1、固體輸送理論 講述人：王慶江 其他成員：楊德森 宋植林 孫靜 導論 根據擠出機操作參數和被擠出的物料的 性能的不同可把擠出過程分為三個階段， 即：固體輸送段、熔融段、和熔體輸送 段，相應的發展出固體輸送理論、熔融 理論和熔體輸送理論這三種經典理論。 這次我們講述的是固體輸送理論。 在大多數情況下，物料是以散粒體的形 式從料斗進入第一個螺槽，并以非塞流 的形式向前運動的。隨著物料的運動， 系統壓力逐漸增高，散粒體逐漸被壓實。 最后，非塞流輸送轉變成塞流塞流輸送。 我們介紹的是經典的Darnell-Mol塞流理 論，該理論是建立在固體摩擦機理基礎 之上的 1. 塞流固體輸送理論的基本內容 塞流固體

2、輸送理論的流率及壓力分布 塞流固體輸送理論的能量消耗及分布 螺槽中固相的溫升 2. 研究塞流理論的意義 塞流占據著固體輸送段長度的絕大部 分 ； 固體輸送量影響擠出產量； 影響固體輸送過程的因素很多。通過 運動分析、受力分析解出固體輸送量的 表達式。 3. 螺桿幾何參數 Db一螺桿外徑 n一螺桿轉速 e一螺棱的法向寬H1一加料段螺槽深 W一螺槽寬度 b一按螺桿外徑計算的螺紋升角 Ds一螺桿根徑 一牽引角 注意三個不同的D及其轉換關系，W,e, 亦有此問題。 b s eeese b WWW s W b HDHDD1b1S 4.基本假設 (1) 從料斗加入的粒料或粉料，在固體輸送段中已被 壓實成密

3、實的無內形變的固體塞，忽略其密度的變化； (2) 固體塞與螺槽底面、兩個側面和機筒內表面同時 緊密地接觸； (3) 固體塞上的壓力p是沿螺槽流道距離z的函數； (4) 摩擦因數是一個常數，符合庫侖定律； (5) 螺槽中物料重力比其它力小得多，因此可忽略不 計。但是，在料斗下面螺桿螺紋的開始處，由萬有引 力造成的物料靜壓力是不能忽略的。 (6) 螺槽為矩形，螺紋圓角半徑不計，螺桿和機筒 之間的間隙亦忽略不計，加料段螺槽深度不變 5.運動分析 取微元體 靜系：機筒 動系：螺桿 動點:微元體(物料) 牽連運動速度：Vb 螺桿相對于機筒 的速度 相對運動速度：Vsz 物料相對于螺桿 的速度 絕對運動速

4、度：Vs 物料相對于機筒 的速度 Vs = Vb + Vsz 牽引角: 螺桿相對于機筒 的速度Vb 與物料相 對于機筒 的速度Vs 間的夾角 固體輸送的體積流率 Qs=VA 先求V tan tan b b V V V b b b b b b tantan tantan tantan tantan nDVV 再求出A sin4 12 s 2 b eHM DDA )( sin 1b HD eW )(4 1b1 2 s 2 b HDHDD 使螺紋頭數M =1，得 eW W HDHA )( 1b1 于是得到固體輸送生產率Qs為： Qs = f(幾何參數，工藝參數，) 運動分析的結果是：僅余一個未知量待

5、求 eW W HDnHDQ b b 1b1b 2 s tantan tantan (6-4)(6-4) 6.受力分析 6.1 微元體所受的力 微元和機筒內表面的摩擦力 bbb1 dzpWfF (6-5) fb 物料、機筒間的摩擦因數, p 壓力 微元前后的物料對微元的正壓力 112126 pWHpWHFF pWHpWHppWHd)d( 11111 (6-6) 螺棱側面對微元之正壓力 zpHFd 18 d17 dFzpHF 87d FFF (6-7) (6-8) (6-9) 螺棱側面與微元間之摩擦力 )d( d1s7s3 FzpHfFfF zpHfFfFd 1s8s4 sds143 d2fFf

6、zpHFF 螺槽底面與微元間之摩擦力 sss5 dzpWfF (6-10) (6-11) (6-12) fs 物料、螺桿間的摩擦因數 6.2 沿軸向、切向分解力 軸向 0 L maFi 0)()( L5L4L3L87L261L FFFFFFFF 切向 0 iii RFM 0 2222 )( 2 )( 2 s 5438726 b 1 D F D F D F D FF D FF D F F1sind bbb1 zpWfF L cosd bbb1 zpWfF (6-13) (6-14) F6 F2 )sin()( 126 dpWHlFF )cos()( 126 dpWHFF )( 87 FF cos

7、)( d87 FFFL sin)( d87 FFF )( 43 FF coscosd2)( sd1s43 fFzpHfFF sinsind2)( sd1s43 fFzpHfFFL F5 S L zpWfFsind sss5 S zpWfFcosd sss5 將上述各項分別帶入6-13 6-14得 0)()( L5L4L3L87L261L FFFFFFFF )sinsin2sin(d ss1sbbb bb WfHfWfzp 0)sin(cossin sd1 fFdpWH F1，向后 F3（無Fd ）， F4,向后 F5，向后 F6- F2, 向后 F7- F8, 向前 F3的Fd 部分，向后 令

8、 則 bb WfHfWfAsinsin2sin ss1sbb 1 sin 1 2WHA sincos d s 2b 1 d f dpAzpA F （A） A1 = f (摩擦因數，幾何參數，) A2 = f (幾何參數，) 0 iii RFM 0 2222 )( 2 )( 2 s 5438726 b 1 D F D F D F D FF D FF D F )cotsin D cotsin2cos(d sb b s ssb b 1sbbbb D Wf D D HfWfzpD F1，向上 F3（無Fd ）,F4, 向下 F5，向下 0)cos(sincos sd1 fDFdpDWH F6- F2,

9、 向下 F7- F8,向下 F3的Fd 部分，向下 sb b s ssb b 1sbb1 cotsin D cotsin2cos D Wf D D HfWfB cos b 12 D D WHB )cos(sin d s b 2b 1 d f D D dpBzpB F B1 = f (摩擦因數，幾何參數，) B2 = f (幾何參數，) （B） 令 則 由（A），(B)兩試得 sincos d s 2b 1 f dpAzpA 阻力 向上的力 )cos(sin d s b 2b 1 f D D dpBzpB 推力 向下的力 再令 sincos cossin s s b f f D D K ( (6

10、-156-15) ) sincosKb bb s b 1 sincot2 D D K f f W H bs b s b s b s sincot D D K f f W W 1 2 bbb 1 b lnsin)cot( 1 p p D D K fZ H W W 改寫(6-16)得 MKsincos M = f (幾何參數，摩擦因數，壓力) 解出sin得 2 22 1 1 sin K KMMK 6-16 6-17 6-18 圖解式(6-18)得 由式還可得 b 22 11 12 expZ KAB KAB pp 6-19 若考慮螺槽中壓力的各相異性系數 若令螺槽方向壓力為P 則作用在機筒內表面、螺

11、槽底面和螺紋 側面的壓力分別為Pb,Ps,Pf 且Pb=Kb*P Ps=Ks*P Pf=Kf*P 7.關于基本方程的討論 7.1牽引角 7.1.1由式6-16,6-17知 K(軸向推力) sin, cos M(摩擦, 壓力增長 ) cos 7.1.2 =0 Qs=0 7.1.3由式6-16 fs = 0 Qs最大，此時M=0，則 cos=K sin+M 由式6-15 fs = 0 tg D D K b 則 b 1 tg tg 于是最大固體輸送量 bb1b1b 2 smax cossin)( eW W HDnHDQ 6-20 7.2. 摩擦因數 Qs = f(幾何參數，工藝參數，) 7.2.1由6-16、 6-17 fs M 螺桿表面光滑 fb M 機筒內表面粗糙？ 在切向，fb應 在軸向，fb應 通過摩擦因數的影響提高固體輸送能力的措 施: 使螺桿表面光滑 機筒內壁開縱向溝槽 內摩擦約5倍于外摩擦，使fb切向 但仍保持機筒內表面光滑