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常見問題

差速攪拌捏合機的設計方法是什么?

作者: 來源: 日期:2019-06-20 08:50:03 人氣:0

差速攪拌捏合機是一種新型高效的臥式雙軸全相自清潔型攪拌機,用于高粘度物料攪拌混合的場所。這種攪拌機在混合過程中能不斷破碎物料,破碎功能強,而且具有自清理功能和耐腐蝕性能。它集粉碎、攪拌、捏合自清理、輸送于一體,并能連續化生產作業。這種攪拌機可用于氫氟酸、聚酯、氨基塑料、合成橡膠、硅酯、染料中間體、纖維素衍生物的生產等,還可用來蒸發或干燥高黏性物料,回收溶劑以及脫揮發分,更可用來混合和捏合物料。

此類設備的研究目前主要集中于國外的大型混合設備公司。盡管國內已有公司進行了模仿試制,但由于此類設備是非標設備,其研發主要靠經驗和試驗,無論采用規模放大或者是規??s小技術,都無法達到與原規格設備同等的攪拌效果。

尤其是攪拌機的核心部分—攪拌機構的設計,則顯得更加突出。國外廠家主要是通過大量試驗和多年的實際應用得到的經驗值為設計依據,國內的廠家則完全采用類比法進行設計,結構雷同。由于攪拌機構參數選擇涉及到的因素很多, 且較為復雜,因而設計質量的好壞往往需要通過樣機測試后才能評定和修改,從而導致設計周期長,影響產品的開發和行業技術的進步。更為重要的是,由于不清楚這些參數的內在規律,也就不能使其達到最優,因而也就不能最充分地發揮攪拌機的作用和效率。因此對攪拌機各參數進行深入的理論分析,繼而對其優化, 對于提高攪拌質量和生產率、降低能耗、減少磨損,都非常有意義。

主攪拌軸和清潔軸是差速攪拌捏合機中最重要的構件,攪拌軸的破壞將導致差速攪拌捏合機整個裝置的失效。一方面,攪拌裝置在工作過程中受載較大,而且自身結構形狀復雜,又加上工況的變化,導致攪拌軸的受力狀況復雜。另一方面,攪拌軸在工作過程中,由于流體作用力、攪拌軸偏心以及輸入功率的波動等的影響,致使攪拌軸存在軸向、扭轉及彎曲等應力的波動,而且他們的振幅和頻率都各不相同,因而攪拌軸極易發生疲勞破壞。

差速攪拌捏合機在工作過程中受力復雜,且受力狀態隨時間成周期性變化。流體作用力在一個周期內的變化復雜,并不是簡單的簡諧載荷或穩定載荷。因此要想了解攪拌軸不同時刻的受力狀況,需要對攪拌軸進行瞬態動力學分析。通過對攪拌軸進行瞬態動力學分析,得出其在周期性流場激勵作用下,各個危險節點的位移及應力的時間歷程響應曲線,使設計人員能夠對攪拌軸在正常工況下的瞬時響應有直觀的了解,并為強度分析及疲勞分析奠定了基礎。

攪拌過程是通過攪拌器的旋轉向攪拌槽內輸入機械能,從而使流體獲得適宜的流動場。差速攪拌捏合機內部流體進行著復雜的三維流動,而攪拌過程中物料的結構、狀態、性能等都不斷發生變化,難以進行數學描述。長期以來對其內部流場的研究都是基于測量各個物理量的方法進行,但測量流場的試驗裝置昂貴而且耗時。為降低成本,本文對攪拌機的流場進行數值模擬,以了解攪拌設備內部流場復雜的動態特性,并對攪拌機的攪拌效果進行驗證。

基于上述分析,為提高對差速攪拌捏合機的攪拌質量、生產效率以及改善攪拌設備的結構性能,本文擬對差速攪拌捏合機進行以下方面的研究:

1 參考主攪拌軸和清潔軸相對運動的數學模型,根據差速攪拌捏合機的工作原理及結構特點對螺棱外形進行簡化,使其結構更加合理,更能滿足制造加工性的要求。

2. 對差速攪拌捏合機的各個參數的內在規律進行研究,并進一步進行參數優化,包括對主攪拌軸和清潔軸中心距與螺棱外徑的數學關系、攪拌裝置長寬比以及螺棱中徑的螺旋角等,以使其滿足攪拌機的工作要求。

3. 建立攪拌軸單元節參數化模型,在對主攪拌軸和清潔軸進行力學分析的基礎上利用有限元軟件 ANSYS 進行瞬態動力學分析。通過瞬態動力學分析,得到攪拌軸的動力特性以及攪拌軸在流體激振力作用下其內部等效應力的時間歷程響應,使設計人員對攪拌軸每一時刻的內部應力有直觀的了解,并為進一步結構優化提供理論依據。

4. 對主攪拌軸和清潔軸進行振動特性分析,對其工作狀況下的振動型式進行研究,利用 ANSYS 對攪拌軸的模態進行求解,確定其工作狀態下的固有頻率及振型,并對其共振性進行判斷。另外,通過振動分析可以選定合適的軸系尺寸, 使由軸系所產生的振動得以減少或消除。

5. 對主攪拌軸和清潔軸的疲勞狀態進行分析,并將理論計算結果與有限元法計算結果進行對比分析,以了解其在工作過程中的疲勞壽命。

6. 對差速攪拌捏合機進行三維流場數值模擬,對攪拌設備內部流場復雜的動態特性進行研究,并對攪拌機的攪拌效果進行驗證以及提出合理化的設計建議。


    標簽:捏合機
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