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雙螺桿擠出機是化工行業(yè)重要的機電一體化先進裝備，主要用于塑料化工原料的改性和造粒生產(chǎn)。由于擠出機受末端模板的阻力，機筒內(nèi)部可能產(chǎn)生高達10～30MPa的壓力。機筒工作時要受力和熱的耦合作用，會產(chǎn)生機械應(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。
雙螺桿擠出機機筒的設(shè)計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。不同的工況對擠出過程影響很大，雙螺桿擠出機軸向雙通道加熱機筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計有必要對機筒在試壓、正常和極限等工況條件下的受力情況進行有限元分析，尤其要關(guān)注雙螺桿擠出機軸向雙通道加熱機筒在熱力耦合載荷下，機筒的溫度和應(yīng)力分布狀況和變形情況，對于機筒的設(shè)計和優(yōu)化就顯得尤為重要。
研究將對自主設(shè)計的大型雙螺桿擠出機軸向雙通道加熱機筒在不同工況下分別進行熱力耦合有限元分析，以檢驗設(shè)計的合理性和可靠性，對加熱通道的優(yōu)化設(shè)計有所幫助。
雙螺桿擠出機一般有多節(jié)機筒組成，如圖所示為雙螺桿擠出機的一節(jié)機筒，機筒中間為放置雙螺桿的“8”字孔，機筒內(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。
對于雙螺桿擠出機機筒強度校核，在試壓工況和正常工況下，安全系數(shù)取2，若最大應(yīng)力小于屈服強度的一半，則視為滿足強度要求;在極限工況下，最大應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服強度，視為滿足強度要求。
正常工況下的應(yīng)力分布如圖所示，機筒法蘭附近和“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，為材料屈服強度的0.397倍，滿足正常運行的強度要求。相對于螺栓預(yù)緊力，“8”字孔內(nèi)壓力pr對機筒的應(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)果對設(shè)想進行了證實。
正常工況下的溫度場分布如圖所示，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，機筒法蘭頂角處溫度較低，即遠離流道的部分的溫度較低，但是相對于單通道機筒溫度分布更均勻。
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