एक्सट्रूडर्सचे आर्थिक फायदे ऑप्टिमायझ करणे: क्षमता कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या घटकांचे संक्षिप्त विश्लेषण

एकत्र मळणे ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर (यापुढे एक्सट्रूडर म्हणून संदर्भित) हे त्याच्या उत्कृष्ट मिश्रण कामगिरी, वैयक्तिकृत स्क्रू संयोजन आणि चांगल्या स्वयं-सफाई कामगिरीमुळे सुधारित प्लास्टिकच्या प्रक्रियेत मुख्य उपकरण बनले आहे.

एक्सट्रूडरची उत्पादन कार्यक्षमता हा एक पॅरामीटर आहे ज्याला मॉडिफिकेशन कंपन्या उपकरणे निवडताना खूप महत्त्व देतात. सामान्यतः असे मानले जाते की मोठ्या व्यासाच्या एक्सट्रूडरमध्ये जास्त उत्पादन कार्यक्षमता असते, परंतु प्रत्यक्षात, मोठे व्यास हे एक्सट्रूडरची उत्पादन कार्यक्षमता सुधारण्याची गुरुकिल्ली नाही. हा एकमेव घटक आहे. एक्सट्रूडरच्या उत्पादन कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे घटक म्हणजे एक्सट्रूडरचा वेग, व्हॉल्यूम रेशो, विशिष्ट टॉर्क, स्क्रू कॉम्बिनेशन डिझाइन, फॉर्म्युलेशन मटेरियल स्टेट, प्लास्टिसायझिंग कंडिशन, उपकरणांचा पोशाख इ.

एक्सट्रूडरमधील वेगवेगळ्या प्रक्रियांमध्ये सामग्रीची स्थिती आणि स्क्रू संयोजनाच्या डिझाइननुसार खालील घटकांवर परिणाम करणारे घटक एक-एक करून विश्लेषण केले जातील. या लेखात, आपण एक्सट्रूजन कन्व्हेयिंग मेकॅनिझमच्या दृष्टिकोनातून तपशीलवार विस्तार करू.

एक्सट्रूजन कन्व्हेयर यंत्रणा

सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडरच्या कन्व्हेइंग मेकॅनिझमवरील संशोधन हा ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडरच्या विकासाचा आधार आहे. सर्वात जुना सिंगल-स्क्रू कन्व्हेइंग सिद्धांत डार्नेल आणि मोल यांनी मांडला होता. त्याचा मुख्य मुद्दा असा आहे की सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडरमधील मटेरियलची फॉरवर्ड कन्व्हेइंग पॉवर घर्षण ड्रॅग अंतर्गत सॉलिड कन्व्हेइंगवर आधारित असते. एक्सट्रूडरच्या स्क्रू एलिमेंटचा लीड हळूहळू कमी होत असताना किंवा मळणी प्रतिरोधक घटकाचा एक्सट्रूजन फोर्स लागू केल्यामुळे, सुरुवातीला फ्लफी आणि विखुरलेले मटेरियल सापेक्ष विस्थापनाशिवाय सॉलिड प्लग बनते आणि सॉलिड प्लग आणि स्क्रूच्या पृष्ठभागामधील घर्षण आणि सॉलिड प्लग स्क्रू बॅरलच्या आतील पृष्ठभागामधील घर्षण बलासह, सॉलिड प्लग स्क्रू ग्रूव्हच्या बाजूने पुढे कन्व्हेइंग केला जातो.

क्लासिक ट्रान्सपोर्टेशन थिअरी जेव्हा प्रस्तावित केली जाते तेव्हा त्याच्या मर्यादा असतात. ते असे गृहीत धरते की सॉलिड प्लगमध्ये कोणतेही सापेक्ष विस्थापन नसते आणि त्याला मिळणारे घर्षण बल स्थिर असते. तथापि, वास्तविक परिस्थिती खूप वेगळी असते, म्हणून सैद्धांतिक गणना सूत्र बहुतेकदा वास्तविक मोठ्या विचलनापेक्षा वेगळे असते. तरीही, हा सिद्धांत एक्सट्रूडर स्क्रू कन्व्हेयिंगचे सार मांडतो, म्हणजेच, स्क्रू ग्रूव्हच्या स्क्रूच्या काठावर असलेल्या मटेरियलवरील स्क्रू बॅरलचे घर्षण घटक बल हे मटेरियल कन्व्हेयिंगचे स्रोत आहे आणि फिरणाऱ्या स्क्रूच्या पृष्ठभागा आणि मटेरियलमधील घर्षण हे मर्यादित मटेरियल आहे. प्रगतीशील प्रतिकार. दुसऱ्या शब्दांत, कन्व्हेयिंग केले जाणारे मटेरियल आणि स्क्रूच्या धातूच्या पृष्ठभागामधील घर्षण गुणांक fi आणि स्क्रू बॅरलच्या आत मटेरियल आणि मेटल पृष्ठभागामधील घर्षण गुणांक fb मधील फरक हा घर्षण ड्रॅगिंगसाठी प्रेरक शक्तीचा स्रोत आहे. मटेरियल फॉरवर्ड कन्व्हेयिंगचे हालचाल आणि बल विश्लेषण चित्र १ मध्ये दाखवले आहे.

जरी घन ट्रायबोस्टॅटिक्सवर आधारित घन वाहतुकीचा सर्वात जुना आणि सर्वात तपशीलवार सिद्धांत डार्नेल आणि मोल यांनी मांडला होता, तरी अनेक मूलभूत गृहीतके आहेत:
१. एक्सट्रूडरच्या स्क्रू चॅनेलमध्ये, रेझिन मटेरियल सॉलिड प्लगच्या स्थितीत असते आणि त्याचा डिलिव्हरी रेट निश्चित असतो आणि सॉलिड प्लगवरील दाबाची दिशा फक्त मटेरियलच्या हालचालीशी सुसंगत असते;
२. सॉलिड प्लग आणि स्क्रू ग्रूव्हमधील कोणताही पृष्ठभाग एकमेकांशी संवाद साधतात आणि त्याचा घर्षण गुणांक दाबातील चढउतारांनुसार बदलत नाही, तर केवळ तापमानातील बदलांनुसार बदलतो;
३. घन प्लगच्या बल्क घनतेतील बदल आणि पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाकडे दुर्लक्ष करणे आणि एक्सट्रूडरच्या बॅरल आणि स्क्रूमध्ये कोणतेही अंतर नाही असे गृहीत धरणे;
४. स्क्रू बॅरलच्या सापेक्ष स्क्रू स्थिर असतो आणि स्क्रू बॅरल हलत असताना तो दिसतो.
पोटेंटे आणि इतरांचा असा विश्वास आहे की स्क्रू अक्षाच्या स्क्रू ग्रूव्ह क्षेत्रात, वेगवेगळ्या भागात सामग्रीची बल्क घनता/बल्क घनता वेगवेगळी असते. काही भागात, सामग्री सैल अवस्थेत असते आणि काही भागात, सामग्रीवर घन प्लग तयार करण्यासाठी दबाव येतो. घन प्लग भागाची वाहतूक यंत्रणा डार्नेल-मोल वाहतूक सिद्धांताशी संबंधित आहे आणि घन प्लगची गती स्थिती आणि बल यांचे विश्लेषण करून खालील सूत्र प्राप्त केले जाते:

सूत्र (१) वरून असे दिसून येते की डिलिव्हरी व्हॉल्यूम G हा रोटेशनल स्पीड n, व्हॉल्यूम रेशो H आणि स्क्रू व्यास Db शी सकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे. डार्नेल आणि मोल सिंगल-स्क्रू कन्व्हेइंग थिअरीच्या गृहीतके वास्तवाशी जुळत नसल्यामुळे, नंतरच्या पिढ्यांनी मोजलेल्या डेटा आणि प्रत्यक्ष उत्पादन डेटामध्ये मोठा विचलन आहे. तेव्हापासून, मोठ्या संख्येने विद्वानांनी या सिद्धांतावर अधिक तपशीलवार संशोधन केले आहे. मोठ्या संख्येने अभ्यासांमध्ये, अनेक विद्वानांनी ओळखलेले दोन सिद्धांत म्हणजे चुंग आणि इतरांनी प्रस्तावित केलेला व्हिस्कस ट्रॅक्शन सिद्धांत आणि टेडरने प्रस्तावित केलेला व्हिस्कस ट्रॅक्शन सिद्धांत. ऊर्जा संतुलन सिद्धांत.

जरी सिद्धांतांमध्ये वाद असले तरी, डार्नेल-मोल सिद्धांताचा आणि टेडर सिद्धांताचा मूळ प्रारंभ बिंदू मूलत: सारखाच आहे, म्हणजेच, पदार्थाच्या पदार्थांमधील गतिमान घर्षण बल. सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर आणि स्क्रू बॅरलची आतील भिंत ही घन पदार्थांच्या वाहतुकीसाठी सर्वात महत्वाचा घटक आहे. साराचा स्रोत. फरक असा आहे की चुंगचा असा विश्वास आहे की पदार्थ प्रथम बॅरलच्या आतील धातूच्या भिंतीवर घासून वितळण्याचा पातळ थर तयार करेल आणि वितळण्याच्या या पातळ थरामुळे निर्माण होणारा चिकट कर्षण बल हा घन पदार्थ वाहून नेण्याच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करतो. वरील तीन सिद्धांतांमध्ये जे साम्य आहे ते म्हणजे एक्सट्रूडरमधील घन पदार्थ एक घन प्लग असल्याचे गृहीत धरले जाते, घन पदार्थ वाहून नेण्याच्या विभागातील पदार्थ दाट मानले जाते, घन कणांमध्ये कोणतेही सापेक्ष विस्थापन नसते.

झू फुहुआ आणि इतरांनी व्हिज्युअल एक्सट्रूडरच्या कामाच्या संपूर्ण प्रक्रियेत असे लक्षात आले की पदार्थ वितळण्याच्या विभागात प्रवेश करण्यापूर्वी, घन कण मुळात परस्पर देवाणघेवाण आणि घसरण्याच्या प्रक्रियेत असतात आणि स्क्रू ग्रूव्ह पूर्णपणे भरलेला नसतो. वितळण्याच्या विभागात प्रवेश करेपर्यंत ही घटना हळूहळू अदृश्य होत नाही. याव्यतिरिक्त, रेझिन कणांच्या पुढे जाण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, हे स्पष्टपणे दिसून येते की रेझिन कणांमध्ये एक चमकदार वितळणे आहे. नंतरच्या टप्प्यात वितळण्याने व्यापलेली जागा अधिकाधिक वाढत असताना, कण आणि वितळण्यामधील सीमा कमी स्पष्ट होते. . हे घन प्लगची विसंगती आणि घन प्लगच्या विस्थापन बदलाची अपरिहार्यता दृश्यमानपणे सिद्ध करते. मोठ्या संख्येने निरीक्षणे आणि प्रयोगांवर आधारित, झू फुहुआ यांनी प्रथमच नॉन-प्लग प्रवाह घन वाहतूक सिद्धांत मांडला.

दुर्दैवाने, नॉन-प्लग फ्लो सॉलिड ट्रान्सपोर्टचा सिद्धांत मांडल्यानंतर बराच काळ, सिद्धांताच्या जटिलतेमुळे देशांतर्गत आणि परदेशात व्यावहारिक समस्यांना तोंड देण्यासाठी त्याचा वापर करता आला नाही. जरी नॉन-प्लग फ्लो सॉलिड ट्रान्सपोर्ट सिद्धांताची गणना अचूकता मोठ्या प्रमाणात सुधारली असली तरी, उत्पादन आणि दाब मोजण्यासाठी कोणतेही स्पष्ट सूत्र नाही आणि ते स्वतःच एक नॉनलाइनर संपर्क समस्या आहे. अनेक आणि गुंतागुंतीची सूत्रे आहेत आणि गणनासाठी मर्यादित घटक पद्धत आवश्यक आहे. यामुळे व्यावहारिक अनुप्रयोगात मोठ्या अडचणी येतात. श्री. कॅरोट यांनी इंटरमेशिंग को-रोटेटिंग ट्विन-स्क्रूच्या भूमितीचा अभ्यास केला आणि संशोधनाच्या आधारावर ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडरमध्ये मटेरियल कन्व्हेइंग प्रक्रियेचे मॉडेल तयार केले. त्यांनी एकमताने निदर्शनास आणून दिले की एक्सट्रूडरमधील मटेरियल कन्व्हेइंग प्रक्रिया जटिल आणि वैविध्यपूर्ण आहे आणि प्रामुख्याने दोन कन्व्हेइंग यंत्रणा आहेत, म्हणजेच, वरच्या मेशिंग क्षेत्रात स्क्रूच्या अक्षासह सकारात्मक विस्थापन कन्व्हेइंग आणि स्क्रू ग्रूव्ह क्षेत्रात घर्षण ड्रॅग कन्व्हेइंग. लिऊ टिंगुआ आणि इतर. पूर्ण तीन-मार्गी व्हिज्युअल एक्सट्रूडरसह बरेच प्रयोग केले आहेत आणि घन वाहून नेणारा भाग मेशिंग क्षेत्रातील सकारात्मक विस्थापन वाहून नेणारा भाग आणि बाजूच्या स्क्रू ग्रूव्ह क्षेत्रातील दाणेदार कणांच्या घर्षण वाहून नेणारा भाग यामध्ये विभागला आहे. मेशिंग क्षेत्रातील सकारात्मक विस्थापन वाहून नेणारा भाग सूत्र (2) म्हणून मोजला जातो:

एक्सट्रूडरचे आर्थिक फायदे कसे वाढवायचे हे एक्सट्रूडरच्या उत्पादन कार्यक्षमतेशी अविभाज्य आहे. उत्पादन कार्यक्षमता केवळ एक्सट्रूडरच्या भौतिक पॅरामीटर्स आणि प्रक्रिया परिस्थितींद्वारे निर्धारित केली जात नाही, तर भौतिक स्थिती देखील उत्पादन कार्यक्षमतेवर परिणाम करते. सामग्रीची बल्क घनता जितकी कमी असेल तितकी सामग्रीमध्ये हवेचे प्रमाण जास्त असेल. स्क्रूद्वारे सामग्री वाहून नेण्याच्या प्रक्रियेसाठी, ते प्रत्यक्षात त्याच प्रमाणात सामग्रीसह पुढे जात आहे. बल्क घनता जितकी कमी असेल तितकी वाहून नेण्याची क्षमता कमी असेल. .

एक्सट्रूडरच्या मेल्ट ब्लेंडिंग दरम्यान, मोठ्या संख्येने कण आणि पावडर संकुचित होतात आणि मेल्टमध्ये रूपांतरित होतात. एक्सट्रूडरच्या आतील भागातून बाहेर पडण्याचा एकमेव मार्ग म्हणजे शेपटीत परत प्रवाहित होणे, ज्यामुळे सतत पावडर फीडिंग रोखले जाईल. जेव्हा काउंटर फ्लोचा दाब आणि वेग एका विशिष्ट गंभीर मूल्यापेक्षा जास्त होतो, तेव्हा ते शक्ती परत करेल. जेव्हा स्क्रूची क्रॉस-सेक्शनल स्पेस लहान होते, तेव्हा एअर काउंटर फ्लो. दाब जास्त असेल, वेग जास्त असेल. यावेळी, त्याचा फीडिंगवर नकारात्मक परिणाम होऊ शकतो, कारण वेग वाढल्याने ओव्हरफ्लो पॉइंट कमी होतो, म्हणजेच वेग जितका जास्त असेल तितका फीड अधिक द्रवरूप होतो. आधी सांगितल्याप्रमाणे, घर्षण हे मटेरियल कन्व्हेयिंगची गुरुकिल्ली आहे. कन्व्हेयिंग कार्यक्षमता "डायनॅमिक" घर्षण गुणांकाच्या थेट प्रमाणात असते. स्क्रू बॅरलचा घर्षण गुणांक जितका जास्त असेल तितका कन्व्हेयिंग कार्यक्षमता जास्त असेल. घर्षण बलातील बदल त्याच्या कन्व्हेयिंग कार्यक्षमतेवर देखील परिणाम करेल. याव्यतिरिक्त, वेगवेगळ्या स्क्रू संयोजन आणि संरचना त्याच्या "डायनॅमिक" घर्षण गुणांकावर देखील परिणाम करतील.