塑料薄膜广泛应用于工业、农业和日常生活的各个领域,是经济发展和人民生活必不可少的一部分。目前国内外对薄膜的需求量逐渐上升,同时对其质量提出了更高要求。衡量薄膜质量的参数主要有拉伸强度、撕裂强度、透光度和厚薄均匀度等,其中厚薄均匀度是最重要的指标之一。在挤出吹膜过程中,影响厚度的因素有挤出材料、工艺参数和冷却风环等,其中风环冷却效果对厚度影响最大。自动风环能够大幅提高薄膜的产量和质量,但目前国内大部分吹膜企业只能依赖进口设备进行生产,因此挤出吹塑机自动风环成为吹膜行业研究的热点问题。本文以挤出吹塑机自动风环为研究对象,对其进行流场分析和结构研究。主要的研究工作如下:(1)在研究自动风环工作原理的基础上,使用AutoCAD和ICEM建立风环冷却流场模型并用Fluent进行流场分析。在风环结构方面,分析上风口和下风口导流板对流场的影响。在工艺参数方面,分析进风口风量和吹胀比对流场的影响。使用膜泡表面静压曲线来衡量膜泡稳定性;使用膜泡表面传热系数曲线来衡量冷却速度。采用膜泡稳定性和冷却速度来综合评价自动风环冷却性能。(2)通过综合考虑膜泡稳定性和冷却速度,确定自动风环结构参数最佳值。自动风环结构参数包括上风口数量m、上风口对应的中心角α、风口间距角β、上风口出风角γ、上风口风道宽度a、下风口风道宽度b以及风门挡板开度d。通过设定不同的结构参数值进行仿真,获取膜泡表面的静压分布曲线和传热系数曲线,选择能提高自动风环冷却性能的结构参数的变化范围。(3)在对自动风环进行结构研究后,设计自动风环控制系统。首先选择Kundig公司的K300电容测厚传感器来测量膜泡厚度,其次设计旋转扫描模块来实现在圆周方向往返检测膜泡厚度的目的。通过步进电机带动风门挡板移动调节风量。采用LabVIEW设计上位机界面;采用MSP430单片机作为下位机控制芯片;采用L298N作为步进电机驱动芯片。最后在IAR环境下完成下位机编程。(4)搭建简易的风口风量分布规律验证实验平台,通过风速传感器测量风口上方风速数据,验证风口风量分布符合正态分布规律以及风口相互干扰性会随着风口间距增大而变小的规律。在风门挡板控制系统实验中,完成对上位机显示功能、串口通讯功能以及下位机控制功能的检测。实验结果表明控制系统运行良好。