基于数值模拟的橡胶密炼机设计
发布时间：2021-08-01 02:18
密炼机主要用于橡胶或其他合成树脂的塑炼和混炼,橡胶混炼时,控制混炼温度和压力,电机带动一对转子作圆周旋转运动,不断地对物料进行剪切、拉伸和挤压。根据江苏荣晟机电科技有限公司的要求,本课题对橡胶密炼机进行设计。通过对市场上现有密炼机的参考和学习,结合行业设计准则,确定转子、密炼室、传动装置、加料压料装置、卸料锁紧装置、底座、温控系统、液压系统和电气控制系统等设计方案。在转子的设计中,运用有限元数值模拟方法,对其进行深度优化设计,就转子长短棱棱长比和短棱螺旋角对混炼效果的影响、转子结构强度和转子冷却情况进行研究,以提高转子的混炼效果和结构性能,主要研究内容如下:（1）运用ANSYS,通过数值模拟手段,对不同构型的转子进行混炼流场仿真,通过对比分析流场中的压力场和速度矢量场,得到最佳的转子构型参数。最终确定转子长短棱棱长比为2.5:1和转子短棱螺旋角为45°,这种结构的转子具有最好的混炼效果;（2）在行业设计准则和企业要求的基础上,制定密炼机的设计技术参数,运用Solidworks完成橡胶密炼机转子、密炼室、传动装置、装料压料装置、卸料锁紧装置、底座、液压站和整机的三维建模,同时对液压系统和...
【文章来源】：淮阴工学院江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶混炼的机理Fig.1.1MechanismofRubberMixing从图上可以看出，胶料对着温度的升高从最初的粉粒固体逐渐变为流体，同时混炼动
以看成是“类固态”，胶料主要发生形变，填料能够很好的分布和分散到胶料中去。在混炼后期，这个阶段，胶料到达一定的温度，此时粘弹性胶料由粉粒体变为流动体，具有流动特性，可以看成是“类液体”，胶料在转子和密炼室的挤压拉伸作用下，不断地被拉伸和压缩，使得填料和橡胶分子链之间能够进行充分的混炼结合。从分子链角度看，橡胶在密炼机强烈的机械作用下，发生剪切和撕裂，而橡胶分子链比较长，在机械作用下，发生断裂，断裂后的分子链两端会极其活跃，处于热动态，活跃的分子链两端会结合填料分子，从而变成固定态，如图1.2所示[31]，之后与其他橡胶分子链的活跃端结合，再次形成大分子链。在此阶段，强烈的机械作用，填料分子和橡胶分子链能够充分的结合。图1.2密炼机对分子链的作用示意图Fig.1.2EffectofInternalMixeronMolecularChain混炼开始时，由于加入的炭黑等填料吸附大量的空气，使其体积偏大，从而其填充容积比较大，这时因为混炼作用，橡胶和填料的形状都会发生改变，二者能够充分混合，随着混炼进行，橡胶和填料都变成了颗粒，橡胶颗粒与填料颗粒充分结合，互相彼此渗透，最终均匀混合。1.4密炼工艺1.4.1常用胶料的混炼工艺特征（1）常用胶料的混炼工艺特征天然橡胶具有良好的混炼特性，在机械作用下，能够快速增加其塑性，同时生热较低，因此配合剂能够容易分散到胶料中去，吃粉性好，从而混炼时间较短，混炼易于操作。如果混炼时间过长，物料过炼，就会导致硫化不理想，硫化性能也会大大降低。所以对天然胶的混炼应该严格地控制混炼时间和温度等条件[32]。天然橡胶的混炼，其辊温应该控制在50~60℃，先加入填充剂，再加入液态软化剂，混炼时间控制在20~30min。使用密炼机对天然橡胶进行混炼时，一般采用一段混炼
淮阴工学院硕士学位论文8力作用，使物料在转子和密炼室间被剪切和挤压，同时物料在重力和转子的作用下运动到密炼室底部，此时物料受到转子和下顶栓尖棱作用被撕裂成两部分，这两部分物料又在转子回转作用下进入转子间隙，之后回到密炼室顶部，如此反复。1.密炼室2.胶料3.转子图1.3物料在密炼机中的加工示意图Fig.1.3ProcessingDiagramofMaterialsinInternalMixer由于转子构型是螺旋体，转子和密炼室之间的间隙会随着转子的转动而发生改变，当转子和，密炼室内壁间隙最小时，物料受到的剪切力最大。由于两转子的转速不同，所以两转子长短棱之间的相对位置会随着转子转动而发生改变，这也使得两转子之间的物料容量时刻发生改变，转子间的物料运动速度也随之改变，物料速度梯度最大与最小值相差可达几十倍，从而在此之间的物料会受到强烈的剪切作用和搅拌捏合作用[37]。物料在受到强烈的机械作用，发生极大的变形，由于胶料不断地受到剪切、挤压、撕拉和摩擦等强烈捏炼作用，温度会升高[38]，胶料会产生氧化断链，使胶料暂时失去高弹性，增加了可塑性，同时也使得配料能够均匀分布在胶料中，从而达到混炼目的。胶料炼好后，打开卸料装置的卸料口，胶料从卸料口流出，整个炼制结束。1.6炼胶工艺流程炼胶工艺路线如图1.4所示，在炼胶工艺流程中，核心设备是密炼机，上辅机和下辅机等辅助设备配合密炼机工作，一起组成了一套完整的炼胶流水线[39]。上辅机主要负责原材料、炭黑和各种配合剂的运输、存储、称重和投放。通常包括:炭黑粉料输送系统、炭黑称量投料系统、油料系统和胶料导开、称量、投料系统[40]。下辅机主要是将密炼机混炼结束后排出的胶料进行压片、冷却和切片储藏。主要包括：挤出压片机、料斗、涂隔离剂装置、冷却机组、?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度密炼机混炼温度智能控制系统设计[J]. 刘世超,王安敏,王金龙,赵经. 计算机与数字工程. 2019(02)
[2]啮合转子冷却系统有限元分析[J]. 汪传生,王虎子,胡纪全,晁宇琦,边慧光,蔡宁. 橡胶工业. 2018(10)
[3]基于中国新能源汽车发展规划的资源环境效应分析[J]. 文博杰. 中国矿业. 2017(10)
[4]密炼机加料装置介绍及其改进[J]. 吕明著,郭红燃,张仁广,于江. 橡塑技术与装备. 2016(15)
[5]混炼技术进展:剪切式和啮合式密炼机结构[J]. 梁利强. 世界橡胶工业. 2015(05)
[6]轮胎工业中的蓝色生产技术——一步法炼胶技术和胶料检测控制技术[J]. 李汉青,李红卫. 轮胎工业. 2015(01)
[7]常用典型橡胶的混炼工艺特点[J]. 洪桂香. 化学工业. 2014(11)
[8]大橡塑密炼机卸料装置的结构改进历程[J]. 刘丽. 橡塑技术与装备. 2014(01)
[9]密炼机端面密封装置评述[J]. 刘艳军,任风年,纪宇博,王志强. 橡塑技术与装备. 2011(02)
[10]利用AMEsim的密炼机上顶栓液压传动系统动态分析[J]. 罗春雷,李雄,邓强泉,谢嵩岳. 现代制造工程. 2010(09)
博士论文
[1]黏性橡胶拆垛机器人轨迹优化及控制研究[D]. 梁乐.哈尔滨工业大学 2018
[2]同步转子密炼机混炼橡胶的理论和实验研究[D]. 汪传生.北京化工大学 2000
硕士论文
[1]BB430密炼机混炼工艺的研究[D]. 孙茂忠.青岛科技大学 2019
[2]四棱全对称同步转子密炼机混炼机理及实验研究[D]. 温潇潇.青岛科技大学 2019
[3]同速同向转子密炼机的混炼机理及实验研究[D]. 杨洪于.青岛科技大学 2017
[4]双转子连续混炼机高混沌型转子混合特性的研究[D]. 刘海涛.华东理工大学 2015
[5]基于EDEM对炭黑在密炼机中分散情况的仿真模拟及其实验研究[D]. 王涛.青岛科技大学 2015
[6]密炼机胶料流动的仿真分析[D]. 宋建欣.北京化工大学 2014
[7]常用混炼方法的混炼过程及实验研究[D]. 刘伟涛.青岛科技大学 2014
[8]开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计[D]. 曹伟魏.中南林业科技大学 2013
[9]小型串联式密炼机的设计及实验研究[D]. 李兴伟.青岛科技大学 2013
[10]密炼机温度控制的研究[D]. 秦彦博.东北大学 2010
本文编号：3314642
【文章来源】：淮阴工学院江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
橡胶混炼的机理Fig.1.1MechanismofRubberMixing从图上可以看出，胶料对着温度的升高从最初的粉粒固体逐渐变为流体，同时混炼动
以看成是“类固态”，胶料主要发生形变，填料能够很好的分布和分散到胶料中去。在混炼后期，这个阶段，胶料到达一定的温度，此时粘弹性胶料由粉粒体变为流动体，具有流动特性，可以看成是“类液体”，胶料在转子和密炼室的挤压拉伸作用下，不断地被拉伸和压缩，使得填料和橡胶分子链之间能够进行充分的混炼结合。从分子链角度看，橡胶在密炼机强烈的机械作用下，发生剪切和撕裂，而橡胶分子链比较长，在机械作用下，发生断裂，断裂后的分子链两端会极其活跃，处于热动态，活跃的分子链两端会结合填料分子，从而变成固定态，如图1.2所示[31]，之后与其他橡胶分子链的活跃端结合，再次形成大分子链。在此阶段，强烈的机械作用，填料分子和橡胶分子链能够充分的结合。图1.2密炼机对分子链的作用示意图Fig.1.2EffectofInternalMixeronMolecularChain混炼开始时，由于加入的炭黑等填料吸附大量的空气，使其体积偏大，从而其填充容积比较大，这时因为混炼作用，橡胶和填料的形状都会发生改变，二者能够充分混合，随着混炼进行，橡胶和填料都变成了颗粒，橡胶颗粒与填料颗粒充分结合，互相彼此渗透，最终均匀混合。1.4密炼工艺1.4.1常用胶料的混炼工艺特征（1）常用胶料的混炼工艺特征天然橡胶具有良好的混炼特性，在机械作用下，能够快速增加其塑性，同时生热较低，因此配合剂能够容易分散到胶料中去，吃粉性好，从而混炼时间较短，混炼易于操作。如果混炼时间过长，物料过炼，就会导致硫化不理想，硫化性能也会大大降低。所以对天然胶的混炼应该严格地控制混炼时间和温度等条件[32]。天然橡胶的混炼，其辊温应该控制在50~60℃，先加入填充剂，再加入液态软化剂，混炼时间控制在20~30min。使用密炼机对天然橡胶进行混炼时，一般采用一段混炼
淮阴工学院硕士学位论文8力作用，使物料在转子和密炼室间被剪切和挤压，同时物料在重力和转子的作用下运动到密炼室底部，此时物料受到转子和下顶栓尖棱作用被撕裂成两部分，这两部分物料又在转子回转作用下进入转子间隙，之后回到密炼室顶部，如此反复。1.密炼室2.胶料3.转子图1.3物料在密炼机中的加工示意图Fig.1.3ProcessingDiagramofMaterialsinInternalMixer由于转子构型是螺旋体，转子和密炼室之间的间隙会随着转子的转动而发生改变，当转子和，密炼室内壁间隙最小时，物料受到的剪切力最大。由于两转子的转速不同，所以两转子长短棱之间的相对位置会随着转子转动而发生改变，这也使得两转子之间的物料容量时刻发生改变，转子间的物料运动速度也随之改变，物料速度梯度最大与最小值相差可达几十倍，从而在此之间的物料会受到强烈的剪切作用和搅拌捏合作用[37]。物料在受到强烈的机械作用，发生极大的变形，由于胶料不断地受到剪切、挤压、撕拉和摩擦等强烈捏炼作用，温度会升高[38]，胶料会产生氧化断链，使胶料暂时失去高弹性，增加了可塑性，同时也使得配料能够均匀分布在胶料中，从而达到混炼目的。胶料炼好后，打开卸料装置的卸料口，胶料从卸料口流出，整个炼制结束。1.6炼胶工艺流程炼胶工艺路线如图1.4所示，在炼胶工艺流程中，核心设备是密炼机，上辅机和下辅机等辅助设备配合密炼机工作，一起组成了一套完整的炼胶流水线[39]。上辅机主要负责原材料、炭黑和各种配合剂的运输、存储、称重和投放。通常包括:炭黑粉料输送系统、炭黑称量投料系统、油料系统和胶料导开、称量、投料系统[40]。下辅机主要是将密炼机混炼结束后排出的胶料进行压片、冷却和切片储藏。主要包括：挤出压片机、料斗、涂隔离剂装置、冷却机组、?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度密炼机混炼温度智能控制系统设计[J]. 刘世超,王安敏,王金龙,赵经. 计算机与数字工程. 2019(02)
[2]啮合转子冷却系统有限元分析[J]. 汪传生,王虎子,胡纪全,晁宇琦,边慧光,蔡宁. 橡胶工业. 2018(10)
[3]基于中国新能源汽车发展规划的资源环境效应分析[J]. 文博杰. 中国矿业. 2017(10)
[4]密炼机加料装置介绍及其改进[J]. 吕明著,郭红燃,张仁广,于江. 橡塑技术与装备. 2016(15)
[5]混炼技术进展:剪切式和啮合式密炼机结构[J]. 梁利强. 世界橡胶工业. 2015(05)
[6]轮胎工业中的蓝色生产技术——一步法炼胶技术和胶料检测控制技术[J]. 李汉青,李红卫. 轮胎工业. 2015(01)
[7]常用典型橡胶的混炼工艺特点[J]. 洪桂香. 化学工业. 2014(11)
[8]大橡塑密炼机卸料装置的结构改进历程[J]. 刘丽. 橡塑技术与装备. 2014(01)
[9]密炼机端面密封装置评述[J]. 刘艳军,任风年,纪宇博,王志强. 橡塑技术与装备. 2011(02)
[10]利用AMEsim的密炼机上顶栓液压传动系统动态分析[J]. 罗春雷,李雄,邓强泉,谢嵩岳. 现代制造工程. 2010(09)
博士论文
[1]黏性橡胶拆垛机器人轨迹优化及控制研究[D]. 梁乐.哈尔滨工业大学 2018
[2]同步转子密炼机混炼橡胶的理论和实验研究[D]. 汪传生.北京化工大学 2000
硕士论文
[1]BB430密炼机混炼工艺的研究[D]. 孙茂忠.青岛科技大学 2019
[2]四棱全对称同步转子密炼机混炼机理及实验研究[D]. 温潇潇.青岛科技大学 2019
[3]同速同向转子密炼机的混炼机理及实验研究[D]. 杨洪于.青岛科技大学 2017
[4]双转子连续混炼机高混沌型转子混合特性的研究[D]. 刘海涛.华东理工大学 2015
[5]基于EDEM对炭黑在密炼机中分散情况的仿真模拟及其实验研究[D]. 王涛.青岛科技大学 2015
[6]密炼机胶料流动的仿真分析[D]. 宋建欣.北京化工大学 2014
[7]常用混炼方法的混炼过程及实验研究[D]. 刘伟涛.青岛科技大学 2014
[8]开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计[D]. 曹伟魏.中南林业科技大学 2013
[9]小型串联式密炼机的设计及实验研究[D]. 李兴伟.青岛科技大学 2013
[10]密炼机温度控制的研究[D]. 秦彦博.东北大学 2010
本文编号：3314642
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