Theoretical study of the effect of processing time and moulding speed on density of sawdust briquettes
Authors: Власов Ю.Н. 
Published: September 2020

Статья посвящена разработке и исследованию математической модели прессования древесных опилок, устанавливающей взаимосвязи плотности брикетов, скорости рабочего органа пресса и давления прессования. Теоретическую основу исследования составляют положения механики деформируемой среды. В качестве реологической модели прессуемого материала использована модель упруговязкопластического тела Бингама, параметры модели приняты как нелинейные функции плотности прессуемых опилок. При решении нелинейного дифференциального уравнения напряженнодеформированного состояния прессуемого материала использован численный метод РунгеКутта 45го порядка точности. Как показали результаты расчетов, при постоянном давлении прессования плотность брикета изменяется по времени по нелинейному и имеет предел. При постоянном давлении прессования 50 МПа расчетное значение плотности брикетов составит 1 г/см3, при давлении 100 МПа плотность приблизится к 1,2 г/см3, а при давлении прессования 150 МПа достигнет 1,25 г/см3. Действительное значение плотности будет несколько ниже, так как на настоящем этапе исследования не учтены потери натрение опилок о стенки прессформы. После снятия нагрузки происходит распрессовка брикета в пределах 23. Установлено, что использованная реологическая модель тела Бингама с переменными значениями ее параметров позволяет учесть физическую картину прессования опилок в закрытой матрице. Определено минимальное пороговое значение рационального времени хода рабочего органа (например, при времени рабочего хода менее 60 с и давлении прессования 150 МПа плотность брикета составит менее 1,1 г/см3). Обработка результатов расчетов также позволила получить приближенные уравнения для оценки плотности брикета в зависимости от начальной плотности материала брикета, давления прессования и рабочего хода пуансона, и для оценки требуемого давления прессования в зависимости от начальной и требуемой плотности брикета, времени рабочего хода либо постоянной скорости рабочего органа. Уравнения могут использоваться на начальном этапе проектирования технологического процесса брикетирования опилок с целью установить рациональный диапазон рабочих режимов пресса в зависимости от требований к готовой продукции.

The article is devoted to development and research of mathematical model of moulding of sawdust, which establishes relationship between density of the briquettes, speed of a working body and pressing pressure. Theoretical basis of the study includes positions of strained medium mechanics. Model of Bingham elasticviscousplastic body was used as a rheological model of the raw material to be moulded, the model parameters were adopted as nonlinear functions of the density of the sawdust. The study used classical numerical RungeKutta method when solving nonlinear differential equation of the stressstrain state of the material being moulded. As shown by the results of calculations, at constant pressing pressure, the density of the briquette varies nonlinearly over processing time and has a limit, reaching 1 g/cm3 at the pressure of 50 MPa, 1.2 g/cm3 at the pressure of 100 MPa, and 1.25 g/cm3 at the pressure of 150 MPa. After unloading, the briquette depressing occurs within 23. It has been established, that the used rheological model of Bingham body with variable values of its parameters makes it possible to take into account physical picture of moulding of sawdust. The minimum threshold value of rational time of the processing has been determined (for example, when the time of the processing is less than 60 s at a pressing pressure of 150 MPa, the briquette density will be less than 1.1 g/cm3). Processing the calculation results also allowed us to obtain approximate equation for estimating the density of the briquette depending on the initial density of the raw material, pressing pressure and the processing time, and one more equation for estimating the required pressing pressure depending on the initial and required density of the briquette, processing time or constant speed. The equations can be used at the initial stage of designing the technological process of sawdust briquetting in order to establish a rational range of the press operating modes depending on requirements for the final product.