高扭矩高啮合比同向双螺杆挤出机挤压系统设计原理及性能研究

论文摘要

本文瞄准目前国际上最新一代同向双螺杆挤出机水准，以高扭矩高啮合比同向双螺杆挤出机挤压系统的开发研制为结合点，对同向双螺杆挤出机相似放大参数优化、挤压系统设计原理、新型捏合盘元件混炼性能及实验研究等方面进行了研究。采用FEM与正交试验设计相结合的方法，选用螺槽深度、螺杆转速和螺杆与机筒间隙作为试验因素，将产量、比能耗、最大剪切应力和平均停留时间作为评价指标，确定了目标机型—φ72同向双螺杆挤出机的最优几何参数。深入探讨螺杆元件设计方法，采用有限元数值方法从产量、齿轮箱轴承载荷、比能耗、停留时间等方面量化对比中心距修正法和法向等间隙修正法设计的螺杆元件性能。运用有限元法与传统理论计算相结合的方法，对渐开线花键芯轴进行了齿形优化和结构设计，并从剪切应力、变形等方面分析了芯轴的承载能力。在全面剖析国内外常用机筒加热冷却方式和加热冷却通道布置的基础上，确定本课题采用电加热+轴向双管并联式单通道加热冷却形式，并完成了各功能段机筒的结构设计。自行开发设计了新型正向、反向捏合盘元件，运用数值模拟方法研究其输送性能、混炼性能及经济性能；并采用数字图像技术和MATLAB软件对新型捏合盘元件的停留时间分布进行了实验研究，分析螺杆转速对停留时间分布的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 挤出机相似放大理论的研究现状
• 1.3 同向双螺杆挤出机挤压系统的研究现状
• 1.3.1 螺杆元件研究现状
• 1.3.2 芯轴研究现状
• 1.3.3 机筒研究现状
• 1.4 停留时间分布的研究
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 同向双螺杆挤出机相似放大参数优化
• 2.1 特征参数相似放大关系
• 2.2 相似放大参数优化的正交试验设计
• 2.3 相似放大参数优化数值分析
• 2.3.1 物理模型
• 2.3.2 数学模型
• 2.3.3 边界条件
• 2.3.4 正交试验结果分析
• 2.3.5 基准机型和目标机型最优方案性能分析
• 2.4 小结
• 第三章 Φ72 高扭矩高啮合比同向双螺杆挤出机挤压系统设计
• 3.1 主要设计参数的确定
• 3.2 螺杆元件设计深入探讨
• 3.2.1 常规螺杆元件的设计
• 3.2.2 新型捏合盘元件的开发
• 3.2.3 螺纹曲线修正
• 3.2.4 数值模拟
• 3.3 芯轴参数优化与结构设计
• 3.3.1 渐开线花键芯轴齿形参数优化
• 3.3.2. 渐开线花键芯轴校核
• 3.3.3 芯轴力学性能分析
• 3.4 机筒结构设计
• 3.4.1 机筒加热冷却方式
• 3.4.2 机筒加热冷却通道布置
• 3.4.3 Φ72 机组机筒的结构设计
• 3.5 小结
• 第四章 新型捏合盘元件混炼性能及实验研究
• 4.1 新型捏合盘元件混炼性能数值分析
• 4.1.1 物理模型
• 4.1.2 数学模型和边界条件
• 4.1.3 结果分析
• 4.2 新型捏合盘元件停留时间分布实验研究
• 4.2.1 数字图像处理（DIP）实验原理
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验原料及工艺条件
• 4.2.4 螺杆构型
• 4.2.5 实验步骤
• 4.2.6 实验结果
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 取得的阶段性成果
• 5.2 对本课题研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介