（机械工程专业论文）基于plc的单螺杆木塑挤出机控制系统的研究.pdf

摘要 近年来，全球的森林资源日趋枯竭、社会环保意识日见高涨，同时对木材 的应用也提出了更高的要求。在这种背景下，一种将木材与塑料通过复合而制 得的新型绿色环保型复合材料木塑复合材料应运而生。随着木塑复合材料 制造技术的逐步成熟，各类木塑复合材料制品已在国内外进入小到包装、景观， 大到建筑、军事多个领域。单螺杆挤出机是木塑制品生产的主要成型设备，挤 出温度控制精度和挤出电机速度的控制对挤出制品的性能和质量起着决定性的 作用。本文针对广州某木塑企业设计一套木塑挤出专用控制系统，主要基于p l c 技术的过程控制系统和可视化软件组成，实现了对现场设备运行状态的实时监 控和重要参数的控制。 首先通过分析木塑挤出成型设备和挤出原理，得出影响木塑成型工艺的关 键因素，针对这些关键因素，分析工艺流程，提出了控制系统的总体方案和温 度控制方案。螺杆运行速度的控制是通过调节变频器驱动频率从而控制主电机 变速来实现的。温度控制是通过温度传感器来测量每个区的温度，通过p l c 的输 出控制固态继电器通断，从而驱动每个加热区的加热器或冷却风机来达到其设 定温度。温度控制方案中分析了本系统温度控制原理及温度p i d 控制原理。 然后对控制系统进行了硬件和软件的设计，硬件部分详细分析各个设备的 选型和硬件的总体配置，软件部分介绍本控制系统程序结构，详细分析了控制 系统的主程序及各个子程序的实现流程。 本系统温度控制采用参数自整定的模糊p i d 控制，在简要介绍了p i d 控制理 论之后，分析了p i d 算法在本程序中的实现，主要有p i d 控制器的组态和p i d 自整 定，整定结果经实验满足控制要求，运用t i ap o r t a lv l l 编程软件进行p l c 梯形 图程序编写，给出了部分实际整定曲线及算法程序。实验温控效果良好，升温 时间短的同时，保证温度超调不超过1 。 最后根据设计原则及用户要求，设计挤出机控制系统的触摸屏界面，并与 p l c 通信实现。该界面实现了对各区设定温度和实际温度以及电机速度的实时监 控和操作，并有报警信息显示和查询，可显示报警的具体内容，所发生的报警 讯息可通过报警目录浏览。 关键字：木塑复合材料，挤出机，p l c ，p i d a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a st h eg l o b a lf o r e s tr e s o u r c ei sd e c l i n i n ga n ds o c i a l sh e i g h t e n e d a w a r e n e s so fe n v i r o n m e n t a lc o n s e r v a t i o n , t h ea p p l i c a t i o no fw o o da l s op u tf o r w a r d h i g h e rr e q u e s t i nt h i sc o n t e x t , an e wt y p eo fg r e e ne c o f r i e n d l ym a t e r i a l s - w o o d - p l a s t i c sc o m p o s i t e s ( w p c ) ，w h i c hi sc o m p o s i t e db yw o o da n d p l a s t i c s t u r n su p a l o n g 诵t ht h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yo fw p cg r a d u a l l ym a t u r e ，av a r i e t yo f w p c p r o d u c t sh a sc o m ei n t op a c k a g i n g ，l a n d s c a p e ，b u i l d i n g ，m i l i t a r ya n do t h e rf i e l d s a th o m ea n da b r o a d s i n g l es c r e we x t r u d e ri st h em a i nm o l d i n ge q u i p m e n ti nt h em a - n u f a c t u r i n go ft h ew p cp r o d u c t s ，t h ee x t r u s i o nt e m p e r a t u r ec o n t r o lp r e c i s i o na n dt h e s p e e dc o n t r o lo f t h ee x t r u s i o nm o t o rp l a yad e c i s i v er o l ei ne x t r u s i o np r o d u c t s p e f f o - r m a n c ea n dq u a l i t y t h i sa r t i c l ed e s i g n e daw p ce x t r u d e rs p e c i a lc o n t r o l l e rs y s t e m f o rt h es o m ew p ce n t e r p r i s ei ng u a n g z h o u , w h i c hi sb a s e do nt h ep l ct e c h n o l o g y p r o c e s sc o n t r o ls y s t e ma n dt h ev i s u a l i z a t i o ns o f t w a r e ，m a d et h er e a l t i m em o n i t o r i n g o ft h er u n n i n gs t a t i o no ft h ee q u i p m e n ta n dt h ec o n t r o lo fi m p o r t a n tp a r a m e t e r sc o m e t r u e f i r s t l y ，b ya n a l y z i n gt h ew p c e x t r u s i o ne q u i p m e n ta n dt h ep r i n c i p l eo fw p c e x t r u s i o n ，t h ek e yf a c t o r sa f f e c t e dw p ce x t r u s i o nm o l d i n gp r o c e s sa r ep r e s e n t e d a i m e da tt h e s ek e yf a c t o r s ，b ya n a l y z i n gt h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，t h i sp a p e rp u t t e d f o r w a r dt h et o t a ls c h e m eo ft h ec o n t r o ls y s t e ma n dt e m p e r a t u r ec o n t r o ls c h e m e t h e s c r e wr u n n i n gs p e e di sc o n t r o l l e db yu s i n gt h ef r e q u e n c yc o n v e r t e rd r i v et or u nt h e m a i nm o t o r t h et e m p e r a t u r ei sm e a s u r e db yt e m p e r a t u r es e n s o r s ri sc o n t r o l l e db y t h es o l i d - s t a t er e l a y sc o n n e c t i o no rd i s c o n n e c t i o nt h r o u g ht h eo u t p u tc o n t r o lo ft h e p l ct od r i v ee a c hh e a t e ro rc o o l i n gf a nt om a k et h et e m p e r a t u r et oa c h i e v ei t ss e t t i n g t e m p e r a t u r e t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ep r i n c i p l eo ft e m p e r a t u r ec o n t r o la n dp i dc o n t r o l i nt e m p e r a t u r ec o n t r o ls c h e m e s e c o n d l y ，t h ec o n t r o ls y s t e mi sr e s p e c t i v e l yc a r r i e do u tf r o mt h eh a r d w a r et ot h e s o f t w a r e i nt e r m so ft h eh a r d w a r e ，t h ee q u i p m e n ts e l e c t i o na n do v e r a l lc o n f i g u r a t i o n a r em a i n l yd e s i g n e d ，a n di nt e r m so ft h es o f t w a r e ，t h ec o n t r o ls y s t e mp r o g r a m s t r u c t u r ew a si n t r o d u c e d ，a n dt h er e a l i z e dp r o c e s so fm a i np r o g r a ma n de a c hs u b r o u - t i n ew e r ea n a l y z e di nd e t a i l t h es y s t e m st e m p e r a t u r ec o n t r o li sa d o p t e dt h ep a r a m e t e r ss e l f - t u n i n gf u z z y p ! dc o n t r o l ，a f t e rb r i e f l yi n t r o d u c e dt h et h e o r yo fp i dc o n t r o l ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h e i m p l e m e n t a t i o no fp i da l g o r i t h mi nt h i sp r o g r a m ，i n c l u d i n gp i dc o n t r o l l e r c o n f i g u r a t i o na n dp i ds e l f - t u n i n g t h er e s u l t so fs e l f - t u n i n gm e tc o n t r o lr e q u e s tb y t h ee x p e r i m e n t s p l cl a d d e rp r o g r a mo ft h ea l g o r i t h mi sp r e p a r e db yu s i n gt h e p r o g r a m m i n gs o f t w a r et i ap o r t a lv ll ，a n dp a r to ft h ea c t u a la d j u s t i n gc u r v ea n d a l g o r i t h mr o u t i n ew a sg i v e n t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r ec o n t r o lb ye x p e r i m e n ti sg o o d 吨l e a t i r 毽t i m ew a ss h o r t ，a tt h es a m et i m et h et e m p e r a t u r eo v e r s h o o tw a sn o tm o r e t h a nl f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h ed e s i g np r i n c i p l ea n d u s e rr e q u i r e m e n t s ，t h i sp a p e r d e s i g n e dt h et o u c hs c r e e ni n t e r f a c eo ft h ee x t r u d e rc o n t r o ls y s t e m ，a n dr e a l i z e dc o m - m u n i c a t i o nw i mp l c t h ei n t e r f a c er e a l i z e dt h er e a l - t i m em o n i t o r i n ga n do p e r a t i o n o ft h es e t t i n gt e m p e r a t u r e ，r e a lt e m p e r a t u r ea n dt h es p e e do fm o t o r i ta l s oc a nd i s p l a y a n dq u e r ya l a r mi n f o r m a t i o n i tc a l ls h o wt h es p e c i f i cc o n t e n to ft h ea l a r m ，a n dc a n b r o w s ea l a r mm e s s a g e sw h a th a p p e n st h r o u g ht h ea l a r md i r e c t o r y k e yw o r d s ：w p c ，e x t r u d e r , p l c ，p i d i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 课题研究背景及意义 1 1 1 木塑产业的发展态势 随着全球森林面积日益减少以及社会环保意识不断增强，如何合理应用木 材使其价值最大化成为人们研究的重点。在这种背景下，一种将木材与塑料通 过复合而制得的新材料木塑复合材料( w o o d p l a s t i c sc o m p o s i t e s ，简称w p c ) 受到了人们的广泛关注i l 】。 w p c 是木材或木质材料与塑料通过不同的复合手段所形成的一种新型绿色 环保型复合材料【2 】。它兼备木材和塑料两者的优良性能，有类似天然木材的外观， 但克服了木材易燃、易腐、易变形等缺点。它拥有比塑料更强的硬度，具有坚 硬、耐磨、使用寿命长等优点，同时它可生物降解，也可回收再利用。因此， w p c 越来越成为企业研究和开发的重点。w p c 的生产过程实质上也可以看作是 一个变废为宝的过程，它可以将工业或生活废弃的各种塑料进行回收再利用作 为其基材塑料，将木材加工的下脚料、小径材以及低品质木材或者是将枯树枝 树杈、植物秸秆、稻壳等作为木质粉料的加工料。因此，w p c 的广泛应用不仅 有助于减少塑料、农作物等带来的环境污染，而且还有助于对废弃物进行二次 利用，节能环保。因此，它是一种全新的绿色环保产品，也是一种生态洁净的 复合材料瞄圳。 w p c 体现了源于自然、优于自然、用于自然和归于自然的循环产品生命特 征，其制造和应用过程符合“资源一产品一废弃物一再生资源 的反馈式循环 过程，一方面可实现回收资源的循环利用和高效利用，符合国家循环经济发展 政策，另一方面可替代部分木材制品，达到保护森林资源的目的。在我们十分 需要能充分利用废弃资源、循环使用、安全环保的材料和产品的今天，发展木 塑产业具有重要的社会意义和经济价值。 木塑复合材料所具有的各种优点，不仅非常符合人们日常生活中多个领域 的使用要求，同时还解决了塑料和木材行业中废弃资源的再生利用问题，美国 在上个世纪8 0 年代已迈出了木塑材料产业化的脚步。随着木塑复合材料制造技 术的不断发展和逐步成熟，我国很多领域如建筑、装修、景观、园林、物流、 包装、体育、军事等【4 】都应用了木塑复合材料，如2 0 0 8 年北京奥运会场馆的一些 i 武汉理工大学硕士学位论文 设施就采用了木塑复合材料。据相关统计，2 0 0 9 年我国木塑复合材料年总产量 约1 5 万吨，位居世界第二位。而随着木塑复合材料被广泛的应用，我国木塑制 品的制造技术也实现了很大的飞跃，国内一些木塑制品的性能指标已达到或领 先世界水平，我国木塑产业也成为了全球木塑产业的一个不容忽视的新生力量。 1 1 2 课题研究的意义 挤出成型是塑料成型加工领域中最重要的加工方法之一。在木塑复合材料 挤出成型过程中，其加工的木塑制品由于具有质量高、成本低等特点，因此发 展很快【6 】。一套完整的木塑制品挤出成型设备主要由主机和辅机两个部分组成， 主机部分即为木塑挤出机。在木塑制品生产过程中，挤出机设备对于木塑制品 的质量和产量起着决定性的作用。 在形式多样的螺杆挤出机中，单螺杆挤出机凭借其良好的性价比而得到广 泛的应用。据统计，全球塑料产业加工中大约8 0 采用挤出成型法，而单螺杆 挤出机由于具有价格低、易改造、可变参数少、挤出成型能一次完成、操作简 单等优点，在挤出成型法中占有很大的比例。另外，在我国塑料机械行业每年 生产的挤出机中，8 0 8 5 是单螺杆挤出机。 目前，国内木塑挤出机配置并不理想，许多木塑厂家的挤出机都是按纯塑 料挤出设备演变而来的，控制系统也是延续传统的纯塑料挤出控制系统，主要 是基于继电器为主的控制，而且存在普遍设备电机功率配置过大的问题，自动 化水平及总体生产能力较低。针对木塑挤出生产线存在的一些问题，许多研究 人员为能高效率、低能耗地获得高质量木塑制品，已不断地致力于挤出机控制 系统的研发。而由于可编程控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、自动化程度 高、操作简单、使用方便等优点，业界越来越多地将p l c 作为挤出机控制器研 究的重点1 6 j 。 本课题针对木塑制品设计一套木塑专用的以p l c 为核心的完整可靠的单螺 杆挤出机控制系统，该系统操作简单，控制精确，不但能长期安全稳定地运行， 还可以降低操作人员的劳动强度，减少出错几率，提高生产效率并可有效地节 省能源。 1 2 国内外挤出机控制系统发展概况及存在的问题 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 1 国外挤出机控制系统的发展概况 近年来，随着木塑复合材料新兴产业的蓬勃兴起，国外对木塑复合材料制 品的生产工艺及专用设备的研究越来越多，由于大量的研发人员将挤出机作为 研究对象，使挤出机的发展十分迅速。而随着计算机控制技术的发展，挤出机 控制系统的研究与开发无疑将成为未来研究的热点。 传统挤出机控制系统是以智能仪表、继电器为控制核心，挤出机的生产过 程控制都是依靠操作工人多年的现场生产经验和熟练的操作来人工控制的，对 操作者的工作现场经验和技术熟练程度具有很高的要求。因此，这种生产控制 方式具有明显的局限性。 随着挤出机控制系统的发展，国外先进的挤出机控制系统以p l c 为控制核 心逐渐取代了传统的控制方式，挤出机的生产控制水平显著提高。以西门子公 司开发的挤出机控制系统为代表，采用先进的控制手段和检测仪器，通过对主 要目标参数运用闭环控制、统计过程控制( s p c ) 、复杂控制( 如串级控制、前溃 控制等) 以及智能控制( 如专家系统、模糊控制等) 等技术r 7 1 ，实现对温度、压力、 速度、电流、电压等相关的过程参数实时数据精密控制。 9 0 年代初，国外主要的挤出机生产商开始广泛采用奥地利贝加莱公司开发 的p c c ( 可编程计算机控制器) 的智能化控制系统，该系统综合了p l c 的标准 控制功能和工业计算机的分时多任务、数据运算与处理能力强大等优点，挤出 生产线自动化程度高，接近了挤出机控制系统的最高水平。以温度和转速控制 为例，在温度控制方面，传统的温度控制一般是在不同的温控点安装使用温控 表来实现，而p c c 控制系统提供了成熟完善的p i d 控制功能块，以软件的p i d 功能模块取代传统的温度表，既能节约成本，又可以方便的通过温度参数自整 定获取合适的温度控制参数，实现良好的温度控制效果；在转速控制方面，挤 出机传统的控制方式是以手动或通过手动方式由变频或伺服系统的闭环协作实 现，而p c c 控制系统是通过专门的运动控制功能块来实现同步控制功能。此外， 在挤出生产线上，系统主要还具有如下功能：采用自学习技术，可以自动或手 动记录不同时段、不同原料、不同模具下所需采集的参数；通过借助以太网、 计算机，读取甚至控制各条生产线；对于不同型号的挤出机，系统只需改变相 应的参数便能满足控制要求等。 随着计算机控制技术不断取得新的突破和i n t e r a c t 网的普及，控制系统的智 能化和网络化必将成为未来挤出机控制系统的发展趋势。目前，国外很多公司 3 武汉理工大学硕士学位论文 如美国的n d c 公司、加拿大的h u s k y 公司、奥地利的g r e i n e r e 公司、德国w p 公司均已采用网络技术、p i d 控制技术、现场总线技术、数字图谱控制技术及先 进的控制器等实现对挤出成型生产线的网上远程监测、诊断和控制。 1 2 2 国内挤出机控制系统的发展概况 国内挤出机的发展起步比较晚，挤出机控制系统由开始从国外引进到自主 研发、国产化，但国产设备控制系统的技术水平与国外一些先进国家如日本、 美国、德国相比，还存在着很大的差距。 在我国木塑工业发展的早期，挤出机的生产过程控制采用传统的继电器开 环控制方式，并没采用具有反馈功能的闭环控制，因此这种控制系统经常需要 手动控制，操作不便，而且系统的响应慢、精度不高、可靠性差，难以收到满 意的控制效果。 近年来，随着我国木塑等行业的迅速发展，企业对挤出机生产线自动化程 度的要求越来越高，挤出机控制系统的研究也逐渐引起相关院校及厂商的高度 重视。北京化工大学对挤出机控制系统的研制比较多，走在同行的前列，其研 制的精密挤出成型控制系统以p l c 为控制核心，系统不但可以通过主机在线监 控辅机，而且系统还具有在线监控主要控制参数等功能。此外，其它院校对挤 出机控制系统也做了相关研究，如吉林大学基于模糊控制理论对挤出机控制系 统的研究；华中理工大学对基于p l c 的挤出机控制系统做了相关的设计与研发； 上海交通大学对挤出机温度控制系统的研究等。一些国内厂商如南京某塑料机 械有限公司和广州某塑料机械有限公司系统采用以p l c 控制核心及大量的配套 设备研发的挤出机控制系统，虽然能有效的控制温度、压力、速度等相关参数， 确保产品的质量与数量，显著地提高了挤出机生产线自动化程度，但因成本价 格较高，降低了其市场竞争力；无锡某塑料机械有限公司设计的挤出机控制系 统功能欠佳，难以实现生产工艺参数的实时显示以及挤出机的自动控制。 1 2 3 挤出机控制系统研究存在的不足 虽然近年来国内的挤出机控制系统得到了长足的发展，但是与国外一些先 进国家相比，在机械方面和控制系统方面都存在较大的差距。现在的挤出机控 制系统研究主要存在以下几个问题。 ( 1 ) 温度是木塑复合材料挤出成型过程中最为关键的要素，直接影响到 4 武汉理工大学硕士学位论文 挤出制品的质量与材料的利用率。挤出机控制系统的成败某种程度上也取决于 对温度的控制。目前国内塑料挤出机控制系统虽然大多采用了先进的p i d 控制 技术，但对挤出生产温度控制的调节智能化水平低。因此，需要对p i d 自整定 算法进行进一步研究和改进，使温度p i d 调节更加的智能化，降低对技术员的 依赖性，提高温度控制的效率和精度。 ( 2 ) 目前国内外挤出机控制系统对温度参数的研究较多，对挤出生产过程 中如机筒压力控制、产品壁厚检测与控制等因素研究甚少，而这些因素对挤出 制品的质量也是有一定影响的，有待进一步的研究。 ( 3 ) 国外先进挤出控制技术的保密，使国内研究人员借用国外成熟技术相 当困难，而且国内技术人员知识结构不够完善，致使研发智能化控制系统的进 度相当缓慢。虽然能设计出满足控制性能的系统，由于柔性化欠佳或研发成本 较高，难以得到广泛应用。 1 3 课题来源及研究目标 本论文的课题来源于广州某木塑科技有限公司委托武汉理工大学进行的高 效木塑复合材料生产工艺及专用设备研究项目。在大量前期研究工作的基础上， 以企业为主体、市场为导向，并进行相关理论研究与分析，本文提出了基于p l c 的单螺杆木塑挤出机控制系统的研究。 本课题以木塑复合材料产业为研究背景，对当前的木塑复合材料挤出成型 工艺进行分析和研究后，旨在设计出更适合当前经济社会发展要求的高效木塑 复合材料挤出机控制系统：能显著提高生产效率、有效降低系统热耗和能耗， 减少资源浪费；能改进当前木塑复合材料挤出机控制系统，使木塑复合材料加 工工艺水平得到提高和发展，在国内外市场竞争中具有优势：系统工作可靠、 稳定，生产安全性高，满足规模化、专用化的发展需要，实现产业化，能得到 很好的推广应用；具有较高的理论价值和应用价值，适应木塑复合材料产业未 来持续发展的进程。 1 4 课题研究内容和论文结构 本文主要设计一套基于p l c 技术的过程控制系统和可视化软件组成的木塑 挤出专用控制系统。该系统实现了系统的数据采集和处理、挤出机机筒机头的 5 武汉理工大学硕士学位论文 温度调节和螺杆转速的控制，以及p l c 与人机界面的通信实现。论文共分为六 章，整体结构安排如图1 1 所示。 基 于 p l c 的 单 螺 杆 木 塑 挤 出 机 控 制 系 统 研 究 图1 1 论文整体结构图 第一章，绪论。本章对木塑产业的背景进行分析，并对国内外挤出机控制 系统的发展概况进行综述，提出了基于p l c 的单螺杆木塑挤出机控制系统的研 究，明确研究目标和内容。 第二章，挤出机控制系统总体方案设计。对木塑挤出成型设备和挤出原理 进行研究和分析，得出了影响木塑成型工艺的关键因素，针对这些关键因素， 提出了控制系统的总体方案和温度控制方案。 第三章，木塑挤出机的控制系统设计。对单螺杆木塑挤出机控制系统进行 硬件和软件的设计，硬件部分详细分析各个设备的选型和硬件的总体配置，软 件部分介绍本控制系统程序结构，详细分析了控制系统的主程序及各个子程序 的实现流程。 第四章，挤出机控制系统p i d 算法及实现。分析p i d 算法在本程序中的实 6 武汉理工大学硕士学位论文 现，主要有p i d 控制器的组态和p i d 自整定，给出部分实际整定曲线及算法程 序。 第五章，挤出机控制系统的人机界面设计及通信实现。根据设计原则及用 户要求，设计单螺杆木塑挤出机控制系统的人机界面，介绍s 7 1 2 0 0p l c 与人机 界面的通信实现。 第六章，总结与展望。总结全文的研究工作，归纳、整理论文的创新点， 并进行展望，指出了后续的研究内容。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章木塑挤出机控制系统总体方案设计 2 1 木塑挤出原理及设备组成 木塑复合材的挤出成型是指热塑性塑料和木质纤维材料在挤出机中通过加 热、加压，使其物料混合、塑化为均匀的熔融状态，最后在螺杆的挤压作用下 连续通过口模成型的方法【5 1 。挤出成型可实现连续化生产，是一种高效率高产出 低能耗的生产工艺，而且加工周期短，操作简单，也是塑料成型加工领域中应 用最为广泛和重要的加工方法之一，几乎能加工所有的热塑性塑料。一套挤出 设备主要由主机和辅机两部分组成，主机即挤出机，辅机包括真空定型台、牵 引机、切割机及卸料架，如图2 1 所示。其中，挤出机为整套设备的核心，对挤 出制品的质量和产量有着决定性的作用。本文主要针对挤出机控制系统进行研 究和设计。 e 图2 1 木塑挤出成型设备组成 2 1 1 木塑挤出机的物料挤出原理 木塑复合异性材制品是在主机和成型辅机的综合作用下生成的。一般物料 在挤出成型过程中需要经历三个过程：固体输送段、融熔段和发泡段。 固体输送段也称加料段，将松散的木塑复合异性材的片状、粉状或粒状冷 料从干燥式料斗机送入挤出机：然后，对料筒外面的加热器进行加热，使其产 生的热量传给料筒，通过加热料筒从而使料筒内的物料达到熔融的温度。 融熔段的作用是压实物料和融熔物料，物料在料筒中受挤出机特殊形状螺 杆的作用下，向多孔板或其它阻流元件方向移动，在前进过程中，由于强使物 料密实，物料间的相互作用从而产生了压力，进一步排除固体床内的空气或挥 发性气体，并提高熔体密度。 发泡段的作用是将融熔段的物料进一步塑化均匀，并在一定的温度和压力 里 武汉理工大学硕士学位论文 的条件下以一定的量送入机头。由于物料被压实沿螺槽移动，在前进过程中就 会与料筒、螺杆及物料与物料之间相互作用( 摩擦、剪切和混合) ，同时，在料 筒外加热器的作用下，会使料筒内产生大量的热，使热塑性木塑物料软化，并 通过螺杆的挤压力使其强制到达挤出机头和口模，软化的热塑性物料在口模中 就会形成与口模形状相似的连续体。融熔塑化的、具有一定口模形状的连续体 经牵引进入两个或多个平行滚筒后，在拉伸、挤压或各种力的综合作用下，物 料被不断地连续增密，形成一定厚度和光洁度的片状或膜状塑料，在牵引装置 作用下，一边冷却并经过收卷、定长切割等工序得到成型木塑制品。 2 1 2 木塑挤出成型设备组成 目前挤出法生产木塑复合材的主要设备是螺杆挤出机，包括单螺杆挤出机 和双螺杆挤出机，单螺杆挤出机由于其成本低和成熟的理论技术，是木塑复合 材加工过程中较为常用的成型设备。木塑挤出成型设备主要是由传动系统、挤 压系统、加热冷却系统和控制系统组成。如图2 2 所示： 加热冷却系统 挤控 压制 系系 统统 传动系统 图2 2 木塑挤出结构示意图 ( 1 ) 传动系统 传动系统是挤出机的主要组成部分之一，通常由电动机、减速装置和轴承 系统组成【1 0 】。其作用是使螺杆按要求的扭矩和转速均匀地旋转。传动系统需要 具有以下特点：调速范围宽，螺杆转速稳定，能够实现自动化、数字化控制， 并且维修简单。 ( 2 ) 挤压系统 挤压系统是挤出机中最基础也是最关键的组成部分，主要由加料装置、螺 杆和料筒组成。它的作用是将物料在料筒中通过加热、加压，使其混合、塑化 为均匀的熔融状态，并在螺杆挤压力作用下连续通过口模。加料装置一般由料 斗和上料两部分组成，其作用是向挤出机