CN111639435A - 一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法。为了准确预测橡胶混炼过程中提栓动作的密炼机转子能耗，本发明首先将提栓动作过程中密炼机转子功率曲线特性划分为两个功率变化阶段，建立提栓动作过程密炼机转子分段功率模型P₁(t)＝2(P_m‑P_l)t/S+P_l和P₂(t)＝2(P_n‑P_m)t/S+2P_m‑P_n；然后根据提栓动作过程两个分段时间以及两个分段功率模型计算提栓动作过程的转子能耗，根据提栓动作过程的实验数据确定最优表征点系数β_opt，最后建立转子转速与转子空转功率值的定量关系，获得计算提栓动作过程转子总能耗的预测模型E_p＝0.25Sβ_opta₃n+0.25S(2β_optb₃+P_l+P_n)。本发明适用于橡胶混炼过程中提栓动作的密炼机转子能耗预测。

Description

一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法

技术领域

本发明涉及一种密炼机转子能耗预测方法，具体涉及一种橡胶混炼过程中的提栓动作过程的密炼机转子能耗预测方法。

背景技术

橡胶混炼过程中合理的进行提栓动作不但能够降低混炼胶的温度提高混炼效率，而且能够有效地降低密炼机转子的能耗，进而降低橡胶混炼过程对环境的负面影响。

目前，橡胶混炼过程的节能研究多集中于密炼机创新结构设计的研究，以及时间-温度控制排胶的研究，考虑密炼机转子能耗的研究相对较少，并且在工程实践中，橡胶混炼工作人员通常根据实际的经验来确定密炼机上顶栓在混炼过程中的提栓动作，而这些加工经验往往根据具体的密炼机型号和混炼时间经验来确定。这样的混炼方式往往缺乏理论的指导导致密炼机在混炼过程中能量消耗过多。

现有的专利技术未发现针对橡胶混炼过程的提栓动作过程的密炼机转子能耗方面的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，以解决密炼机在橡胶混炼过程中能量消耗过多的问题。

一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，包括以下步骤：

步骤1、将提栓动作过程中密炼机转子功率曲线特性划分为两个功率变化阶段，建立提栓动作过程密炼机转子分段功率模型，两段直线功率模型如下：

其中，P₁和P₂是提栓动作过程两个功率变化阶段的功率，t是时间，a₁、a₂、b₁、b₂分别为提栓动作过程两个功率变化阶段的功率模型系数；

建立的提栓动作过程密炼机转子分段功率模型如下：

其中，S是提栓动作过程需要的时间，P_l、P_m和P_n分别为功率表征点L、M和N处的功率值；

步骤2、根据提栓动作过程两个分段时间以及两个分段功率模型计算提栓动作过程的转子能耗E_p如下：

步骤3、根据提栓动作过程的实验功率数据确定最优表征点系数；计算各组实验数据转子能耗相对误差，以相对误差最小为优化目标求出最优表征点系数，表征点系数计算公式如下：

β＝P_m/P_r (4)

其中，β是表征点系数，P_r为密炼机转子空转功率值；

步骤4、建立转子转速与转子空转功率值的定量关系，获得计算提栓动作过程转子总能耗的预测模型E_p如下：

E_p＝0.25Sβ_opta₃n+0.25S(2β_optb₃+P_l+P_n) (5)

其中，β_opt是最优表征点系数，n为密炼机转子转速，a₃和b₃为P_r功率模型系数。

所述步骤1中的获取提栓动作的两段直线功率模型系数，其方法是选取提栓动作的转子功率曲线的三个表征点L(0，P_l)，M(S/2，P_m)，N(S，P_n)，取功率曲线横轴上的表征点L的横坐标位置即为新的表征坐标系XOY的原点，在表征坐标系XOY中，将三个表征点坐标带入P(t)求解公式(1)的系数a₁、a₂、b₁、b₂如下：

所述步骤3中的最优表征点系数求解，通过各组实验数据转子能耗相对误差和最小获得，优化目标如下：

其中，e是相对误差，m为实验组数，i代表第i组实验对应的数据，E_p为预测转子能耗，E_m为实验测量的转子能耗。

所述步骤4中的建立密炼机转子转速与转子空转功率值的定量关系如下：

P_r＝a₃n+b₃ (9)

其中，P_r为密炼机转子空转功率值，n为密炼机转子转速，a₃和b₃分别为P_r功率模型系数。

本发明具有以下有益效果：

1)采用本发明可准确预测橡胶混炼过程中提栓动作的密炼机转子能耗，克服了传统方法难以预测混炼过程中能耗的困难，通过引入最优表征点系数，使预测准确性达到90％以上，为降低混炼过程胶料的温度并提高混炼效率提供了参考基础。2)本发明的预测模型系数容易获取，操作步骤简单易行，具有较好的实用性和系统性，可用于指导混炼过程中提栓动作的控制，从而能够有效地降低密炼机转子的能耗和环境的负面影响。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为提栓动作过程密炼机转子功率曲线；

图3为密炼机转子转速与转子空转功率值的定量关系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图对本发明进行进一步详细说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。

参照图1，一种橡胶混炼过程提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，包括以下步骤：

步骤1、将提栓动作过程中密炼机转子功率曲线特性划分为两个功率变化阶段，建立提栓动作过程密炼机转子分段功率模型，两段直线功率模型如下：

其中，P₁和P₂是提栓动作过程两个功率变化阶段的功率，t是时间，a₁、a₂、b₁、b₂分别为提栓动作过程两个功率变化阶段的功率模型系数；

建立的提栓动作过程密炼机转子分段功率模型如下：

其中，S是提栓动作过程需要的时间，P_l、P_m和P_n分别为功率表征点L、M和N处的功率值；表征点的位置见图2。

步骤2、根据提栓动作过程两个分段时间以及两个分段功率模型计算提栓动作过程的转子能耗E_p如下：

步骤3、根据提栓动作过程的实验功率数据确定最优表征点系数；计算各组实验数据转子能耗相对误差，以相对误差最小为优化目标求出最优表征点系数，表征点系数计算公式如下：

β＝P_m/P_r (4)

其中，β是表征点系数，P_r为密炼机转子空转功率值；

步骤4、建立转子转速与转子空转功率值的定量关系，获得计算提栓动作过程转子总能耗的预测模型E_p如下：

E_p＝0.25Sβ_opta₃n+0.25S(2β_optb₃+P_l+P_n) (5)

其中，β_opt是最优表征点系数，n为密炼机转子转速，a₃和b₃为P_r功率模型系数。

所述步骤1中的获取提栓动作的两段直线功率模型系数，其方法是选取提栓动作的转子功率曲线的三个表征点L(0，P_l)，M(S/2，P_m)，N(S，P_n)，取功率曲线横轴上的表征点L的横坐标位置即为新的表征坐标系XOY的原点，见图2，在表征坐标系XOY中，将三个表征点坐标带入P(t)求解公式(1)的系数a₁、a₂、b₁、b₂如下：

所述步骤3中的最优表征点系数求解，通过各组实验数据转子能耗相对误差和最小获得，优化目标如下：

其中，e是相对误差，m为实验组数，i代表第i组实验对应的数据，E_p为预测转子能耗，E_m为实验测量的转子能耗。

所述步骤4中的建立密炼机转子转速与转子空转功率值的定量关系见图3，公式如下：

P_r＝a₃n+b₃ (9)

其中，P_r为密炼机转子空转功率值，n为密炼机转子转速，a₃和b₃分别为P_r功率模型系数。

实施例：本实例以实验用5L密炼机为例，对橡胶混炼过程加料后提栓动作过程进行能耗预测建模。冷却水温度为45摄氏度，胶料填充系数为0.7，转子转速范围为20-50转。

本实施例共进行了16组提栓动作过程的实验，具体数据见表1。

表1提栓动作过程实验数据

由实验能耗数据与计算能耗值对比，当各组数据相对误差总和最小时对应的表征点系数β即为最优表征点系数。通过上述公式(8)进行优化计算得到最优表征点系数，当表征点系数β＝2.73时，表1中各组实验数据的相对误差总和最小，即β_opt＝2.73。

通过实验测量数据得到5L密炼机转子空转功率值，结合上述公式(9)得到的回归方程为：P_r＝282+22.6n，即a₃＝22.6，b₃＝282。回归R-Sq＝100.0％，表明方程对5L密炼机转子空转功率值的预测准确性高。

将β_opt值和P_r代入公式(5)可得提栓动作过程转子总能耗：

E_p＝0.25Sβ_opta₃n+0.25S(2β_optb₃+P_l+P_n)＝S(15.425n+384.93+P_l+P_n)

根据求得的提栓动作过程转子总能耗模型，本实施例进行了4组额外实验以验证转子总能耗模型预测的准确性，实验数据及预测误差见表3，采用本发明可准确预测橡胶混炼过程中提栓动作的密炼机转子能耗，预测准确性达到90％以上，预测误差控制在10％以下。

表3提栓动作过程能耗模型预测结果

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (4)

1.一种橡胶混炼过程的提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将提栓动作过程中密炼机转子功率曲线特性划分为两个功率变化阶段，建立提栓动作过程密炼机转子分段功率模型，两段直线功率模型如下：

其中，P₁和P₂是提栓动作过程两个功率变化阶段的功率，t是时间，a₁、a₂、b₁、b₂分别为提栓动作过程两个功率变化阶段的功率模型系数；

建立的提栓动作过程密炼机转子分段功率模型如下：

其中，S是提栓动作过程需要的时间，P_l、P_m和P_n分别为功率表征点L、M和N处的功率值；

步骤2、根据提栓动作过程两个分段时间以及两个分段功率模型计算提栓动作过程的转子能耗E_p如下：

步骤3、根据提栓动作过程的实验功率数据确定最优表征点系数；计算各组实验数据转子能耗相对误差，以相对误差最小为优化目标求出最优表征点系数，表征点系数计算公式如下：

β＝P_m/P_r (4)

其中，β是表征点系数，P_r为密炼机转子空转功率值；

步骤4、建立转子转速与转子空转功率值的定量关系，获得计算提栓动作过程转子总能耗的预测模型E_p如下：

E_p＝0.25Sβ_opta₃n+0.25S(2β_optb₃+P_l+P_n) (5)

其中，β_opt是最优表征点系数，n为密炼机转子转速，a₃和b₃为P_r功率模型系数。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼过程的提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，其特征在于步骤1所述的获取提栓动作的两段直线功率模型系数，其方法是选取提栓动作的转子功率曲线的三个表征点L(0，P_l)，M(S/2，P_m)，N(S，P_n)，取功率曲线横轴上的表征点L的横坐标位置即为新的表征坐标系XOY的原点，在表征坐标系XOY中，将三个表征点坐标带入P(t)求解公式(1)的系数a₁、a₂、b₁、b₂如下：

3.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼过程的提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，其特征在于步骤3所述的最优表征点系数求解，通过各组实验数据转子能耗相对误差和最小获得，优化目标如下：

其中，e是相对误差，m为实验组数，i代表第i组实验对应的数据，E_p为预测转子能耗，E_m为实验测量的转子能耗。

4.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼过程的提栓动作的密炼机转子能耗预测方法，其特征在于步骤4所述的建立密炼机转子转速与转子空转功率值的定量关系如下：

P_r＝a₃n+b₃ (9)

其中，P_r为密炼机转子空转功率值，n为密炼机转子转速，a₃和b₃分别为P_r功率模型系数。

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