Устройство для моделирования процесса механического выделения влаги из полимерных материалов в червячных машинах Советский патент 1988 года по МПК G06G7/75 

4;;аь 00 ts: ел

О) 00

Изобретение относится к электрическому моделированию процессов переработки влажных полимерных материалов в червячных машинах.с

Цель изобретения - расширение icnac- са решаемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях.

На фиг, 1 показана функциональная Ю схема устройства; на фиг, 2 - зависимость tip f (Q) для различных материалов.

Устройство содержит с первого по четвертый интегросумматоры 1-4, с 15 первого по третий блоки 5-7 умножения (переменных), пятый и четвертьш блоки 8 и 9 умножения (переменных), блок 10 деления, сумматор 11 и функ- хц ональные преобразователи 12 и.13, 20 peaHHsyioiipHe нелинейную зависимость входными и выходными параметрами. На входные клемм1,1 устройства, а с них на входы иитегросумматора ly . сумматора 11 и блоков 5 и 8 умноже- 25 ПИЯ подаются напряже1шя, пропорциональные массовому расходу материала на входе в машину частоте вра- щепия червячного вала 6Д ., массовой доле влаги в материале на входе M g;( 30 и величине сопротивления выгрузочного Густройства Kf). Па второй и третий входы интегросумматора 1 подается с выхода блока 5 умножения напряжение, пропорциональное массовому рас- с ходу полимера на выходе из машины Qf, и с выхода блока 6 умножения - нанр51жение, пропоргщональное массовому расходу отжатой влаги Og,. Напряжение на выходе интегросу1 1матора 1, дл имитирующее в€УП1Чину заполнения ма- itniHH материалом L, подается на входы блока 6 умполсения и блока 10 деления. Иа входы интегросумматора 2 с выхода блока 8 умножения подается напряже- дс ние, пропорциональное массовому расходу влаги на входе в машину QSBJC с выхода блока 6 умножения - напряжение, пропорциональное массовому расходу отжатой влаги Qg,, с выхода блока 7 умножения - напряжение,, пропорциональное массовому расходу влаги, содержащейся в перерабатываемом полимерном материале . Напряжение на выходе интегросумматора 2, про- , порщкзнальное массовой доле влаги в перерабатываемом материале -f , подается на входы блоков 6 и 7 умножения, Яа входы интeгpocy мaтopa 3 подает50

с л с

0

ся с выхода интегросумматора 4 напряжение, пропор11;иональное текущему значению массового расхода перерабатываемого в маишне материала Q/ч, с выхода блока 5 умножения - напряжение, пропорциональное массовому расходу материала на выходе из мац1И ы Q , с выхода блока 6 умножения - напряжение, пропорциональное массовому расходу отжатой влаги (в- Напряжение на выходе интегросумматора 3, пропорциональное силе противодавления, подается на входы сумматора 11, блока ЛО деления и блока 5 умножения. На входы интегросумматора 4 подается с выхода блока 10 деления напряжение, пропорциональное величине падения давления на единицу длинь заполненной части машины, с выходов функциональных преобразователей 12 и 13 - напряжения, пропорциональные моменту нагрузки на валу машины и силе вязкого сдвига. Напряжение на вькоде интегросумматора 4, имитирующее текущее значение массового расхода перерабатьшаемого материала в машине, подается на входы интегросумматора. 3, функционального преобразователя 13 и блоков 7 и 9 умножения. На вход функционального преобразователя 12 поступает напряжение с выхода сумматора 11. Напряжение на выходе функционального преобразователя 12, пропорциональное моменту нагрузки на валу машины MH поступает на входы интегросумматора 4 и блока 9 умноже-- ния. Выходные клеммы устройства соединены с выходами интегросумматоров 1-3, блока 9 умножения и функционального преобразователя 12.

Таким образом, на вьосодные ютеммы устройства подаются напряжения, пропорциональные массовому расходу материала на входе в машину Qg, массовой доле влаги в материале на входе в машину f gj , частоте вращения червячного вала Со5 и величине сопротивления выгрузочного устройства Кг. С выходных клемм снимаются напряжения, пропорциональные величине заполнения машины L, массовой доле влаги В материале на выходе из машины М , давлению материала перед выгрузным устройством Р, моменту нагрузки на валу машгны М и мощности N, затрачиваемой на механический отжим.

Устройство работает сле, дующим образом.

Математическое описание процесса механического вьделения влаги из полимерных материалов можно представить следующей системой уравнений:

dm р 9vT. dt1 3z

m

- pu .SYk.

dt

f| F-i;z --vJSi:

M - j. 9f .lazli

Г Эу by I

m-2

Математическая модель процесса, полученцая путем введения определенных упрощений и интегрирования сиср темы (1) и при соответствующих граничных условиях имеет вид

w-h 1 Qw - Q.ft - Qr;

W.b-pL - Q/M M - QeH,L.§2- K.a)%K,. -K...h.D,;dP

-H Kp (QH - Qb - Qr);

dt

QB Ke L if.

0 к . p. N -5-2и. Qr Kp. V, N „,i.p

f

50

де m - масса вещества в единице

объема;

m - индекс течения .f - плотность;

Vj - составляющая вектора скорости по оси z; Fpj. - составляющая вектора поверхностных сил по оси z; - коэффициент динамической вязкости;

се

t - массовая доля влаги в полимере;

t - время; W-- ширина канала;

са полить

1)

10

15

, енсранич20

25

H,30

35

40

45

50

роерх

се

лиL - длина; h - высота канала; DK - диаметр; QB. , QB, Qr, Q«,

и QfeH массовьш расход материала на входе, воды на выходе, лдоль канала, влаги в машине соответственно; Р и РО - давление;

Ci - частота вращения; Мн и

N - момент нагрузки и мощность; П 5, - суммарная пмрина щелей корпуса;Кр, Kg, Кг, Кр КБ, а и b - эмпирические константы.

Предположим, необходимо снять статические и динамические характеристики по каналам частота вращения - величина заполнения, частота вращения - давление перед выгрузным устройством, частота вращения - массовая доля вла - ги в материале на выходе из машины, частота вращения - нагрузка на валу мащины и затрачиваемая мощность.

Убедившись, что значения всех напряжений не изменяются во времени, т.е. что в устройстве не протекает переходный процесс, изменяют (например , увеличивают) напряжение Сл . При этом напряжения на выходах сумматора 11, функционального преобразователя 12 и блока 9 умножения переменных безынерционно увеличиваются. Напряжения на выходе интегросумматора 4, охваченного обратной связью через функциональный преобразователь 13, на выходах блока 7 умножения и блока 10 деления также начинают увеличива- ться. Выходной сигнал интегросумматора 3, обладающего большим коэффициентом усиления, возрастает настолько быстро, что разность между напряжениями, поступающими с выходов ин- тегросумматора 4 и блоков 5 и 6 умножения, в переходном режиме практически равна нулю. Пропорционально напряжению на выходе интегросумматора 3 безынерционно возрастают напряжения на выходах блока 5 умножения и блока 10 деления, а также на выходах сумматора 11, функционального преобразователя 12 и блока 9 умножения. Напряжение на выходе интегросуммато- ра 2 начинает увеличиваться, а напряжение на вьгходе интегросумматора 1 уменьшаться. При этом напряжения на выходах блока 7 умножения и блока деления 10 возрастают, а на вькоде блока 6 умножения уменьшается, напряжения на выходах интегросумматоров 4 и 3 начинают уменьшаться.

Изменения напряжений на выходах всех элементов устройства и на его выходных клеммах продолжают до тех пор, пока процесс не придет в новое установившееся значение. Конечным итогом является вьфавнивание напряжений Qbx на входной клемме, QM на выходе интегросумматора 4 и Qp на выходе блока 5 умножения 5 (массовые расходы материала на входе в машину, в машине и на выходе машины). Напряжение L на выходе интегросумматора 1 уменьшается, что соответствует уменьшению величины заполнения червячной машины. Напряжение Ч на выходе интегросумматора 2, имитирующее массовую долю влаги в перерабатываемом материале, увеличивается. Напряжение QU на выходе блока 6 умножения (массовый расход отжатой влаги) уменьшается, напряжение QBH на выходе блока 7 умножения (массовьш расход влаги в материале в машине) увеличивается. Напряжение Р на выходе интегросумматора 3, имитирующее давление перед выгрузным устройством, возвращается к прежнему значению, так как этот параметр практически изменяется незначительно. Таким образом, устройство показьшает, что при увеличении частоты вращения в переходном режиме меняются все параметры процесса: производительность, массовая доля влаги, давление, величина заполнения, момент нагрузки и мощность, затрачиваемая на механический отжим. По окончании пе10

15

отличающихся физико-механическими свойствами. Так, изменением частоты вращения червячного вала и сопроти- в,11ения выгрузного устройства можно определить оптимальные величины вход ного расхода и мощности, затрачиваемой на переработку, обеспечиваюшде максимальную производительность машины. На фиг. 2 представлены зависимости, полученные с помощью предлагаемого устройства, производительности машины Qf от частоты вращения червячного вала о) при переработке различных каучуков. Анализ зависимостей показывает, что существуют оптимальные значения частоты вращения червячного вала , и которые обеспечивают максимальную производительность машины Очл1яяь-, QfiAiaKir и соответственно, при переработке различных типов поли мерных материалов. Точность полученных характеристик зависит от посто- 25 янной времени интегрирования и коэффициента усиления интегросумматора 3 Для практических расчетов величина времени интегрирования должна быть порядка 0,01-0,001 с, а коэффициент усиления выбирается в пределах 100- 1000. Формула изобретения

20

30

Устройство для моделирования процесса механического вьщеления влаги

35 из полимерных материалов в червячпых машинах, содержащее три интегросумматора, три блока умножения, блок деления, первый вход первого интегросумматора подключен к входу зада40 ния массового расхода материала на входе в машину устройства, первьй вход первого блока умножения соединен с входом задания сопротивления выгрузного узла устройства, выход

реходного процесса производительность 45 первого блока умножения подключен к

10

15

4325686

отличающихся физико-механическими свойствами. Так, изменением частоты вращения червячного вала и сопроти- в,11ения выгрузного устройства можно определить оптимальные величины входного расхода и мощности, затрачиваемой на переработку, обеспечиваюшде максимальную производительность машины. На фиг. 2 представлены зависимости, полученные с помощью предлагаемого устройства, производительности машины Qf от частоты вращения червячного вала о) при переработке различных каучуков. Анализ зависимостей показывает, что существуют оптимальные значения частоты вращения червячного вала , и которые обеспечивают максимальную производительность машины Очл1яяь-, QfiAiaKir и соответственно, при переработке различных типов полимерных материалов. Точность полученных характеристик зависит от посто- 25 янной времени интегрирования и коэффициента усиления интегросумматора 3. Для практических расчетов величина времени интегрирования должна быть порядка 0,01-0,001 с, а коэффициент усиления выбирается в пределах 100- 1000. Формула изобретения

20

30

Устройство для моделирования процесса механического вьщеления влаги

из полимерных материалов в червячпых машинах, содержащее три интегросумматора, три блока умножения, блок деления, первый вход первого интегросумматора подключен к входу задания массового расхода материала на входе в машину устройства, первьй вход первого блока умножения соединен с входом задания сопротивления выгрузного узла устройства, выход

Изобретение относится к электрическому моделированию процессов переработки влажных полимерных материа- -лов в червячных машинах. Цель изобретения - расширение класса реБ1аемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях. Для достижения цели в устройство введены интегросумматор, сумматор, блоки умножения и функ1(иональ- ные преобразователи. Данное устройство является единой моделью статики и динамики процесса, позволяет рассчитать статические и динаьшческие характеристики и оптимальные режимы работы оборудования. 2 ил.

и давление возвращаются к прежним значениям а остальные параметры принимают новые значения, что соответствует физической картине процесса.

Аналогично можно снять и другие характеристики при воздействии на массовьш расход материала на входе в машину, массовую долю влаги в нем, сопротивление выгрузочного уст- ройстоа. Изменением этих параметров можно определить оптимальный режим работы машины при переработке различных марок полимерных материалов.

второму входу первого интегросумматора, выход которого является выхо- дом заполнения машины материалом устройства и подключен к первым входам

блока деления и второго блока умножения, выходы второго и третьего блоков умножения соединены соответственно с первым и вторым входами второго интегросумматора, выход третьего интегросумматора является выходом давления материала перед выгрузным узлом устройства и подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого блока умножения пoлкJпoчeн к

перво гу входу третьего интегросумма- тора, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях, в него введены четвертый интегросумматор, сумматор, дв блока умножения и два функциональных преобразователя, причем выход сумматора подключен к входу первого функционального преобразователя, выход которого соединен с первыми входами четвертого блока умножения и четвертого интегросумматора и является выходом момента нагрузки на валу -машины устройства, выход четвертого интегросумматора соединен с входом второго функционального преобразователя, с вторым входом третьего интегросумматора, с первым входом третьего блока умножения и с вторым входом четвертого блока умножения, выход которого является вькодом мощности, затрачиваемой на механический отжим устройства, вход задания массовой

доли влаги в материале на входе в машину устройства и вход задания массового расхода материала на входе в машину устройства соединены соответственно с первым и вторым входами пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу второго интегросумматора, выход которого

Q соединен с вторыми входами второго и третьего блоков умножения и является выходом массовой доли влаги в материале на выходе из машины устройства, выход второго блока умножения подклюg чен к третьим входам первого и третьего интегросумматоров, выход третьего интегросумматора соединен с первым входом сумматора и с.вторым входом блока деления, выход которого подключен к второму входу четвертого интегросумматора, третий вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, второй вход сумматора подключен к входу за5 частоты вращения червячного вала устройства.

0

/мо«Н- в

- 6

Зияте|-

2дпт ,о6/Мин

0 80 т т

9и.2. 2

Л