超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

螺杆导程对三螺杆挤出机固体输送特性的影响

导程是挤出机螺杆的重要几何参数之一,改变导程后,螺槽内部颗粒受力状态发生变化,影响颗粒的输送特性。为明确螺杆导程对三螺杆挤出机固体输送特性的影响,基于离散元法对不同导程的三螺杆挤出机固体输送行为进行仿真;对比分析了导程对三螺杆挤出机内部颗粒填充状态、速度分布、受力分布以及质量流率的影响。结果表明,在螺杆导程为39、45、51 mm的3种挤出机的内部,颗粒输送速度逐渐增加,颗粒在螺槽内平均停留时间分别为4.58、3.50、3.06 s。与导程为39 mm相比,导程为45、51 mm的挤出机质量流率分别提高了约9.3%和13.3%,由于物料在螺槽内停留时间缩短,挤出机颗粒填充率分别下降了约1%和2.7%。因此,设计螺杆时,应结合颗粒输送和颗粒填充特性。

基于离散单元法一字排列三螺杆挤出机固体输送段输送机理分析

利用离散单元法对计量加料下一字排列三螺杆挤出机固体输送段进行模拟。分析了聚合物颗粒在一字排列三螺杆挤出机正位移输送和摩擦拖曳输送2种输送机理下的输送情况,计算出一字排列三螺杆挤出机的输送特性参数,并与双螺杆挤出机进行对比分析。结果表明,由于三螺杆挤出机啮合区的增加,提高了颗粒在挤出机螺槽内的填充率。一字排列三螺杆挤出机在填充程度、质量流速率等方面均优于双螺杆挤出机,并且输送产量大约为双螺杆挤出机的1.3倍,在聚合物加工行业具有较好的工程应用前景。

考虑离心作用的螺杆挤出机固体输送理论分析

应用前文考虑离心作用和物料可压缩性建立的模型,考察了离心力对物料运动速度和加速度的影响,并分析讨论了固体输送段输送角、压力分布和固体输送段的长度,并和实验值作了对比。在固体输送段开始处牵引角最大,最大牵引角和螺纹升角是互补关系,此处压力最小,螺杆的离心作用最小,在固体输送结束处,牵引角最小,压力最大,螺杆的离心作用最强。物料与螺杆、机筒的摩擦热正比于局部压力,界面温度也密切服从于局部压力。压力温度关系对形成很高压力是一内在安全机理,挤出机自己可调节固体输送段中形成的极限压力。

单螺杆挤出机固体输送段的优化设计

基于正交实验法与Matlab模拟仿真相结合的方法对单螺杆挤出机的固体输送段进行数值模拟,通过多个目标进行优化分析得到最优结果,得到固体输送段的单螺杆几何参数对固体输送速率和固体输送效率的影响,以及最优的螺杆参数组合。结果表明,优化结果不仅有较高的可靠度,而且还能缩短单螺杆的设计周期,可减少研发成本。

单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟

介绍了挤出成型过程数值模拟的现状及现有通用计算流体力学 (CFD)软件在模拟聚合物流动时存在的缺陷 ,指出自主开发CFD程序的必要性。针对单螺杆挤出过程固体输送段的数值模拟方法 ,讨论了传统塞流固体输送理论的缺陷 ,介绍了非塞流固体输送理论的优越性及相关的有限元计算方法。并针对有限元方法的复杂性 ,介绍了简化的三层模型方法。计算结果表明 :非塞流固体输送理论的三层模型法与有限元法计算结果接近 ,且优于塞流固体输送理论 ,而三层模型法计算方法简单 。

新型螺杆挤出机固体输送理论的研究

介绍了一种嵌套式新型螺杆挤出机。在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的影响。结果表明,螺杆旋转机筒静止和螺杆静止机筒旋转两种情况下固体输送流率相差不大,而螺杆机筒同时旋转情况下的固体输送流率远大于其他两种情况。增大牵引角、降低螺杆表面粗糙度和提高机筒内表面的摩擦因数均有助于提高固体输送流率。螺杆旋转机筒静止和螺杆静止机筒旋转这两种情况下最佳螺旋角均为17°左右,而螺杆机筒同时旋转情况下最佳螺旋角为15°左右。

振动力场强化单螺杆挤出固体输送的离散单元法模拟

将岩石力学中的研究方法———离散单元法引入塑料挤出固体输送研究中,并建立了固体输送段的离散输送模型。该模型可以从微观上分析聚合物颗粒在挤出过程中的受力和运动,也可以从宏观上描述整个颗粒体系的运动规律。模型能体现振动力场对强化单螺杆挤出固体输送的影响,反映电磁动态挤出机固体输送段的输送规律,为新型设备的设计应用提供理论支持。

考虑离心作用的螺杆挤出机固体输送理论模型

在固体输送段,物料由散粒体逐渐被压缩,形成压力梯度。离心力对固体输送有较大的影响,由于离心力的作用,物料与机筒之间的径向作用力大于物料与螺杆之间的径向作用力。在固体输送段压力沿螺杆轴向逐渐增大,输送角逐渐减小。文中根据实验现象,考虑离心力,建立了可压缩体的固体输送物理模型,并求出数学模型的解析解。理论计算表明,即使机筒与固相的摩擦系数小于螺杆与固相的摩擦系数,仍会有固体输送。

单螺杆挤出固体输送段非塞流的三层模型法

依据单螺杆挤出机固体输送段的非塞流现象，把固体塞分成上、中、下三层，通过应力—速度方程，推导出产量与压力降的三次方程；详细讨论了摩擦系数对最大产量的影响，并深入地分析了单螺杆挤出机固体输送段产量与末端压力的关系，通过这些分析计算，三层模型法能很好地预示单螺杆挤出机固体输送段的压力与产量，该方法不仅简单明晰而且精度高。

振动力场作用下挤出机固体输送理论的研究

提出了挤出机固体输送段离散输送的新概念 ,建立了固体输送段的三维立体离散输送模型。通过采用离散单元法 ,对聚合物电磁动态塑化挤出机固体输送段的计算公式进行了分析推导 。

啮合型同向旋转双螺杆挤塑螺槽非充满的固体输送的理论研究（Ⅰ、理论模型）

本文依据采用全程透明视窗双螺杆挤出机对多种聚合物材料所作的动态可视化挤出实验观测的结果，提出了描述啮合型同向旋转双螺杆挤塑中螺槽非充满的固体输送的理论模型。结构力学中的散粒体的概念被引入研究中。

同向啮合双螺杆固体输送特性的可视化研究——螺纹元件的粉料输送

利用可视化的啮合同向双螺杆实验挤出机，对挤出过程中不同操作条件下粉状聚合物在螺纹元件中的输送特点、输送机理和输送能力进行了实验研究，并对不同导程的螺纹元件组合在计量和溢流加料时的输送能力进行了分析。

非塞流固体输送理论的简化

本文依据固体输送段的非塞流现象，把固体分成上、中、下层，通过应力－速度方程，推导出产量与压力降的三次方程，这样既简化了非塞流团体输送理论，又保持了原有精度，计算结果表明了该方法的可行与实用性。

离心式挤出机固体输送机理实验研究

离心式挤出机是一种将离心力场应用于塑料加工行业的新型挤出机,具有显著的节能特性。主要介绍了离心式挤出机固体输送机理的理论研究、相关实验设备以及实验研究结果。实验结果表明:离心式挤出机固体输送压力的实验测量值和数值分析预测值吻合很好。这为离心式挤出机固体输送机理奠定了实验基础,同时也为离心式挤出机的优化设计提供了实验依据。

双转子连续混炼机固体物料输送过程研究

对双转子连续混炼机转子喂料段固体物料的输送过程进行了理论分析,提出了描述此过程的物理模型。运用该物理模型,得出了计算连续混炼机固体输送速率的公式,并由此提出双转子连续混炼机的产量与喂料量成正比以及与转子转速无关的结论。

单螺杆挤出机固体输送机理研究的发展与趋势

介绍了国内外单螺杆塑料挤出机固体输送理论研究的发展 ,指出对固体输送段中固体颗粒体系密度和摩擦系数的研究是固体输送理论的两个研究热点 ,因为它们为更好地预测固体输送段的压力、产量提供数据 ,并指导固体输送段的设计及工艺操作。还提出了将固体输送与熔融过程作为一连续过程来研究的思路。

啮合型同向旋转双螺杆挤塑螺槽非充满的固体输送的理论研究(Ⅱ) 应力场和速度场的求解

本文依据作者建立的啮合型同向旋转双螺杆挤出非充满固体输送的理论模型,以区域型和边界型相结合的数值计算方法,对非充满螺槽的非塞流固体输送的应力场和速度场进行了求解,并讨论了其影响因素。

离心式挤出机工作原理及其固体输送压力影响因素的研究

离心式挤出机是一种新型的塑料加工机械,具有节能特点。详细地介绍了离心式挤出机的结构及工作原理。根据离心式挤出机的固体输送机理建立固体输送压力分布的数值模型,并研究分析了转鼓结构(半径、锥角)、转鼓内壁与聚合物之间的摩擦因数、以及转鼓转速对固体输送压力分布的影响。

单螺杆挤出机固体输送段摩擦系数的研究

介绍了当今固体输送理论的研究热点之一———摩擦系数的研究,对其进行了理论分析,并分析了影响摩擦系数的各种因素。