Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин - часть 28

 

 

Рис. 6.11. Схема экспериментальной модельной установки  

для исследования процессов смешения высоковязких  

полимерных композиций: 

1 – пластограф Брабендера; 2 – самописец; 3 – дополнительный тахометр-генератор; 4 – электро-

двигатель; 5 –тахометр; 6 – модельная приставка;  

7 – редуктор-раздвоитель; 8 – прозрачная смесительная камера со сменными смесительными 

элементами; 9 – лазер газовый ЛГ-75-1; 10 – видеокамера;  

11 – фотометр ФПЧ; 12 – головка фотометрическая;  

13 – блок питания и управления; 14 – персональный компьютер 

Установка разработана на базе пластографа (торсионного реометра) Брабендера австрийской 

фирмы Plasti-Corder, который был оснащен дополнительным тахометром-генератором 3, модель-
ной  приставкой  6,  лазером  8  и  регистрирующими  приборами:  видеокамерой  10,  головкой  фото-
метрической 11 и персональным компьютером 14. 

Дополнительный тахометр-генератор 3 установлен на валу основного тахометра-генератора и 

служит  для  регистрации  угловой  скорости  вращения  двигателя  с  помощью  персонального  ком-
пьютера 14. Необходимость такого шага была продиктована тем, что цепь основного тахометра-
генератора  использовалась  в  схеме  электронной  стабилизации  скорости  вращения  двигателя  и, 
следовательно, отсутствовала возможность подключения к этой цепи дополнительных контуров 
без нарушения работы существующей схемы. 

Приставка  6  состоит  из  редуктора-раздвоителя  7  и  прозрачной  смесительной  камеры  8  со 

сменными 

смесительными 

элементами.  

В качестве приборов, регистрирующих ход процесса смешения, использовались видеокамера 10, 
фотометр ФПЧ 11, состоящий из фотометрической головки 12 и блока питания и управления 13 и 
персональный  компьютер  14,  оснащенный  платой  аналого-цифрового  преобразователя  НВЛ-08. 
Блок  аналогового  ввода  обеспечивает  согласование  внешнего измеряемого  напряжения  со  вход-
ным сигналом АЦП, преобразование этого сигнала в цифровой код и передачу кода на шину дан-
ных персонального компьютера IBM PC AT. Этот блок состоит из аналогового коммутатора, бу-
ферного  дифференциального  усилителя,  схемы  выборки-хранения,  интегрального  АЦП,  источ-
ника опорного напряжения и схемы синхронизации. 

В  качестве  источника  света  использовался  газовый  лазер  9  марки  ЛГ-75-1  мощностью 125 

мВт. Конструкция  камеры 8 позволяет использовать смесительные модули различной конфигу-
рации (рис. 6.14). Рабочие органы вращаются в одну сторону. Луч лазера отклоняется зеркалом с 
наружным напылением (на рисунке не показано), проходит через перерабатываемый материал и 
далее улавливается фотометрической головкой 12. Расстояние, проходимое лучом лазера в рабо-
чем  пространстве  камеры  8,  зависит  от  степени  прозрачности  исследуемой  композиции.  Напри-
мер, для раствора натурального каучука в нефрасе C2-80/120 оно составляло 15 мм. Опыты пока-
зали, что это максимальное расстояние, при котором осуществляется уверенная передача свето-
вого потока через внутреннее пространство камеры. 

Питание электродвигателя 4 мощностью 1,5 кВт осуществлялось от специального блока пита-

ния,  оснащенного  системой  электронной  стабилизации  числа  оборотов.  Вращение  вала  электро-
двигателя передавалось редуктору-раздвоителю 7, расстояние между выходными валами которого 
составляло 35 мм.  Частота  вращения  рабочих  органов  варьировалась  в  диапазоне 20…80 об/мин 

(2,1…8,4 с

–1

). 

ФОТОГРАФИЯ  ОБЩЕГО  ВИДА  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ  МОДЕЛЬНОЙ  УСТАНОВКИ  (ЭМУ) 

ПОКАЗАНА НА РИС. 6.12. 

ФИКСАЦИЯ 

КОЛЕБАНИЙ 

КОНЦЕНТРАЦИИ 

ИССЛЕДУЕМОЙ 

СМЕСИ 

В 

ЕЕ 

ЭЛЕМЕНТАРНОМ  ОБЪЕМЕ  ОСУЩЕСТВЛЯЛАСЬ  ПО  СЛЕДУЮЩЕЙ  СХЕМЕ.  СИГНАЛ,  СНИ-
МАЕМЫЙ  С  ФПЧ-БПУ,  РЕГИСТРИРОВАЛСЯ  КОМПЬЮТЕРОМ  14,  ОСНАЩЕННЫМ  ПЛАТОЙ 
АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 

ТИПА 

НВЛ-08, 

ДАЛЕЕ 

РЕЗУЛЬТАТЫ 

ЭКСПЕРИМЕНТОВ  РЕГИСТРИРОВАЛИСЬ  И  ОБРАБАТЫВАЛИСЬ  С  ПОМОЩЬЮ  СПЕЦИАЛЬНО 
РАЗРАБОТАННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ. 

 
 
 

 

 

РИС. 6.12. ОБЩИЙ ВИД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 

УСТАНОВКА 

ПРЕДНАЗНАЧЕНА 

ДЛЯ 

ПРОВЕДЕНИЯ 

СЛЕДУЮЩИХ 

ЭКСПЕРИ- 

МЕНТОВ:  

• 

ИССЛЕДОВАНИЕ  РЕОЛОГИЧЕСКИХ  СВОЙСТВ  ПОЛИМЕРНЫХ  КОМПОЗИЦИЙ    НА 

РАЗНЫХ  СТАДИЯХ  СМЕШЕНИЯ  В  КУЛАЧКОВОЙ  ЗОНЕ.  НА  ЭТОМ  ЖЕ  ЭТАПЕ  НА 
ОСНОВАНИИ  ПОЛУЧЕННЫХ  ЗАВИСИМОСТЕЙ  КРУТЯЩЕГО  МОМЕНТА  ОТ  УГЛОВОЙ 
СКОРОСТИ  ВРАЩЕНИЯ  ШНЕКОВ  И  КОРРЕЛЯЦИИ  С  ДАННЫМИ  РОТАЦИОННОГО 
ВИСКОЗИМЕТРА  "РЕОТЕСТ-2"  ИМЕЕТСЯ  ВОЗМОЖНОСТЬ    РЕОЛОГИЧЕСКИЕ  КРИВЫЕ  ДЛЯ 
ИССЛЕДУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ; 

• 

ИССЛЕДОВАНИЕ  ИЗМЕНЕНИЯ  ВО  ВРЕМЕНИ  КОЭФФИЦИЕНТА  НЕОДНОРОДНОСТИ 

КОМПОЗИЦИИ  ПРИ  РАЗЛИЧНЫХ  ЧАСТОТАХ  ВРАЩЕНИЯ  ШНЕКОВ  ДЛЯ  СМЕСИТЕЛЬНЫХ 
КУЛАЧКОВ  РАЗЛИЧНЫХ  КОНФИГУРАЦИЙ  И  РАЗЛИЧНЫХ  КОНЦЕНТРАЦИЯХ  ПОЛИМЕРА  В 
РАСТВОРИТЕЛЕ; 

• 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 

МОЩНОСТИ, 

ЗАТРАЧИВАЕМОЙ 

НА 

ДЕФОРМИРОВАНИЕ  ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОЙ  КОМПОЗИЦИИ  В  КАНАЛАХ  РАБОЧИХ  ОРГАНОВ 
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ (ОПИСАННЫХ ВЫШЕ). 

ОБЩИЙ ВИД СМЕСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ 8 ПРЕДСТАВЛЕН НА РИС. 6.13. 
 
 

 

 

РИС. 6.13. ОБЩИЙ ВИД СМЕСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ 

В  ОПИСЫВАЕМЫХ  ЭКСПЕРИМЕНТАХ  ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ  СМЕСИТЕЛЬНЫЕ  НАСАДКИ 

ЧЕТЫРЕХ ВИДОВ: ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ, ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ, ТРЕУГОЛЬНЫЕ И ЗУБЧАТЫЕ (РИС. 
6.14) [80]. ИХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИВЕДЕНЫ В ТАБЛ. 6.1. 

 

а) 

б) 

 

 

в) 

г) 

 

РИС. 6.14. ВИДЫ НАСАДОК, 

ИСПОЛЬЗОВАВШИХСЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ: 

а – эллиптические кулачки; б – эксцентриковые 

кулачки;  

в – треугольные кулачки; г – зубчатые кулачки 

 
 

ТАБЛИЦА 6.1 

 

ВИДЫ 

КУЛАЧКОВ 

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ 

ПАРАМЕТРЫ 

ЭЛЛИПТИЧЕСКИ
Е 

A

ЭЛ

 = 0,019 М, B

ЭЛ

 = 0,014 М 

ЭКСЦЕНТРИКОВ
ЫЕ 

R

ЭКСЦ

 = 0,017 М 

ТРЕУГОЛЬНЫЕ 

R

ТР

 = 0,019 М, R

ТР

 = 0,034 М 

ЗУБЧАТЫЕ 

R

ЗУБ

 = 0,015 М; N

ЗУБ

 = 17; 

A

ЗУБ

 = 0,002 М; B

ЗУБ

 = 0,004 М; 

H = 0,004 М 

ТАБЛИЦА 6.2 

 
 

КОНЦЕНТРАЦИЯ C, % 

ПЛОТНОСТЬ 

ρ, КГ/М

3

 

20 730 
50 789 
80 848 

 
 
ДЛЯ 

ИССЛЕДОВАНИЙ 

ВЫБИРАЛИСЬ 

МАТЕРИАЛЫ 

С 

КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 

РАСТВОРЯЕМОГО  КОМПОНЕНТА 20, 50 И 80 %. ТАКОЙ  ВЫБОР  ДИАПАЗОНА  ИЗМЕНЕНИЯ 
КОНЦЕНТРАЦИЙ  ОБУСЛОВЛЕН  ТЕМ,  ЧТО  ПРИ  ИЗГОТОВЛЕНИИ  ПО  НЕПРЕРЫВНОМУ 
СПОСОБУ  ПОДАВЛЯЮЩЕГО  БОЛЬШИНСТВА  КОМПОЗИЦИЙ  НАЧАЛЬНАЯ  КОНЦЕНТРАЦИЯ 
РАСТВОРЯЕМОГО  КОМПОНЕНТА,  ЗАГРУЖАЕМОГО  В  ЗОНУ  ПИТАНИЯ,  СОСТАВЛЯЕТ  НЕ 
БОЛЕЕ 70…80 % [81 – 82]. В  ДАЛЬНЕЙШЕМ,  ПО  МЕРЕ  ПРОДВИЖЕНИЯ  К  ВЫХОДНОМУ 
ОТВЕРСТИЮ СМЕСИТЕЛЯ, ПРОИСХОДИТ ДОБАВЛЕНИЕ РАСТВОРИТЕЛЯ, Т.Е. ИМЕЕТ МЕСТО 
КАРТИНА СТУПЕНЧАТОГО УМЕНЬШЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ. ТАКАЯ СХЕМА ОБЕСПЕЧИВАЕТ 
НЕОБХОДИМЫЕ 

УСЛОВИЯ 

ДЛЯ 

УСПЕШНОГО 

СМЕШЕНИЯ, 

РАСТВОРЕНИЯ, 

ДИСПЕРГИРОВАНИЯ И (ИЛИ) ГОМОГЕНИЗАЦИИ. КРОМЕ ТОГО, ИМЕННО В ЗОНАХ ПИТАНИЯ 
СМЕСИТЕЛЕЙ  С  ВЫСОКО  КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ  КОМПОЗИЦИЕЙ  РАССЕИВАЕТСЯ 
НАИБОЛЬШАЯ ДОЛЯ МОЩНОСТИ, РАСХОДУЕМОЙ НА СМЕШЕНИЕ. 

КРОМЕ  ТОГО,  ИССЛЕДУЕМАЯ  КОМПОЗИЦИЯ  ДОЛЖНА  БЫТЬ  ПОЛУПРОЗРАЧНОЙ 

СУБСТАНЦИЕЙ,  СПОСОБНОЙ  ПРОПУСКАТЬ  СВЕТ.  ЭТО  ЯВЛЯЕТСЯ  НЕОБХОДИМЫМ 
УСЛОВИЕМ  ПРОВЕДЕНИЯ  ЧАСТИ  ЭКСПЕРИМЕНТОВ,  ТАК  КАК  ДЛЯ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
КОЭФФИЦИЕНТА НЕОДНОРОДНОСТИ СМЕСИ ИСПОЛЬЗОВАЛАСЬ МЕТОДИКА, ТРЕБУЮЩАЯ 
ПРОПУСКАНИЯ  ЧЕРЕЗ  ИССЛЕДУЕМУЮ  КОМПОЗИЦИЮ  ЛУЧА  СВЕТА,  С  ЧАСТОТОЙ  В 
ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА. 

В  СМЕСИТЕЛЬНУЮ  КАМЕРУ  ЗАГРУЖАЛОСЬ  ТАКОЕ  КОЛИЧЕСТВО  ИССЛЕДУЕМОГО 

МАТЕРИАЛА, ЧТОБЫ ОНА БЫЛА ПОЛНОСТЬЮ ЗАПОЛНЕНА. 

В  КАЧЕСТВЕ  ПРИМЕРА  В  ТАБЛ. 6.2 ПРИВЕДЕНЫ  ДАННЫЕ  О  ПЛОТНОСТИ  РАСТВОРОВ 

НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА В НЕФРАСЕ C2-80/120. 

 

6.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК  

ИССЛЕДУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 

 
ДЛЯ  ОЦЕНКИ    ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  МОЩНОСТИ,  ЗАТРАЧИВАЕМОЙ  В  ПРОЦЕССЕ 

ПРИГОТОВЛЕНИЯ  ВЫСОКОВЯЗКИХ  ПОЛИМЕРНЫХ  КОМПОЗИЦИЙ,  НЕОБХОДИМО  ЗНАНИЕ 
ВЕЛИЧИНЫ  ЭФФЕКТИВНОЙ  ВЯЗКОСТИ  КОМПОЗИЦИИ  В  ЗАВИСИМОСТИ  ОТ  СКОРОСТИ 
СДВИГА  И  ТЕМПЕРАТУРНЫХ  РЕЖИМОВ  ОБРАБОТКИ.  ДЛЯ  ПРОВЕДЕНИЯ  РЕОЛОГИЧЕСКИХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ 

ОБЫЧНО 

ИСПОЛЬЗУЮТ 

КАПИЛЛЯРНЫЕ 

ИЛИ 

РОТАЦИОННЫЕ 

ВИСКОЗИМЕТРЫ  РАЗЛИЧНЫХ  ТИПОВ,  К  НЕДОСТАТКАМ  КОТОРЫХ  МОЖНО  ОТНЕСТИ 
ОГРАНИЧЕННЫЙ  ДИАПАЗОН  СКОРОСТЕЙ  СДВИГА  И  ФОРМЫ  ПОВЕРХНОСТЕЙ  РАБОЧИХ 
ЭЛЕМЕНТОВ РОТАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ. 

ПОЭТОМУ  ДЛЯ  ОЦЕНКИ  ИНТЕНСИВНОСТИ  ДЕФОРМАЦИОННОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ 

СМЕСИТЕЛЬНЫХ  ЭЛЕМЕНТОВ  РАЗЛИЧНОЙ  КОНФИГУРАЦИИ  НА  ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫЙ 
МАТЕРИАЛ  ПО  ОТДЕЛЬНЫМ  РАБОЧИМ  ЗОНАМ  СМЕСИТЕЛЯ    БЫЛ  ИСПОЛЬЗОВАН