第三章(1)固体输送理论

研究对象研究目的第三章挤出理论塑料在单螺杆挤出机中的挤出过程进行定性和定量分析，-揭示、掌握和促进此过程T达到优质、高效、低能耗研究始于19世纪20年代，取得突破性成果是在 50、60 年代，为70年代各种新型螺杆以及挤出机的新结构的发展 打下了理论基础，使挤出产量和质量得到很大提高。挤出过程一一复杂的过程涉及一一流变学、传热学、摩擦学、高分子结构学等理论模型一一以一些基本假设和简化为前提有一定的局限性和片面性现在仍在不断修正、发展和完善中。第一节固体输送理论Dar ne-Mo的固体输送理论1 9 56最有代表性、应用较为广泛以固体摩擦静力平衡为基础Mo I固体输送理论一、固体输送方程的建立1.基本假设塑料充满螺槽，密实形成固体塞，特性为连续弹性体 p= （ z与机筒、螺槽表面紧密接触f = c o n s t.但 f b、f s可不同p s = c o n s t重力忽略不计螺杆与机筒之间的间隙忽略不计螺槽截面为矩形，且深度不变2.固体输送方程的建立据上述假设和模型得固体输送方（体积流率V 二 A vaA垂直轴线的螺槽截面积（圆环面积减去螺棱截面积Va 固体塞沿螺杆轴向的速度Vb 机筒表面速度Vz固体塞沿螺槽Z方向的速度Vf 固体塞输送速度Va 固体塞沿螺杆轴向的速度点224(Db-Ds)-M eHsi nM螺纹头数；一平均螺旋升角耳一螺杆根径Va :根据运动学相对运动原理Vb 牵连速度VZ 相对速度S绝对速度Vf7Vz根据正弦定理乂二Vbsinq sin180 -（H ）一Vf_ 必sinTbsin（日b 十）速度矢量图一方向角D s =Db - 2比Db -D；2 =4H1 Db - 出又T T =jDtgd =%Db -Hi j器 螺棱宽度 b = co： 0(单头 M=1 T=S)2可知：V 乂 n V 二 H1 V 二 D2只有未知Vf :si叽s i吨 ) si nbsi nVa = Vf s i n =Vb+SE )经三角变换，且b YDbnVaXQn tggtgb tg将A、Va代入 V =A vaVDbn SbtgDb2-D2 - MeH tg% +tg伞4si n、固体塞输送角 固体塞在螺槽中的 沿螺槽方向，在固一单元体-F4 F5受力分析 体塞上取Fi.dz摩擦力，与输送速度方向 摩擦力质量流率为:p s 固体塞密度F2、F7、F3、F1微元体与机筒表面的F5微元体与螺槽底面的F6固体塞微元体受压力F8螺槽两侧面对微元体的压力F4固体塞微元体与螺槽两侧面的摩擦力14根据：摩擦力=正压力X摩擦系数 求出各摩擦力力=压力X面积求出各力求出各力的轴向分力，并建立力平衡方程螺槽等深，运动稳定-加速度a=0求出各力的切向分力，并建立力矩平衡方程 Mt = 0输送角的表达式相当复杂，将其改写为简化式：cos 二 K si n MM螺杆参数的集合项（式的后三项） 经三角变换等，可得：几 “ 4R22 _KMsin21 4K2将K、M 的关系绘制成图 算出K、M直-由图查出求出PV0.51.01.52.0作用在固体塞上的力比KM50项合集数参杆螺四、固体输送率方程的几点讨论相对速度VH fcos = K sin +2W fb输送角: W_fsW fbsin 訂K+hgDbsins K咙乩iDb丿WH_丄sinfK+Pctgg inW)Zb fbDbPo式中: fs 固体塞与螺杆的摩擦;系fb数固体塞与机筒的摩擦;系数 P固 体输送段结束处的;压P0固 体输送段初始压力 笋=HiWsi nK_匕 si 护scopexp-Db c o y_fbs i nj A =fbWsi n2HifsSi 也-Wsfssi mB1 二bWbCO$_2HifsSict(0D _Ws fs si 習ct 磐三、初始压力圆柱形料斗2fKex2.式中：K1 -Sig1 sin-mB2 m 1W co sD sbR料斗半径；p 塑料松密度f静摩擦系数；Y料斗中料的高度；K横向作用力与垂直作用力之比，一般K =0. 3-5 0. 6 ;0a m塑料的内摩擦角初始压力与料斗几何尺寸及物料性质有关1.关于输送角两种极限情况： =0 时：VF 1/ VbVz=0固体塞抱住螺杆一起旋转 -固体输送率=0 f b=0或机头封闭 =90时：Vf丄螺棱固体输送率最大 只有fs=0时才会出现Vf绝对速度Vb牵连速度关于摩擦系数ZV率效送输 f b= CO nSt :f sf - V Vm 玄”！ - V J若f V - JfsT f螺杆光洁度 fs=c on st :fbf V V f v f max若f V-f fb物料向前输送的推动力物料与机筒之间的摩擦力f螺杆表面光洁度-J fs是有限的-涉及加工及经济性等问题有效结构措施一一机筒加料段开设轴向沟槽相当于提高fb f i - 5f a的特性得到充分利用3.关于压力P输送-P0 f- P P f 压实p 0 f p p f 0 J Pf p f J4.关于螺旋角P= P M= 1 fs=0-Vmax求极值9 b= 45.9 b 4 59 b与 f s、fb及螺杆几何参数有关资料介绍 9 b = 20 ”固体输送最大5.关于输送效率影响因素多-实际输送量总是小于理论计算值V实光滑机筒”-实n =0. 28 0. 4 0V计开槽衬套n = 0. 68 0. 8 5168五、固体输送段的功率1.消耗的总功率ew设螺杆静止，机筒运动2 .总消耗功率的分配因摩擦消耗在机筒表面 的功率Jwbew =Fi cos Vb式中：Fl =fbPmWbZb VDbnPm平均压力Pm PP0Hn p pw加料段螺槽宽度Zb 加料段螺槽长度由前可知：ew = Db nfbPmWbZbCOS因摩擦消耗在螺槽底面 的功率ewsF2FiF8F6* |.F3F5sin -bin - sin 拄sin sin b tg *ews NDbnfsWbZb1sin比 亠i .i sin玉 tg玉由前可知： Vz=Vb sinF5 二 fs PmWsZs其中:1 Je Lcr1 -e (LcosQ,)Fidz因压力升高消耗的功率 ewPF8% 二 F1VFF1= fb p mwb Z bsin%ewb yDbnfbPMZbsin% .2Hewf = DbnfsPmZb1sg因摩擦消耗在螺槽两侧面 的功秦wfewf 二 F3F4 VZ4fsWsSi nbco 科1 _ctgQtgH节pewp =V p -p。i；=Vpmln- .F4P。其中：V MHiWsin F3F6F 5ewp =DbnHtWsin 二:老，sin “ sin %pPm In sin 甕 7, j sin p。总功率四项功耗之和ew 二 ewb ws wf - ewDb nfb PmWbZb cos各理论及观点间存有差异一致的结论 fbTT固体输送率加料段尽早建立适当压力T有利物料压实、升温T有利提高产量、减小压力波动螺杆几何参数影响 固体输送率 物料性质1 压力的建立物料几何形状温度等六、对Dar n e - M o理论的修正Mo理论应用很广，对实际具有一定的指导但很多假设与实际不符T理论结果与实际有较大偏差很多学者从不同角度对其进行了修正如压力、螺槽深度、密度变化等从不同的理论基础岀发如粘性牵附、能量平衡等机筒加料段开槽的固体输送的研究思考题1. Me固体输送理论是如何建立的2. 固体输送段物料向前输送的推动是什么？3. 固体输送段消耗的总功率包含明？几项4. 提高固体输送率的有效结构措施是什么？ 为什么？18