Анотація до роботи:

Місяць В.П. Розвиток наукових основ проектування обладнання для подрібнення відходів термопластичних і гумових матеріалів легкої промисловості. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.10 – машини легкої промисловості, Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми для підприємств легкої промисловості - розвитку науково обґрунтованих основ і уніфікованих підходів до проектування обладнання для переробки відходів термопластичних і гумових матеріалів шляхом подрібнення, з метою їх подальшого використання для виготовлення виробів легкої промисловості.

Розроблено узагальнену систему класифікації обладнання для механічного подрібнення відходів полімерних матеріалів, що охоплює всі можливі структурні схеми потоків матеріалу, відображає кінетику перетворення його дисперсного складу, дозволяє здійснювати синтез механічних пристроїв для подрібнення матеріалів і проводити аналіз їх енергетичної ефективності.

Розроблено узагальнену математичну модель процесу механічного подрібнення полімерних матеріалів, яка може бути застосована для аналітичного опису обладнання і аналітичні моделі для кількісного і якісного відображення процесу руйнування крихких, пластичних і високоеластичних полімерних матеріалів при подрібненні.

Розроблено математичні моделі руйнування елементів матеріалів кінцевих розмірів з крихкими, високоеластичними і пластичними властивостями при різанні між двома ножами і в об’ємно напруженому стані, які можуть бути використані для математичного відображення процесу їх подрібнення.

Розроблено аналітичні моделі, що відображують кінетику і динаміку процесів подрібнення відходів полімерних матеріалів в роторних дробарках і екструдерах в залежності від їх конструктивних і технологічних параметрів з урахуванням їх фізико-механічних властивостей.

Розроблено алгоритми і програми для розрахунку раціональних конструктивних і технологічних параметрів роторних дробарок і екструдерів для подрібнення полімерів.

Розроблено вимоги і підходи до вибору ефективного способу подрібнення і структурних схем обладнання для його реалізації.

Створені методи розрахунку конструктивних і технологічних параметрів обладнання для подрібнення полімерних матеріалів, що забезпечують його максимальну ефективність.

З використанням результатів досліджень створено технологічне обладнання для подрібнення відходів полімерних матеріалів. Результати роботи впроваджені в промисловості.

1. Розвинуто наукові основи вирішення важливої науково-технічної проблеми легкої промисловості – проектування обладнання для подрібнення термопластичних і гумових відходів з урахуванням конструктивних, технологічних параметрів, залежності фізико-механічних властивостей полімерів від температури, швидкості і умов деформування, що підвищує енергетичну ефективність процесу їх переробки і дозволяє цілеспрямовано отримувати крихту необхідного розміру для виготовлення виробів легкої промисловості. Результати досліджень можуть бути використані в хімічній, машинобудівельній і інших галузях промисловості.

2. Розроблено узагальнену систему класифікації обладнання для механічного подрібнення відходів полімерних матеріалів, що охоплює всі можливі структурні схеми потоків матеріалу і відображає кінетику перетворення його дисперсного складу. Аналіз структурних схем обладнання для подрібнення за розробленою системою класифікації дозволяє здійснювати синтез механічних пристроїв для подрібнення матеріалів і проводити аналіз їх енергетичної ефективності.

3. Проведений аналіз енергетичної ефективності можливих структурних схем подрібнювачів за розробленою системою класифікації показав, що найбільш економічними є подрібнювачі в яких матеріал після акту руйнування негайно видаляється з їх робочої зони. Зниження енерговитрат на подрібнення полімерів можливе за рахунок зменшення межі міцності і величини деформації матеріалу до початку руйнування шляхом цілеспрямованого впливу на його фізико-механічні властивості.

4. Розроблено узагальнену математичну модель процесу механічного подрібнення полімерних матеріалів, яка може бути застосована для аналітичного опису подрібнюючого обладнання і аналітичні моделі для кількісного і якісного аналітичного відображення процесу руйнування крихких, пластичних і високоеластичних полімерних матеріалів при подрібненні, які відображують в загальному вигляді процеси прирощення нової поверхні полімерів при їх цілеспрямованому руйнуванні.

5. Отримано математичні моделі руйнування елементів матеріалів кінцевих розмірів з крихкими, високоеластичними і пластичними властивостями при різанні між двома ножами і в об’ємно напруженому стані. Показано, що результати випробувань на зріз при відносно низьких швидкостях деформування можуть бути використані для математичного відображення процесу руйнування при більших швидкостях. Похибка визначення руйнуючих напружень прямо пропорційно залежить від швидкості випробувань і не перевищує 15%. Дані отримані при випробуванні полімерів на зріз можуть бути використані для відображення характеристик міцності при інших видах руйнування.

6. Встановлено закономірності руйнування гуми, ПВХ пластикату і поліетилену колодочного в умовах змінних температури і швидкості деформування. Отримано рівняння, які можуть бути використані для обчислення руйнуючих напружень, деформацій матеріалів до початку руйнування і питомої роботи, що витрачається на деформування цих матеріалів до початку руйнування. Показано, що питома енергія деформації до руйнування гуми монотонно зменшується з ростом температури (від 273^оК до 393^оК) в усіх діапазонах швидкості. При збільшенні швидкості деформування гуми в інтервалі температур від 273^оК до 325…335^оК відбувається зменшення питомої енергії руйнування, а вище 335^оК – збільшення. Мінімум енергетичних витрат на руйнування гум різанням може бути досягнутий при підвищених температурах 380…400 ^оК і низьких швидкостях деформування. При руйнуванні ПВХ пластикату питома енергія руйнування досягає максимальних значень при Т= 330…350^оК яка зміщується в сторону більших температур зі збільшенням швидкості руйнування. Встановлено наявність області мінімальних значень питомої енергії деформації поліетилену при температурах 280…290^оК. Раціонально проводити цілеспрямоване руйнування поліетилену при цих температурах і високих швидкостях робочих органів. Мінімальні енерговитрати будуть в області температур близьких до температури плавлення і низьких швидкостях механічної дії.

7. Отримано регресійні рівняння залежності коефіцієнту тертя гуми, поліетилену і ПВХ пластикату по сталі від температури і нормального тиску на поверхню ковзання. Встановлено, що коефіцієнт тертя досягає максимальних значень при температурі гуми 337 ^оК, а ПВХ 300 ^оК. Для поліетилену цей температурний максимум знаходиться в області температур менших за 273 ^оК.

8. Розроблено аналітичні моделі, що відображують кінетику і динаміку процесів подрібнення відходів полімерних матеріалів в роторних дробарках і екструдерах в залежності від їх конструктивних і технологічних параметрів з урахуванням фізико-механічних властивостей полімерів. Модель процесу подрібнення в роторних дробарках дозволяє визначати їх продуктивність і енергетичні показники процесу в залежності від швидкості обертання ротору, маси завантаження, радіуса ротору, площі пропускної поверхні колосникової решітки і діаметру її отворів, від об’єму бункера, кількості ножів ротору і корпусу, а також від густини матеріалу, що подрібнюється.

9. Аналітично встановлено найбільш ефективні режими роботи роторних дробарок з точки зору ступеня заповнення камери, доцільність обмеження радіуса ротора до 0,3 м, на вид розподілу часток за розмірами найбільший вплив має нерівномірність завантаження робочої камери подрібнювача. Питомі енерговитрати на подрібнення для полімерів з переважно пластичними властивостями і для високоеластичних матеріалів мають екстремальний характер і для цих матеріалів існує оптимальне співвідношення кількості ножів ротора і корпуса. А матеріали з крихкими властивостями доцільно подрібнювати на обладнанні, що має велику кількість руйнуючих елементів або робочі органи великої площі. Енерговитрати на подрібнення крихких матеріалів зменшуються за лінійним законом зі збільшенням температури матеріалу. А залежність від температури матеріалів з високоеластичними і пружно-пластичними властивостями має екстремальний характер з максимальним значенням в області 273 -293 ^оК. Зі збільшенням швидкості обертання ротору питомі енерговитрати для високоеластичних і пружно-пластичних матеріалів зменшуються за нелінійним законом, питомі енерговитрати для крихких матеріалів не залежать від швидкості руху робочих органів.

10. Встановлено існування режимів подрібнення гуми в екструдері при яких буде досягнуто мінімальних витрат енергії.

11. В результаті експериментальних досліджень отримано підтвердження адекватності аналітичних моделей процесів подрібнення відходів полімерів в роторних дробарках і екструдерах. Відхилення результатів розрахунків значень потужності за математичною моделлю від даних експерименту при подрібненні одиничних шматків матеріалу в роторній дробарці не перевищує 8 %, а при завантаженні кількох однакових шматків матеріалу збільшується до 12…20%. Відхилення значень питомих енерговитрат на подрібнення гуми в екструдері, що розраховані за математичної моделлю від експериментальних не перевищує 15 %. Встановлено, що при подрібнення відходів гум і термопластичних матеріалів в роторних дробарках доцільно застосовувати для отриманням часток матеріалу не менше 2 мм, а отримання більш дрібних фракцій ефективно на обладнанні, що реалізує об’ємне деформування матеріалу при подрібненні.

12. Розроблено алгоритми і програми для розрахунку раціональних конструктивних і технологічних параметрів роторних дробарок і екструдерів для подрібнення гуми.

13. Результати досліджень впроваджено у виробництво на п/п «Ольга» (м. Біла Церква) і Хмельницькій взуттєві фабриці «Взутекс», а також використовуються в навчальному процесі кафедри електромеханічних систем Київського національного університету технологій та дизайну.

Публікації автора:

1. Бурмістенков О.П., Місяць В.П. Моделювання процесів подрібнення гумових відходів пружно-деформаційним способом // Легка промисловість. -1993, -№ 2. - С. 21.

2. Місяць В.П. Аналітичне відображення процесу подрібнення нелінійно пружних матеріалів // Вісник Технологічного університету Поділля. Серія 1. Технічні науки. -1997. -№ 1. - С. 134-135.

3. Місяць В.П. Математична модель процесу транспортування твердих полімерних матеріалів в черв’ячних пристроях // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1998. -№ 4.Ч.2. - С. 66-69.

4. Місяць В.П., Бурмістенков О.П., Вишквар І.М. Аналіз критеріїв порівняльної оцінки обладнання і способів подрібнення полімерних матеріалів // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999. -№ 4. - С. 71-72.

5. Бурмістенков О.П., Місяць В.П. Аналітичне відображення процесу подрібнення гуми // Збірник наукових праць «Проблеми сучасного машинобудування». – Хмельницький, 1996. – С. 50-51.

6. Місяць В.П. Принципи побудови узагальненої математичної моделі процесу подрібнення полімерних матеріалів // Вісник ДАЛПУ. – 1999. - № 2, - С. 74-78.

7. Місяць В.П., БурмістенковО.П. Експериментальна установка для дослідження процесів інтенсивного деформування порошкових полімерів в умовах високого тиску і зсуву // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. Издание Херсонского государственного технического университета – 1999. - № 2. - С. 416-417.

8. Місяць В.П. Основи побудови математичних моделей процесів подрібнення матеріалів // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2000. -№ 5.Ч1. - С.34-37.

9. Місяць В.П., Бурмістенков О.П. Основи математичного моделювання технологічних процесів. Навчальний посібник. –Київ: Науково – методичний центр КДУТД, 2000. - 82с.

10. Деклараційний патент 68978 А Україна, МПК В02С4/08 Пристрій для переробки відходів гуми, штучної і натуральної шкіри / Скиба М.Є., Михайловський Ю.Б., Головко Г.С., Філіпченко Е.О., Іщук В.І., Місяць В.П., (Україна ). - № 20031110577, Заявл. 12. 02. 2004; Опубл. 16.08.2004, Бюл. № 8.

11. Деклараційний патент 70163А Україна, МПК В29В13/10. Пристрій для подрібнення відходів полімерів / Місяць В.П., Михайловський Ю.Б., (Україна ). - № 20031212731; Заявл. 9.02.04.; Опубл. 15.09.2004., Бюл.№ 9.

12. Деклараційний патент 71531 А Україна, МПК В29В17/00 Валковий подрібнювач автомобільних покришок / Скиба М.Є., Михайловський Ю.Б., Головко Г.С., Філіпченко Е.О., Місяць В.П., (Україна ). - № 20031213406; Заявл. 03.03.04; Опубл. 15.11.2004, Бюл. № 11.

13. Місяць В.П. Математичне моделювання матеріальних потоків в механічних пристроях для подрібнення полімерів // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 2 Т1. - С. 180-184.

14. Місяць В.П. Математичне моделювання процесу руху матеріалу в екструдерному подрібнювачі з каналом змінного профілю при неізотермічних умовах // Вісник КНУТД. – 2006. - № 2. - С. 42-49.

15. Місяць В.П., Бурмістенков О.П. Аналітичне дослідження процесу видалення кінцевого продукту при подрібненні відходів полімерів в роторних дробарках // Вісник Хмельницького національного університету. – 2006. - № 6. - С. 205-208.

16. Місяць В.П. Аналітичне дослідження кінетики процесу подрібнення відходів полімерів в роторних дробарках // Вісник КНУТД. – 2007. - № 1. - С.35-39.

17. Місяць В.П., Бурмістенков О.П., Гладчук О.З. Моделювання процесів руйнування полімерних матеріалів при подрібненні // Вісник КНУТД. - 2007. - № 3. - С. 40-45.

18. Місяць В.П. Моделювання процесу різання гум і термопластичних матеріалів між двома ножами в роторних дробарках // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 5. - С. 145-148.

19. Місяць В.П. Аналітичне визначення складових видів деформації полімерів при подрібненні // Вісник КНУТД. - 2007. - № 4. - С. 27-31.

20. Місяць В.П. Дослідження впливу сил тертя полімерів на параметри процесу подрібнення їх відходів // «Проблеми трибології». – Хмельницький національний університет, – 2007. - №4, - C. 34-38.

21. Кострицький В.В., Бурмістенков О.П., Місяць В.П., Артеменко Л.Ф. Перспективи розвитку технологій переробки відходів гуми // Вісник КНУТД. - 2005. - № 5. - С.12-14.

22. Бурмістенков О.П., Місяць В.П., Демішонкова С.А. Прогнозування міцності полімерних матеріалів при різних технологічних умовах їх руйнування // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 5. - C. 12-16.

Особистий внесок автора у праці, опубліковані у співавторстві: [1], [4], [5], [9]– постановка задачі, виконання теоретичних досліджень; [7] - обробка та аналіз результатів; [16], [18], [22] – постановка задачі, виведення аналітичних залежностей; [10], [11] [12], [13], – розробка ідеї, істотних ознак винаходів, обґрунтування запропонованих конструкцій.