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螺桿擠出機優化設計的現狀

2021-04-15 16:36:03

作為聚合物加工成型主要設備之一的螺桿擠出機,在聚合物加工行業得到越來越廣泛的應用,而且在其他行業也將得到更多的應用。標志螺桿擠出機工作性能的主要技術參數有:螺桿直徑、螺桿的長徑比、螺桿的轉速范圍、拖動主螺桿的電動機功率、機械的生產能力、機筒的加熱功率和分段數、機器的中心高度和外形尺寸等,這些參數是衡量和選用擠出機的主要依據,也是設計螺桿擠出機首先需確定的技術參數。根據聚合物在螺桿擠出機中的三種物理狀態的變化過程,以及對螺桿各部位的工作要求,通常將螺桿擠出機的螺桿分為加料段、熔融段和計量段。由于螺桿的幾何結構非常復雜,所以難以建立一個能全面反映螺桿擠出機優化設計的數學模型。即便能建立起理想的螺桿擠出機優化設計的數學模型,由于影響因素復雜,設計變量多,其求解也非常困難,所以按螺桿的功能段建模并進行優化設計,較為符合實際要求。

       目前,常用的螺桿擠出機優化設計方法有:解析法、圖解法和計算機模擬仿真法。根據擠出過程的現象建立物理模型,根據物理模型建立數學模型,采用Pro/E、ANSYS、Polyflow、Matlab等軟件編寫優化設計程序,將程序輸入計算機并通過改變優化目標的取值進行優化計算,通過對計算機輸出的優化結果進行分析和驗證,得出擠出機優化設計的參數。

       對于解析式的數學模型,除了取決于預定的優化目標以外,還在相當程度上依賴于對部件的工作情況及理論的認識。一個設計方案可用一組基本參數的數值來表示。其中,需要優選的獨立參數稱之為設計變量。由于擠出機螺桿直徑、長徑比、螺紋升角和螺桿槽深等參數直接關系到螺桿的承載能力、生產能力、動力消耗、擠出物質量,以及螺桿的機加工性等,故通常選擇為設計變量。螺桿擠出機優化設計的特點是:設計變量多;多目標與單目標優化設計并存;數學模型的多維性和非線性;設計變量中多種量綱并存。



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