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硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 摘要 近些年来，薄膜流涎生产设备逐渐实现国产化，国内一些高新企业纷纷带头开发薄 膜流涎机组，努力提高生产线的生产速度，增加薄膜的宽幅。作为薄膜流涎生产线组成 部分的边料在线回收系统，其性能要求也随着提高。如果边料移除不顺利，将阻碍生产 线的正常运行，甚至导致停机检修。 论文首先探讨了整个边料在线回收系统，分析了系统的设计需求，并提出相应的设 计指标。在此基础上，制定了边料移除装置和边料碎屑压实回填装置的方案。根据方案， 对边料移除装置的空气喷入腔进行了结构设计并模拟仿真了其内部空气的流动情况；对 边料移除装置的文丘里喷管段进行了数值模拟正交试验，选取了各结构参数的最佳组 合，使管内获得较大的负压，更好的吸取边料；设计了边料入口的结构和入口管径，并 且分析了伸缩管管口与文丘里喉管口的距离e 对最大负压的影响。其次，对方案中的边 料碎屑压实回填装置进行了详细的结构设计，包括锥形料斗体的设计和推进螺杆的设 计。最后，利用皮托管和风压风速风量仪的组合，对边料移除装置的两个边料入口处的 压力和空气流速进行了测量；将测量后的结果进行统计、分析，并与数值模拟的结果进 行比较，验证了所设计的边料移除装置运行效果良好。 通过本文的设计研究，能够保证薄膜边料顺利地在线移除，保证边料碎屑顺利地压 实回填，提高薄膜流涎生产线的运行可靠性，降低设备运行成本。 关键词：薄膜流涎机，薄膜边料回收，边料移除，f l u e n t ，文丘里喷管，压实回填 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c a s tf i l mm a c h i n eg r a d u a l l yr e a l i z el o c a l i z a t i o n s o m e h i g h - t e c h e n t e r p r i s e sh a v et a k e nt h el e a dd e v e l o p m e n ta b o u tc a s tf i l mm a c h i n e ，t oi m p r o v et h e p r o d u c t i o ns p e e d ，i n c r e a s et h eb r e a d t ho ft h ef i l m s c r a po n l i n er e c o v e r ys y s t e ma sap a r to f c a s tf i l mm a c h i n e ，i t sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sa r ea l s oi n c r e a s e d i fs c r a pc a nn o tb e r e m o v e ds m o o t h l y , t h eo p e r a t i o nw i l lb eh i n d e r e d t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ：f i r s t l y , t h es c r a po n l i n er e c o v e r ys y s t e m w a sd i s c u s s e d t h es y s t e md e s i g nr e q u i r e m e n t sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gd e s i g n i n d e x e sw e r ep u tf o r w a r d t h e n ，t h es c h e m e so fs c r a pr e m o v es y s t e ma n dc r u s h e ds c r a p f e e d b a c ks y s t e mw e r ef o r m u l a t e d a c c o r d i n gt ot h es c h e m e s ，t h es t r u c t u r eo fa i ri n j e c t i o n c a v i t yw a sd e s i g n e d ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h ea i ri n j e c t i o nc a v i t yw a si m p l e m e n t e db y a p p l y i n gf l u e n ts o f t w a r e ；v e n t u r it u b ew a sd e s i g n e d ，t h es t r u c t u r ep a r a m e t e r ss u c ha s t h r o a t t a p e r , t a p e rl e n g t h ，t h r o a tl e n g t h - d i a m e t e rr a t i oa n de x p a n d e rl e n g t ho ni t sm a x n e g a t i v ep r e s s u r ew e r ea n a l y z e d ；s h a p e so fs c r a pe n t r a n c ew e r ed e s i g n e d ，a n dr e l a t i o n s h i p b e t w e e nm a xn e g a t i v e p r e s s u r ea n dd i s t a n c eo ft e l e s c o p i ct u b ef r o mv e n t u r it h r o a tw a s a n a l y z e d s e c o n d l y , t h ec r u s h e ds c r a pf e e d b a c ks y s t e mw a sd e s i g n e d ，i n c l u d i n gc o n eh o p p e r a n ds c r e w l a s t l y , t h ep r e s s u r ea n da i rs p e e do ns c r a pe n t r a n c e sw e r em e a s u r e du s i n gp i t o t t u b ea n d w i n ds p e e da i rm e t e r ；t h em e a s u r e dr e s u l t sw e r ew r i t t e nd o w n ，a n dc o m p a r e dt ot h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s t h er e s u l ts h o wt h a td e s i g n e ds c r a pr e m o v es y s t e mw a st u r n e d o u tt ob er e a s o n a b l e a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c h ，t h ee f f i c i e n c yo fs c r a po n l i n er e c o v e r yw i l lb ei m p r o v e d ，t h e c r u s h e ds c r a pw i l lb ef e e d b a c ks u c c e s s f u l l y ；t h er e l i a b i l i t yo fc a s tf i l mm a c h i n ew i l lb e i m p r o v e da n dt h ec o s tw i l lb er e d u c e d k e y w o r d s ：c a s tf i l mm a c h i n e ，s c r a po n l i n er e c o v e r y , s c r a pr e m o v e ，f l u e n t ，v e n t u r it u b e ， c r u s h e ds c r a pf e e d b a c k 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 目录 摘j 1 9 享i a b s t r a c t i i 1 绪论1 1 1 论文的研究背景与意义1 1 2 薄膜流涎生产线生产流程2 1 3 薄膜边料在线回收现状3 1 4 论文研究内容5 2 边料在线回收系统方案设计7 2 1 系统的需求分析7 2 1 1 系统的性能要求7 2 1 2 系统的设计要点7 2 2 薄膜边料在线回收系统的方案o8 2 2 1 薄膜边料移除部分的方案8 2 2 2 薄膜碎料压实回填的方案1 2 2 3 设计方案的选择1 4 2 4 小结1 5 3 边料移除装置的设计及仿真研究1 6 3 1 边料移除装置1 6 3 2 边料移除装置的主要影响参数1 7 3 3 空气喷入腔的设计1 9 3 4 空气喷入腔内流场的数值模拟2 0 3 4 1 网格划分2 0 3 4 2 计算模型的选择2 1 3 4 3 参数选择及边界条件的设置2 2 3 4 4 求解设置及控制迭代2 3 3 4 5 结果与分析2 3 3 5 文丘里喷管段的设计2 7 3 5 1 文丘里喷管段的性能参数分析2 7 3 5 2 正交试验设计2 8 3 5 - 3 文丘里喷管段的设计结果3 3 3 6 边料入口结构与入口管径的设计3 4 目录硕士论文 3 6 1 不同边料入口与入口管径的选择3 4 3 6 2 对比结果分析3 5 3 7 参数e 对管内最大负压的影响3 6 3 8 小结一3 8 4 薄膜碎料压实回填装置的设计3 9 4 1 薄膜碎料压实回填装置3 9 4 2 锥形料斗体的设计3 9 4 2 1 设计准则4 0 4 2 2 薄膜边料碎屑的性能分析4 1 4 2 1 3 料斗内压力分布与结构尺寸的确定4 2 4 _ 3 加料螺杆的设计一4 3 4 3 1 螺杆的主要参数4 4 4 3 2 螺旋片的结构设计4 4 4 3 3 螺旋直径的确定4 5 4 3 4 螺旋轴直径的确定4 6 4 3 5 螺旋节距的确定4 6 4 3 6 螺旋角的确定4 7 4 3 7 螺旋转速的确定4 7 4 4 驱动动力的计算4 8 4 5 小结一4 8 5 边料移除装置的试验5 0 5 1 试验任务与要求5 0 5 2 仪器和设备5 0 5 3 试验原理及试验平台的搭建5 2 5 4 试验步骤5 4 5 5 试验结果及分析5 4 5 6 小结5 6 6 总结与展望。5 7 6 1 研究总结5 7 6 2 研究展望5 8 致谢5 9 参考文献6 0 附录。6 3 i v 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 1 绪论 1 1 论文的研究背景与意义 随着社会的发展和人们生活水平的提高，产品的分类越来越细，对于产品的包装并 不仅仅局限在视觉效果上，而是要根据产品的特点和市场的需求，朝功能化、多样化方 向纵深发展。塑料薄膜是产品包装的一个重要应用领域。近年来，高要求、高技术含量 的塑料包装薄膜正成为国民经济中的重要行业和众多企业的研发目标。随着我国包装行 业和农业等领域对塑料薄膜的需求量不断地增长，预计我国塑料薄膜的需求量将以每年 9 以上的速度增长，其市场前景将十分广洲。 塑料薄膜按生产方法可分为流涎薄膜、吹胀薄膜和拉伸薄膜三种【2 】。流涎薄膜占世 界薄膜总消费量的3 5 左右。流涎薄膜是一种通过熔体流涎骤冷生产的无拉伸、非定向 的平挤薄膜【3 】。相比其他两种薄膜，其不仅生产速度快，产量高，薄膜透明度、光泽性、 厚度均匀性良好，而且，其后续工艺如印刷、复合等极为方便，因而广泛应用于纺织品、 鲜花、食品等的包装【4 j 。 流涎薄膜在生产过程中，由于缩幅现象的存在，导致薄膜边缘增厚。缩幅越大，薄 膜的边缘越厚，所以在生产过程中需要切除这些增厚的边缘，才能保证膜卷的端部整齐、 表面平整【5 】。同时，流涎薄膜从冷却装置冷却完毕后，卷取成膜卷，在卷取之前，必须 要将薄膜的幅宽确定下来，需要对薄膜制品进行切边，以去除边部多余的部分，确定薄 膜的宽度尺寸。这样在生产过程中就形成了大量废边料，产品的产量随着废边料的增加 而相应地降低了。当薄膜流涎生产线的生产速度不断增加时，流涎薄膜的产量也在不断 的增加，那么同时所生产的废边料也就不断增加。 薄膜流涎生产线在标准条件下，假设其产量为5 0 0 k g l l ，每年工作7 2 0 0 h ，按产生 1 0 的废边料来计算，那么流涎生产线一年所生产的废边料达3 6 0 0 0 0 k g 。如果原材料的 价格按1 0 元k g 来计算，则每年流涎生产线所产的废边料总价值为3 6 0 万元。这就清楚 地表明提高流涎生产线废边料的回收利用率是很重要的。 薄膜流涎生产线运行的过程中，由切边装置剪切下的废边料薄膜纯度很高，而且其 物理和化学性能与新原料没有多大的差别。因此从原料组成的角度来看，薄膜废边料直 接循环利用是没有问题的。回收的薄膜边料经粉碎后可以直接与新原料混合后再喂到生 产线上。传统的塑料回收工艺中，废边料在再加工的过程中将会受到再次的挤塑，产生 附加降解，而且这种下线回收需要额外的能量消耗、原料运输及人员的使用等，这些都 将会提高成本。因此，边料在线回收可以大大提高经济效率。 边料在线回收系统作为薄膜流涎生产线的组成部分，随着流涎生产线的生产速度逐 渐加快，其性能要求也不断提高。如果废边在线回收系统设计不合理，边料移除不顺畅， 1 绪论 硕士论文 边料碎屑不能很好的压实回填，将阻碍薄膜流涎生产线的正常运行，甚至导致停机检修。 论文正是基于这样的背景而提出的。根据薄膜流涎成形过程和薄膜流涎生产线的发 展趋势，研究薄膜边料的在线回收技术。通过分析薄膜边料在线回收的机理，提出边料 在线回收系统的不同方案。比较各方案后，对最优方案中的边料移除装置进行详细的结 构设计和数值仿真，得到最优的结构。同时，对边料碎屑的压实回填装置也进行了详细 的结构设计。通过本文的设计研究，预期能够保证薄膜边料顺利地在线回收，提高薄膜 流涎生产线的运行可靠性，降低设备运行成本。 1 2 薄膜流涎生产线生产流程 流涎法生产塑料薄膜，树脂首先在挤出机内熔融塑化，从模头挤出，流涎到骤冷辊 上后急剧冷却，然后再进行厚度测量、电晕处理、牵引、切边，最后收卷成膜卷，其中 切边产生的废边料由边料在线回收系统进行在线回收利用【6 7 1 。 图1 1 所示为薄膜流涎生产线的生产流程。图中新原料由真空吸料机从料仓中吸取， 加入挤出机料斗，在混合料斗中与在线回收的薄膜边料进行混合，混合后均匀的加入挤 出机。回收的薄膜边料作为芯层材料重新得到利用。加入挤出机的原料树脂经过挤出机 机筒，在机筒内受电加热和螺杆的剪切及推动下，变成熔融的状态，加热至2 3 0 , - 2 5 0 d c 左右塑化；然后通过t 型模头挤压成片状流体流出。片状流体在正负压风刀的作用下， 流经非常光洁的骤冷辊表面，被迅速冷却至3 0 。c 左右，通过急剧冷却的过程使薄膜内 部结晶均匀，获得比较好的物理机械性能【8 ，9 】。冷却成形后的薄膜再有牵引机构牵引薄 膜经过测厚装置，利用红外线或者p 射线对薄膜表面进行连续的厚度检测，如果厚度 不满足生产要求，则通过控制系统，在线调整模口的宽度，使膜厚均匀，并满足要求。 对于有特殊要求的薄膜还需要对其表面进行电晕处理，使薄膜的湿润张力达到设计的标 准，便于后续印刷图案等工艺的进行。薄膜经过表面处理后再次进行牵引、展平，最后 由收卷机构收卷成膜卷i l 。 在薄膜卷取之前，必须要将薄膜的幅宽确定下来，这就需要对薄膜制品进行切边， 以去除边部多余的部分，确定薄膜的宽度尺寸。切下的薄膜废边料由边料移除装置从流 涎机组上移走，输送进入边料破碎机，经破碎机粉碎后，再由风机将边料碎屑输送至旋 风分离器，在旋风分离器内，边料碎屑与空气分离，在重力作用下进入混合料斗，加入 挤出机，完成边料的在线回收过程。 2 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 图1 1 薄膜流涎生产线生产流程图 1 3 薄膜边料在线回收现状 薄膜生产的过程中，由于需要切边以去除薄膜边缘较厚的部分和确定薄膜卷取时的 宽幅，所以，生产中或多或少将会产生薄膜废边料。通常对于薄膜的废边料有两种回收 利用方法：下线回收利用和在线循环回收利用。 1 绪论 硕士论文 下线回收利用是传统的塑料回收利用方法，一般将塑料制品生产过程中产生的废边 料先进行集中，破碎，然后重新挤出加工成新的母粒料用于塑料制品的生产。这种回收 工艺，废膜在再加工的过程中将受到进一步的挤塑，产生附加降解，并且下线回收会对 薄膜边料产生一定的污染，同时也需要额外的能量消耗、原料运输及人员的使用等【1 1 , 1 2 】。 薄膜边料在线回收利用是直接将切下的薄膜废边料进行在线循环回收利用。由于一 般塑料薄膜生产过程中，废边料薄膜的纯度很高，而且其物理化学性能与新原料没多大 的差别。所以薄膜废边料直接循环使用是没什么问题的，可以用来加工塑料薄膜的中间 层。一般薄膜流涎成形边料在线回收系统如图1 2 所示。系统由三个基本部分组成：边 料移除部分、边料粉碎部分和碎屑压实回填部分。各部分之间用管道连接，用以输送边 料或边料碎屑。 空气消除器 边鹳移除 图1 2 废边在线回收系统原理图 边料在线回收系统把两条由切边装置剪切下来的废边料从薄膜流涎生产机组上移 除，然后输送到薄膜破碎机，在薄膜破碎机中对废边料进行粉碎，形成薄膜碎片，碎片 的大小由薄膜破碎机的筛网控制。碎片的大小及形状对于碎片在管路中的输送和最后的 压实回填有很大的影响。粉碎后的薄膜碎屑从输送风机的进气口进入，通过风机以气力 输送的形式把破碎后的薄膜碎屑输送到旋风分离器中，在旋风分离器内与空气分离，进 入到主挤出机的加料系统中，在加料系统中与塑料新原料混合压实后填入主挤出机，从 而使废边料重新得到利用，完成边料的在线回收过程。在线回收利用为废膜边料的回收 利用提供了更经济的解决办法。 国外一些知名企业生产的薄膜流涎设备都有配备边料在线回收系统。如奥地利的兰 精l e n z i n g 公司，德国的w h 公司，意大利道尔奇d o l c i 公司，日本的三菱重工，德国 的b a r m a g 公司等。德国b a r m a g 公司研发的边料在线回收系统首先由吸风设备将薄膜 边料吸入至薄膜粉碎机中，粉碎成粒状的碎屑后再依靠气动装置送入废膜储存箱中，最 硕士论文 薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 后通过一个计量螺杆和一个带有要调节喂入量的气动传送带，返回到挤塑生产线上【l 3 1 。 m a c c h i 公司也已经研制出了r e c o t r i m 装置，用来回收吹膜生产线上的薄膜废边料。美 国加工中心( p r o c e s sc o n t r o lc o r p o r a t i o n ) 制造了一种边角料自动回收系统，适用于体 积密度小的材料，经常用于在线回收修整边角料和滚筒边角料【1 4 1 。 边料在线回收时，对于边料的切碎，有的是先将边料搓成条状，然后再切断，以便 在料斗中与新料混合均匀；有的是直接将边料切成碎片，加入混合料斗【l 引。对于边料碎 屑的回填，有的在主挤出机旁设一旁路挤出机，先将边料碎屑转变成熔融状后再加入主 挤出机；有的直接将边料碎屑加入混合料斗中，靠重力加入挤出机；有的在混合料斗中 加一推进螺杆，将边料碎屑压实后加入主挤出机等等。 国内由于薄膜流涎生产设备的研发起步较晚，对边料在线回收系统的研发也是最近 几年才开始的。张丽叶，刘长维等人研究了用p v d c 吹膜过程中产生的边角废膜直接 回收利用，并将含回收废边料的树脂吹成的薄膜与纯树脂吹成的薄膜的力学性能和阻隔 性能进行了对比，发现薄膜的力学性能不会明显下降u 6 1 。屠岭提出了切割压实输送设备 用于塑料薄膜生产线的同步回收。边料废膜通过输送带从生产线移除，并送入切割压实 仓。通过切割压实设备粉碎团粒，送入回收机再造粒，生成新的再生原料。实现了塑料 薄膜的连续生产，减少了设备的数量，减轻了劳动强度，提高了自动化程度【1 7 】。广东湛 江包装材料有限公司的张冉在保证不影响产品质量的情况下，解决了b o p a 生产线边料 在线回收系统中边料堵塞的问题，减少了生产非正常停机，保证了生产的连续性l l 引。佛 山塑料集团股份有限公司的林超琪合理设计了双向拉伸薄膜生产线的边料在线回收系 统，提高了边料在线回收系统的性能l l9 | 。 当然，一般的边料在线回收系统都有其优缺点【2 0 1 。由于边料回收系统与薄膜生产线 是同时运行的，所以没有下线粉碎所需的各种能量及人员消耗。最主要的是，在相同的 回收率下，在线回收对薄膜产品的物理机械性能的影响要比传统的下线回收小很多。但 是薄膜边料从生产线上移除的过程中，由于边料很薄，并且具有一定的粘性，容易在管 路中发生堵塞现象；在薄膜生产线的生产速度不断提高的情况下，对边料移除装置的性 能要求也不断提高；而且薄膜碎屑再喂料困难，容易在料斗中搭桥，造成加料不均匀。 1 4 论文研究内容 薄膜流涎成形边料在线回收系统的研究课题来源于南京理工大学与某公司共建的 江苏省薄膜流涎成形装备工程技术中心。论文通过分析薄膜边料在线回收的机理，提出 不同边料回收系统的方案。比较各方案后，对最优方案中的边料移除装置进行详细的结 构设计和数值仿真，得到最优的结构。同时，对边料碎屑的压实回填装置也进行详细的 结构设计。论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 薄膜边料在线回收系统的方案设计。首先对薄膜边料在线回收系统进行探讨， s 1 绪论硕士论文 分析系统的设计需求，并提出系统的设计指标。然后制定边料移除装置和边料碎屑压实 回填装置的方案，并详细阐述各方案的工作原理和优缺点。最后结合各设计方案与实际 生产情况，选出最优的方案，为薄膜边料在线回收系统的进一步设计研究做好必要的准 备。 ( 2 ) 对优选出的边料移除装置进行详细的结构设计和仿真研究。首先详细阐述边 料移除装置，包括装置的详细结构，工作原理，主要影响因素，并对边料移除装置的工 作原理进行理论分析。其次，设计边料移除装置的空气喷入腔，并采用f l u e n t 软件对其 内部的空气流动情况进行数值模拟仿真，得出最好的空气喷入腔结构。再次，对边料移 除装置的文丘里喷管段进行数值模拟正交试验，选取各结构参数的最佳组合，使管内获 得较大的负压，更好的吸取边料。最后，设计边料入口的结构和入口管径并且分析伸缩 管管口与文丘里管喉管口的距离e 对管内最大负压的影响。 ( 3 ) 对优选出的边料碎屑压实回填装置进行详细的结构设计。首先阐述边料压实 回填装置，包括详细结构，工作原理；然后分析薄膜碎屑的性能，设计锥形料斗体的结 构；最后对推进螺杆的结构进行设计。 ( 4 ) 对设计的边料移除装置进行试验。利用皮托管和风压风速风量仪的组合，对 边料移除装置的两个边料入口处的压力和空气流速进行测量。将测量后的结果进行统 计，并与数值模拟的结果进行比较。 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 2 边料在线回收系统方案设计 2 1 系统的需求分析 随着薄膜流涎生产机组生产速度的提高，废边在线回收系统的性能要求也越来越 高。边料在线回收系统设计合理、可靠，可以实现系统高效、节能，降低设备运行成本。 由于生产速度的提高，经常会出现废边不能很好的被吸取，缠绕在牵引辊上，阻碍生产 的正常进行，甚至导致停机检修；粉碎后的边料碎屑容易在料斗中发生“架桥 现象， 回收喂入困难。所以研究边料在线回收技术，保证回收系统的可靠运行具有一定的实际 意义。 2 1 1 系统的性能要求 边料在线回收系统作为薄膜流涎生产线的重要组成部分，其性能的好坏将影响整个 薄膜流涎生产线的正常运行。 薄膜流涎机组边料在线回收系统的性能要求有以下5 个： ( 1 ) 顺利的将剪切下来的边料从流涎生产机组上移除，而不出现废边料缠绕在牵 引辊上的情况。 ( 2 ) 边料在移除的过程中不发生边料在管路中堵塞的现象。 ( 3 ) 对于流涎生产线不同的生产速度，边料的移除速度也要做到相应的可调。 ( 4 ) 移除后的边料在塑料破碎机中要能够得到充分的破碎，而不发生在塑料破碎 机中堵塞的情况。 ( 5 ) 经破碎后，边料碎屑要能够顺利的喂入主挤出机，而不在料斗内出现“架桥” 现象。 2 1 2 系统的设计要点 薄膜废边料的基本参数为：a 薄膜材料一般为p p 、p v c 、p e 等；b 边料厚度为o 0 l 0 2 m m ；c 边料宽度为1 0 f t - - 1 5 0 m m ；d 边料的最大速度为3 0 0 m m i n 。 根据上述基本参数，边料移除装置的设计一定要保证边料入口处的风速到达 5 0 - - 6 0 m s ，负压到达l k p a 以上。边料入口形状和入口管径的设计要保证废边的顺利吸 入和输送，而不发生堵塞。边料移除装置各个连接部分一定要保证密封良好，否者将浪 费风机的功率，增大功耗。各个连接部分的焊缝要保证不留毛刺，管壁内要保证光滑， 否者将阻碍边料的顺利输送，很可能导致堵塞。边料移除装置中的各个管子均采用标准 的不锈钢管，而边料入口处的管子随着工况的不同可以有不同的设计，一般可以采用钢 丝软管，这样不仅可以增大弯头的半径，减小压力损失，而且对于不同的薄膜宽幅也可 2 边料在线回收系统方案设计硕士论文 以进行自由的调节。 对于薄膜边料破碎机的选择，破碎机筛网控制着碎片的大小，碎片的大小及形状对 于碎片在管路中的输送和最后的压实回填有很大的影响。碎片的大小应该保证易于管道 输送和压实回填。 粉碎后的边料为片状的破碎料，体积密度较小，大约为3 0 k g m 3 左右；边料碎屑的 回填量大约为5 0 k g h 左右；边料碎屑加入主挤出机时，要保证定量，进料均匀，不中 断，不在料斗中发生“架桥”，结团等现象。 2 2 薄膜边料在线回收系统的方案 薄膜流涎机边料在线回收系统由三个基本部分组成。边料移除部分和边料碎屑的压 实回填部分是整个系统的关键部分。生产剪切下来的薄膜废边首先是由边料移除装置从 生产线上移除开的，边料移除不顺畅将阻碍整个生产线的正常运行。同时，边料碎屑的 压实回填部分对边料碎屑的压实回填过程也是很关键的，如若回填不顺畅，在料斗中发 生“架桥”现象，也是很不利于边料的在线回收利用。由于边料回收系统的各个部分之 间是由管道连接的，相互之间存在一定的独立性，所以j 各个部分可以进行独立设计。 论文中只对于其中的边料移除和边料碎屑的压实回填两个部分加以研究。而对于薄膜破 碎机，现在已经有标准的系列可以选择，有厂家专门生产塑料薄膜破碎机，所以一般都 采用外购的形式。 根据工况的不同和各个部分的不同设计可以由多种方案。论文对于边料移除部分的 不同结构，设计了三种不同的方案。对于边料碎屑的压实回填部分设计了两种不同的方 案。 2 2 1 薄膜边料移除部分的方案 薄膜边料移除部分是整个系统的第一部分，也是关键的部分。边料要能够顺利的从 流涎生产机组上移除，输送至塑料破碎机，而不出现边料缠绕在牵引辊上的现象和边料 堵塞管路的现象。对于边料移除部分，论文设计了三种不同的方案。 2 2 1 1 风机负压吸送边料的方案 废边料风机负压吸送方式的结构原理图如图2 1 所示。该方案系统主要包括边料输 送管路，边料破碎机，风机1 ，风机2 ，旋风分离器1 ，旋风分离器2 和加料装置。废 边料由切边装置从牵引辊上切下，在风机1 的强大吸力下，边料由边料输送管输送到边 料破碎机，在边料破碎机内对废边料进行粉碎，粉碎后的边料碎屑在风机1 的强大吸力 下通过风机体被吹送入旋风分离器1 ，在旋风分离器1 内，碎边料和空气分离，然后再 由风机2 将边料碎屑输送到主挤出机上方的加料装置，压实后与新原料混合加入挤出 机，完成薄膜边料的回收利用。 硕士论文 薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 边 图2 1 负压吸送方式原理图 该系统中，风机1 的位置在边料破碎机之后，所以边料完全是在吸力的作用下被吸 入边料破碎机的，而且吸力的大小由风机1 的功率决定。功率越大，吸力越强，边料吸 取效果就越好，反之，则效果差些。从边料移除的角度讲，该方案的效率较高，系统性 能稳定，可靠。 但是，同时对风机1 的要求也非常高。因为系统中，风机1 的位置在边料破碎机之 后，也即风机1 要经过边料破碎机对废边料进行吸取。这样风机入口的管网特性就比较 复杂。气体的管路特性方程为【2 l j ： p = ( p 2 一p 1 ) + s p q 2 ( 2 1 ) 式中：p ，p ：为管路两端的气压，& 为反映管路阻力特性的系数，即管路阻抗。 管路阻抗越大，对于风机的要求就越大。一般风机的入口应尽量保证气流均匀地进入十 轮，并充满叶轮进口截面。该系统方案中，气流要经过边料破碎机才能进入风机，所以 风机进口的管路阻力将会比较大；另一方面，边料碎屑是经过风机1 被送入旋风分离器 1 的。所以，从这两方面来讲，风机l 的功率要求将非常高，一般要采用7 5 k w 或者1 1 5 k w 的风机才能满足系统的要求。同时，该系统中有两个旋风分离器，边料碎屑要完成与空 气的两次分离。也就是说，系统中要多设计一个旋风分离器，这将会加大设计成本。并 且边料碎屑在旋风分离器中与空气分离，多多少少都会随着气流跑出旋风分离器，进入 大气空间，这样将污染车间的环境，对工人的身体造成伤害。 综上，风机负压吸送边料的方案优点是：系统效率较高，而且可以采用全封闭的结 构，系统比较稳定可靠。缺点是系统结构比较复杂，需要采用两个旋风分离器。而且对 于风机1 的要求比较高，功率比较大，耗能，噪音都会比较大。同时由于系统结构复杂， 制造成本较高，占用的空间也比较大。 9 2 边料在线回收系统方案设计硕士论文 2 2 1 2 文丘里泵式吸送边料的方案 文丘里管在工业上的运用已有1 5 0 多年的历史了。早在1 8 2 0 年，s t e p h e n s o n 就将 文丘里管应用于蒸汽机车的烟囱上来增大烟气的排放量，1 8 5 2 年出现了用文丘里管作 为真空泵来输送水，1 9 2 8 年文丘里管已用于输送散装物料的气力输送，首先在农业上 用于输送干草和秸秆等【2 2 1 。由于它独特的优点，现已成为气力输送系统中常用的装置。 文丘里管的设计和应用与被输送物料的物化特性，管路的布置有关。文丘里式供料 器是气力输送系统中结构最简单的，没有运动部件也不需要机械传动。一般有低压和高 压两种基本型式。高压的通常也被称为喷射泵【2 3 , 2 4 】。 文丘里式供料器的基本原理为：由喷嘴喷出的高速空气在文丘里喉管处造成低于大 气的压力( 即负压) ，使得物料被吸入供料器内，高速流动的空气将物料加速，在扩大 段内高速气流的动能转换为输送所需的压力能，如此对物料进行输送 2 5 , 2 6 , 2 7 1 。 该方案是采用文丘里喷射泵的原理对废边料进行吸送。其原理图如图2 2 所示。该 方案系统主要包括风机l ，风机2 ，两个边料吸取装置，边料破碎机和边料碎屑加料装 置。废边料由切边装置从牵引辊上切下，被边料入e l 吸入，从流涎生产线上移除。高速 空气由风机l 吹入文丘里喷管，在喉管处产生负压，边料在负压的吸力作用下被吸入管 内，由高速空气吹送到边料破碎机，经破碎机粉碎后由风机2 直接输送到主挤出机上方 的料筒内，由此完成边料的回收利用。 边料入口2 公栅，掣k 甘 q 蹲、j 二延ii 哗7 边料破碎机 旋风分离器 加料料斗 挤出机 图2 2 文丘里泵式吹送的原理图 该系统中，将边料从流涎生产线移除的关键部分为两个边料吸取装置。边料在文丘 里管内的强大吸力下，被吸入管内并被输送至边料破碎机。但是由于薄膜边料很薄，厚 度只有0 0 1 0 2 m m ，并且有一定的粘度，所以在文丘里喷嘴喷出的高速气流作用下， 薄膜很容易就被吹附在文丘里管的喉管壁上，那么就会造成薄膜边料在文丘里喉管内的 堵塞。其次，当流涎生产线生产速度增加时，边料入口的风速和吸力不能进行调节，唯 一的办法只能更换风机1 ，或者更换变频的可调风机，这样将会增加生产成本，增大风 机功耗，增加噪音等。 此方案的优点是结构简单，这也正是文丘里泵所拥有的优点。缺点是薄膜边料进入 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 文丘里喉管的方向与高速气流的方向垂直，因而会扰乱气流，使边料在喉管处的输送状 态极其混乱。耗气量大、效率低、对于密度小、黏度大、流动性差的薄膜边料输送效果 不佳。 2 2 1 3 在线可调文丘里式吸送边料的方案 此方案的结构原理图如图2 3 所示，它是在方案2 的基础上进行改进而得到的。方 案2 中，采用两个互相独立的边料输送管输送边料，也即将风机1 的风量分成两路，产 生分流，降低效率，或者需要增大风机的功耗，改变风机的规格。本方案中采用一根管 路来输送两条废边料，不仅节省了材料而且安装空间也较小。最重要的是该方案中可以 采用较小的风机就可以满足生产条件，运行效率较高，功耗较低。同时，在边料移除装 置中设计有一个调节手柄，可以调节伸缩管管口至文丘里管喉口之问的距离e ，从而可 以调节边料移除装置内的负压，也即可以调节边料入口的空气流速。对于不同的流涎生 产速度都可以满足生产要求。 边 旋风分离器 加料料斗 挤出机 图2 3 在线口 调文丘里式吸送边料方案原理图 该方案中，改变了风机1 的安装位置。高速空气由风机1 流向空气喷入腔，在空气 喷入腔内产生旋转，并向文丘里喷管段推进。这样，边料就可以和输送方向保持一致， 消除了2 方案中边料在喉管处因改变输送方向而产生的气流扰乱，影响边料的顺利输 送。并且，此方案中，高速空气经过空气喷入腔内后，沿着管壁进入文丘里管内，管壁 周围的空气流速将大于管中心的空气流速，这样就可以有效的防止薄膜边料被高速空气 吹附在管壁上的现象发生。与方案2 相比，边料移除效果要好很多。 该方案的优点是采用了文丘里喷射泵的原理，结构简单，边料移除装置能产生很大 的吸力，边料的吸取效果较好，边料输送比较顺畅，不易于堵塞。对于不同的流涎生产 速度在一定范围内都可以满足工作要求。装置所需风机的电机功率小，噪音也小。边料 在破碎机里更容易从传送空气中分离出来。缺点是两个边料入口的气流速度不一样，也 即吸力稍有不同。 2 边料在线回收系统方案设计硕士论文 2 2 2 薄膜碎料压实回填的方案 对于薄膜流涎机边料在线回收系统而言，薄膜碎料的压实回填为整个系统的最后一 个环节。粉碎后的薄膜边料碎屑由于堆密度较小，需要先进行一定的压实，然后计量回 填入挤出机。同时，喂料的过程要顺畅，不能在料斗内发生“架桥”现象。论文依据生 产需求，设计了两种不同的方案。 2 2 2 1 侧向加料的方式 挤出机的加料方式一般有计量加料、溢流加料和强制加料【2 8 1 。所谓强制加料一般用 于松散，堆密度较低的物料，有时也为了加大物料与螺杆和机筒的接触面积，以利于传 热，提高挤出量。而薄膜碎屑正是这种松散，堆密度很低的物料，粉碎后的薄膜边料碎 屑一般堆密度为3 0 k g m 3 左右。所谓计量加料，就是加料装置给挤压系统加入多少物料， 挤压系统就挤出多少物料，挤压系统的挤出量与螺杆的转速有关【2 9 1 。加料量是挤出过程 的一个独立操作变量。一般加料装置的加料速度应能无级调节。加料速度的无级调节依 靠加料装置传动系统的电机转速无级调节来实现。加料装置传动系统的电机可以采用直 流电机，也可以采用变频调速电机。它们的调速范围应与加料速率范围相适应。 图2 4 为侧向加料方式的原理图。该装置包括新原料的料斗，旋风分离器，薄膜碎 屑料斗和加料螺杆等部分。 旋风分离器 薄膜碎屑料斗 加料螺杆 图2 4 侧向加料方式的原理图 该装置采用的是强制加料，也有计量的过程。经破碎后的薄膜边料碎屑进入旋风分 离器，在旋风分离器内与空气分离后进入料斗，依靠重力进入螺旋输送器，在螺杆的挤 压输送下，慢慢被压实，进入挤出机。螺杆在推进物料的过程同时也是计量的过程。螺 杆每旋转一圈，便向前推进一个节距的物料。新的塑料原料从挤出机的料斗进入挤出机， 这样新旧原料就在挤出机内混合挤出。装置中，薄膜碎屑的料斗要设计的合理，不然将 出现“架桥”现象，不利于边料碎屑的回填，这将影响薄膜边料在线回收的过程。装置 中，薄膜碎屑的加料螺杆水平安装于挤出机的一侧，由水平方向将物料加入到挤出机。 硕士论文薄膜流涎成形边料在线回收系统设计研究 加料螺杆由电机带动，螺杆的转速可调，适合挤出机的计量加料和薄膜碎屑在机筒内的 输送。 此方案的优点是装置结构比较简单，薄膜碎屑可以被压实，均匀的送入挤出机。缺 点是对于螺杆的要求比较高，薄膜碎屑在加料螺杆机筒内的流动性不是很好，与物料的 物化性能和机筒壁的材料有很大的关系。而且该装置安装所需的水平空间比较大，不利 于各个部分的位置布置。生产中每次停机前要将该旁路螺杆中的粉碎料挤空，以免下次 开机生产时造成堵塞。 2 2 2 2 垂直加料的方式 图2 5 所示为垂直加料方式的原理图。该方案中，主要包括旋风分离器，新料料斗， 锥形料斗，推进螺杆和挤出机。此方案与第一个方案有所不同，采用垂直加料的方式回 收薄膜边料碎屑。该装置在锥形料斗中安装了旋转的推进螺杆，且螺杆在加料口上方垂 直地对准挤出机的加料段，靠推进螺杆的旋转把薄膜碎屑强制地加入加料口内。由于螺 杆转速可调，故其加料量也可调。 旋 图2 5 垂直加料方式的原理图 经破碎机粉碎的薄膜边料随时被输送至旋风分离器，在旋风分离器内与空气分离， 薄膜碎屑就在重力作用下进入锥形料斗内。如果完全依靠重力的作用，那么松散的薄膜 碎屑将很难顺利的进入挤出机，完成边料的在线回收，而会在锥形料斗内出现“架桥” 现象。采用强制螺旋加料，物料在推进螺杆的搅动和推压作用下，不仅有对松散的薄膜 碎屑有压实作用，而且避免了“架桥”现象的出现，保证了料斗中原料连续不断地向挤 出机供料。同时垂直方向上的空间布置比水平方向上的空间布置要容易一些，结构更紧 凑一些。 13 2 边料在线回收系统方案设计硕士论文 这种垂直强制加料的方式的优