固体输送理论

固体输送理论•讲述人：王庆江•其他成员：杨德森宋植林孙静导论•根据挤出机操作参数和被挤出的物料的性能的不同可把挤出过程分为三个阶段，即：固体输送段、熔融段、和熔体输送段，相应的发展出固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论这三种经典理论。•这次我们讲述的是固体输送理论。•在大多数情况下，物料是以散粒体的形式从料斗进入第一个螺槽，并以非塞流的形式向前运动的。随着物料的运动，系统压力逐渐增高，散粒体逐渐被压实。最后，非塞流输送转变成塞流输送。•我们介绍的是经典的Darnell-Mol塞流理论，该理论是建立在固体摩擦机理基础之上的1.塞流固体输送理论的基本内容★塞流固体输送理论的流率及压力分布塞流固体输送理论的能量消耗及分布螺槽中固相的温升2.研究塞流理论的意义•①塞流占据着固体输送段长度的绝大部分；•②固体输送量影响挤出产量；•③影响固体输送过程的因素很多。通过运动分析、受力分析解出固体输送量的表达式。•3.螺杆几何参数•Db一螺杆外径n一螺杆转速•e一螺棱的法向宽H1一加料段螺槽深•W一螺槽宽度•Φb一按螺杆外径计算的螺纹升角•Ds一螺杆根径θ一牵引角•注意三个不同的D及其转换关系，W,e,Φ亦有此问题。bseeeseb4.基本假设•(1)从料斗加入的粒料或粉料，在固体输送段中已被压实成密实的无内形变的固体塞，忽略其密度的变化；•(2)固体塞与螺槽底面、两个侧面和机筒内表面同时紧密地接触；•(3)固体塞上的压力p是沿螺槽流道距离z的函数；•(4)摩擦因数是一个常数，符合库仑定律；•(5)螺槽中物料重力比其它力小得多，因此可忽略不计。但是，在料斗下面螺杆螺纹的开始处，由万有引力造成的物料静压力是不能忽略的。(6)螺槽为矩形，螺纹圆角半径不计，螺杆和机筒之间的间隙亦忽略不计，加料段螺槽深度不变5.运动分析•取微元体•静系：机筒动系：螺杆动点:微元体(物料)•牵连运动速度：Vb螺杆相对于机筒的速度•相对运动速度：Vsz物料相对于螺杆的速度•绝对运动速度：Vs物料相对于机筒的速度•Vs=Vb+Vsz•牵引角θ:螺杆相对于机筒的速度Vb与物料相对于机筒的速度Vs间的夹角固体输送的体积流率Qs=VA先求VtantanbbVVVbbbbbbtantantantantantantantannDVV再求出Asin412s2beHMDDA)(sin1bHDeW)(41b12s2bHDHDD使螺纹头数M’=1，得eWWHDHA)(1b1于是得到固体输送生产率Qs为：•Qs=f(几何参数，工艺参数，θ)•运动分析的结果是：仅余一个未知量θ待求eWWHDnHDQbb1b1b2stantantantan(6-4)6.受力分析6.1微元体所受的力微元和机筒内表面的摩擦力bbb1dzpWfF(6-5)fb物料、机筒间的摩擦因数,p压力微元前后的物料对微元的正压力112126pWHpWHFFpWHpWHppWHd)d(11111(6-6)螺棱侧面对微元之正压力zpHFd18d17dFzpHF87dFFF(6-7)(6-8)(6-9)螺棱侧面与微元间之摩擦力)d(d1s7s3FzpHfFfFzpHfFfFd1s8s4sds143d2fFfzpHFF螺槽底面与微元间之摩擦力sss5dzpWfF(6-10)(6-11)(6-12)fs物料、螺杆间的摩擦因数6.2沿轴向、切向分解力轴向0LmaFi0)()(L5L4L3L87L261LFFFFFFFF切向0θθiiiRFM02222)(2)(2sθ5θ4θ3θ87θ26bθ1DFDFDFDFFDFFDFF1sindbbb1zpWfFLcosdbbb1zpWfF(6-13)(6-14)F6–F2)sin()(126dpWHlFF)cos()(126dpWHFF)(87FFcos)(d87FFFLsin)(d87FFF)(43FFcoscosd2)(sd1s43fFzpHfFFsinsind2)(sd1s43fFzpHfFFLF5SLzpWfFsindsss5SzpWfFcosdsss5将上述各项分别带入6-136-14得0)()(L5L4L3L87L261LFFFFFFFF)sinsin2sin(dss1sbbbbbWfHfWfzp0)sin(cossinsd1fFdpWHF1，向后F3（无Fd），F4,向后F5，向后F6-F2,向后F7-F8,向前F3的Fd部分，向后令则bbWfHfWfAsinsin2sinss1sbb1sin12WHAsincosds2b1dfdpAzpAF（A）A1=f(摩擦因数，几何参数，θ)A2=f(几何参数，)0θθiiiRFM02222)(2)(2sθ5θ4θ3θ87θ26bθ1DFDFDFDFFDFFDF)cotsinDcotsin2cos(dsbbsssbb1sbbbbDWfDDHfWfzpDF1，向上F3（无Fd）,F4,向下F5，向下0)cos(sincossd1fDFdpDWHF6-F2,向下F7-F8,向下F3的Fd部分，向下sbbsssbb1sbb1cotsinDcotsin2cosDWfDDHfWfBcosb12DDWHB)cos(sindsb2b1dfDDdpBzpBFB1=f(摩擦因数，几何参数，θ)B2=f(几何参数，)（B）令则由（A），(B)两试得sincosds2b1fdpAzpA阻力向上的力)cos(sindsb2b1fDDdpBzpB推力向下的力再令sincoscossinssbffDDK(6-15)sincosKbbbsb1sincot2DDKffWHbsbsbsbssincotDDKffWW12bbb1blnsin)cot(1ppDDKfZHWW改写(6-16)得MKsincosM=f(几何参数，摩擦因数，压力)解出sinθ得22211sinKKMMK6-166-176-18图解式(6-18)得由式还可得b221112expZKABKABpp6-19若考虑螺槽中压力的各相异性系数若令螺槽方向压力为P则作用在机筒内表面、螺槽底面和螺纹侧面的压力分别为Pb,Ps,Pf且Pb=Kb*PPs=Ks*PPf=Kf*P7.关于基本方程的讨论7.1牵引角θ7.1.1由式6-16,6-17知K↓(轴向推力↑)→sinθ↑,cosθ↓→θ↑M↓(摩擦↓,压力增长↓)→cosθ↓→θ↑7.1.2θ=0°→Qs=07.1.3由式6-16fs=0→Qs最大，此时M=0，则cosθ=Ksinθ+M由式6-15fs=0→tgDDKb则b1tgtg于是最大固体输送量bb1b1b2smaxcossin)(eWWHDnHDQ6-207.2.摩擦因数Qs=f(几何参数，工艺参数，θ)7.2.1由6-16、6-17fs↓→M↓→θ↑→螺杆表面光滑fb↑→M↓→θ↑→机筒内表面粗糙？在切向，fb应↑在轴向，fb应↓通过摩擦因数的影响提高固体输送能力的措施:使螺杆表面光滑机筒内壁开纵向沟槽内摩擦约5倍于外摩擦，使fb切向↑↑但仍保持机筒内表面光滑7.2.2摩擦因数与温度有关螺杆通水冷却→fs↓7.3螺纹升角0ddbmaxsQ45b通常使B(S)=Db，则Φb=17°40′2017b实际上8.基本要求掌握固体输送公式推导，各公式中各项的来源和意义会根据主要公式及其涵义分析影响因素，得出结论理解公式及推导过程的物理意义That’sall!Thankyou!