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立式真空捏合機行星齒輪的優化設計研究

作者: 來源: 日期:2019-09-21 09:49:43 人氣:0


圖 1.1 立式小型捏合機




捏合機是化工領域一種常用的攪拌設備[1],一般是由一對互相配合和旋轉的槳葉構成,由其產生的強烈剪切作用使半干狀態或橡膠狀粘稠復合材料迅速混合,從而獲得均勻的復合材料。捏合機常用在各種高粘度的彈塑性復合材料的混煉、捏合、破碎、分散、重新聚合等化工場合[23],具有攪拌均勻、無死角、捏合效率高的優點。


由于立式捏合機可以用于混合高粘度、嚙合過程強烈的物料,而且物料不會接觸到密封圈和軸封,因此可以減少污染,提高捏合機的使用壽命,在目前的生產活動中得到廣泛應用?,F行的立式捏合機主要為雙槳的立式捏合機,在兩槳之間、槳葉與鍋壁之間、槳葉與鍋底之間都存在一個間隙,物料通過槳葉的自轉與公轉,在這些間隙中產生大的剪切力,拉伸力,使得物料重新分布整合、流線重新分布折疊。由于槳葉的螺旋角,整個流場在垂直方向也會產生變化,這樣,經過槳葉的正、反轉以及正、逆時針的公轉運動就可以達到較好的混合效果[4]。

本文研究的對象為立式小型捏合機,如圖 1.1 所示,由專用的支撐部件、混合鍋、槳葉、左右翻轉架、主傳動裝置、升降裝置、氣動、真空、控制及音視頻系統組成?;?/span>合物料的混合鍋固定在機架上不動,傳動箱升降?;旌贤戤吅?,傳動箱上升,人工拉出混合鍋至翻轉架上,轉動翻轉手柄,旋轉100°出料。

立式捏合機的正反轉采用防爆電機,通過一對同步帶輪驅動傳動箱實現。傳動箱的升降由防爆電機帶動絲杠實現,兩根導向立柱固定在支撐部件上,傳動箱通過兩根導立柱定位,在絲杠的驅動下,平穩升降并與料鍋定位和壓緊。

立式捏合機通過機架上的導軌依靠人工推入框架內,通過導軌末端的限位塊對鍋進行水平定位,同時安裝在末端的直動圓頭式閥發信號,使安裝在導軌左右兩側的兩組短行程缸對鍋兩側面定位。安裝在支撐部件右側面的信號裝置,使傳動箱保持“開始下降時的速度、快速下降時的速度、接近混合鍋時的速度、開始上升時的速度、快速上升時的速度、接近頂部時的速度”這幾個階段的運動。

行星齒輪在很多方面都優于普通的定軸傳動系統,比如可以在體積較小重量較輕的條件下,實現大功率傳動,獲得較大的傳動比,實現運動的合成及分解等。但是,行星齒輪傳動也具有其缺點,比如說在設計過程中涉及的因素較多,使得行星齒輪傳動優化設計問題比較復雜[5]。目前對于行星齒輪的優化設計研究多針對于單級或者雙級的行星輪系,對于復雜的周轉輪系較少涉及。這主要是因為周轉輪系中的運動更加復雜,參數間的制約因素更加繁瑣,而且除了一些基本因素如運動關系和幾何尺寸以外,摩擦潤滑以及系統的動力情況也是需要加以考慮的。

為達到物料的充分混合,捏合機要進行自轉和公轉運動,所以一般采用單輸入多輸出的復合行星輪系來實現物料的攪拌和混合。在立式捏合機的傳動系統中,由于行星輪系的復雜性——既要求槳葉自轉又要求槳葉的公轉,因此需要設計及確定的參數較多約束較復雜包括槳葉約束條件、傳動比約束條件、結構約束條件、同心約束條件、齒輪不根切條件、齒寬約束條件、強度約束條件等。一方面,待定的參數數量大;另一方面,各個參數相互制約相互影響。很多參數都影響著系統的多方面的性能,而這些性能對參數的要求通常是矛盾的,參數選取過大或過小均會導致系統達不到最優狀態。

之前的設計通常采取先根據主要約束選取傳動系統的參數,然后再對各個約束條件進行驗算,如果滿足條件,則設計結束。如果不滿足條件,則再第一步根據需求重新選取參數。這樣交替進行,一方面延長了設計時間,一旦不滿足約束條件就要返回第一步重新選擇參數;另一方面,由于沒有優化的設計概念,所得的方案基本上是可行解而非系統的最優解。這樣不僅浪費了時間與精力,而且所得結果也不一定是最優解。而優化的設計方法是首先對要優化的模型進行分析,得出優化目標和條件約束,然后選擇相應的優化算法進行優化得出優化結果。本文首先專門針對立式捏合機的傳動系統進行詳細分析,得出約束條件,然后進行優化,選擇最優的結果,為今后的立式捏合機傳動系統的設計提供依據。


    標簽:捏合機 真空捏合機
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