Ekstruderių ekonominės naudos optimizavimas: trumpa pajėgumų efektyvumą įtakojančių veiksnių analizė

Bendras minkymas dviejų sraigtų ekstruderis (toliau – ekstruderis) tapo pagrindine modifikuotų plastikų perdirbimo įranga dėl puikių maišymo savybių, individualiai pritaikyto varžtų derinio ir gero savaiminio valymo.

Ekstruderio gamybos efektyvumas yra parametras, kurį modifikavimo įmonės labai vertina rinkdamosi įrangą. Paprastai manoma, kad didesnio skersmens ekstruderiai pasižymi didesniu gamybos efektyvumu, tačiau iš tikrųjų didelis skersmuo nėra raktas į ekstruderių gamybos efektyvumo gerinimą, o vienintelis veiksnys. Veiksniai, turintys įtakos ekstruderio gamybos efektyvumui, yra ekstruderio greitis, tūrio santykis, savitasis sukimo momentas, sraigtų derinio konstrukcija, formulės medžiagos būsena, plastifikavimo būklė, įrangos susidėvėjimas ir kt.

Toliau bus analizuojami įtakos veiksniai po vieną, atsižvelgiant į medžiagos būseną skirtinguose ekstruderio procesuose ir sraigtų derinio konstrukciją. Šiame straipsnyje išsamiau panagrinėsime ekstruzijos transportavimo mechanizmą.

Ekstruzijos konvejerio mechanizmas

Vieno sraigto ekstruderio transportavimo mechanizmo tyrimai buvo dvisraigčio ekstruderio kūrimo pagrindas. Ankstyviausią vieno sraigto transportavimo teoriją pasiūlė Darnel ir Mol. Jos pagrindinė mintis yra ta, kad medžiagų transportavimo į priekį galia vienu sraigtu ekstruderyje pagrįsta kietosios medžiagos transportavimu trinties jėga. Palaipsniui mažėjant ekstruderio sraigtinio elemento pakilimui arba taikant minkymo pasipriešinimo elemento ekstruzijos jėgą, iš pradžių puri ir disperguota medžiaga tampa kietu kamščiu be santykinio poslinkio, o trintis tarp kietojo kamščio ir sraigto paviršiaus kartu su trinties jėga tarp sraigto cilindro vidinio paviršiaus, kietasis kamštis transportuojamas į priekį išilgai sraigto griovelio.

Klasikinė transportavimo teorija turi savo apribojimų, kai ji pateikiama. Ji daro prielaidą, kad kieto kamščio viduje nėra santykinio poslinkio ir kad trinties jėga, kurią jis gauna, yra pastovi. Tačiau reali situacija yra visiškai kitokia, todėl teorinė skaičiavimo formulė dažnai skiriasi nuo faktinio didelio nuokrypio. Nepaisant to, ši teorija iškelia ekstruderio sraigtinio transportavimo esmę, t. y. sraigtinio cilindro trinties dedamoji jėga, veikianti medžiagą išilgai sraigto griovelio krašto, yra medžiagos transportavimo šaltinis, o trintis tarp besisukančio sraigto paviršiaus ir medžiagos yra ribojanti medžiaga. Progresyvus pasipriešinimas. Kitaip tariant, skirtumas tarp trinties koeficiento fi tarp transportuojamos medžiagos ir sraigto metalinio paviršiaus bei trinties koeficiento fb tarp medžiagos ir metalinio paviršiaus sraigto cilindro viduje yra trinties tempimo varomosios jėgos šaltinis. Medžiagos transportavimo į priekį judėjimo ir jėgos analizė parodyta 1 paveiksle.

Nors ankstyviausią ir išsamiausią kietųjų kūnų pernašos teoriją, pagrįstą kietųjų kūnų tribostatika, pasiūlė Darnelis ir Molas, yra keletas pagrindinių prielaidų:
1. Ekstruderio sraigtiniame kanale dervos medžiaga yra kieto kamščio būsenoje, jos tiekimo greitis yra fiksuotas, o slėgio ant kieto kamščio kryptis atitinka tik medžiagos judėjimo kryptį;
2. Kietas kaištis ir bet koks varžto griovelio paviršius sąveikauja tarpusavyje, o jo trinties koeficientas nesikeis kintant slėgiui, o tik keičiantis temperatūrai;
3. Neatsižvelgiant į kietojo kamščio tūrio tankio pokytį ir Žemės gravitacijos įtaką, ir darant prielaidą, kad tarp cilindro ir ekstruderio sraigto nėra tarpo;
4. Sraigtas nejuda sraigto cilindro atžvilgiu ir matomas, kai sraigto cilindras juda.
Potente ir kt. mano, kad varžto ašies varžto griovelio srityje medžiagos tūrinis tankis/tūrinis tankis skirtingose ​​vietose skiriasi. Kai kuriose vietose medžiaga yra laisvos būsenos, o kitose – spaudžiama, kad susidarytų kietas kamštis. Kieto kamščio dalies transportavimo mechanizmas yra susijęs su Darnell-Mol transportavimo teorija, ir ši formulė gaunama analizuojant kieto kamščio judėjimo būseną ir jėgą:

Iš (1) formulės matyti, kad tiekimo tūris G yra teigiamai koreliuojamas su sukimosi greičiu n, tūrio santykiu H ir sraigto skersmeniu Db. Kadangi Darnelio ir Molo viensraigčio transportavimo teorijos prielaidos neatitinka realybės, yra didelis nuokrypis tarp vėlesnių kartų apskaičiuotų duomenų ir faktinių gamybos duomenų. Nuo to laiko daugybė mokslininkų atliko išsamesnius šios teorijos tyrimus. Daugelyje tyrimų dvi daugelio mokslininkų pripažįstamos teorijos yra Chung ir kt. pasiūlyta klampios traukos teorija ir Tedderio pasiūlyta klampios traukos teorija – energijos balanso teorija.

Nors tarp teorijų yra ginčų, pagrindinis Darnello-Molio teorijos ir Tedderio teorijos atspirties taškas iš esmės yra tas pats, tai yra dinaminė trinties jėga tarp medžiagos, kuria jis liečiasi. vieno sraigto ekstruderis Ir sraigtinio cilindro vidinė sienelė yra svarbiausias kietųjų medžiagų transportavimo veiksnys. Esmės šaltinis. Skirtumas tas, kad Chungas mano, jog medžiaga pirmiausia trinsis į metalinę cilindro sienelę, kad susidarytų plonas lydalo sluoksnis, ir būtent šio plono lydalo sluoksnio sukuriama klampi traukos jėga turi įtakos kietųjų medžiagų transportavimo veikimui. Visos trys teorijos turi bendrą bruožą: kietoji medžiaga ekstruderyje laikoma kietu kamščiu, medžiaga kietųjų medžiagų transportavimo sekcijoje laikoma tankia, tarp kietųjų dalelių nėra santykinio poslinkio.

Zhu Fuhua ir kiti vizualinio ekstruderio darbo procese pastebėjo, kad prieš medžiagai patenkant į lydymo skyrių, kietosios dalelės iš esmės yra abipusio mainų ir slydimo procese, o sraigto griovelis nėra visiškai užpildytas. Šis reiškinys palaipsniui neišnyksta, kol medžiaga nepatenka į lydymo skyrių. Be to, dervos dalelių judėjimo į priekį metu aiškiai matyti, kad tarp dervos dalelių yra blizgus lydalas. Vėlesniame etape lydalo užimamai erdvei didėjant, riba tarp dalelių ir lydalo tampa mažiau akivaizdi. Tai vizualiai įrodo kietojo kamščio netolygumą ir neišvengiamą kietojo kamščio poslinkio pokytį. Remdamasis daugybe stebėjimų ir eksperimentų, Zhu Fuhua pirmą kartą pasiūlė nekamščio srauto kietojo kūno pernašos teoriją.

Deja, ilgą laiką po to, kai buvo pasiūlyta nekamščiatūrinio kietojo pernašos teorija, ji negalėjo būti naudojama praktinėms problemoms spręsti tiek šalyje, tiek užsienyje dėl teorijos sudėtingumo. Nors nekamščiatūrinio kietojo pernašos teorijos skaičiavimo tikslumas buvo gerokai pagerintas, nėra aiškios formulės gamybai ir slėgiui apskaičiuoti, ir ji pati yra netiesinė sąlyčio problema. Yra daug sudėtingų formulių, o skaičiavimams reikalingas baigtinių elementų metodas. Tai sukelia didelių sunkumų praktiniam pritaikymui. P. Carrot tyrinėjo susikertančių kartu besisukančių dvigubų sraigtų geometriją ir, remdamasis tyrimais, sukūrė medžiagos transportavimo proceso dvisraigčiame ekstruderyje modelį. Jie vieningai pabrėžė, kad medžiagų transportavimo procesas ekstruderyje yra sudėtingas ir įvairus, ir yra daugiausia du transportavimo mechanizmai, tai yra teigiamo poslinkio transportavimas išilgai sraigto ašies viršutinėje sujungimo srityje ir trinties tempimo transportavimas sraigto griovelio srityje. Liu Tinghua ir kt. Atliko daug eksperimentų su pilna trijų padėčių vizualiniu ekstruderiu ir kietųjų dalelių transportavimo sekciją padalijo į teigiamo poslinkio transportavimą sujungimo srityje ir granuliuotų dalelių transportavimą trinties būdu šoninio sraigto griovelio srityje. Teigiamo poslinkio transportavimo tūris sujungimo srityje apskaičiuojamas pagal (2) formulę:

Kaip maksimaliai padidinti ekstruderio ekonominę naudą, yra neatsiejama nuo ekstruderio gamybos efektyvumo. Gamybos efektyvumą lemia ne tik ekstruderio fiziniai parametrai ir proceso sąlygos, bet ir medžiagos būsena. Kuo mažesnis medžiagos tūrinis tankis, tuo didesnis oro kiekis medžiagoje. Medžiagos transportavimo sraigtu metu iš tikrųjų judama su tuo pačiu medžiagos tūriu. Kuo mažesnis tūrinis tankis, tuo mažesnis transportavimo pajėgumas.

Ekstruderio lydalo maišymo metu didelis kiekis dalelių ir miltelių yra suspaudžiamas ir paverčiamas lydalu. Vienintelis būdas palikti ekstruderio vidų yra grįžti į uodegą, o tai trukdys nuolatiniam miltelių tiekimui. Kai priešpriešinio srauto slėgis ir greitis viršija tam tikrą kritinę vertę, energija bus grąžinta. Kai sraigto skerspjūvio plotas sumažėja, oro priešpriešinis srautas didėja. Kuo didesnis slėgis, tuo didesnis greitis. Šiuo atveju tai gali neigiamai paveikti tiekimą, nes greičio perpildymo taškas mažėja didėjant greičiui, t. y. kuo didesnis greitis, tuo labiau skystėja tiekimas. Kaip minėta anksčiau, trintis yra raktas į medžiagos transportavimą. Transportavimo efektyvumas yra tiesiogiai proporcingas „dinaminiam“ trinties koeficientui. Kuo didesnis sraigto cilindro trinties koeficientas, tuo didesnis transportavimo efektyvumas. Trinties jėgos pokytis taip pat turės įtakos jo transportavimo efektyvumui. Be to, skirtingi sraigtų deriniai ir konstrukcijos taip pat turės įtakos jo „dinaminiam“ trinties koeficientui.