螺杆式挤出机的优化设计

      螺杆挤出机优化设计是在给定的工艺和生产条件下，根据设计要求和目的，选取设计变量并建立目标函数，在相应约束条件下，获得螺杆参数如直径、螺距和螺槽深度等*值的过程。本文主要阐述螺杆挤出机主要参数，研究归纳螺杆挤出机优化设计的理论基础及螺杆优化设计的特点，对螺杆优化设计的现状进行综述及展望。
     
      作为聚合物加工成型主要设备之一的螺杆挤出机，在聚合物加工行业得到越来越广泛的应用，而且在其他行业也将得到更多的应用。标志螺杆挤出机工作性能的主要技术参数有：螺杆直径、长径比、转速范围、拖动螺杆的电动机功率、生产塑化能力、机筒的加热功率和分段数、机器的中心高和外形尺寸等。这些参数是衡量和选用挤出机的主要依据，也是设计螺杆挤出机首先要确定的技术参数。     

      螺杆挤出机优化设计理论依据

      机械优化设计有两个重要的环节或内容：一是建立优化问题的数学模型；二是选择优化问题的求解方法。对于三段式螺杆挤出机，物料依次经过固体输送、熔融和熔体输送等不同的输送阶段，并且各段的输送机理各不相同。因此，螺杆挤出机加料段、熔融段和计算段优化设计的理论基础也各不相同，分别为：由达内尔和摩尔提出并经塔德摩尔和柏罗伊加以完善的，建立在固体摩擦机理上的固体输送理论，建立在马多克等人数学物理模型基础上的熔融理论，以及流体动力学理论。

       优化目标：在保证挤出物质量的前提下，达到zui高生产力或zui小功率能耗。

      设计变量：一个设计方案可用一组基本参数的数值来表示。其中，需要优选的独立参数称之为设计变量。螺杆的设计变量通常为：螺杆直径、长径比、螺纹升角和螺杆槽深等。 螺杆挤出机优化设计的特点 螺杆挤出机优化设计的特点是设计变量多，多目标与单目标优化设计并存；数学模型的多维性和非线性；设计变量中多种纲量并存。

      螺杆挤出机优化设计可采用的算法有：约束坐标轮换法、约束随机方向法、复合形法、拉格朗日乘子法和遗传算法。

      设计方法：解析法、图解法和计算机模拟仿真法。

      一般过程： 根据挤出过程的现象建立物理模型，根据物理模型建立数学模型，应用相关优化设计软件编写螺杆优化设计程序，将程序输入计算机并通过改变优化目标的取值进行优化计算，通过对计算机输出的优化结果进行分析和验证，得出螺杆优化设计的参数。