibt und für max der Winkel zwi
Seite 9: diesen Fall durch Addition der Vekt
Seite 13: GF Grip Force = Tangentialkraft F t

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