螺旋沟槽衬套单螺杆挤出机固体输送段的研究

论文摘要

本课题为国家自然科学基金项目“单螺杆挤出机新型挤出理论研究”的部分研究工作,本项目提出了一种新型单螺杆挤出机固体输送理论——双螺棱推动理论,基于该理论建立的挤出机的结构特点是在机筒固体输送段开设与螺杆螺槽旋向相反的螺旋沟槽。在结构设计合理的情况下,物料作为整体在加料套螺棱及螺杆螺棱的共同推力作用下向前输送,实现了单螺杆挤出机的正位移输送。在此输送机理中,物料与机筒及螺杆间的摩擦力均为阻力。本文引用了双螺棱推动理论公式并对其进行定性分析,分析了影响挤出机性能(固体输送段产量、压力)的参数及其影响趋势,并以原有IKV直槽单螺杆挤出机为基础建立了螺槽沟槽衬套挤出机实验平台,设计了两个槽宽不同的螺旋沟槽衬套,两根不同螺距的螺杆,与原有IKV直槽衬套组合成6套实验测试系统。固体输送段的建压能力以及输送能力对挤出机的产量及能耗有着重要的影响。因此,本文把对该新型挤出机固体输送段特性的研究作为重点。根据这一研究目的,设计了固体输送段压力测试仪,该压力测试仪能够真实在线地监测挤出机固体输送段的产量及末端压力。本文利用固体压力测试仪,对不同结构参数对挤出机固体输送段压力、产量的影响进行了实验研究。结果表明：(1)沟槽宽度对固体输送段压力的影响基本可以忽略。但是,沟槽越宽,固体输送段的产量越高,因此设计沟槽时,适当的增大沟槽宽度有助于提高挤出机产量。(2)螺杆螺距越大,挤出机固体输送段的建压能力越好,而其产量主要取决于进料口处螺杆螺距的大小,故在设计螺杆时,可以适当增大螺杆加料段的螺距,尤其是进料口处的螺距。物料粒径大小对挤出机固体输送段压力、产量是有影响的,为了深入研究这一影响,通过双螺杆造粒机制备了4种不同粒径大小的同种实验原料。研究发现：物料的粒径越小,其松密度越大,固体输送段末端的压力越高,产量也越高。因此,从建压和提高产量的角度来看,适当的减小粒径是有利的。螺杆转速对挤出机固体输送段压力的影响很小,基本可以忽略；但是螺杆转速与产量之间有着很重要的关系,研究结果表明：固体输送段的产量随着螺杆转速的增加基本呈线性增长趋势,这说明该实验挤出机基本实现了正位移输送。将螺旋沟槽衬套单螺杆挤出机的固体输送段与IKV挤出机固体输送段的压力、比流率及比能耗进行对比,结果表明：二者建压能力相当,但其比流率较IKV挤出机高约11%,比能耗低约13%,这就是该新型挤出机的优势所在。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 单螺杆挤出机的研究发展历程
• 1.3 挤出机的发展趋势
• 1.4 挤出机固体输送段相关理论的研究与发展
• 1.4.1 固体输送理论的发展
• 1.4.2 特种新型挤出机及其固体输送理论
• 1.5 本课题研究的目的、意义和内容
• 1.5.1 本课题研究的目的和意义
• 1.5.2 本课题研究的内容
• 1.5.3 本课题的创新点
• 第二章 螺旋沟槽衬套单螺杆挤出机固体输送理论的分析与探讨
• 2.1 固体输送段的产量
• 2.1.1 影响固体输送段产量的主要参数
• 2.1.2 参数对固体输送段产量的影响趋势
• 2.2 固体输送段的压力
• 2.2.1 影响固体输送段压力的主要参数
• 2.2.2 参数对固体输送段压力的影响趋势
• 2.3 单螺杆挤出机实现正位移输送的边界条件
• 第三章 实验方案的确定及实验的准备
• 3.1 技术路线
• 3.2 待测数据及其测试方法
• 3.3 实验原料及设备
• 3.3.1 实验原料
• 3.3.2 实验设备
• 3.4 实验方法
• 3.5 本章总结
• 第四章 实验装置的研制
• 4.1 螺旋沟槽衬套单螺杆挤出机实验平台的建立
• 4.1.1 螺旋沟槽衬套的设计
• 4.1.2 螺杆的设计
• 4.2 固体压力测试仪的研制
• 4.2.1 压力测试仪的结构及工作原理
• 4.2.2 重要元器件的设计及材料选取
• 4.3 物料内摩擦测试仪的研制
• 4.3.1 摩擦测试仪的结构及工作原理
• 4.3.2 重要元器件的设计及材料选取
• 4.4 本章总结
• 第五章 实验结果的分析与讨论
• 5.1 挤出机实现正位移输送的初步验证
• 5.2 固体输送段末端压力的测试及分析
• 5.2.1 沟槽宽度变化对固体输送段压力的影响
• 5.2.2 螺杆螺距变化对固体输送段压力的影响
• 5.2.3 粒径大小对固体输送段压力的影响
• 5.2.4 螺杆转速对固体输送段压力的影响
• 5.3 固体输送段产量的测试及分析
• 5.3.1 沟槽宽度变化对固体输送段产量的影响
• 5.3.2 螺杆螺距变化对固体输送段产量的影响
• 5.3.3 粒径大小对固体输送段产量的影响
• 5.3.4 螺杆转速对固体输送段产量的影响
• 5.3.5 挤出机比流率的比较
• 5.4 与IKV挤出机的比较
• 5.4.1 固体输送段末端压力的比较
• 5.4.2 产量的比较
• 5.4.3 比能耗的比较
• 5.5 IKV挤出机固体输送段与熔体挤出结果对比
• 5.6 本章总结
• 第六章 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书