CN201689291U - 一种圆形棒材挤出机成型控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆形棒材挤出机成型控制装置，包括口模成型装置和工艺参数控制系统，所述的口模成型装置的无气辅段口模上开有熔体参数测试口、口模进气盖板上开有润滑气体流量测量口、气辅口模和气辅口模外套上开有润滑气体压力和温度测量口，所述的工艺参数控制系统包括熔体参数控制装置和润滑气体参数控制装置。本实用新型的控制方法包括输入润滑气体、实施熔体参数控制和润滑气体参数控制。由于本实用新型使挤出成型由非滑移粘着挤出方式转换成近似完全滑移非粘着挤出方式，塑料熔体在流道内呈柱塞状挤出，实现了降低挤出压力，节省能耗，基本消除了离模膨胀，提高了制品精度，减少材料浪费，缩短了成型周期，节约了成本。

Description

一种圆形棒材挤出机成型控制装置 

技术领域

本实用新型涉及一种高分子材料成型加工设备，特别是一种圆形棒材挤出机成型控制装置。 

背景技术

传统圆形棒材挤出成型时多采用非滑移粘着剪切口模挤出方式，即熔融的塑料熔体直接与口模内壁面相接触，增大了熔体流动阻力，同时工艺参数采用开环控制系统，即只在熔体进入成型挤出机头前进行温度、压力控制，对成型口模段真实熔体状态没有进行监测和控制，又由于聚合物熔体的高粘性、粘弹性，因此成型时存在以下缺点： 

1、易出现挤出胀大：挤出胀大增加了挤出模具设计难度，影响复合管精度； 

2、挤出模具流道内压降大：使挤出复合管内应力增加，导致变形增加，同时也增加了能量消耗； 

3、挤出物表面缺陷：由于挤出速度超过材料的临界挤出速度而使制品表面产生“鳖鱼皮”和挤出破裂等现象，挤出物表面质量缺陷的出现限制了挤出速度的提高，影响生产效率。 

以上三大难题严重影响制品精度、限制挤出速度提升，导致挤出能耗高。解决传统挤出成型工艺的关键是口模与熔体之间的减粘降阻及挤出成型工艺参数控制。 

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种成型精度高、挤出速度快、能耗低的圆形棒材挤出机成型控制装置。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

一种圆形棒材挤出机成型控制装置，所述的挤出机包括挤出螺杆机、调节器及成型控制装置，所述的成型控制装置包括口模成型装置和工艺参数控制系统，所述的口模成型装置包括无气辅段口模、口模进气盖板、气辅口模外套、气辅口模和密封圈，所述的气辅口模外侧安装有气辅口模外套，所述的气辅口 模外套通过密封圈与口模进气盖板连接；所述的无气辅段口模、口模进气盖板、密封圈、气辅口模外套、气辅口模构成一条润滑气体气路，所述的无气辅段口模、气辅口模外套和气辅口模形成封闭气室；所述的无气辅段口模上沿径向开有熔体参数测试口，所述的口模进气盖板上沿轴向开有润滑气体进气口，同时作为润滑气体流量测量口，所述的气辅口模和气辅口模外套沿轴向开有润滑气体压力和温度测量口； 

所述的工艺参数控制系统包括熔体参数控制装置和润滑气体参数控制装置，所述的熔体参数控制装置由熔体压力传感器、熔体温度传感器、熔体温度控制器、熔体压力控制器、A/D转换器、神经网络控制器、D/A转换器构成，所述的熔体压力传感器和熔体温度传感器分别安装在熔体参数测试口内、通过数据线依次与A/D转换器、神经网络控制器和D/A转换器连接，所述的熔体温度控制器和熔体压力控制器分别通过数据线与D/A转换器连接；所述的润滑气体参数控制装置包括气体压力传感器、气体温度传感器、气体流量传感器、气体压力控制器、气体流量控制器、气体温度控制器、A/D转换器、神经网络控制器、D/A转换器，所述的气体压力传感器和气体温度传感器分别安装在润滑气体压力和温度测量口内、所述的气体流量传感器安装在润滑气体流量测量口内，所述的气体压力传感器、气体温度传感器和气体流量传感器分别通过数据线依次与A/D转换器、神经网络控制器和D/A转换器连接，所述的气体压力控制器、气体流量控制器和气体温度控制器分别通过数据线与D/A转换器连接。 

本实用新型所述的神经网络控制器是模糊神经网络自适应控制器。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果： 

1、由于本实用新型在圆形棒材成型过程中，采用多孔质气辅口模结构，使口模与塑料熔体之间形成稳定气垫膜，由于气体的摩擦系数极低，气垫膜层将口模内壁对熔体的摩擦阻力降到最低，通过神经网络控制气垫膜的特性，使挤出成型由非滑移粘着挤出方式转换成近似完全滑移非粘着挤出方式，塑料熔体在流道内呈柱塞状挤出，实现了降低挤出压力，节省能耗，基本消除了离模膨胀，提高了制品精度，减少了材料浪费，缩短了成型周期，节约了成本。 

2、由于本实用新型在气辅成型区域，气辅口模采用多孔质材料，保证了注入成型区润滑气体的均匀性，增强了气膜的稳定性。 

3、本实用新型在圆形棒材成型过程中对润滑气体及塑料熔体参数采用了闭 环在线神经网络控制方法，因此能够实现最佳制品质量下的最优工艺条件控制。首先，根据控制目标离模膨胀率来调整输入预设控制参数，如熔体压力、温度、润滑气体温度、压力、流量等，通过在线检测参数反馈并与输入预设控制参数量进行偏差判别，驱动参数控制器向偏差减小的方向运动，实现闭环控制。其次，由于采用了神经网络控制方法，能够使系统在外界干扰下的振荡进行更好的阻尼匹配，并且对不同工况保持稳定一致的控制效果，体现了很强的鲁棒性。 

附图说明

本实用新型共有附图4张，其中： 

图1是圆形棒材挤出机成型控制装置的工艺参数控制系统示意图。 

图2是圆形棒材挤出机成型控制装置的口模成型装置结构示意图。 

图3是熔体参数控制装置示意图。 

图4是润滑气体参数控制装置示意图。 

图中，1、熔体参数测试口，2、熔体温度控制器，3、熔体压力控制器，4、熔体温度传感器，5、熔体压力传感器，6、气体流量传感器，7、气体温度传感器，8、气体压力传感器，9、气体流量控制器，10、气体温度控制器，11、气体压力控制器，12、A/D转换器，13、神经网络控制器，14、D/A转换器，15、润滑气体压力和温度测量口，16、无气辅段口模，17、封闭气室，18、气辅口模外套，19、密封圈，20、口模进气盖板，21、气辅口模。 

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型进行进一步地说明。如图1-4所示，一种圆形棒材挤出机成型控制装置，所述的挤出机包括挤出螺杆机、调节器及成型控制装置，所述的成型控制装置包括口模成型装置和工艺参数控制系统，所述的口模成型装置包括无气辅段口模16、口模进气盖板20、气辅口模外套18、气辅口模21和密封圈19，所述的气辅口模21外侧安装有气辅口模外套18，所述的气辅口模外套18通过密封圈19与口模进气盖板20连接；所述的无气辅段口模16、口模进气盖板20、密封圈19、气辅口模外套18、气辅口模21构成一条润滑气体气路，所述的无气辅段口模16、气辅口模外套18和气辅口模21形成封闭气室17；所述的无气辅段口模16上沿径向开有熔体参数测试口1，所述的口模进气盖板20上沿轴向开有润滑气体进气口，同时作为润滑气体流量测量口，所述的气辅口模21和气辅口模外套18沿轴向开有润滑气体压力和温度测量口15； 所述的工艺参数控制系统包括熔体参数控制装置和润滑气体参数控制装置，所述的熔体参数控制装置由熔体压力传感器5、熔体温度传感器4、熔体温度控制器2、熔体压力控制器3、A/D转换器12、神经网络控制器13、D/A转换器14，所述的熔体压力传感器5和熔体温度传感器4分别安装在熔体参数测试口1内、通过数据线依次与A/D转换器12、神经网络控制器13和D/A转换器14连接，所述的熔体温度控制器2和熔体压力控制器3分别通过数据线与D/A转换器14连接；所述的润滑气体参数控制装置包括气体压力传感器8、气体温度传感器7、气体流量传感器6、气体压力控制器11、气体流量控制器9、气体温度控制器10、A/D转换器12、神经网络控制器13、D/A转换器14，所述的气体压力传感器8和气体温度传感器7分别安装在润滑气体压力和温度测量口15内、所述的气体流量传感器6安装在润滑气体流量测量口内，所述的气体压力传感器8、气体温度传感器7和气体流量传感器6分别通过数据线依次与A/D转换器12、神经网络控制器13和D/A转换器14连接，所述的气体压力控制器11、气体流量控制器9和气体温度控制器10分别通过数据线与D/A转换器14连接。所述的神经网络控制器13是模糊神经网络自适应控制器。 

本实用新型的控制方法，包括以下步骤： 

A、通过挤出螺杆机塑化后的塑料熔体，经过无气辅段口模16构成的无气辅成型流道，进入气辅成型流道；同时，具有一定压力的润滑气体经由口模进气盖板20、气辅口模外套18、气辅口模21构成的封闭气室17，并通过多孔质气辅口模21渗透进入由气辅口模21构成的气辅成型流道； 

B、当熔融塑料熔体及润滑气体进入成型流道过程中，润滑气体参数控制装置对熔体参数和润滑气体参数进行控制，具体步骤如下： 

B1、熔体参数控制：在无气辅段口模16段塑料熔体成型过程中，通过熔体参数测试口1内的熔体压力传感器5、熔体温度传感器4检测到当前成型过程中实际塑料熔体的压力、温度反馈信号，并与螺杆挤出机预设的温度、压力指定信号作偏差判别，经A/D转换器12进行模拟量到数字量的转换，然后将偏差信号经过神经网络控制器13作用后输入到D/A转换器14进行数字量到模拟量的转换，并将转换后的信号输入到熔体温度控制器2、熔体压力控制器3中，通过挤出机上的调节器动作使熔体参数向减小偏差的方向变化，直到偏差为零为止； 

B2、润滑气体参数控制：在有气辅口模21段塑料熔体成型过程中，口模进 气盖板20进气口装有气体流量传感器6，润滑气体流经气体流量传感器6后进入口模进气盖板20的进气口；在润滑气体压力和温度测量口15内分别安装气体压力传感器8和气体温度传感器7；通过气体压力传感器8、气体温度传感器7和气体流量传感器6检测当前气辅口模21段中润滑气体的压力、温度和流量反馈信号，并与预设的温度、压力和流量指定信号作偏差判别，经A/D转换器12进行模拟量到数字量的转换，然后将偏差信号经过神经网络控制器13作用后，输入到D/A转换器14进行数字量到模拟量的转换，并将转换后的信号输入到气体温度控制器10、气体压力控制器11和气体流量控制器9，通过挤出机上的调 

节器动作使气体参数向减小偏差的方向变化，直到偏差为零为止。 

本实用新型所述的神经网络控制器13的网络为5-x-1结构，即有五个输入：分别为熔体挤出压力、熔体温度、气体压力、气体流量和气体温度；一个输出：离模膨胀率；且包含一个隐含层，隐含层神经元数N由如下经验公式得出： 

$N=\sqrt{N_{\mathrm{in}}+N_{\mathrm{out}}+\mathrm{\α}}$

式中，N_in为输入神经元个数，N_out为输出神经元个数，α为一个介于1和10之间的常数，结合不同误差精度要求来确定，α越大误差精度越小。 

Claims (2)

1.一种圆形棒材挤出机成型控制装置，所述的挤出机包括挤出螺杆机、调节器及成型控制装置，其特征在于：所述的成型控制装置包括口模成型装置和工艺参数控制系统，所述的口模成型装置包括无气辅段口模(16)、口模进气盖板(20)、气辅口模外套(18)、气辅口模(21)和密封圈(19)，所述的气辅口模(21)外侧安装有气辅口模外套(18)，所述的气辅口模外套(18)通过密封圈(19)与口模进气盖板(20)连接；所述的无气辅段口模(16)、口模进气盖板(20)、密封圈(19)、气辅口模外套(18)、气辅口模(21)构成一条润滑气体气路，所述的无气辅段口模(16)、气辅口模外套(18)和气辅口模(21)形成封闭气室(17)；所述的无气辅段口模(16)上沿径向开有熔体参数测试口(1)，所述的口模进气盖板(20)上沿轴向开有润滑气体进气口，同时作为润滑气体流量测量口，所述的气辅口模(21)和气辅口模外套(18)沿轴向开有润滑气体压力和温度测量口(15)；所述的工艺参数控制系统包括熔体参数控制装置和润滑气体参数控制装置，所述的熔体参数控制装置由熔体压力传感器(5)、熔体温度传感器(4)、熔体温度控制器(2)、熔体压力控制器(3)、A/D转换器(12)、神经网络控制器(13)、D/A转换器(14)构成，所述的熔体压力传感器(5)和熔体温度传感器(4)分别安装在熔体参数测试口(1)内、通过数据线依次与A/D转换器(12)、神经网络控制器(13)和D/A转换器(14)连接，所述的熔体温度控制器(2)和熔体压力控制器(3)分别通过数据线与D/A转换器(14)连接；所述的润滑气体参数控制装置包括气体压力传感器(8)、气体温度传感器(7)、气体流量传感器(6)、气体压力控制器(11)、气体流量控制器(9)、气体温度控制器(10)、A/D转换器(12)、神经网络控制器(13)、D/A转换器(14)，所述的气体压力传感器(8)和气体温度传感器(7)分别安装在润滑气体压力和温度测量口(15)内、所述的气体流量传感器(6)安装在润滑气体流量测量口内，所述的气体压力传感器(8)、气体温度传感器(7)和气体流量传感器(6)分别通过数据线依次与A/D转换器(12)、神经网络控制器(13)和D/A转换器(14)连接，所述的气体压力控制器(11)、气体流量控制器(9)和气体温度控制器(10)分别通过数据线与D/A转换器(14)连接。

2.根据权利要求1所述的一种圆形棒材挤出机成型控制装置，其特征在于：所述的神经网络控制器(13)是模糊神经网络自适应控制器。 

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