Результат интеллектуальной деятельности: Матрица гранулятора с измерителем напряженного состояния в фильере

Изобретение относится к области техники для гранулирования экструдированием измельченного полуфабриката растительного происхождения преимущественно для исследования напряженного состояния в канале фильеры в рабочем пространстве гранулятора.

Известна конструкция силоизмерительного прессующего ролика гранулятора (патент РФ №2583978 МПК⁷ В30В 15/00 11/20 10.05.2016, БИ №3), которая позволяет определять нормальное давление на контактной поверхности прессующего ролика за счет штифтов, опертых на тензометрические опоры.

Недостатком данной конструкции является невозможность определения напряженного состояния в канале фильеры гранулятора, что не дает возможности получения необходимой информации о процессе гранулирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для исследования поведения экструдируемого пластического материала при изменяющейся температуре (патент РФ №2489947, МПК⁷ А23Р 1/12 20.08.2013, БИ №23) включающая цилиндрическую камеру предварительного сжатия прессуемого материала с расположенной на ее торцевой стенке, опертой на тензометрическую опору сменной фильерой в камере сжатия прессуемого материала, у которой цилиндрическая камера предварительного сжатия оборудована втулкой и имеет электрические нагреватели и датчик температуры, расположенные в корпусе камеры предварительного сжатия прессуемого материала.

Недостатком данной конструкции является невозможность моделировать реальные режимы экструдирования пластического материала, возникающие в прессующем механизме гранулятора.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности измерения нормальных осевых и радиальных напряжений в канале фильеры матрицы гранулятора за счет упругих деформаций оболочки сменной фильеры, установленной в матрице, также за счет измерения температуры процесса.

Технический результат достигается тем, что матрица имеет по меньшей мере один канал, выполненный в виде гнезда для установки сменной фильеры в виде цилиндрической оболочки, имеющей переменный диаметр наружной поверхности, который вблизи рабочей поверхности матрицы обеспечивает установку в гнезде по посадке и с упором буртика, выполненного на месте изменения диаметра сменной фильеры, на буртик, выполненный в гнезде матрицы, а диаметры наружной поверхности после буртика и внутренней поверхности гнезда обеспечивают размещение тензометрического оснащения и датчика температуры, установленных на внешней поверхности оболочки сменной фильеры, а входное сечение сменной фильеры расположено на уровне рабочей поверхности матрицы. Гнездо имеет продольный паз для размещения проводников от тензометрических датчиков и датчика температуры.

На фиг. 1 показана схема меридионального разреза матрицы гранулятора по оси гнезда для установки сменной фильеры со сменной фильерой.

На фиг. 2 показана схема меридионального разреза матрицы гранулятора с гнездом, имеющим продольный паз.

Описываемое устройство может быть установлено, как в кольцевой, так и в плоской матрице гранулятора.

Матрица 1 (фиг. 1) гранулятора с измерителем напряженного состояния в фильере имеет гнездо на месте, в котором установлена сменная фильера 2, имеющая также, как и остальные фильеры матрицы входную полость 3 и цилиндрический формующий канал 4. Сменная фильера 2 имеет переменный наружный диаметр, разделенный буртиком 5. Больший наружный диаметр сменной фильеры обеспечивает фиксацию последней по посадке в гнезде с упором буртика 5 на буртик, выполненный в гнезде. Меньший наружный диаметр сменной фильеры 2 с соответствующей поверхностью гнезда образует полость 6 для размещения тензометрического оборудования и температурного датчика, установленных на поверхности сменной фильеры с меньшим диаметром.

В матрице 1 (фиг. 2) гнездо имеет продольный паз 7 для размещения проводников от тензометрических датчиков и датчика температуры и вывода их из гнезда на нерабочую поверхность матрицы.

Площадь контакта буртика 5 с буртиком в гнезде матрицы должна обеспечивать отсутствие смятия металла сменной фильеры и матрицы.

Устройство работает следующим образом.

Проходя через входную полость 3 и затем через цилиндрический канал 4 сменной фильеры 2, полуфабрикат создает в цилиндрической оболочке сменной фильеры нормальные осевые и радиальные напряжения.

Для определения нормальных осевых и радиальных напряжений в данном поперечном сечении цилиндрического канала 4 сменной фильеры 2 ранее было разработано тензометрическое устройство из двух тензометрических датчиков установленных в полости 6 после буртика 5, один из которых наклеен на внешнюю цилиндрическую поверхность сменной фильеры 2 в меридиональном направлении, причем середина его измерительной базы совпадает с данным поперечном сечением. Другой тензометрический датчик наклеен на внешнюю цилиндрическую поверхность сменной фильеры в окружном направлении так, что его измерительная база расположена симметрично относительно данного поперечного сечения.

Измерив осевую и окружную деформации в данном сечении можно вычислить осевое и радиальное нормальные напряжения в данном сечении.

Обычно измерения проводятся в пяти поперечных сечениях цилиндрического канала сменной фильеры. При этом существует возможность определения как предела текучести экструдируемого материала, так и коэффициента его контактного трения. Если проводить измерения в трех поперечных сечениях цилиндрического канала сменной фильеры, то можно определить коэффициент контактного трения экструдируемого материала. При этом протяженность сменной фильеры должна обеспечивать отсутствие предельного напряжения сдвига на контактной поверхности цилиндрического канала в сечениях, где производятся измерения.

Тарировка тензометрических датчиков сменной фильеры может быть произведена осевым сжатием сменной фильеры, а также нагружением полости сменной фильеры внутренним давлением материалом, имеющим пренебрежимо малый предел текучести.

Датчик температуры должен обеспечивать измерения в диапазоне от 0 до 150°С и прикрепляется к сменной фильере для облегчения сборки-разборки устройства.

Жгут проводников от датчиков, которые расположены в полости 6 через полость 6 либо через продольный паз 7 выведен на нерабочую поверхность матрицы 1 и по ней соединен с модулем обработки сигнала.

Модуль обработки сигнала закреплен на шпильках, установленных в резьбовых отверстия в матрице или питающем конусе гранулятора. В состав модуля входят усилитель сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), автономный блок питания. Полученные данные с тензометрических датчиков после обработки сохраняются на флэш-карту.

Предлагаемая конструкция гранулятора с измерителем напряженного состояния в фильере может быть использована, как для определения механических свойств прессуемого полуфабриката и уточнения математической модели процесса гранулирования, так и для управления грануляторами.