автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование и оптимизация процесса и оборудования экструзии резиновых смесей

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Анализ состояния описания процесса течения аномально-вязких жидкостей в канале нарезки червяка.

1.2. Современные задачи оптимизации процесса и оборудования экструзии полимерных материалов.

1.3 .Прочностные расчеты червяков экструзионных машин.

1.4 .Методы оптимизации.

1.5.Постановка задачи исследования.А

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ.

2.1.Математическое моделирование процесса экструзии резиновых смесей с учетом уравнения описывающего качество экструдата.

2.2 Проверка адекватности математической модели процесса экструзии резиновых смесей

2.2.1 Описание экспериментальной установки.

2.2.2 Объект исследования.А

2.2.3 Описание экспериментов.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЭКСТРУИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Теоретические исследования влияния технологических и конструктивных параметров на процесс экструзии резиновых смесей.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАЬЖЯ ВЛИЯНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРОЦЕСС ЭКСТРУЗИИ.

4.1. Математическая постановка задачи оптимизации процесса и оборудования экструзии резиновых смесей при условии минимизации полезной мощности и получении качественного экструдата.

4.2. Теоретические исследования влияния оптимальных режимных параметров процесса и конструктивных параметров оборудования на полезную мощность.

4.3. Проверка адекватности решения задачи оптимизации процесса и оборудования экструзии резиновых смесей.

4.3.1 Описание экспериментов.

4.3.2 Экспериментальные исследования на установке для измерения полезной мощности механическим методом.'

5. МЕТОДЖА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ПРОЦЕССА И

ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСТРУЗИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ.

Производство резинотехнических изделий (РТИ) в промышленности является одним из старейших и важнейших в народном хозяйстве.

Резина обладает следующими свойствами: высокая эластичность; способность к большим обратимым деформациям как в условиях статического, так и динамического нагружения; прочность; стойкость во многих агрессивных средах; малая водо- и газопроницаемость; тепло- и электроизоляционные и многие другие ценные качества.

Такие свойства резины дали возможность ее применения во всех областях промышленности.

Важное место в переработке полимерных материалов занимают длинномерные РТИ, массовое производство которых характеризуется повышенными требованиями к качеству.

Технология получения длинномерных изделий на заводах РТИ заключается в использовании метода экструзии и вулканизации изделий в вулкани-зационных котлах. При таком методе существует проблема нерационального использования экструзйонного оборудования с точки зрения значительных энергозатрат на пластикацию перерабатываемого материала, ухудшения физико-механических показателей экструдата, и иногда брака изделий за счет термодеструкции при изменении режимных параметров процесса.

В условиях рыночной экономики и конкурентной борьбы требуется более совершенная технология производства и оборудование для успешной работы того или иного предприятия. Основным путем совершенствования является оптимизация технологических (режимных) и конструктивных параметров процесса и оборудования при минимизации технологической мощности и получения качественного экструдата.

Существующие математические модели процесса и оборудования для экструзии не содержат уравнений описывающих качество экструдата, в частности при переработке резиновых смесей - подвулканизацию. Поэтому методики инженерного расчета процесса и оборудования для экструзии резиновых смесей не содержат разделы учитывающие качество получаемых изделий.

Кроме того, проведено не достаточно теоретических и экспериментальных исследований по оценке качества получаемого экструдата, в частности для резиновых смесей - его подвулканизация, которое зависит как от технологических, так и от конструктивных параметров процесса экструзии и оборудования.

Разработка усовершенствованной математической модели процесса экструзии и оборудования для переработки резиновых смесей, позволяющей минимизировать полезную мощность с учетом получения качественного экс-трудата при ограничении на прочность материала (жесткость, устойчивость конструкции) червяка, а также, разработка программного обеспечения для оптимального проектирования оборудования, позволят устранить перечисленные недостатки.

В связи с этим, проведенные в работе исследования процесса и оборудования экструзии резиновых смесей, разработанная математическая модель, а также методика инженерного расчета оптимальных технологических параметров процесса и конструктивных параметров оборудования имеют актуальное научное и практическое значение.

Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса экструзии резиновых смесей на червячных машинах; разработке алгоритма и программного обеспечения для расчета процесса экструзии резиновых смесей; созданию экспериментальной установки, позволяющей проводить экспериментальные исследования процесса экструзии резиновых смесей с широким диапазоном варьирования технологических 6

АТ, АР, ю) и конструктивных параметров; выбору технологических и конструктивных параметров управления; определению оптимальных технологических параметров процесса и конструктивных параметров оборудования при условии минимизации энергозатрат и получении качественного экструдата с ограничением на прочность материала (жесткость, устойчивость конструкции) червяка; разработке методики инженерного расчета и программного обеспечения на ЭВМ для автоматизированного проектирования червячного оборудования.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

8. Результаты работы внедрены на АО "Тамбоврезиноасботехника", которые позволили снизить энергозатраты на 15 - 17 %.

9. Методика инженерного расчета и программное обеспечение на ЭВМ для автоматизированного проектирования червячного оборудования внедрены в учебный процесс подготовки инженеров механиков по специальности 170505.

1. Rogowsky Z. M., Engineering, 162, c. 358, 1946.

2. Eirich F. R., Jnst. Mech. Eng., London, 62, c. 156, 1947.

3. MailleferCh., 12-18, 1952.

4. BoussinesqM. Y., j. Math. Pures appl., 13, c. 377, 1868.

5. Grant D., Walker W., Plast. Progr., London, c. 245-254, 1951

6. Eccher S., Valentinotti A., Jnd. Eng. Chem., 50, № 5B c. 829-836,1958.

7. Gore W. L. Extr. Symposium, Jnd. Eng. Chem.,45, c. 969-993, 1953.

8. Cariey J. F., Strub R. A. Jnd. Eng. Chem., 45, № 5, c. 970, 1953

9. Maillefer Ch. Brit. Plastics, 27,c. 394, 1954.

10. Pigott W. T. Trans. ASME, 73, c. 947, 1951.

11. Strub R. A. Proc. Second Midwestern Conference on Fluid Mechanics. Ohio State University, c. 481-494,, 1952.

12. Cariey J. F., Mallouk R. S., Mckelwey J. M. Jnd. Eng. Chem., 45, № 5, c. 974, 1953.

13. Kennaway A., Weeks D. J., Ch. 17, "Poluthene" ed Renfrew A. and Morgan. London, 1960.

14. Gor W. L., Mckelwey. Theory of schrew Extruders Ch. 16 of Rheology, V. 3. Academic Press., 1960.

15. Booy H. L. Polym. Engng and Sei, 7,№ 1, 5, 1967.

16. Chan R. R. S., Lee C. W. M., Biggs R. D., j. Apple. Polym. Sc. 12, c. 115, 1968.

17. Jinessi V. D. Kautschuk and Gummi. 20, № 9, c. 529, 1967.

18. Hufnagel W. Plastverarbeiter, 18, № 9, c. 519, 1967.

19. Cariey J. F., StrubR. A. Jnd Eng. Chem., 45, № 5,978, 1953.

20. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. Изд. Хим. Лит., М., 1962.

21. Эйрих Ф. Реология, Изд. Ин. Лит., М., 1962.

22. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. Госхимиздт. Л.,1962.

23. Jacob! Н. R. Grundlagen der Extruder technik. München, 1960.

24. Мак-Келви Д. М. Переработка полимеров. Химия, М., 1965.

25. Fischer Е. G. Extrusion of Plastics Jliffe books. London, 1964.

26. Meskat W. Kunststoffe, 45 с. 87, 1955.

27. Squires P. H. SPE journal, 14, № 5 c. 24, 1958.

28. Maillefer. Rev. gen. Cautch, V 31, № 5,1954.

29. Pai Schih L Viscous Flow Theory I, Laminar Flow, Princeton, N. J. D. VanNostrand Co. Jnc, 1956.

30. Möhr W. D., SaxtonR. L. Jnd. Eng. Chem., 49, c. 1857, 1957.

31. MalloukR. S., Mckelwey J. M. Jnd. Eng. Chem., 5, c. 45, 1953.

32. Möhr W. D., Mallouk R. S. Priv. communic. to Ph Sqs, Sept, 20,1957.

33. Caspar E. SPE journal, 12, № 10, c. 23, 1956.

34. Maddok B. H. Plastics Technol. 3, c. 385, 1957.

35. Sackett R. D. SPE journal, 12, № 10, c. 32, 1956.

36. Mckelwey L M. Jnd. Eng. Chem., 45, c. 982, 1953.

37. Chung Chan j. Mod. Plast. 45, № 13, 1968.

38. Werner Udo. Kunststoffe, 56, № 7, 1966.

39. Вооу М. L. Kautschuk and Gummi, 17, № 5, 1964.

40. Кругликов P. М., Рипс М. Пластмассы, № 6, 7, 8, 1960.

41. Рахманов В. С. Пластмассы, № 5, 1961.

42. Рябинин Д. Д., Лукач Ю. Е. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей. М., Машиностроение, 1965.

43. Colwell R. Е., Nikolls R. R. Jnd. Eng. Chem., 51, № 7, 841, 1959.

44. Domininghaus П., Plastverarbeiter. 18, № 9, с. 391, 1967.

45. Griffith R. М., Jng Eng. Chem., 1, № 3, 180, 1962.

46. Mcrtkwey J. M ., SPE. J. 14, № 3, 1958.

47. Mori Y., Ototake N., Jgarashi H., Chem. Ehg., 18, 221, 1954/

48. Collwell R. E., SPE. J., 11, № 7, 24, 1955.

49. Rotem Z., Shinnar R., Chem., Eng. Schi., 15, 130, 1961.

50. Krueger W. L., SPE. J., 18,№ 0, 1282, 1962.

51. Newman S., Trementozzi Q., j. Appl. Polym. Scl., 9, № 9, 3071, 1965.

52. Kroesser F. W., Middleman S., Polym. Eng. Science, 5, J4b 5, 230,1965.

53. Мирзоев P. Г., Машины и технология переработки полимеров.: Ленинград, 1967.

54. Narkis М., Ram. А., Polym. Engng and Sch., 7, № 3, 161, 1967.

55. Tomis Fr., Machacek L., Slavicek E., Gummi-Asbest-Kunstst, 24, № 8,1971.57.