响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究.pdf

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1、伊大龙，等：响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究43响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究伊大龙罗兵袁捷朝(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要采用响应曲面法中Box—Behnken方法设计试验并分析，建立了啮舍同向双螺杆挤出机固体输送段功率消耗和固体输送量的多因素二次多项式数学模型。探讨了主要因素对功率和输送量的影响及其交互作用。验证了模型的有效性。模型所预测的功率和输送量与试验得到的数据误差小于10％。利用试验得到功率和固体输送量的回归方程，可实现对啮合同向双螺杆挤出机

2、固体输送段功率消耗和固体输送量的预测和优化，提高能效，节约能源。关键词啮合同向双螺杆挤出机固体输送主机功率固体输送量响应曲面法工业生产的能耗是巨大的，面对日益逼近的能性的分析，没有说明功率与这些影响因素的直接关源危机，提高能源的利用率和节能减排成为可持续系；且很少涉及各影响因素之间可能存在着的相互发展的又一主题。即要求在生产过程中，用最少的影响。能耗来得到最大的产值，或是在相同的产值下有最响应曲面法是以回归模型作为函数估算的工小的能耗。在聚合物加工工业中，啮合同向双螺杆具，通过对函数进行分析，研究因子与响应值之间、挤出机凭借其优异的混合加工性能，广泛应用于聚

3、因子与因子之间的相互关系，并进行优化，是一种优合物的增韧、增强、填充改性和反应挤出领域。化反应条件和加工工艺参数的有效方法』。响应聚合物在挤出过程中需经历固体输送、熔融、混合、曲面回归模型的出现就是将统计、数学和计算机科排气和熔体输送等过程，因此将啮合型同向双螺杆学紧密联系的结果，其具有较高的可信度，应用广挤出机的挤出过程分为固体输送、熔融、排气、混合泛。和熔体建压等功能区段。综合前人对啮合同向双螺杆挤出机固体输送段近年来，国内外学者对啮合同向双螺杆挤出机机理和功率消耗的研究以及实验结果，笔者选定螺固体输送段的输送机理以及功率消耗做了一定的研杆转速(A)、当

4、量填充率(B)、螺旋升角(C)、物料粒究。C．Carror等认为啮合同向双螺杆固体输送有径(D)4个参数，研究其对粒料输送主机功率(Y)和两种机理，即沿螺槽方向的输送以及在上啮合区沿输送量()的影响。同时，为了在定性基础上实现轴向的正位移输送，并认为上啮合区的正位移输送定量研究，使数学模型更接近实际值，笔者使用响应量就是全部的正位移输送量。耿孝正等利用可曲面法中的Box．Behnken方法设计试验并分析了各视化机筒和特殊的测试方法发现，啮合同向双螺杆因素对啮合同向双螺杆挤出机固体输送段功率消耗有两种输送机理，即正位移输送和摩擦拖曳输送；对和固体输送量的影响，

5、在此基础上对影响因子进行粒料，螺槽不是完全充满，而是存在一个临界充满了优化，为降低功率消耗，提高输送能力提供了理论度；在垂直于螺杆轴线的截面内，存在三个子输送依据。区，而物料在三个子输送区的充满情况与加料口的1实验部分形状和位置及加料量、螺纹元件的导程和螺杆转速1．1原材料有关。孙建梅等采用试验测定螺杆扭矩、输送压聚丙烯(PP)：粒径为3．8mm，北京燕山石化公力，建立了锥形双螺杆固体输送的理论模型，定性分司；析了锥形双螺杆挤出机固体输送段影响功率消耗的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)：粒径为3．1mm，因素，认为其固体输送段功率消耗与机筒设定温度、杜邦公司；螺

6、杆组合、螺杆转速等因素有关。尼龙(PA)6：粒径为2．4mE，北京燕山石化公由于双螺杆挤出机固体输送机理的复杂性，目司：前的固体输送模型大多存在与实际情况不符的假设。对于固体输送段功率消耗的研究也只进行了定收稿日期：2010—08—10工程塑料应用2010年，第38卷，第11期1．2仪器、设备软件为Design—expert软件。试验参数及水平见表双螺杆挤出机：LSM30／34型，德国Lestritz公1。司；表1Box-Behnken试验设计因素水平及编码台式干燥箱：DG／200—002型，重庆试验设备变量代码水平。’编码值”10一l厂；螺杆转速／r·mi

7、nI4130ll090天平；上海东方衡器厂。当量填允率／％B908070平均螺旋升角／。C3526171．3试验方法物料粒径／ram，J3．83．12．4试验所用因子的取值范围：主机转速为90～注：1)A、B、C、D分别表示各因素的编码值，以a、b、e、d表示各130r／min，当量填充率为70％～90％，螺纹元件螺因素的实际值，其中①4=(a—Iio)／2o，②口=(b一8o)／lo，③c=(C一26)／9，④D：(d一31)／O．7；2)水平一1，0，1分别表示因素旋升角为l7。～35。，物料粒径为2．4～3．8mm。其的最低、中间、最高水平。相对应的响

8、应值为固体输送量(X)，主机中，当量填充率的计算公式