Onderzoek naar optimalisatieontwerp en prestatieverbetering van vacuümextruders

Onderzoek naar Optimalisatieontwerp en Prestatieverbetering van Vacuümextruders
Gebaseerd op Technische Praktijk van Structurele Verbetering van Dubbeltraps Vacuümextruders

In een baksteenproductielijn is de vacuümextruder voor gebakken bakstenen de kernvormingsapparatuur die de kwaliteit van groene bakstenen en de productie-efficiëntie bepaalt. Met de toenemende eisen van de baksteen- en dakpannenindustrie aan productkwaliteit, output en apparatuurbetrouwbaarheid, zijn structurele optimalisatie en technologische upgrading van vacuümextruders bijzonder belangrijk geworden.
Door onderzoek en analyse van diverse vacuümextruderapparatuur die nationaal en internationaal is ontwikkeld, en door de geavanceerde technische ervaring van verschillende productiebedrijven te combineren, wordt een systematische optimalisatieontwerp van sleutelstructuren uitgevoerd met behoud van de prestaties van de apparatuur. Door technologisch volwassen en economisch redelijke ondersteunende componenten te selecteren, wordt de functionaliteit van de apparatuur verbeterd terwijl de productiekosten effectief worden verlaagd, waardoor een algehele verbetering wordt bereikt in zowel de prestaties als de economie van de apparatuur.

I. Optimalisatieontwerp van Sleutelcomponenten

1.1 Optimalisatie van de Schroefas (Hoofdas) Structuur

De schroefas is de kernoverbrengingscomponent van de vacuümextruder. De hoofdfunctie is het overbrengen van vermogen en het naar voren duwen van het kleimengsel, terwijl het tegelijkertijd aanzienlijke torsie en axiale druk draagt. Daarom beïnvloedt het structurele ontwerp van de schroefas direct de algehele stabiliteit en betrouwbaarheid van de machine.
In de oorspronkelijke vacuümextruderstructuur was de diameter van de schroefas bij de lagerposities Φ170 mm, en deze gebruikte drie lagers voor ondersteuning (inclusief één druklager). Tijdens de daadwerkelijke werking presenteerde deze structuur echter de volgende problemen:
• Relatief kleine hartafstand tussen de voorste en achterste lagers
• Relatief lang uitkragend deel van de schroefas
• Aanzienlijke doorbuiging van de as tijdens bedrijf
Deze structuur had de neiging om merkbaar schudden van de extruder kop tijdens bedrijf te veroorzaken (algemeen bekend als het "kop schudden" fenomeen). Overmatig of langdurig schudden beïnvloedt niet alleen de operationele stabiliteit van de apparatuur, maar kan ook leiden tot schade aan componenten en zelfs productiestops.

Volgens mechanische theorie analyse:
Neem aan dat de afstand van het midden van het voorste lager van de schroefas tot het voorste uiteinde van de schroef L₁ is
Neem aan dat de hartafstand tussen de voorste en achterste lagers L₂ is
Wanneer aan de volgende voorwaarde is voldaan:
L₂ / L₁ ≥ 0.7
kan de schroefas een goede operationele stabiliteit behouden.
In de oorspronkelijke apparatuurstructuur:
L₂ / L₁ = 1040 / 1950 = 0.533
Dit ligt aanzienlijk onder het redelijke ontwerpbereik, wat duidt op een structureel ontwerpprobleem.

1.2 Structureel Verbeteringsschema

Tijdens het optimalisatieontwerpproces werd de belangrijkste overbrengingsstructuur aangepast om een rationelere schroefasconfiguratie te bereiken.
Belangrijkste maatregelen omvatten:
• Verandering van de originele radiale pneumatische koppeling naar een axiale pneumatische koppeling
• Vermindering van de axiale installatieafmetingen van de koppeling
• Verplaatsing van de schroefas lagerhuis naar achteren

Door bovenstaande optimalisaties:
De hartafstand tussen de voorste en achterste lagers nam toe met ongeveer 400 mm.
Onder de nieuwe structuur:
L₂ / L₁ = (1040 + 400) / 1950 = 0.74
Deze verhouding voldoet nu aan de eisen voor stabiele werking, waardoor de schroefas soepeler en betrouwbaarder draait.
Vanwege de verhoogde structurele stijfheid kon ook de schroefasdiameter dienovereenkomstig worden geoptimaliseerd:
Oorspronkelijke maximale asdiameter: Φ185 mm
Geoptimaliseerde lagersectiediameter: Φ150 mm
Maximale asdiameter: Φ160 mm
Na structurele optimalisatie:
• Het asgewicht is aanzienlijk verminderd
• De mechanische structuur is rationeler
• De fabricagemoeilijkheid is afgenomen

Tegelijkertijd werden ook de afmetingen van lagers en gerelateerde componenten verkleind, waardoor het gehele schroefassysteem compacter werd.

II. Optimalisatie van Pneumatisch Koppelingssysteem

In het oorspronkelijke ontwerp van de apparatuur werd een radiale pneumatische koppeling gebruikt als het krachtverbindingsapparaat. Deze structuur had de volgende nadelen:
• Complexe structuur
• Grote voetafdruk
• Hoge eisen voor installatie en inbedrijfstelling
• Strikte eisen voor nauwkeurigheid van de uitlijning van de apparatuur

De radiale pneumatische koppeling vereiste nauwkeurige uitlijning met de reducer via een koppeling en had extra ondersteuningsstructuren nodig, waardoor installatie en onderhoud complexer werden.
In het optimalisatieontwerp werden alle radiale koppelingen vervangen door axiale pneumatische koppelingen, direct gemonteerd op de hogesnelheidsas van de reducer.
Deze structuur biedt de volgende voordelen:
• Compactere structuur
• Makkelijker om de installatienauwkeurigheid te garanderen
• Handigere inbedrijfstelling en onderhoud
• Aanzienlijk verminderd apparatuurgewicht
• Lagere eisen voor het persluchtsysteem
Door deze verbetering werd niet alleen de operationele betrouwbaarheid van de apparatuur verbeterd, maar werd ook de algehele transmissiestructuur eenvoudiger.

​

III. Verbetering van de Productiecapaciteit van de Apparatuur

De oorspronkelijke dubbeltraps vacuümextruder leed in de praktijk aan een relatief lage output. Technische analyse identificeerde de belangrijkste redenen als:
• Onvoldoende invoercapaciteit van de bovenste trap
• Overmatige compressieverhouding in de conische holte
• Relatief lage transportsnelheid in de bovenste trap

Compressieverhouding van de conische holte van de originele apparatuur:
λ = 2.6
Deze waarde lag dicht bij de bovengrens van het toegestane ontwerpbereik.
Het typische redelijke bereik is:
λ = 2.0 – 2.6
Een te grote conus vermindert de transportsnelheid van het kleimengsel, waardoor de hoeveelheid materiaal die per tijdseenheid de vacuümkamer binnenkomt afneemt, wat de totale machine-output beperkt.
In het optimalisatieontwerp werd, door de structurele afmetingen van de binnenste en buitenste conische hulzen aan te passen, de compressieverhouding geoptimaliseerd tot:
λ = 2.3
Bovendien werd, door de vervanging door de axiale koppeling, de rotatiesnelheid van de bovenste trap passend verhoogd, waardoor de kleitransportcapaciteit aanzienlijk werd verbeterd.
Na optimalisatie:
De hoeveelheid kleimengsel die per tijdseenheid de vacuümkamer binnenkomt, nam toe met ongeveer 22%.
De productiecapaciteit van de nieuwe dubbeltraps vacuümextruder verbeterde met ongeveer 25% ten opzichte van het originele model.

IV. Structurele Lichtgewicht en Productieoptimalisatie

Tijdens het algehele optimalisatieproces van de apparatuur werden systematische verbeteringen aangebracht aan verschillende structurele componenten om de productie-efficiëntie en structurele rationaliteit te verbeteren.

4.1 Optimalisatie van Structureel Gewicht

Met behoud van de sterkte en prestaties van de apparatuur werd structurele optimalisatie uitgevoerd op de volgende sleutelcomponenten:
• Invoerkast
• Vacuümkamer
• Machinebody structuur
Door gietstructuren en bewerkingsprocessen te optimaliseren, werd het algehele gewicht van de apparatuur aanzienlijk verminderd, terwijl de verwerkingsefficiëntie werd verbeterd.

4.2 Standaardisatie van Componentontwerp

In het oorspronkelijke ontwerp van de apparatuur waren enkele hulpcomponenten zoals:
• Filters
• Motorrails
• Verlichtingssystemen
• Inspectiedeuren vacuümkamer
• Varieerden in structuur tussen verschillende apparatuurmodellen.

In het optimalisatieontwerp werden, door gestandaardiseerd componentontwerp te implementeren, de volgende doelen bereikt:
• Gebruik van uniforme structurele onderdelen voor verschillende apparatuurmodellen
• Alleen passende dimensionale aanpassingen maken
• Een systeem van interne bedrijfseigen standaardonderdelen opzetten

Deze maatregel bracht aanzienlijke productievoordelen met zich mee:
• Vermindering van de verscheidenheid aan onderdelen
• Verhoogde batchproductiecapaciteit
• Verbeterde verwerkingsefficiëntie
• Verminderde fabricagemoeilijkheid

V. Effecten van Optimalisatieontwerp

1. Structuur
   • Compactere apparatuurstructuur
   • Rationeler transmissiesysteem
   • Verhoogde standaardisatie van componenten

2. Prestaties
   • Stabielere werking van de schroefas
   • Aanzienlijk verbeterde productiecapaciteit
   • Verbeterde operationele betrouwbaarheid van de apparatuur

3. Fabricage
   • Geoptimaliseerd apparatuurgewicht
   • Verbeterde verwerkings- en productie-efficiëntie
   • Rationelere algehele structuur

Samenvattend heeft het optimalisatieontwerp niet alleen het technische niveau van de apparatuur verhoogd, maar ook de productie-efficiëntie en de betrouwbaarheid van de apparatuur verbeterd, waardoor de vacuümextruder meer waarde kan leveren in baksteenproductielijnen.