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雙螺桿擠出機(jī)是化工行業(yè)重要的機(jī)電一體化先進(jìn)裝備，主要用于塑料化工原料的改性和造粒生產(chǎn)。由于擠出機(jī)受末端模板的阻力，機(jī)筒內(nèi)部可能產(chǎn)生高達(dá)10～30MPa的壓力。機(jī)筒工作時(shí)要受力和熱的耦合作用，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力耦合迭加效應(yīng)，使得局部出現(xiàn)應(yīng)力集中。單通道加熱的機(jī)筒，由于加熱溫度不均，將導(dǎo)致熱應(yīng)力分布和變形情況不均。
雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒的設(shè)計(jì)既要考慮滿足工藝加熱的需求，又要考慮其結(jié)構(gòu)可靠性。不同的工況對(duì)擠出過(guò)程影響很大，雙螺桿擠出機(jī)軸向雙通道加熱機(jī)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有必要對(duì)機(jī)筒在試壓、正常和極限等工況條件下的受力情況進(jìn)行有限元分析，尤其要關(guān)注雙螺桿擠出機(jī)軸向雙通道加熱機(jī)筒在熱力耦合載荷下，機(jī)筒的溫度和應(yīng)力分布狀況和變形情況，對(duì)于機(jī)筒的設(shè)計(jì)和優(yōu)化就顯得尤為重要。
研究將對(duì)自主設(shè)計(jì)的大型雙螺桿擠出機(jī)軸向雙通道加熱機(jī)筒在不同工況下分別進(jìn)行熱力耦合有限元分析，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，對(duì)加熱通道的優(yōu)化設(shè)計(jì)有所幫助。
雙螺桿擠出機(jī)一般有多節(jié)機(jī)筒組成，如圖所示為雙螺桿擠出機(jī)的一節(jié)機(jī)筒，機(jī)筒中間為放置雙螺桿的“8”字孔，機(jī)筒內(nèi)部的加熱通道布局較為很復(fù)雜，雙通道加熱管道采用軸向布置。圖為有限元網(wǎng)格劃分圖，采用非均勻網(wǎng)格劃分。
對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒強(qiáng)度校核，在試壓工況和正常工況下，安全系數(shù)取2，若最大應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的一半，則視為滿足強(qiáng)度要求;在極限工況下，最大應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服強(qiáng)度，視為滿足強(qiáng)度要求。
正常工況下的應(yīng)力分布如圖所示，機(jī)筒法蘭附近和“8”字孔表面附近應(yīng)力較大，墊片處應(yīng)力最大，為331.3MPa，位于墊片處，為材料屈服強(qiáng)度的0.397倍，滿足正常運(yùn)行的強(qiáng)度要求。相對(duì)于螺栓預(yù)緊力，“8”字孔內(nèi)壓力pr對(duì)機(jī)筒的應(yīng)力分布影響較小，所以最大應(yīng)力出現(xiàn)在螺栓的受壓面上。正常工況下的軸向變形量分布如圖所示，軸向變形總量為2.72mm，在熱力耦合作用下，使得機(jī)筒拉伸。端面的受力方向決定了其軸向變形為拉伸，模擬結(jié)果對(duì)設(shè)想進(jìn)行了證實(shí)。
正常工況下的溫度場(chǎng)分布如圖所示，受軸向雙通道加熱的影響，“8”字孔附近溫度較高，沿軸向較為均勻，機(jī)筒法蘭頂角處溫度較低，即遠(yuǎn)離流道的部分的溫度較低，但是相對(duì)于單通道機(jī)筒溫度分布更均勻。
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