第38卷第7期世界橡胶工业Vol．38No．7:21～242011年7月WorldRubberIndustryJul．2011檨殎檨檨檨檨殎理论研究殎檨檨檨檨殎檨基于ANSYS挤出机机筒加热装置的温度场分析吕贤滨，范之海，宋广军，吕柏源(青岛科技大学机电工程学院，山东青岛260042)摘要:根据传热学原理以及有限元分析软件ANSYS10．0建立了机筒结构二维有限元模型。通过对机筒设置合理的边界条件，计算和分析了机筒的温度场分布和变化状况，阐述了影响温度场分布的因素，为优化料筒结构设计提供了参考依据。关键词:机筒;温度场;有限元法;挤出机;ANSYS中图分类号:TQ330．4+4文献标识码:B文章编号:1671-8232(2011)07-0021-04挤出机机筒冷却-加热系统［1］在平衡胶料0前言加工温度过程中起着主要作用，本文对其作主要分析。冷喂料橡胶挤出机通用机筒结构剖视橡胶在挤出机往前输送的过程中，胶料在图如图1所示:机筒由内衬套和机身两部分组料筒中产生的温度主要来自以下几方面的热成，机身上钻有流道孔，加热或冷却介质迂回于量:1)螺杆对胶料的强烈剪切、搅拌、压缩产生流道孔之间，对机筒起到加热或冷却的作用。的热量;2)胶料本身变形放出的热量;3)机筒现对橡胶冷喂料挤出机机筒冷却-加热系统，以对胶料的摩擦产生的热量。而每一种胶料在挤ANSYS分析软件为平台，对机筒进行有限元模出过程中从加料口到胶料挤出口型所需要的胶拟分析。通过分析不同流道孔径大小对机筒温料温度是不同的，具体数据参见表1。度分布的影响，总结出影响机筒温度分布的几表1不同胶料的温度要求何参数。这样对进一步改进机筒内部结构，为机筒达到良好的传热性能提供一定的参考依胶料机筒温度/C°机头温度/C°口型温度/C°据天然橡胶50～6070～8080～90。丁苯橡胶50～7070～80100～105丁腈橡胶40～6065～9090～100氯丁橡胶30～5040～6060～70丁基橡胶30～4060～9090～120为使胶料在加工过程中满足所需温度，在开始前需要对挤出机的机筒、机头、口型各部分进行预热，以便使挤出机迅速达到所需要的工作温度;而在挤出机挤出的过程中，胶料的温度1－内衬套2－机身3－流道孔图销钉冷喂料挤出机机筒结构受到以上3方面的影响。为防止胶料在挤出过1程中产生焦烧，往往又需要机筒和螺杆通过冷却装置把胶料产生的多余的热量带走。这就要1机筒热分析的基本假设及导热求机筒和螺杆的冷却-加温装置有良好的导热微分方程性能，能把胶料产生的多余热量带走，同时又要传递给胶料足够的工作温度。(1)由于机筒具有或者近似具有轴对称结·22·世界橡胶工业2011构，边界条件也是具有轴对称的，所以温度场也此导热过程与物体内部的温度分布有密切关是具有轴对称的;系，导热换热可以用傅里叶定律公式［2］来表(2)机筒内的温度不随时间的变化而变示，即，;化即温度场是稳态的t2Q=－λGradt=－λ［W/m］(3)(3)机筒内衬套和机身的物理热性能近似n不变;式中Q为导热热流量;负号表示导热热流;(4)忽略机筒的热辐射导致的热损失;永远沿着温度降低的方向Gradt表示温度的(5)机身流道孔中的介质温度可以看成是梯度。恒定的。根据以上假设，机筒的传热问题可简化为3基于ANSYS有限元模型模拟分二维问题，其稳态传热方程［2］为析tt()λ+()λ=0(1)xxyy3．1有限元建模与网格划分式中，t为机筒内温度;x、y分别表示在直由于机筒的几何结构、边界条件具对称性，角坐标系中x轴、y轴的参数。所以在对机筒进行ANSYS分析时只需要建立为求得方程1的唯一解，需要给机筒附加共有几何模型，建立的几何模型如图2所示。边界条件，机筒内部各表面都遵循第三类边界在有限元划分网格时，设置单元可取为条件。PLANE55四节点四边形等参单元，它具有二维热传导分析能力。在定义机筒的材料属性时，2边界条件的确定分别输入机筒和衬套的一些参数，见表2所示。执行ANSYS10．0网格划分命令对模型进行网2．1参数的确定格自由划分，网格划分后的模型如图3所示。流道内介质的性质、机筒材料的物理性能都对机筒温度分布有着重要的影响，现规定组成机筒各部件的材料及其物理性能如表2所示。表2机筒各材料的性能参数材料衬套(38CrMoAlA)机身(20#钢)图2机筒几何模型导热系数37．5545弹性变量2．1×10111．93×1011泊松比0．30．262．2对流换热方程对流换热是指由于流体与固体之间产生温差，而固体表面与