本文選題：誤差 + 粉體物料��； 參考：《青島科技大學》2017年博士論文

【摘要】：隨著各種新型高分子材料和綠色輪胎等高檔次橡膠制品的相繼研發(fā),人們迫切希望能生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良、穩(wěn)定性高的混煉膠。對橡膠連續(xù)混煉工藝裝備和膠料及碳黑等物料計量系統(tǒng)提出更高要求,新的配料系統(tǒng)和混煉工藝裝備革新需求越來越迫切。傳統(tǒng)的混煉方式采用上輔機對碳黑等添加料進行計量和配料,用密煉機和開煉機進行混煉。橡膠原料和碳黑等粉料的計量、橡膠混煉過程都屬于非連續(xù)狀態(tài),這種間歇式計量和混煉方式已經(jīng)非常成熟。但隨著對橡膠質(zhì)量和生產(chǎn)自動化要求的提高,間歇式計量和間歇式混煉方式存在固有缺陷無法滿足對產(chǎn)品質(zhì)量和加工工藝日益提高的要求,如混煉膠質(zhì)量不均一、效率低、能耗高、間歇加工造成熱量的損失以及密煉機上輔機系統(tǒng)相對復(fù)雜等問題。為解決間歇式混煉存在缺陷,研究人員將研究重點放在連續(xù)混煉工藝和裝備上,并取得重要成果。然而,由于橡膠原材料的粘彈性及配料的復(fù)雜性,給橡膠和碳黑等配料的連續(xù)計量及加料配比的準確性帶來了極大的難題,目前解決方法主要是通過橡膠原材料加工成粉末或顆粒狀實現(xiàn)連續(xù)供料,但由于其加工成本問題高、難以實現(xiàn)大工業(yè)應(yīng)用。研究一種快速而又準確的連續(xù)計量新方法和新技術(shù)成為當前連續(xù)混煉工藝亟待解決的問題。研制新型自動連續(xù)進料和計量系統(tǒng)并進行計量及混煉實驗研究,實現(xiàn)橡膠物料和相關(guān)配料快速準確自動計量,對于豐富和完善連續(xù)計量和連續(xù)混煉理論,具有十分重要意義。本課題主要是通過對固體橡膠、顆粒粉體配料、油料三種物料的物理性能和計量特性分析,針對上述難題,提出了針對不同類型物料的連續(xù)計量方法,建立了連續(xù)計量及連續(xù)混煉機理,研發(fā)了實現(xiàn)多相物料的智能連續(xù)加料計量系統(tǒng),并同連續(xù)混煉機實現(xiàn)無縫結(jié)合,研制出了橡膠、碳黑及小料、油料的連續(xù)配比計量智能實驗平臺。完成的主要工作如下:1、通過對天然橡膠、碳黑等顆粒粉料、油料三種不同物理形態(tài)物料的自動連續(xù)計量方法和工作機理的研究,提出了橡膠的供料系統(tǒng)、碳黑及小料連續(xù)混合和計量系統(tǒng)、油料自動供料方法的新思路、新方案。提出了固-液-粉三相物料混合式自動計量機理,研制出了實現(xiàn)物料連續(xù)混合及計量的結(jié)構(gòu)模型,對多相物料連續(xù)計量系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進行了總體設(shè)計。2、建立了多相物料連續(xù)計量機理和連續(xù)混煉機理,針對橡膠和碳黑等性能和結(jié)構(gòu)特點,建立了動態(tài)連續(xù)計量數(shù)學模型;從碳黑等物料的物性入手,研究物料顆粒的大小、物理特性等,構(gòu)建粉體和顆粒的流動性、堆積性的數(shù)學模型,探究顆粒幾何特性對動態(tài)連續(xù)計量性能的影響。3、通過對多相連續(xù)計量系統(tǒng)分析,建立了自動計量裝置連續(xù)加料動力學方程,研究了物料特性對配比準確性和連續(xù)性影響。通過動力學分析表明:對于休止角大于30°的粉料,流動性較差,可選擇螺距較大的螺桿;對于休止角小于30°的粉料,流動性較好,可選擇螺距較小的螺桿;對于密度較輕的物料如碳黑,在非穩(wěn)定運動狀態(tài)下工作時,需要適當加大響應(yīng)速度、電機轉(zhuǎn)速和輸料螺桿直徑;對于密度較大的粉料,在非穩(wěn)定運動狀態(tài)下工作,在需要適當減小電機轉(zhuǎn)速、螺桿直徑和螺旋升角。通過上述分析,建立了橡膠和碳黑等物料的配比計量數(shù)學模型。4、通過對連續(xù)計量和連續(xù)混煉機理研究的研究,利用EDEM有限元軟件分析了碳黑及小料在計量中的物料的分散性和均勻性,并在計量過程中對各物料及計量裝備進行了顆粒模型分析、運動分析、受力分析及結(jié)構(gòu)分析,優(yōu)化了物料輸送和混合結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。5、研制了混合式自動連續(xù)計量和連續(xù)混煉裝置。通過自主研發(fā)的連續(xù)塑煉機,將天然橡膠進行預(yù)塑煉,并將塑煉膠壓成均勻條形,再通過膠條輸送和測量系統(tǒng)計算橡膠輸送體積,得到膠料添加質(zhì)量;針對碳黑等粉粒物料,采用失重式計量方式,將物料經(jīng)混合裝置混合均勻后經(jīng)連續(xù)測量系統(tǒng)實現(xiàn)物料的配比輸送;對油料采用體積式計量方式添加質(zhì)量并進行連續(xù)配比計量。通過三種不同的測量裝置完成三相物料的配料和連續(xù)計量。6、采用迭代算法實現(xiàn)PID控制,并經(jīng)LABVIEW編程,實現(xiàn)多物料連續(xù)計量系統(tǒng)閉環(huán)式控制,可將連續(xù)計量和連續(xù)混煉同一個控制平臺上進行整體控制,提高了配料計量精度,連續(xù)計量、連續(xù)混煉整體工作性能。并通過計量穩(wěn)定性實驗和連續(xù)混煉膠性能實驗,對多相物料連續(xù)計量系統(tǒng)進行了驗證和優(yōu)化。7、實驗證明碳黑等粉料添加時間同橡膠原料配比存在時間滯后性,通過均勻化膠條尺寸和提高裝置的快速反應(yīng)時間,消除時間滯后性引起的添加誤差,優(yōu)化連續(xù)計量及連續(xù)混煉膠密度誤差控制在0.3%。8、通過對配合連續(xù)計量系統(tǒng)的工藝條件實驗表明:對于本實驗機臺最佳工藝條件為:機筒溫度80°C、機頭溫度70°C,螺桿轉(zhuǎn)速30r/m,混煉條件最佳。實驗數(shù)據(jù)表明:連續(xù)式混煉在門尼黏度、剪切模量等物理機械性能相當或高于密煉機混煉;連續(xù)混煉膠的拉伸強度比傳統(tǒng)密煉機混煉膠性能要略強一些;對于撕裂強度具有明顯的優(yōu)勢;對于分散度,雖然分散度性能會低于間歇式混煉,但連續(xù)混煉所得混煉膠分散度穩(wěn)定性具有非常顯著的優(yōu)勢。綜合各方面指標能夠證明,采用連續(xù)計量和連續(xù)混煉工藝能夠提高橡膠的質(zhì)量和穩(wěn)定性。本課題通過對顆粒模型研究、計量方法機理分析、混合和計量仿真模擬和實驗,研制了固-粉-液三相物料連續(xù)計量裝備,豐富了物料動態(tài)連續(xù)計量理論,完善了橡膠連續(xù)配料和連續(xù)混煉工藝裝備。并通過相關(guān)實驗進一步驗證,論述了三相動態(tài)連續(xù)計量理論和實驗方案是合理正確性,所研制的動態(tài)連續(xù)計量系統(tǒng)及實驗裝置和方案的可行性。對于多種行業(yè)的工業(yè)配料和連續(xù)計量技術(shù)研究有著一定的理論研究價值和工程應(yīng)用價值。
[Abstract]:In order to solve the problems of continuous mixing and continuous mixing of rubber , carbon black and other materials , it is very important to study the continuous metering and mixing of rubber , carbon black and other materials . A mathematical model of dynamic continuous metering is established . The particle size , physical properties , etc . are studied from the physical properties of materials such as carbon black . The continuous metering system of multiphase materials is verified and optimized by means of measuring stability experiment and continuous mixing rubber performance experiment . The experimental data show that the continuous metering and continuous mixing process can improve the quality and stability of rubber .
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ330.43

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本文編號：2090697