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立式真空捏合机行星齿轮的优化设计研究

作者: 来源: 日期:2019-09-21 09:49:43 人气:0


图 1.1 立式小型捏合机




捏合机是化工领域一种常用的搅拌设备[1],一般是由一对互相配合和旋转的桨叶构成,由其产生的强烈剪切作用使半干状态或橡胶状粘稠复合材料迅速混合,从而获得均匀的复合材料。捏合机常用在各种高粘度的弹塑性复合材料的混炼、捏合、破碎、分散、重新聚合等化工场合[23],具有搅拌均匀、无死角、捏合效率高的优点。


由于立式捏合机可以用于混合高粘度、啮合过程强烈的物料,而且物料不会接触到密封圈和轴封,因此可以减少污染,提高捏合机的使用寿命,在目前的生产活动中得到广泛应用。现行的立式捏合机主要为双桨的立式捏合机,在两桨之间、桨叶与锅壁之间、桨叶与锅底之间都存在一个间隙,物料通过桨叶的自转与公转,在这些间隙中产生大的剪切力,拉伸力,使得物料重新分布整合、流线重新分布折叠。由于桨叶的螺旋角,整个流场在垂直方向也会产生变化,这样,经过桨叶的正、反转以及正、逆时针的公转运动就可以达到较好的混合效果[4]

本文研究的对象为立式小型捏合机,如图 1.1 所示,由专用的支撑部件、混合锅、桨叶、左右翻转架、主传动装置、升降装置、气动、真空、控制及音视频系统组成。混合物料的混合锅固定在机架上不动,传动箱升降。混合完毕后,传动箱上升,人工拉出混合锅至翻转架上,转动翻转手柄,旋转100°出料。

立式捏合机的正反转采用防爆电机,通过一对同步带轮驱动传动箱实现。传动箱的升降由防爆电机带动丝杠实现,两根导向立柱固定在支撑部件上,传动箱通过两根导立柱定位,在丝杠的驱动下,平稳升降并与料锅定位和压紧。

立式捏合机通过机架上的导轨依靠人工推入框架内,通过导轨末端的限位块对锅进行水平定位,同时安装在末端的直动圆头式阀发信号,使安装在导轨左右两侧的两组短行程缸对锅两侧面定位。安装在支撑部件右侧面的信号装置,使传动箱保持“开始下降时的速度、快速下降时的速度、接近混合锅时的速度、开始上升时的速度、快速上升时的速度、接近顶部时的速度”这几个阶段的运动。

行星齿轮在很多方面都优于普通的定轴传动系统,比如可以在体积较小重量较轻的条件下,实现大功率传动,获得较大的传动比,实现运动的合成及分解等。但是,行星齿轮传动也具有其缺点,比如说在设计过程中涉及的因素较多,使得行星齿轮传动优化设计问题比较复杂[5]。目前对于行星齿轮的优化设计研究多针对于单级或者双级的行星轮系,对于复杂的周转轮系较少涉及。这主要是因为周转轮系中的运动更加复杂,参数间的制约因素更加繁琐,而且除了一些基本因素如运动关系和几何尺寸以外,摩擦润滑以及系统的动力情况也是需要加以考虑的。

为达到物料的充分混合,捏合机要进行自转和公转运动,所以一般采用单输入多输出的复合行星轮系来实现物料的搅拌和混合。在立式捏合机的传动系统中,由于行星轮系的复杂性——既要求桨叶自转又要求桨叶的公转,因此需要设计及确定的参数较多约束较复杂包括桨叶约束条件、传动比约束条件、结构约束条件、同心约束条件、齿轮不根切条件、齿宽约束条件、强度约束条件等。一方面,待定的参数数量大;另一方面,各个参数相互制约相互影响。很多参数都影响着系统的多方面的性能,而这些性能对参数的要求通常是矛盾的,参数选取过大或过小均会导致系统达不到最优状态。

之前的设计通常采取先根据主要约束选取传动系统的参数,然后再对各个约束条件进行验算,如果满足条件,则设计结束。如果不满足条件,则再第一步根据需求重新选取参数。这样交替进行,一方面延长了设计时间,一旦不满足约束条件就要返回第一步重新选择参数;另一方面,由于没有优化的设计概念,所得的方案基本上是可行解而非系统的最优解。这样不仅浪费了时间与精力,而且所得结果也不一定是最优解。而优化的设计方法是首先对要优化的模型进行分析,得出优化目标和条件约束,然后选择相应的优化算法进行优化得出优化结果。本文首先专门针对立式捏合机的传动系统进行详细分析,得出约束条件,然后进行优化,选择最优的结果,为今后的立式捏合机传动系统的设计提供依据。


    标签:捏合机 真空捏合机
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