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双螺杆捏合机转子型线演化及其混合性能研究

梁新龙  
【摘要】:异向啮合型双螺杆捏合机因其较强的物料输送能力和挤出能力以及便于计量等优点而得到广泛应用,由于双螺杆转子元件是捏合机的核心部件,其螺杆构型直接影响螺杆转子对共混物料的剪切、拉伸作用,因而有可能得到不同混合程度以及具有不同力学性能的挤出制品,而螺杆转子端面型线是螺杆构型的决定性因素,故本文首先从转子端面型线的研究入手。 本文重点研究双螺杆捏合机的螺杆转子元件,首先研究螺杆转子端面型线的演化过程;然后从稳态和瞬态流场角度对几种具有典型端面型线螺杆转子混合特性展开研究;针对具有某种特定端面型线螺杆转子进行参数敏度分析,并实验研究该种特定螺杆转子实现混合加工的可行性。具体研究工作如下: 1)在对本文研究背景及意义做了论述后,从螺杆转子型线设计和工作性能方面对国内外螺杆转子研究现状做了概述总结,并对双螺杆捏合机的分类作了简要介绍; 2)根据齿轮啮合原理的共轭包络法设计出二头阴转子和一头阳转子的转子原始端面型线数学模型,对螺杆转子端面型线的演化过程进行了研究,为寻求一种可涵盖目前常见双螺杆捏合机螺杆转子端面型线的统一数学模型,初步探究目前不同转子端面型线之间的内在规律; 3)通过建立几种具有不同端面型线螺杆元件与流道的有限元模型,运用数值模拟方法对几种典型螺杆转子的混合能力进行横向对比,同时对表征螺杆转子分布性混合能力与分散性混合能力的若干参数进行比较,以研究不同端面型线对混合性能的影响,研究结果为实际工业生产中选择合理的螺杆转子元件提供理论依据; 4)针对某种具有典型端面型线螺杆转子,采用表征物料所经历的最大剪切速率,最大剪切应力,最大混合指数以及累积停留时间分布、停留时间分布等参数,分析了几何参数包括中心距、导程、阳转子螺棱角等以及工艺参数包括转速、流道两端压差与工作温度等对螺杆混合性能的影响趋势,从而为双螺杆捏合机的合理设计提供科学依据,且以高效率、低能耗为目标找到一组比较理想的设计参数与工艺参数水平组合; 5)针对某新型双螺杆捏合机,根据有限的实验设备,通过观测两种不同颜色色母粒混合后的微观特征形貌,验证以螺杆组SD41作为转子元件的双螺杆捏合机混合加工的可行性,对新型双螺杆捏合机混合性能研究提供实验参考。


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