剪切型密炼机转子设计参数的优化

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1、合成橡胶工业,2007-01-15,30(1):60～63简报CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY剪切型密炼机转子设计参数的优化1112杨德才,付瑞,汪传生,何树植(11青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266042;21北京合众创业技术有限公司,北京100011)摘要:在分析和总结传统转子设计经验的基础上,优化了剪切型密炼机转子的设计数学模型及相应的设计方法,编制了相应的Delphi优化设计程序。实例应用结果表明,该设计程序提高了转子的设计效率,将设计误差控制在了0101%以内,保证了设计

2、结果的合理性和准确性。关键词:密炼机;剪切型转子;优化设计;Delphi程序;数学模型+中图分类号:TQ330143文献标识码:B文章编号:1000-1255(2007)01-0060-04目前,新型高分子复合材料不断问世,对制品的性能要求也在不断提高。为了满足这些材料的混炼要求,就必须不断研发新型转子,加快转子设计过程,缩短设计制造的周期。同时,橡胶制品生产厂家从经济效益考虑,要求转子设计更加完善,功能更多,制造精度更高,适应性更广,以提高工作性能,降低生产成本。在这种形势下,传统的转子设计方法已不能适应生产

3、发展的需要。为解决这些问题,计算机辅助设计技术逐渐被应用于转子的设计制造之中。本工作即利用计算机辅助设计技术,对剪切型密炼机转子设计参数进行了优化选择。①1数学模型的建立剪切型密炼机转子主要有2种类型,图1为它们的截面轮廓形状。在设计转子的过程中,首先要确定转子的最大回转直径(D0)、基圆直径(d)、前棱半径(r1)、后棱半径(r2)和棱顶的宽度(b)。根据所要求的密炼机的容积确定转子的Fig1SectionalviewoftwotypesrotorD0,根据计算和经验选择工作部分长度(L),d,r1,3r2,

4、b,使它们能满足所需的容量要求。D0=2V总/πKVKL111转子参数设计步骤计算得到D0,并根据公式转子参数设计流程通常分以下几个步骤,已知条件为密炼机总容积(V总)和转子转速。①收稿日期:2005-08-21;修订日期:2006-12-07。步骤1计算转子的D0和L。根据经验选择作者简介:杨德才(1981—),男,硕士研究生。填充系数(KV)和长径比(KL),依据公式基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375075)。第1期杨德才等1剪切型密炼机转子设计参数的优化·61·22KL=L/D0SABC=(1

5、/2)αr2-(1/2)(r2-r)r2sinα-(1/2)(π-β)r。计算得到L。SDEF的计算方法与SABC相同。步骤2根据计算和经验选择转子的d,r1,11312密炼室空容积r2。密炼室空容积的计算方法为:)计算单个2步骤3根据转子截面面积(S转V空=2π(D0/2+h)L,转子的体积(V转):式中:h为转子棱顶与密炼室内壁的间隙。V转=S转L。11313转子参数优化的计算步骤4根据密炼室面积(S密)计算密炼室结合以上计算的结果,并忽略转子的轴端间空容积(V空):隙和其他结构上的影响,最终可以得到优化的

6、转V空=S密L。子参数数学模型:验算公式为f=V总-(V空-2V′转)。V总=V空-2V转。114设计变量如不符合设计要求,则修改上述各步骤参数并重根据前述的密炼机转子设计理论及目标函数新计算,直至符合设计要求为止。可知,在转子的几何参数中,转子的D0,d,r1,r2,112目标函数L,L1,L2,b对目标函数都有较大影响。因此取这转子几何参数设计的最终目的是使密炼机的些参数为设计变量,于是TV总达到所要求的值,即满足公式X=[x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8]TV总=V空-2V转,=[D0,d,

7、r1,r2,L,L1,L2,b]。因此可以确定目标函数为有时需要对现有密炼机的转子进行更新设f=V总-(V空-2V转)。计,在这种情况下,由于密炼室尺寸已确定,转子113数学模型的D0和L已是固定值,因此取d,r1,r2,L1,L2,b11311转子体积为设计变量,于是TT建立转子设计优化模型的关键是导出转子的X=[x1,x2,x3,x4,x5,x6]=[d,r1,r2,L1,L2,b]。[1]体积公式。张廷凯等推导了一套转子体积数115约束条件学模型的计算公式,在公式中使用了各棱点的坐约束条件一般存在2种形式

8、,一种是边界约标计算转子的截面积,计算过程较复杂。本工作束,是设计变量的变化范围;另一种是性能约束,从转子截面构型中各曲线间的相互关系出发,重是由某种性能或指标推导出的。转子截面及转子新推导了一套转子体积数学模型的计算公式,简棱各部位几何形状的改变都会对混炼产生明显的化了计算步骤。影响。根据设计规范及实际应用情况,前述设计本设计中的转子体积(V′转)由转子棱体积和变量均应限制在一定的取