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常见问题

差速搅拌捏合机的设计方法是什么?

作者: 来源: 日期:2019-06-20 08:50:03 人气:0

差速搅拌捏合机是一种新型高效的卧式双轴全相自清洁型搅拌机,用于高粘度物料搅拌混合的场所。这种搅拌机在混合过程中能不断破碎物料,破碎功能强,而且具有自清理功能和耐腐蚀性能。它集粉碎、搅拌、捏合自清理、输送于一体,并能连续化生产作业。这种搅拌机可用于氢氟酸、聚酯、氨基塑料、合成橡胶、硅酯、染料中间体、纤维素衍生物的生产等,还可用来蒸发或干燥高黏性物料,回收溶剂以及脱挥发分,更可用来混合和捏合物料。

此类设备的研究目前主要集中于国外的大型混合设备公司。尽管国内已有公司进行了模仿试制,但由于此类设备是非标设备,其研发主要靠经验和试验,无论采用规模放大或者是规模缩小技术,都无法达到与原规格设备同等的搅拌效果。

尤其是搅拌机的核心部分—搅拌机构的设计,则显得更加突出。国外厂家主要是通过大量试验和多年的实际应用得到的经验值为设计依据,国内的厂家则完全采用类比法进行设计,结构雷同。由于搅拌机构参数选择涉及到的因素很多, 且较为复杂,因而设计质量的好坏往往需要通过样机测试后才能评定和修改,从而导致设计周期长,影响产品的开发和行业技术的进步。更为重要的是,由于不清楚这些参数的内在规律,也就不能使其达到最优,因而也就不能最充分地发挥搅拌机的作用和效率。因此对搅拌机各参数进行深入的理论分析,继而对其优化, 对于提高搅拌质量和生产率、降低能耗、减少磨损,都非常有意义。

主搅拌轴和清洁轴是差速搅拌捏合机中最重要的构件,搅拌轴的破坏将导致差速搅拌捏合机整个装置的失效。一方面,搅拌装置在工作过程中受载较大,而且自身结构形状复杂,又加上工况的变化,导致搅拌轴的受力状况复杂。另一方面,搅拌轴在工作过程中,由于流体作用力、搅拌轴偏心以及输入功率的波动等的影响,致使搅拌轴存在轴向、扭转及弯曲等应力的波动,而且他们的振幅和频率都各不相同,因而搅拌轴极易发生疲劳破坏。

差速搅拌捏合机在工作过程中受力复杂,且受力状态随时间成周期性变化。流体作用力在一个周期内的变化复杂,并不是简单的简谐载荷或稳定载荷。因此要想了解搅拌轴不同时刻的受力状况,需要对搅拌轴进行瞬态动力学分析。通过对搅拌轴进行瞬态动力学分析,得出其在周期性流场激励作用下,各个危险节点的位移及应力的时间历程响应曲线,使设计人员能够对搅拌轴在正常工况下的瞬时响应有直观的了解,并为强度分析及疲劳分析奠定了基础。

搅拌过程是通过搅拌器的旋转向搅拌槽内输入机械能,从而使流体获得适宜的流动场。差速搅拌捏合机内部流体进行着复杂的三维流动,而搅拌过程中物料的结构、状态、性能等都不断发生变化,难以进行数学描述。长期以来对其内部流场的研究都是基于测量各个物理量的方法进行,但测量流场的试验装置昂贵而且耗时。为降低成本,本文对搅拌机的流场进行数值模拟,以了解搅拌设备内部流场复杂的动态特性,并对搅拌机的搅拌效果进行验证。

基于上述分析,为提高对差速搅拌捏合机的搅拌质量、生产效率以及改善搅拌设备的结构性能,本文拟对差速搅拌捏合机进行以下方面的研究:

1 参考主搅拌轴和清洁轴相对运动的数学模型,根据差速搅拌捏合机的工作原理及结构特点对螺棱外形进行简化,使其结构更加合理,更能满足制造加工性的要求。

2. 对差速搅拌捏合机的各个参数的内在规律进行研究,并进一步进行参数优化,包括对主搅拌轴和清洁轴中心距与螺棱外径的数学关系、搅拌装置长宽比以及螺棱中径的螺旋角等,以使其满足搅拌机的工作要求。

3. 建立搅拌轴单元节参数化模型,在对主搅拌轴和清洁轴进行力学分析的基础上利用有限元软件 ANSYS 进行瞬态动力学分析。通过瞬态动力学分析,得到搅拌轴的动力特性以及搅拌轴在流体激振力作用下其内部等效应力的时间历程响应,使设计人员对搅拌轴每一时刻的内部应力有直观的了解,并为进一步结构优化提供理论依据。

4. 对主搅拌轴和清洁轴进行振动特性分析,对其工作状况下的振动型式进行研究,利用 ANSYS 对搅拌轴的模态进行求解,确定其工作状态下的固有频率及振型,并对其共振性进行判断。另外,通过振动分析可以选定合适的轴系尺寸, 使由轴系所产生的振动得以减少或消除。

5. 对主搅拌轴和清洁轴的疲劳状态进行分析,并将理论计算结果与有限元法计算结果进行对比分析,以了解其在工作过程中的疲劳寿命。

6. 对差速搅拌捏合机进行三维流场数值模拟,对搅拌设备内部流场复杂的动态特性进行研究,并对搅拌机的搅拌效果进行验证以及提出合理化的设计建议。


    标签:捏合机
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