Kraftverteilung im Arbeitsspalt von Hochdruck ... - Bauverlag

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Amplituden, die über den positiven Bereich des Drehmomentes [7, 8, 12, 13, 14] hinausgehen, stellen einen schwerwiegenden Störfall dar, da eine Richtungsumkehr des Drehmomentes verbunden mit einer Drehrichtungsumkehr auftritt. Wie Gleichung (5) zeigt, ist dies entscheidend vom Kraftangriffswinkel abhängig. Die Drehrichtung einer am Faden gezogenen Garnrolle kann sich bei gleicher Richtung der ziehenden Kraft dadurch ändern, dass sich der Angriffswinkel der Kraft ändert [2]. Die Garnrolle rollt auf den Ziehenden zu oder von ihm weg, obwohl sich an der Richtung der ziehenden Kraft nichts geändert hat. Liegt in der Nähe von 0°, können leicht negative Winkel (Rückdehnung der Schülpe) kurzzeitig auftreten, damit wird sin negativ und somit das Drehmoment (T) negativ. T = F⋅r⋅sinα Für den normalen Betriebsfall der Hochdruckwalzenpresse mit stabiler Schülpenbildung und kontinuierlicher Beschickung mit Aufgabegut gelten die Beziehungen von Bild 9. Für den Fall des nur teilweise mit Schülpe (Aufgabegut) gefüllten Spaltes gelten andere Verhältnisse. Wie zu beobachten ist, kann es bei der gedrosselten Beschickung zum sogenannten „Verhungern“ des Arbeitsspaltes kommen. Die Schülpenbildung setzt kurzzeitig aus. Man muss davon ausgehen, dass in diesen Fällen im Arbeitsspalt unterhalb des mittleren Einzugswinkels kurzzeitig der Druck für eine Schülpenbildung nicht ausreicht, und das feinkörnige Gut aus dem Spalt herausfällt. Das entsteht bei einer Fahrweise, die durch Drosselung der Aufgabemenge den Kraftangriffswinkel klein hält. Wird die Aufgabemenge größer, weil die Dosierung nicht konstant ist oder weil das Aufgabegut Einzelkörner enthält, die sehr viel größer als das mittlere Korn sind, dann wandert der Kraftangriffspunkt „A“ – wie in Bild 10 gezeigt – in Richtung größerer Kraftangriffswinkel. Das führt zu einer Richtungsumkehr des Drehmomentes und zum Schließen des Arbeitsspaltes. Da sich die angreifende Kraft für Bild 8: Krafteinleitung und Drehmomentverlauf für den Arbeitsspalt einer Hochdruckwalzenpresse für einen mittleren µ-Faktor = 0,095 Beispiel F spcf = 6000 kN/m 2 ; A spcf =1m 2 Fig. 8: Force input and torque curve for the working gap of a high pressure roll press for a mean µ factor = 0.095 Example F spcf = 6000 kN/m 2 ; A spcf = 1 m 2 space between the rolls is, however, kept low, even slight changes in the rate of the material feed to the machine result in large changes in the µ factor (i.e. in the torque). The reason for this is a change in the gradient of the characteristic curve (Figs. 7 and 8). 7. Generation of Negative Torques Torque vibrations with amplitudes exceeding the positive range of the torque [7, 8, 12, 13, 14] cause serious problems. How can a reversal in the direction of the torque in connection with a reversal in the direction of rotation be explained. As Eq. (5) shows, the direction of the torque is crucially dependent on angle of force application. As described in physics textbooks, the direction of rotation of a bobbin of thread pulled by the thread can change even though the direction of the pulling force has not been changed. This change in the rotational direction of the bobbin is caused by a change in the angle of the force application. The bobbin of thread rolls towards or away from the person pulling the thread although the person has not changed the direction in which he is pulling the thread. If lies near 0°, slightly negative angles (elastic relaxation of the flakes) can occur for a short time and thus sin and therefore also the torque (T) become negative T = F⋅r⋅sinα For the normal operation of a high-pressure roller press with stable flake formation and a continuous supply of feed material, the relationships in Fig. 9 apply. Other relationships apply if the gap is only partly filled with flakes (feed material). As can be observed, a choked feed can lead to „starvation“ of the gap. Flake formation stops for a short time. It must be assumed in these cases that the pressure applied in the gap below the mean draw-in angle is temporarily insufficient to enable the formation of flakes and the fine-grained material simply falls out of the gap. This can happen in an operating mode that keeps the angle of force application small by choking the feed. If the feed rate increases, because metering of the mate- F tg =F t·sin F tg = Kraftkomponente der Presskraft, die zur Drehmomenterzeugung einen Beitrag liefert./Force component of the press force, which contributes to the generation of the torque. F 1 = Presskraft/Press force = Kraftangriffswinkel/ Angle of force application A = Drehpunkt für Koordinationssystem fest im Gut (bewegt)/Centre of rotation of the coordinate system fixed in the product (moved) M= Drehpunkt der Walze/ Centre of the roll rotation F f tg = F f tg1 +F f tg2 F f tg1 = erzeugt negatives Drehmoment/generates negative torque F f tg2 = erzeugt positives Drehmoment/generates positive torque F f = F t1+F t2 Presskraft = Kraftangriffswinkel/Angle of force application A = Drehpunkt/Contre of rotation Bild 9: Drehmomenterzeugung bei kontinuierlicher Beschickung und Abstützung der Walzen im Mahlgut (in der Schülpe) Fig. 9: Development of the torque with continuous feed and support of the rolls in the product (the flakes) Bild 10: Drehmomenterzeugung bei diskontinuierlicher Beschickung und Abreißen der Schülpenbildung Fig. 10: Generation of the torque with intermittent feed and interruption in the flake formation AUFBEREITUNGS TECHNIK 44 (2003) Nr. 8 29
diesen Fall durch Addition der Vektoren der Teilkräfte F f tg= F f tg1 + F f tg2 ergibt, kann F f tg2 = 0 werden, dann beträgt das Gegenmoment F f tg= F f tg1 = F t · sin . Dieses Gegenmoment dreht die Walzen rückwärts. Das erklärt, weshalb Hochdruckwalzenpressen besonders bei An-und Abfahrprozessen oder bei gedrosselter Aufgabegutmenge zu Vibrationen (Schwingungen) neigen. Das Auftreten negativer Drehmomente ist auch mit der Kraftverteilungsfunktion zu erklären. Bild 11 zeigt den Fall, dass die Schülpenbildung bei einem Winkel von 4° (0,07rad) aussetzt und der Spalt leer wird. Die Integration der Kraftverteilungsfunktion (F/F max ) erfolgt vom Punkt 4° auf der Abzisse und ergibt negative Werte für den Bereich < 4° und positive Werte für den Bereich > 4°. T = = ∫ F ( )⋅ d =0, 020 1 T = = ∫ F ( )⋅ d = −0, 075 2 2 007 , 0 007 , N N Das Drehmoment T 2 ist das bestimmte Integral von 0,07 (4°) bis 0 und ist negativ. T 1 ist positiv. Das resultierende Drehmoment ist wegen /T 1 />/T 2 / negativ. T = T 1 +T 2 Für das Beispiel beträgt T = –0,055 für F spcif = 6000kN/m 2 und D = 1m folgt: T = -330 kNm. rial is not constant or because the feed material contains single particles that are very much larger than the mean particle size, the point of force application “A” shifts towards larger angles of force application. That means that the force is applied as shown in Fig. 8. This leads to a reversal of the torque direction and closing of the gap. As the applied force in this case results from the addition of the vectors of the force components F f tg= F f tg1 + F f tg2 can become equal to zero, and then the countertorque is F f tg= F f tg1= F t · sin . This countertorque causes the rolls to rotate backwards. That explains why high-pressure roller presses tend to suffer vibrations particularly during start-up or shutdown or with a choked feed rate. The occurrence of negative torques can also be explained with the force distribution function. Fig. 11 shows the case of flake formation stopping at an angle of 4° (0.07 rad) and the gap being emptied. The force distribution function (F/F max ) is integrated from point 4° on the x-axis and results in negative values for the range < 4° and positive values for the range > 4°. T = = ∫ F ( )⋅ d =0, 020 1 T = = ∫ F ( )⋅ d = −0, 075 2 2 007 , 0 007 , N N The torque T 2 is the definite integral from 0.07 (4°) to 0 and is negative. T 1 is positive. The resulting torque is negative on account of /T 1 />/T 2 /. T = T 1 +T 2 For the example, T = –0.055, for F spcif = 6000 kN/m 2 and D = 1 m it follows: Bild 11: Drehmomenterzeugung (Kurve INT (F/Fmax) bei nichtkontinuierlicher Beschickung und Abreissen der Schülpenbildung bei 4° Fig. 11: Generation of the torque (curve INT (F/Fmax) with intermittent feed and interruption of flake formation at 4° Lubjuhn [11] hat für die Funktion der Kraft in Abhängigkeit vom Drehwinkel gefunden, dass infolge von Rückdehnungen der Schülpe negative Drehwinkel möglich sind. Bild 12 zeigt einen angenommenen Verlauf der dimensionslos gemachten Kraft als Funktion des Drehwinkels unter Beachtung von Rückdehnungen der Schülpe. Bild 13 zeigt den zugehörigen Drehmomentverlauf. Auch hier besteht die Möglichkeit des Auftretens negativer Drehmomente, wenn der Arbeitsspalt nur gering gefüllt ist (sogenannter „verhungerter“ Spalt). Die Gefahr, dass negative Drehmomente beim „Verhungern“ des Spaltes auftreten, wird um so wahrscheinlicher, je größer der Wert der Rückdehnung ist. Im dargestellten Fall tritt ein Blockieren der Walzen bei einer Füllung des Arbeitsspaltes Bild 12: Kraftverteilung für den Fall des Auftretens von Schülpenexpansion (Rückdehnung: Funktion beginnt bei negativen Winkeln.) Fig. 12: Force distribution when flake expansion occurs (elastic relaxation: function begins at negative angles) T = -330 kNm. For the function of the force dependent on the angle of rotation, Lubjuhn [11] has found that the elastic relaxation of the flakes can lead to negative angles of rotation. Fig. 12 shows an assumed curve of the dimensionless force as a function of the angle of rotation with allowance for the elastic relaxation of the flakes. Fig. 13 shows the associated torque curve. Here too, negative torques may result if the gap is only filled with a small quantity of material (“starved” gap). The danger of the occurrence of negative torques during starving of the gap becomes all the 30 AUFBEREITUNGS TECHNIK 44 (2003) Nr. 8
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Seite 7: ergibt und für max der Winkel zwi
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