雙螺桿擠出機(jī)加料裝置的設(shè)計(jì)

1、<p>　　1．雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)概述</p><p>　　1.1 雙螺桿擠出機(jī)概述</p><p>　　隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高分子材料成型和混合工藝提出了越來(lái)越多和越來(lái)越高的要求，單螺桿擠出機(jī)在某些方面就不能滿足這些要求。例如：用單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行填充改性和加玻璃纖維增強(qiáng)改性等，混合分散效果就不理想。另外，單螺桿擠出機(jī)尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應(yīng)聚合物加工中混合工藝的

2、要求，特別是硬聚氯乙烯粉料的加工，雙螺桿擠出機(jī)自20世紀(jì)30年代后期在意大利開(kāi)發(fā)出來(lái)以后，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不斷改進(jìn)和完善，得到了很大的發(fā)展。在國(guó)外，目前雙螺桿擠出機(jī)已廣泛應(yīng)用于聚合物加工領(lǐng)域，已占全部擠出機(jī)總數(shù)的40％。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機(jī)加工成型的。作為連續(xù)混合機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)已廣泛用來(lái)進(jìn)行聚合物共混、填充和增強(qiáng)改性，也有用來(lái)進(jìn)行反應(yīng)擠出。近20年來(lái)，高分子材料共混和反應(yīng)擠出技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了

3、雙螺桿擠出機(jī)數(shù)量和類型的增加。</p><p>　　1. 1 雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)由傳動(dòng)裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個(gè)部分組成，各部件的作用與單螺桿擠出機(jī)相似。與單螺桿擠出機(jī)區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機(jī)中有兩根平行的螺桿置于同一的料筒中?！　‰p螺桿擠出機(jī)有許多種不同的形式，主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機(jī)復(fù)雜得多，這

4、是因?yàn)殡p螺桿擠出機(jī)的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向，嚙合程度等問(wèn)題。目前，雙螺桿有許多種類型，其主要可以分為：①.從螺桿軸線是否平行可分為平行式和錐形式雙螺桿；前者兩根螺桿的軸線互相平行，后者兩螺桿的軸線相交成一角度。平行雙螺桿擠出機(jī)相比較于錐形雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：平行雙螺桿擠出機(jī)具有壓延長(zhǎng)度較大，壓延有強(qiáng)烈的塑化與均化能力的效果，而且螺桿平均直徑小，轉(zhuǎn)速較低，因此，平均剪切速率也較低，壓延頻率高，有效停留時(shí)間并不低于錐形螺桿。②.從兩根螺桿的

5、相對(duì)位置又可以分為嚙合型和非嚙合型，嚙合型又可以分為部分嚙合型和全嚙合型。非嚙合型的一根螺桿的螺棱不伸到另一根螺桿的螺槽中去，而非嚙合型則是兩根螺桿的軸線分開(kāi)的距離小于兩根螺桿外半徑之和，即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中去。根據(jù)嚙合程度（即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺</p><p>　　1. 1. 2 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)盡管與單螺桿

6、擠出機(jī)很相似，但工作原理差異卻很大。在雙螺桿擠出機(jī)中，物料由加料裝置（一般為定量加料）加入，經(jīng)螺桿作用到達(dá)機(jī)頭口模。在這一過(guò)程中，物料的運(yùn)動(dòng)情況因螺桿的嚙合方式、旋轉(zhuǎn)方向不同而不同。</p><p>　?。?、非嚙合型雙螺桿擠出系統(tǒng)　　物料在非嚙合雙螺桿擠出系統(tǒng)中，除了向機(jī)頭方向的運(yùn)動(dòng)形式外，還有多種流動(dòng)方式。由于兩螺桿不嚙合，它們之間的徑向間隙很大，存在較大的漏流。主要流動(dòng)方式：①由于兩螺桿的螺棱的相對(duì)位置是錯(cuò)

7、開(kāi)的，即一根螺桿的推力面的物料壓力大于另一螺桿拖帶面的物料壓力，從而產(chǎn)生了流動(dòng)。②物料從壓力較高的螺桿推力面向另一螺桿拖帶面的流動(dòng)，同時(shí)隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，在兩螺桿的間隙處物料不斷受到攪動(dòng)并被不斷帶走、更新（不論兩螺桿的轉(zhuǎn)向如何），特別是在異向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，物料在Ａ處受到阻礙，產(chǎn)生了流動(dòng)。③多種物料的流動(dòng)形式（包括由于在兩根螺桿的相互作用下產(chǎn)生的各種流動(dòng)）都增加了對(duì)物料的混煉和剪切。但這種雙螺桿沒(méi)有自清潔作用，一般僅用于混料，不適合PVC型材

8、的生產(chǎn)。</p><p>　?。?、嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)　　物料在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出系統(tǒng)的全螺紋段的流動(dòng)情況。由于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合位置的速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿要把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿轉(zhuǎn)到另一個(gè)螺桿，呈∞形前進(jìn)，這種速度的改變以及嚙合區(qū)較大的相對(duì)速度，非常有利于物料混合和均化，由于嚙合區(qū)間隙很小，嚙合處螺紋和螺槽的速度相反，剪切速度高，有很好自潔作用

9、，即能刮去粘附在螺桿上的任何積料，從而使物料的停留時(shí)間很短。這種擠出機(jī)主要用于混煉物料和造粒。但由于物料在嚙合區(qū)間所受剪切力很大，所以也不適應(yīng)PVC型材的生產(chǎn)。</p><p>　　３、嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)　　嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)中物料的運(yùn)動(dòng)情況。在嚙合型異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出中，兩根螺桿是對(duì)稱的，由于回轉(zhuǎn)方向不同，一根螺桿上物料螺旋前進(jìn)的道路被另一根螺桿的螺棱堵※，不能形成“∞”字型運(yùn)動(dòng)。在固體

10、輸送部分，物料是以近似的密閉“Ｃ”形小室的形態(tài)向前輸送。但為了使物料混合設(shè)計(jì)中將一根螺桿的外徑與另一根螺桿的根徑之間留有一定的間隙量，以便使物料能夠通過(guò)。物料通過(guò)兩螺桿之間的徑向間隙時(shí)，受到強(qiáng)烈的剪切、攪拌和壓延作用，因此，物料的塑化比較好，多用于加工制品。由于兩螺桿的徑向間隙比較小，因此，有一定的自潔性能，但自潔性比同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿要差。</p><p>　　1.2 擠出機(jī)整體方案設(shè)計(jì)</p>

11、<p>　　近年來(lái)，雙螺桿擠出機(jī)得到了迅速的發(fā)展，但由于雙螺桿擠出機(jī)的復(fù)雜性和種類的多樣性，以及雙螺桿理論的不成熟，所以至今還沒(méi)看到有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較系統(tǒng)的文獻(xiàn)，因此對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)更多地只能停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)然，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是必須服從擠出工程的基本規(guī)律的，所以由此所進(jìn)行的有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)是具有一定的科學(xué)性與理論性的。</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用，都是以機(jī)

12、組的的形式出現(xiàn)。擠出機(jī)組包括主機(jī)（即通常說(shuō)的擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)。因而就雙螺桿擠出機(jī)的總體設(shè)計(jì)而言，它可以包括主機(jī)（螺桿擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)的設(shè)計(jì)，也可以單指主機(jī)的設(shè)計(jì)。因此雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括雙螺桿擠出機(jī)類型的確定，整體方案的確定，主要技術(shù)參數(shù)的確定，擠壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。</p><p>　　開(kāi)式設(shè)計(jì)和閉式設(shè)計(jì)的選擇</p>

13、<p>　　所謂開(kāi)式設(shè)計(jì)，一般指雙螺桿擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)、冷卻加熱系統(tǒng)都裸露在外面，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是各部分出現(xiàn)故障時(shí)，檢查、維修及拆裝比較方便，也一目了然。嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)大多采用這種設(shè)計(jì)。所謂閉式設(shè)計(jì)，其擠壓、冷卻加熱系統(tǒng)的外面都有罩子，其余各部分有時(shí)也封閉起來(lái)，本設(shè)計(jì)中采用開(kāi)式設(shè)計(jì)。</p><p>　　一階機(jī)和二階機(jī)的選擇</p><p>　　所謂一階機(jī)，是指主機(jī)只有一個(gè)

14、擠壓系統(tǒng)，包括一套螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng)箱；而二階機(jī)是指主機(jī)有兩個(gè)擠壓系統(tǒng)，包括兩套螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng)箱，柔性串起來(lái)組成主機(jī)。就目前見(jiàn)到、用于成型制品的雙螺桿擠出機(jī)組的主機(jī)多是一階的，如嚙合平行異向雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)。用于配混料造粒的嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)有的情況下設(shè)計(jì)成二階的，其第一階用來(lái)塑化、混合物料，第二階用來(lái)建壓、擠出造粒。本設(shè)計(jì)中以采用一階式為宜。</p><p>　　整體式和積木式的選擇</p

15、><p>　　一般嚙合異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)（也有例外）和錐形雙螺桿擠出機(jī)都是整體式，即其各大組成部分（螺桿、機(jī)筒、減速箱）在使用中不再拆開(kāi)并進(jìn)行重新組合安裝。國(guó)外流行的嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)絕大多數(shù)都設(shè)計(jì)成積木式的，即其機(jī)筒、螺桿有若干組件組成，可根據(jù)使用需要進(jìn)行重新組合安裝。也有的廠家生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，除了其機(jī)筒、螺桿是組合式外，其扭距分配器和齒輪箱做成積木式，通過(guò)更換扭距分配器可以將雙螺桿擠出機(jī)改變成異向旋轉(zhuǎn)或

16、同向旋轉(zhuǎn)；去掉扭距分配器，其齒輪箱還可以與單螺桿擠壓系統(tǒng)相接，組成單螺桿擠出機(jī)。本設(shè)計(jì)中采用整體式設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2.4 封閉式機(jī)筒與剖分式機(jī)筒的選擇</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒有的是整體式的，有的是由若干段組成，但機(jī)筒均不能打開(kāi)分成兩段，它們是封閉的。因此，要想了解擠出過(guò)程中物料沿螺桿的輸送、混合、反應(yīng)情況，只有停轉(zhuǎn)將機(jī)筒通過(guò)水驟冷，然后把螺桿抽出來(lái)才能看清

17、楚。這樣很不方便，有時(shí)為了會(huì)破壞過(guò)程反應(yīng)的原貌。為了克服上述缺點(diǎn)，人們把雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒做成剖分式，停車?yán)鋮s后靠液壓系統(tǒng)或手動(dòng)機(jī)械打開(kāi)，觀察取樣，進(jìn)行研究。擠出機(jī)再工作前，再靠液壓系統(tǒng)或手動(dòng)機(jī)械合起來(lái)。本設(shè)計(jì)采用封閉式設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　擠壓系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　對(duì)某些大型同向雙螺桿擠出機(jī)造粒機(jī)組（有時(shí)是擠出片材擠出機(jī)組），為了高效

18、、節(jié)能、精確地控制擠出機(jī)熔體的壓力以保證制品的尺寸精度，在擠壓系統(tǒng)末串接熔體齒輪泵，由雙螺桿完成塑化、混煉，由齒輪泵建立、控制擠出壓力。本設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用串接齒輪泵的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2．加料裝置</b></p><p>　　2.1 加料系統(tǒng)的組成</p><p>　　加料系統(tǒng)主要由加料斗和上料斗部分組成。加料斗裝于擠出機(jī)的加

19、料座上，將物料填入擠出機(jī)，而上料部分可以在外力作用下，將物料不斷輸入加料斗，補(bǔ)充料斗內(nèi)的物料。</p><p>　　加料斗：其結(jié)構(gòu)形式多樣，有圓錐形、圓柱－圓錐形、矩形及正方形。圖2.1.1給出了加料斗的最基本形式。</p><p>　　圖2.1.1　　料斗結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.料斗蓋 2.視窗 　3.開(kāi)合門 </p><p

20、>　　在加料斗上安有料斗蓋，以防止灰塵等雜物進(jìn)入。一般要在料斗的中部及下部開(kāi)設(shè)視鏡孔，用以觀測(cè)存料及上料情況；在料斗底部設(shè)有開(kāi)合門，或在底部設(shè)有一轉(zhuǎn)軸以使料斗旋轉(zhuǎn)，用以調(diào)節(jié)或截?cái)噙M(jìn)料量及換料。料斗的材料要輕便、耐腐，鋁板及不銹鋼是料斗的優(yōu)選材料。料斗的容積一般設(shè)計(jì)為擠出機(jī)1～1.5h的擠出量。</p><p>　　上料部分：上料方式有人工上料或自動(dòng)上料。人工上料勞動(dòng)強(qiáng)度大，主要用于小型機(jī)臺(tái)。中型及大型機(jī)都采

21、用自動(dòng)上料。自動(dòng)上料主要有彈簧上料、鼓風(fēng)上料、真空吸料及運(yùn)輸帶傳送上料等形式。目前比較先進(jìn)的上料方式有群控上料系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 加料裝置形式</p><p>　　現(xiàn)在著重研究一下雙螺桿擠出機(jī)的加料裝置。</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)一般情況下采用計(jì)量加料，但有的情況下，也采用溢流加料、強(qiáng)制加料。</p><p>　　2

22、.2.1 計(jì)量加料裝置</p><p>　　所謂計(jì)量加料，即加料裝置給擠壓系統(tǒng)加入多少物料，擠壓系統(tǒng)就擠出多少物料，擠壓系統(tǒng)的擠出量與螺桿轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。加料量是擠出過(guò)程的一個(gè)獨(dú)立操作變量。</p><p>　　既然是計(jì)量加料，因而加料裝置的加料速度應(yīng)能無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，且有一定的計(jì)量精度。加料速度的無(wú)極調(diào)節(jié)靠加料裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　加

23、料裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速可以采用直流電機(jī)，也可以采用變頻調(diào)速電機(jī)。它們的調(diào)速范圍應(yīng)與加料速率范圍相適應(yīng)。</p><p>　　計(jì)量加料的計(jì)量方式有體積計(jì)量、失重計(jì)量、稱重計(jì)量。在雙螺桿擠出機(jī)中用的最多的是前兩種。</p><p>　?。?）. 體積計(jì)量加料裝置</p><p>　　它是靠加料螺桿的旋轉(zhuǎn)把物料加到擠壓系統(tǒng)中的。由于螺桿容積一定，對(duì)于某種松密度不變的

24、物料，加料螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，輸送的物料量是一定的。加料量和螺桿轉(zhuǎn)速基本成線性關(guān)系。</p><p>　　圖2.2.1.1.1所示為體積計(jì)量加料裝置。該裝置為立式，位于雙螺桿擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)的上方，用的最普遍。這種加料裝置有的在料斗下方還設(shè)有攪拌漿葉，增加混合，并防止物料架橋。圖2.2.1.1.2所示為體積計(jì)量加料裝置所用加料螺桿的各種形式。不同形式螺桿的加料性能不同，可適應(yīng)于不同物料。 </p><

25、p>　　圖2.2.1.1.1 體積計(jì)量加料裝置</p><p>　　(a).外形 (b).(c).投影圖</p><p>　　雙螺桿在加料過(guò)程中仍能對(duì)物料進(jìn)行混合，除加入單螺桿可加入</p><p>　　的物料（粉狀料、顆粒料、纖維狀料、片狀料、部分流動(dòng)性高的具有粘著性的物料），還可加入流動(dòng)性、粘著性高的物料，也能加入吸濕性高的材料。其中圖2.2.1.1.

26、2(b)所示的雙螺桿，是由螺旋狀彈簧和中間軸組合而成，其彈簧和中間軸之間的間隙不固定，在物料阻擋下可適度變化，這樣就不易塞住物料，因“漏流”較大，混合效果也好。而圖2.2.1.1.2(c)(d)所示的加料螺桿無(wú)異于雙螺桿擠出機(jī)的螺桿，只是在螺桿全長(zhǎng)上螺槽的導(dǎo)程和體積不變，它們的輸送計(jì)量性能較好。</p><p>　　圖2.2.1.1.2 計(jì)量加料裝置所用加料螺桿的形式</p><p>　

27、　圖2.2.1.1.3 側(cè)加料裝置</p><p>　　還有一種計(jì)量加料裝置叫側(cè)加料裝置，它水平安裝于雙螺桿擠出機(jī)的一側(cè)，由水平方向?qū)⑽锪霞拥綑C(jī)筒側(cè)面的加料口中。使用時(shí)應(yīng)將其和主機(jī)剛性的聯(lián)在一起，不使用時(shí)可借助其底部的滾輪與擠壓系統(tǒng)脫開(kāi)。它主要用于松密度低（如粒徑很小的細(xì)粉）難以加入獲需要分別在擠壓系統(tǒng)軸向不同位置加入的物料。在主機(jī)側(cè)加料口上游應(yīng)開(kāi)設(shè)排氣口，以使物料中的揮發(fā)物和夾帶的空氣逃逸，不與加入的物料流相

28、干涉，保證物料順利加入。圖2.2.1.1.3為WP公司生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)上使用的側(cè)加料裝置。</p><p><b>　　.失重計(jì)量加料裝置</b></p><p>　　失重加料裝置的工作原理是基于所控質(zhì)量的損失原理。單位時(shí)間質(zhì)量的損失dm/dt對(duì)應(yīng)于實(shí)際的給料速率。經(jīng)比較得出的實(shí)際給料速率和設(shè)定的給料速率的差值，可作為給料器控制加料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置（通常為無(wú)級(jí)變速電機(jī)）

29、回路的輸出信號(hào)。稱重料斗短時(shí)間加料時(shí)，給料器將轉(zhuǎn)換為容積式給料狀態(tài)，這時(shí)所用的輸出控制信號(hào)是在重量式給料狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)存的。</p><p>　　圖2.2.1.2.1 失重加料裝置</p><p>　　1.失重加料器 2.攪拌漿液 </p><p>　　3.大氣排氣口 4.雙螺桿擠出機(jī)</p><p>　　由于這種加料裝置不但能計(jì)量出質(zhì)量

30、的絕對(duì)值，而且能得到質(zhì)量的相對(duì)變化，故使用時(shí)不必進(jìn)行歸零調(diào)整。由于是全封閉結(jié)構(gòu)，故可避免物料污染。亦可用于不想讓其飛散的物料輸送。對(duì)其物料的處理能力可由100g/h－30000t/h。幾乎能夠處理所有類型的物料。但它的設(shè)計(jì)流量不能太大，否則加料系統(tǒng)的體積會(huì)隨流量的增大而急劇增大。</p><p>　　圖2.2.1.2.1所示為Berstorff公司生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)上采用的失重側(cè)加料裝置。由圖可見(jiàn)，由失重加料器出

31、來(lái)的物料落入帶有攪拌器的料斗，后由加料螺桿將物料加入雙螺桿擠出機(jī)的側(cè)加料口。而在側(cè)加料口的上游設(shè)有對(duì)空排氣。</p><p>　　由上可知，無(wú)論是計(jì)量加料，還是失重加料，最后都是靠加料螺桿將物料加入雙螺桿擠出機(jī)的加料口的。如果是側(cè)加料螺桿采用雙螺桿，則雙螺桿加料裝置無(wú)異于一臺(tái)小型雙螺桿擠出機(jī)。</p><p><b>　　.稱重給料器</b></p>&

32、lt;p>　　稱重加料器的測(cè)量原理與皮帶秤一樣，但稱重給料器多一套使給料數(shù)率恒定的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)控制實(shí)際給料速率與所設(shè)定的給料速率之差值，由給定的控制算法進(jìn)行處理?？刂葡到y(tǒng)則對(duì)模擬馬達(dá)的速度設(shè)值（大小為Y），使皮帶驅(qū)動(dòng)速度可變，通過(guò)變更皮帶速度，就可獲得所需的給料速率。稱重給料器的給料速率約在50kg/h～ 2000 t/h的范圍內(nèi)，在滿量程的10％～100％的范圍內(nèi)，其精度可達(dá)設(shè)定值的±0.5％。</p>

33、;<p><b>　　質(zhì)量流量計(jì)</b></p><p>　　質(zhì)量流量計(jì)是利用哥氏加速度來(lái)測(cè)量粉、粒料流量的，測(cè)量精度較高。它一般設(shè)計(jì)成防塵密封系統(tǒng)，并與旋轉(zhuǎn)閥或螺旋輸送器一起構(gòu)成一個(gè)計(jì)量給料系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)得體積不會(huì)隨加料能力加大而急劇加大。它特別適于大流量場(chǎng)合，范圍從500～100000kg/h，精度±0.5％。</p><p>　　2.2.

34、2 強(qiáng)制加料裝置</p><p>　　對(duì)于那些松密度較低的物料（如RPVC粉料），有時(shí)為了加大物料與螺桿和機(jī)筒的接觸面積，以利于傳熱，提高擠出量，要采用強(qiáng)制加料裝置。圖2.2.2.1所示為強(qiáng)制加料裝置示意圖。</p><p>　　圖2.2.2.1 強(qiáng)制加料裝置</p><p>　　圖2.2.2.1(a)所示為常見(jiàn)的加料裝置，它在料斗中增加了旋轉(zhuǎn)的螺旋，且螺旋在

35、加料口上方垂直地對(duì)準(zhǔn)雙螺桿的上嚙合區(qū)，靠螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)把物料強(qiáng)制地加入加料口內(nèi)。由于螺旋轉(zhuǎn)速可調(diào)，故其加料量可調(diào)。這種強(qiáng)制加料裝置有防止架橋和物料在加料口沉積的作用，并有一定的建壓能力，這有助于清理機(jī)筒加料口，推動(dòng)已熔或已冷的物料結(jié)塊回到擠出機(jī)中。但當(dāng)加入細(xì)的粉狀填料時(shí)，由于粉料易夾帶空氣并有流態(tài)化的趨勢(shì)，這種立式強(qiáng)制加料器有一定限制，即可能產(chǎn)生熱空氣或揮發(fā)物形成的氣流，而氣流可能與填料流向干涉。</p><p>　

36、　圖2.2.2.1(b)所示為Cincinnati Milacron公司制造的一種專用強(qiáng)制加料器，其特點(diǎn)是料斗中心線和螺旋中心線不重合，而是成一夾角，以致物料是在一定壓力下加入機(jī)筒內(nèi)的，這使得自由流動(dòng)的干混料的加料量增加5％，使流動(dòng)性差的物料量增加25％。</p><p>　　3．加料裝置部件的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1　原料性能分析</p><p>　　

37、聚乙烯是世界上塑料品種中產(chǎn)量最大的的品種，應(yīng)用廣泛，約占世界塑料總產(chǎn)量的三分之一，目前聚乙烯的的產(chǎn)量已達(dá)到三千多噸，已有50多年的工業(yè)化歷史，其中我國(guó)1998年的聚乙烯產(chǎn)量為2389千噸，其原料豐富，價(jià)格便宜，容易成型加工，性能優(yōu)良。</p><p>　　聚乙烯塑料的擠出產(chǎn)品有：各種工農(nóng)業(yè)及包裝用模，各種管材，塑料板及片材，塑料絲、網(wǎng)、袋、塑料容器及電線電纜線。</p><p>　　低密度

38、聚乙烯（LDPE）也叫高壓聚乙烯。它是由濃度為99.95％的乙烯單體經(jīng)高壓聚合而成的，聚合壓力為100－300MPa，聚合溫度160－270 oC。按游離基歷程反應(yīng)，所以易于發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，產(chǎn)品中存在大量支鏈結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)缺泛規(guī)整性，因此LDPE的結(jié)晶度較小，為65％－75％，半透明，密度較低，為0.94－0.95g/cm3 。</p><p>　　3.2 加料裝置部件參數(shù)的確定</p><p&

39、gt;　　擠出機(jī)加料裝置由加料螺桿、自帶減速器的直流電動(dòng)機(jī)、料斗、高度調(diào)節(jié)裝置（支架）等組成。</p><p>　　3.2.1 加料螺桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　加料螺桿是加料裝置中最重要的部件，它的設(shè)計(jì)好壞關(guān)系到整個(gè)加料裝置的設(shè)計(jì)是否能成功。通過(guò)利用加料螺桿的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，以及物料與加料機(jī)筒、螺槽的摩擦，它將物料源源不斷的送往機(jī)筒。</p><p>　?、? 螺

40、桿的主要參數(shù)</p><p>　　圖3.2.1.1.1 螺桿的幾何參數(shù)</p><p>　　如圖3.2.1.1.1所示，加料螺桿的主要技術(shù)參數(shù)有：</p><p>　　螺桿直徑 指螺桿外圓直徑，用Db表示，單位為毫米（mm）。</p><p>　　螺槽深度 對(duì)加料螺桿來(lái)說(shuō)，螺槽的深度用h表示，一般是個(gè)定值；螺槽深度用毫米作單位。<

41、/p><p>　　螺紋螺距（導(dǎo)程） 兩個(gè)相鄰螺紋之間的距離，用S表示，一般取S＝（螺桿平均直徑）。</p><p>　　螺紋升角 螺旋線與螺桿中心線的垂線兩者之間的的夾角，用φ表示，一般取10－30。</p><p>　　螺紋頭數(shù)： 用i表示，一般情況下螺紋頭數(shù)為1。</p><p>　　螺棱軸向?qū)挾龋河胑表示，一般指沿軸向螺棱頂部的寬度，

42、單位為毫米（mm）。</p><p>　　螺槽軸向?qū)挾龋河肂表示，一般指沿軸向螺槽的寬度，單位為毫米（mm）。</p><p>　?、? 螺桿設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)固體輸送率的影響</p><p>　　螺桿參數(shù)是影響固體輸送率的重要影響。在螺桿各參數(shù)中，螺桿螺旋角、加料段螺槽深度對(duì)固體輸送率影響較大。</p><p>　　1.螺旋角值對(duì)固體輸送率的影響。

43、理論上，加料段的螺旋角在小于45的范圍內(nèi)，固體輸送率隨 的增大而增加。當(dāng)為45時(shí)，輸送率隨的增大而增加。當(dāng)為45時(shí)，輸送率為最大值。加料段螺旋角與輸送角（這里主要指摩擦系數(shù)的影響）共同作用，影響固體輸送率的大小。大多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)在0.25－0.5范圍內(nèi)。在此條件下得到的螺旋角為17－20最佳</p><p>　　加料段的螺旋角增加，可以在短的距離內(nèi)給出更大的物料輸送量；減小，擠出同樣多的物料，需要增加螺桿轉(zhuǎn)數(shù)

44、。確定后，螺桿的導(dǎo)程既確定。</p><p>　　我們一般取φ＝1741。</p><p>　　這是因?yàn)楦鶕?jù)下面將要提到的式3.11得出的。在其他條件下相同的情況下，當(dāng)最大時(shí)，固體輸送率最大。假設(shè)fs=fb=f,壓力無(wú)變化以及忽略螺紋的影響，可以推導(dǎo)出最佳螺旋角隨摩擦因數(shù)的降低而增加。對(duì)大多數(shù)高聚物來(lái)說(shuō)，fs在0.25－0.5范圍內(nèi)，因而最佳螺旋角正好在17～20之間。一般設(shè)計(jì)總是使螺桿平

45、均直徑與螺距相等，這樣有利于機(jī)械加工的方便，此時(shí)得到φ＝1741，恰好符合最佳螺旋角的要求。即根據(jù)：，而，因此有，解得：φ＝1741。</p><p>　　2.螺槽深度h對(duì)固體輸送率的影響。在加料螺桿中，我們應(yīng)采用大容積的螺桿以增加輸送量，因此螺槽深度應(yīng)很大。同時(shí)螺槽應(yīng)采用矩形螺槽，這是因?yàn)榫匦温莶塾休^大的裝填體積，而且機(jī)械加工比較容易，適用于加料段。但螺槽深度受到螺桿根徑所能承受的扭矩值的限制不能太大，尤其對(duì)于

46、直徑較小的螺桿，h太大，容易使螺桿斷裂。</p><p>　　3.螺槽及機(jī)筒的表面粗造度對(duì)固體輸送率的影響。螺桿及機(jī)筒的表面粗糙度是與物料之間的摩擦系數(shù)相關(guān)而影響固體輸送率的。根據(jù)固體輸送理論，要求塑料與螺桿的摩擦系數(shù)應(yīng)小于塑料與機(jī)筒的摩擦。要提高固體輸送速率，應(yīng)降低螺桿粗糙度以降低螺桿與塑料的摩擦系數(shù)。根據(jù)國(guó)家塑料機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)（JB/T53125－94）對(duì)螺桿產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)要求，一等品螺桿表面粗糙度為Ra0.8。&l

47、t;/p><p>　　適當(dāng)增加機(jī)筒內(nèi)壁粗糙度，是提高固體輸送率的另一個(gè)措施。但機(jī)筒表面粗糙度不可太大，因?yàn)閿D出要求機(jī)筒與螺桿之間的很小，一般為0.1－0.5mm（一般隨螺桿直徑增大而取大值）。若機(jī)筒表面粗糙度過(guò)大，將會(huì)增加螺桿與機(jī)筒之間的磨損，反而會(huì)降低其擠出量。因此設(shè)計(jì)時(shí)一般機(jī)筒表面粗糙度稍低于螺桿表面粗糙度。</p><p>　　4.螺桿與機(jī)筒的配合要求。螺桿與機(jī)筒的配合間隙 的大小涉及到

48、擠出機(jī)的生產(chǎn)能力、功率消耗、使用壽命，機(jī)器加工成本等問(wèn)題。取值過(guò)大，加工，裝配容易，但生產(chǎn)能力則會(huì)降低，塑料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間難以控制，甚至造成熱分解。取值過(guò)小，加工裝配困難，功率消耗增大，且容易使螺桿磨損，降低機(jī)器使用壽命。</p><p>　　螺桿與機(jī)筒的間隙的選擇既要根據(jù)加工條件決定，又要考慮被加工物料的性能。一般粘度大的塑料，可取大值；粘度小的塑料，可取小值。一般?。剑?.002－0.005）Db。<

49、;/p><p>　　5. 螺棱寬度太小會(huì)使漏流量增加，導(dǎo)致擠出機(jī)擠出產(chǎn)量降低。特別是像聚乙烯等低粘度熔體更是如此。螺棱寬度太大則會(huì)增加動(dòng)力消耗，也有產(chǎn)生局部過(guò)熱的危險(xiǎn)。一般取e＝（0.08－0.12）Db。</p><p>　　③. 螺桿的材料選用</p><p>　　螺桿工作時(shí)所受到的扭矩較大，且螺桿要與機(jī)筒配合工作，所以還要受到刮磨、機(jī)械摩擦磨損及塑料摩擦的作用，某

50、些塑料還會(huì)有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。在以上的工作狀況下工作，螺桿將可能產(chǎn)生扭斷、因磨損嚴(yán)重或腐蝕嚴(yán)重而與機(jī)筒間隙增大使產(chǎn)量降低等失效形式。</p><p><b>　　螺桿常用材料：</b></p><p>　　根據(jù)以上螺桿的工作狀況，要保證螺桿在具有一定的條件下能正常工作，必須選擇合適的材料。其材料性能要求為：機(jī)械性能好，耐腐蝕性能好，耐磨性好，加工性能好。</p

51、><p>　　螺桿的選擇及提高性能的方法。</p><p>　　對(duì)于普通螺桿可以采用45＃鋼，雖然耐磨性強(qiáng)度和耐腐蝕性較差，但其成本低，容易取材。</p><p>　　40Cr鍍鉻鋼抗磨性能都較高，對(duì)鍍層要求嚴(yán)格，過(guò)薄質(zhì)地疏松，過(guò)厚容易脫落。</p><p>　　38CrMoAl氮化鋼的綜合性能好，是擠出機(jī)螺桿應(yīng)用最廣的材料。</p>

52、<p>　　實(shí)踐和理論分析證明，要延長(zhǎng)螺桿的壽命，就要強(qiáng)化螺桿的強(qiáng)度，可以經(jīng)過(guò)熱處理等加工工藝來(lái)滿足其要求。</p><p>　　④. 加料螺桿的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　為了理論分析的需要，描述螺桿直徑時(shí)，分別用Db表示螺桿外徑（一般的螺桿直徑D即指其外徑）；Ds 表示螺桿根徑；螺桿平均直徑。由于螺旋線展開(kāi)為直角三角形的斜邊。</p><p>　

53、　圖3.2.1.4.1 螺紋的參數(shù)及展開(kāi)圖</p><p>　　如圖3.2.1.4.1所示，則螺旋升角為φ,導(dǎo)程S和螺桿直徑D，當(dāng)螺桿頭數(shù)i＝1時(shí)，它們的關(guān)系為 ；若將螺桿展開(kāi)如圖3.2.1.4.1所示，可見(jiàn)，φb對(duì)應(yīng)于Db，φs對(duì)應(yīng)于Ds,而則對(duì)應(yīng)于,但是導(dǎo)程S不變。</p><p>　　圖3.2.1.4.2 螺紋線展開(kāi)圖</p><p>　　根據(jù)圖3.2.1

54、.4.2所示，當(dāng)螺槽展開(kāi)時(shí)，螺旋線展開(kāi)長(zhǎng)度為Z，則有：</p><p>　　圖3.2.1.4.3 不同螺紋直徑所對(duì)應(yīng)的螺紋升角</p><p>　　當(dāng)Z分別為外徑、內(nèi)徑或平均直徑上螺桿的展開(kāi)線時(shí)，式中D、φ分別為Db、Ds、和φb、φs、。如圖3.2.1.4.3所示：</p><p>　　為螺槽的法向?qū)挾雀鶕?jù)圖的幾何關(guān)系，有：</p><p&g

55、t;<b>　　……3.1</b></p><p>　　式中e-螺棱的軸向?qū)挾龋?lt;/p><p><b>　　-螺棱的法向?qū)挾取?lt;/b></p><p>　　螺桿的初步設(shè)計(jì)：螺桿材料選用45＃鋼,調(diào)質(zhì)處理。其材料性能為：抗拉強(qiáng)度，屈服極限彎曲極限剪切極限</p><p>　　初步選定：螺桿的外徑為D

56、b為90mm, </p><p>　　螺槽深度h為20mm, 端面為矩形。</p><p>　　螺紋螺距即導(dǎo)程S為65mm, </p><p>　　螺紋升角φ取1741。</p><p><b>　　螺紋頭數(shù)i為1。</b></p><p>　　螺棱軸向?qū)挾萫為8毫米（mm）。</p>

57、<p>　　螺槽軸向?qū)挾菳為57毫米（mm）。</p><p>　　加料機(jī)筒間隙：＝0.3mm。</p><p>　?、? 加料螺桿擠出量的計(jì)算</p><p>　　物料進(jìn)入加料螺桿后，首先以固體狀態(tài)向前輸送，固體在旋轉(zhuǎn)的螺桿和固定的機(jī)筒的作用下，向螺桿擠出方向運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)分析其運(yùn)動(dòng)情況，如圖3.2.1.5.1所示。</p><p>

58、;　　我們?cè)诠腆w塞上取微元的運(yùn)動(dòng)分析，即可代表整體的情況。根據(jù)理論力學(xué)的速度合成定理――絕對(duì)速度等于牽引速度與相對(duì)速度的矢量和。如果把絕對(duì)坐標(biāo)系建立在機(jī)筒上，動(dòng)坐標(biāo)系設(shè)在螺桿上，則</p><p>　　圖3.2.1.5.1 固體塞運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　――螺桿外徑，――螺桿轉(zhuǎn)速，――螺棱的法向?qū)挾龋?lt;/p><p>　　――加料段螺槽深度，――螺槽寬度，&

59、lt;/p><p>　　――按外圓計(jì)算的螺紋升角，――螺根直徑</p><p>　　螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的切線速度為牽引速度，而微元固體塞沿螺槽前進(jìn)的速度為相對(duì)速度，因此絕對(duì)速度即為微元固體塞相對(duì)于機(jī)筒的運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)速度合成定理，作速度圖，，即可以得到。計(jì)算的目的是為了求固體沿螺桿軸向前輸送的生產(chǎn)率，因而作為的軸向分量，則得固體輸送率為：</p><p><b>　　…

60、……3.2</b></p><p>　　式中可以通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得…3.3</p><p><b>　　……3.4</b></p><p>　　式中n――螺桿轉(zhuǎn)數(shù)；</p><p>　　F――垂直于的螺槽流道截面積。</p><p>　　――輸送角（或叫前進(jìn)角）。</p>

61、<p><b>　　通過(guò)幾何運(yùn)算可得：</b></p><p><b>　　………3.5</b></p><p>　　式中 ――螺紋頭數(shù)；</p><p><b>　　――平均螺紋升角。</b></p><p>　　將式（3.5）、（3.6）、（3.7）代入（3.4）

62、得：</p><p><b>　　……3.6</b></p><p><b>　　………3.7</b></p><p><b>　　………3.9</b></p><p>　　螺桿頭數(shù)為1，將式（3.8a）、（3.8b）代入（3.8）得：</p><p>

63、<b>　　…3.10</b></p><p>　　式中 －平均螺槽法向?qū)挾取?lt;/p><p>　　若螺棱寬度很小，忽略不計(jì)，則括號(hào)里的值近似等于1，此時(shí)可以得出簡(jiǎn)化的計(jì)算式：</p><p>　　圖3.2.1.5.2 固體塞微元受力分析</p><p><b>　　………3.11</b><

64、/p><p>　　從結(jié)果公式中可以看出，與n和成正比關(guān)系，而螺桿直徑接近成平方關(guān)系，這種關(guān)系是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近的。又從式(3.9b)可知，當(dāng)螺桿參數(shù)一定時(shí)，輸送角是影響生產(chǎn)率的重要因素。我們可以對(duì)螺槽中截取的固體塞微元進(jìn)行受力分析，將輸送過(guò)程視為勻速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)力和力矩平衡求得角。</p><p>　　固體塞微元的受力分析如圖3－7所示。省略對(duì)角的求解過(guò)程，將結(jié)果表達(dá)式為：</p>

65、<p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　………3.13</b></p><p>　　為便于計(jì)算，將式3.11改寫(xiě)成：</p><p><b>　　………3.14</b></p><p>　　式中為3.12式中等號(hào)右邊后三項(xiàng)的總和。</p&

66、gt;<p>　　當(dāng)輸送角＝0時(shí)，＝0，說(shuō)明固體的絕對(duì)速度沿螺桿圓周切線方向，它同螺桿一齊轉(zhuǎn)動(dòng)。因此為了提高固體輸送率，就要盡量增大輸送角。在極端的情況下，當(dāng)螺桿參數(shù)一定時(shí)，如果不考慮壓力的上升，并且同時(shí)假設(shè)fs＝0，則固體輸送率可以達(dá)到最大，由此可以推導(dǎo)出：</p><p><b>　　…3.15</b></p><p>　　其中fs為螺槽底面的摩擦系

67、數(shù)。</p><p>　　然而在實(shí)際過(guò)程中，由于存在著壓力上升，且在螺槽底面和側(cè)壁存在摩擦，因而生產(chǎn)中是達(dá)不到以上最大產(chǎn)量數(shù)值的。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，若擠出機(jī)在一般情況下的正常擠出量為＝350kg/h，我們就可以假設(shè)加料螺桿的最大擠出量為2，即＝700 kg/h。取低密度聚乙烯的密度為0.95kg/cm3 ，即為950 kg/m3 。所以有：</p><p><b>　　m3/min

68、</b></p><p>　　Db=90mm, 即Db=0.09m；h＝20mm, 即h =0.02m； S=65mm, 即S =0.065m；φ＝1741；i＝1；e=8 mm,即e=0.008m；B＝57 mm。</p><p>　?。絜cos＝8cos20＝7.52mm＝0.00752m</p><p><b>　　根據(jù)式3.1</

69、b></p><p>　　根據(jù)式 (3.9b)</p><p><b>　　而：</b></p><p><b>　　m3/min</b></p><p><b>　　因此有</b></p><p><b>　　解得：</b>

70、</p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　擠出機(jī)的實(shí)際擠出量為＝350kg/h ，因此得到正常情況下加料螺桿的轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　3.2.2 加料裝置傳動(dòng)裝置的選用</p><p>　　工

71、作條件：由加料螺桿的工作狀況可知，加料螺桿的工作功率小，要求能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速平穩(wěn)，同時(shí)加料螺桿的輸入轉(zhuǎn)速很低。因此，我們選用直流電動(dòng)機(jī)。另一方面，在直流電動(dòng)機(jī)與加料螺桿之間需要減速機(jī)來(lái)進(jìn)行降速調(diào)節(jié)。綜合考慮，選用適合于塑料擠出機(jī)械的減速電動(dòng)機(jī)。其額定數(shù)據(jù)有：</p><p>　　額定功率 為1500W，</p><p>　　額定電壓為220V，</p><p&g

72、t;　　額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，</p><p>　　整機(jī)質(zhì)量約為120kg。</p><p>　　料斗高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)分析可知，固定裝置中螺栓的作用是調(diào)節(jié)整個(gè)加料裝置的高度，使之能與機(jī)筒完全配合。在一般情況下，螺栓主要起調(diào)節(jié)作用，在調(diào)節(jié)加料裝置高度的過(guò)程中起傳遞力的作用。</p><p>　　常用于傳遞力的

73、螺紋牙型有矩形、梯形、鋸齒形、和三角形。鋸齒形螺紋用于單面受力；矩形螺紋由于工藝性較差，強(qiáng)度較低等原因，應(yīng)用較少。而三角形螺紋在受力不大的調(diào)整螺旋中被采用。因此，我們選用梯形螺紋，右旋。</p><p>　　參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，初步選定螺栓和螺母的主要參數(shù)如下：</p><p>　　螺栓材料選用選用45＃鋼,調(diào)質(zhì)處理。其材料性能為：抗拉強(qiáng)度，屈服極限彎曲極限剪切極限</p><

74、;p><b>　　大徑d＝46mm，</b></p><p>　　小徑d1＝33mm，</p><p>　　中徑d2＝40 mm，</p><p>　　螺距P＝12 mm，</p><p>　　牙型角即螺紋牙在軸向截面上量出的兩直線側(cè)邊間的夾角，用表示，＝30。</p><p>　　線數(shù)n一

75、般取1，即為單線螺紋。</p><p>　　導(dǎo)程S即螺栓旋轉(zhuǎn)一周，沿自身軸線相對(duì)于螺母所移動(dòng)的距離。在單線螺紋中，螺距和導(dǎo)程是一致的。</p><p>　　升角是螺紋中徑圓柱面上的螺旋線的切線與垂直螺紋軸心線的平面的夾角。由幾何關(guān)系可得：</p><p>　　螺紋的接觸高度h，對(duì)梯形螺紋而言，h＝0.5P，即h=6mm。</p><p>　　

76、圖3.2.3.1 螺栓參數(shù)</p><p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，知螺紋的牙頂系數(shù)＝0.5。得螺母的主要參數(shù)：</p><p><b>　　大徑＝47mm，</b></p><p><b>　　小徑＝33 mm，</b></p><p>　　中徑d2＝40 mm，</p><p&

77、gt;　　因?yàn)檎嬲鹱饔玫穆菁y圈數(shù)只有5－6圈，因此螺母的螺紋圈數(shù)一般應(yīng)小于10。</p><p>　　3.2.4 加料斗的設(shè)計(jì)</p><p>　　料斗鋼環(huán)厚度為10mm，料斗蓋鋼板厚度為10 mm；</p><p>　　在料斗下部開(kāi)設(shè)視窗口。視窗口的材料為有機(jī)玻璃，它通過(guò)螺釘鉚接在料斗上。</p><p>　　在料斗蓋上開(kāi)設(shè)進(jìn)料口，直

78、徑為150mm。</p><p><b>　　加料機(jī)筒的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　加料機(jī)筒的內(nèi)表面難以加工或者更換，因此對(duì)硬度的要求較高，機(jī)筒內(nèi)表面的硬度應(yīng)≥65HRC。</p><p>　　根據(jù)加料機(jī)筒的工作環(huán)境，我們初步選定它的材料為氮化鋼，要求對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行氮化，深度為0.4－－0.7mm，硬度在HV940以上，脆性不大于2級(jí)。同時(shí)

79、其內(nèi)孔的表面粗糙度Ra不大于1.6um。</p><p><b>　　4．加料裝置的校核</b></p><p>　　4.1 加料螺桿的校核</p><p>　　圖4.1.1 螺桿受力示意圖</p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)的輸出功率為1.5kW，螺桿的正常轉(zhuǎn)速為25.6r/min，</p><p&

80、gt;　　由此可以得知在正常工作條件下，螺桿的扭矩為：</p><p>　　又由圖所示，可以估算出螺桿所受的徑向力和軸向力。解得：</p><p><b>　　由，</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　根據(jù)螺桿強(qiáng)度理論，其強(qiáng)度條件為：</p><

81、;p>　　圖4.1.2 螺棱受力示意圖</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　螺棱根徑危險(xiǎn)剖面處的剪切強(qiáng)度的條件式為：</p><p><b>　　因此符合要求</b></p><p>　　螺棱根徑危險(xiǎn)剖面處的彎曲強(qiáng)度的條件式為：</p><p&g

82、t;　　其中為抗彎截面系數(shù)。</p><p>　　如右圖所示，將螺棱展開(kāi)，可以近似的認(rèn)為是一截面是高為h，寬為b矩形，則有：</p><p>　　由圖可知高為，即有h==7.52mm，寬度b==50， =7.5mm</p><p>　　疲勞安全系數(shù)為1.8－2.5，取[S]＝2，有：</p><p><b>　　因此符合要求<

83、/b></p><p><b>　　擠壓強(qiáng)度：</b></p><p><b>　　因此符合要求</b></p><p><b>　　螺栓的校核</b></p><p>　　4.2.1 力和彎矩的計(jì)算</p><p>　　在一般情況下，螺栓主要

84、起調(diào)節(jié)加料斗高度的作用。但在極端的情況下，即在進(jìn)料口過(guò)度裝置懸空的情況下，螺栓受壓力和彎矩的雙重作用，可能脆裂或者折斷，因此需要校核。</p><p>　　先對(duì)加料裝置質(zhì)量估算一下，考慮其最大質(zhì)量，即料斗里全部充滿低密度聚乙烯。</p><p>　　圖4.2.1.1 料斗質(zhì)量的估算</p><p>　　1.料斗鋼板體積的計(jì)算</p><p>

85、;　　由圖4.1.3可知，料斗主要由三塊鐵板所組成，其面積分別為：</p><p>　　所以可以得到料斗的體積為：</p><p>　　2．?dāng)嚢钘U體積的計(jì)算</p><p>　　由圖可知，攪拌桿主要由三塊鐵棒所組成，其體積為：</p><p><b>　　3.螺桿體積的計(jì)算</b></p><p>

86、;　　可以近似地認(rèn)為螺桿的體積為：</p><p><b>　　因此有：</b></p><p><b>　　已知鐵的密度為：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　因此可以求得料斗和螺桿、攪拌桿三者的質(zhì)量：</p><p>

87、;<b>　　圖4.2. </b></p><p>　　圖4.2.1.3 加料機(jī)筒體積的估算</p><p>　　4.加料機(jī)筒的質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　如圖4.2.1.3所示： </p><p><b>　　其質(zhì)量為：</b></p><p>　　再對(duì)料斗里的低密度聚

88、乙烯的質(zhì)量估算一下。</p><p>　　料斗的體積可以近似地認(rèn)為是：</p><p>　　低密度聚乙烯的密度選取：</p><p><b>　　，即</b></p><p>　　由此可以得到低密度聚乙烯的質(zhì)量：</p><p><b>　　因此有：</b></p>

89、;<p>　　其中為減速電機(jī)的質(zhì)量。</p><p>　　因此，螺栓在危險(xiǎn)情況下可以認(rèn)為受到一個(gè)壓力和一個(gè)彎矩的作用，其中：。如圖4.2.1.4所示。</p><p>　　圖4.2.1.4 螺栓的受力示意圖</p><p>　　其中g(shù)為重力加速度值，取g＝10N/kg。</p><p>　　而L＝345mm，即L＝0.345m

90、。</p><p>　　得到螺栓受到的彎矩：</p><p>　　4.2.2 螺栓強(qiáng)度的計(jì)算</p><p><b>　　，即</b></p><p>　　對(duì)于直徑為0.033m的圓柱，其抗彎截面系數(shù)為。</p><p><b>　　應(yīng)有：</b></p>&

91、lt;p>　　對(duì)于M30-60螺栓靜聯(lián)接時(shí)的安全系數(shù)為2－1.3，選用[S]=1.5</p><p><b>　　因此有</b></p><p>　　螺母材料的強(qiáng)度比螺桿的低，故只需對(duì)螺母螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核，一般是驗(yàn)算牙根處的剪切和彎曲強(qiáng)度。如圖4.2.2.1所示：</p><p>　　牙根危險(xiǎn)剖面的剪切強(qiáng)度條件式為：</p>

92、<p>　　牙根危險(xiǎn)剖面的彎曲強(qiáng)度條件式為：</p><p>　　圖4.2.2.1 螺母受力示意圖</p><p>　　4.3 螺桿銷的校核</p><p><b>　　銷的校核：</b></p><p><b>　　其剪切應(yīng)力為：</b></p><p>&

93、lt;b>　　其剪切應(yīng)力為：</b></p><p>　　材料為45＃鋼，因此可知其符合要求。</p><p>　　5．雙螺桿擠出機(jī)其余部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 螺桿部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　螺桿設(shè)計(jì)包括螺桿參數(shù)的確定，螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺桿材質(zhì)選擇等。</p><p>　　螺桿設(shè)計(jì)

94、的核心問(wèn)題就是設(shè)計(jì)出的螺桿應(yīng)具有優(yōu)異的混合能力和其它的特定能力（如脫揮發(fā)分）。</p><p>　　螺桿參數(shù)包括螺桿直徑、螺桿長(zhǎng)徑比、螺桿導(dǎo)程（升角）、螺紋和螺槽的斷面形狀、螺棱厚度、四個(gè)間隙等。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用的螺桿形式為嚙合異向平行雙螺桿。</p><p>　　5.2 機(jī)筒部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)筒和螺桿

95、共同組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)，完成對(duì)塑料的固體輸送、熔融和定壓定量輸送作用。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳送的穩(wěn)定性和均勻性。并且對(duì)于一些新型的擠壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)筒在加料段上的結(jié)構(gòu)形式也影響到固體輸送效率。機(jī)筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的工作性能。因此，機(jī)筒在擠壓系統(tǒng)中是僅次于螺桿的重要零件。</p><p>　　普通機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型有整體式，分段式和雙金屬式。一般的異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)采用的是整體式機(jī)筒。而

96、本次設(shè)計(jì)中的螺桿采用的是整體式，因此機(jī)筒也相應(yīng)的采用整體式機(jī)筒。</p><p>　　5.3 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是雙螺桿擠出機(jī)的重要組成部分。它的重要性表現(xiàn)在它所完成的功能在雙螺桿擠出機(jī)中致關(guān)重要，也表現(xiàn)在其設(shè)計(jì)、制造難度和成本在整臺(tái)機(jī)器中占的比重。</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是在設(shè)定的工藝條件下，向兩根螺

97、桿提供合適的轉(zhuǎn)速范圍、穩(wěn)定而均勻的速度、足夠且均勻相等的扭矩（功率）。并能承受完成擠出過(guò)程所產(chǎn)生的巨大的螺桿軸向力。</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)（聯(lián)軸器）、齒輪箱（包括扭矩分配和減速部分）等組成。</p><p>　?、?主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選型</p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)中常用的電機(jī)有直流電機(jī)、交流變頻調(diào)速電機(jī)、滑差電機(jī)、整流子電機(jī)等。

98、其中以直流電機(jī)和交流變頻調(diào)速電機(jī)用的最多。</p><p>　　直流電機(jī)系統(tǒng)：可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)較平穩(wěn)。以國(guó)產(chǎn)Z2系列電機(jī)為例，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)速可自同步轉(zhuǎn)速（1500r/min）往下調(diào)1：8；當(dāng)改變激磁電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速可往上調(diào)1：2，因此其最大調(diào)速范圍可達(dá)1：16。圖2.1所示為直流電機(jī)的外特性曲線。由圖可以看出改變電樞電壓時(shí)可以得到恒扭矩調(diào)速：改變激磁電壓時(shí)可以得到恒功率調(diào)速，此時(shí)隨著轉(zhuǎn)速升

99、高其功率不變，但扭矩相應(yīng)地減少。但國(guó)產(chǎn)的Z2、Z3系列直流電機(jī)，在其轉(zhuǎn)速低于（100～200）r/min時(shí)，工作不穩(wěn)定，而且這時(shí)電機(jī)冷卻風(fēng)扇冷卻性能下降。20世紀(jì)80年代以后生產(chǎn)的Z4系列電機(jī)則比Z2、Z3系列直流電機(jī)性能好得多，其低速性能穩(wěn)定，因而在雙螺桿擠出機(jī)中得到廣泛采用。</p><p>　　圖 直流電機(jī)外特性曲線</p><p>　　根據(jù)上圖可知，選用功率為55KW的直流電動(dòng)

100、機(jī)已可以滿足需要，所以本設(shè)計(jì)中所采用的主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z4-180-41，功率為55KW，額定電壓為440V，轉(zhuǎn)速為1510r/ min，并帶有冷卻鼓風(fēng)機(jī)和熱保護(hù)裝置，采用三相全控橋雙閉環(huán)無(wú)級(jí)調(diào)速，另外還帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)。</p><p><b>　?、?減速箱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　雙螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)箱由兩大部分即減速部分和扭矩分配部分組成。這兩部分的功能

101、雖有不同，但它們緊密聯(lián)系，有時(shí)還相互制約。根據(jù)目前流行的結(jié)構(gòu)看，其設(shè)計(jì)布置大致有兩種方案，一種是將減速部分和扭矩分配部分很明顯的分開(kāi)，即所謂的分離式；另一種是將二者和在一起。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，選用分離式，因螺桿的轉(zhuǎn)速范圍為40～400r/min ，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1510 r/min，所以要求減速箱的總傳動(dòng)比為：1:1510/144 = 1:10.5。</p><p>　　

102、根據(jù)所選電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、電機(jī)伸出端的直徑和減速箱軸的直徑選擇聯(lián)軸器的型號(hào)為，減速箱通過(guò)彈性柱銷聯(lián)軸器與直流電動(dòng)機(jī)相連，采用三級(jí)斜齒傳動(dòng),使總傳動(dòng)比與所要求的傳動(dòng)比吻合。另外，減速箱潤(rùn)滑油采用150號(hào)極壓齒輪油，一次加油量為25升。為了防止油量過(guò)熱，箱內(nèi)懸有蛇形冷卻管，冷卻方式為水循環(huán)式。具體設(shè)計(jì)及校核略。</p><p><b>　?、?分配箱設(shè)計(jì)</b></p><p

103、>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)規(guī)定的螺桿轉(zhuǎn)速（范圍）、扭矩均勻分配、軸承合理布置的前提下，通過(guò)傳動(dòng)方案的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取措施，降低齒輪載荷，抵消或減少傳動(dòng)齒輪的徑向載荷，傳遞更大的功率和軸向力，提高軸承的壽命，裝配維修方便。設(shè)計(jì)、加工的難點(diǎn)在于螺桿中心距限定的狹少的空間。因而必須調(diào)動(dòng)一切可能的手段，尋找特殊的結(jié)構(gòu)形式、材料和熱處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)。</p><p>　　與錐形雙螺桿擠出機(jī)相比，平行雙螺桿擠

104、出機(jī)螺桿尾部空間比較小，不能平行地放下兩根傳動(dòng)軸。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中兩螺桿異向旋轉(zhuǎn)，為達(dá)到這一目的，大致設(shè)想如下：</p><p>　　動(dòng)力由減速箱輸出軸齒輪輸入到分配箱的一根軸上，這根軸的齒輪齒數(shù)與主軸相等，且與一根主軸外嚙合同時(shí)與大齒輪內(nèi)嚙合，從而帶動(dòng)與此大齒輪內(nèi)嚙合的另一主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，兩根主軸以相同的角速度異向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也使得分配箱尾部空間增大</p>&

105、lt;p><b>　　。</b></p><p>　　5.4 機(jī)頭部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)頭設(shè)計(jì)又是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作,機(jī)頭是擠出機(jī)成型制品的部件，它主要包括機(jī)頭體、分流器（又稱分流梭、 魚(yú)雷體）、分流器支架、芯棒、口模（又稱模唇、口型）、調(diào)節(jié)螺絲等。按習(xí)慣，機(jī)頭一般可分為吹膜機(jī)頭、擠管機(jī)頭、擠板機(jī)頭、擠異型材機(jī)頭、造粒機(jī)頭、吹塑中空制品機(jī)頭、電纜機(jī)頭

106、、織網(wǎng)機(jī)頭、以及多色制品和螺旋耐壓擠出機(jī)頭等。機(jī)頭的主要作用是使熔融物料由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生必要的成型壓力，使物料進(jìn)一步塑化混合均勻。</p><p>　　6.雙螺桿擠出機(jī)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 定量給料系統(tǒng)</p><p>　　定量給料系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、送料螺桿和加料斗組成。送料螺桿實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速，其螺桿速度視雙螺桿轉(zhuǎn)速而定。也就是說(shuō)

107、，隨雙螺桿轉(zhuǎn)速的提高而提高。一旦建立了平衡，送料螺桿的送料量就等于擠出量，也就等于工作產(chǎn)量。送料螺桿與擠出螺桿可實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速，且轉(zhuǎn)速可直接從儀表上顯示出來(lái)。在減速箱內(nèi)要加入30號(hào)機(jī)油潤(rùn)滑。</p><p>　　另外，在加料斗內(nèi)附有CJ—3型磁力架，可有效地防止鋼制螺釘、鐵屑導(dǎo)磁金屬雜物隨塑料原料混入擠出機(jī)螺桿內(nèi)。保護(hù)螺桿不受損環(huán)。</p><p><b>　　6.2 恒溫系統(tǒng)&l

108、t;/b></p><p>　　恒溫系統(tǒng)由油箱、電動(dòng)機(jī)高溫齒輪泵、電加熱器和水冷卻器組成，安裝在機(jī)身內(nèi)部。本部件可按設(shè)定溫度值加油溫，起到對(duì)螺桿進(jìn)行加熱或冷卻的作用。在開(kāi)冷車時(shí)，通入的高溫油起加熱螺桿作用。工作一段時(shí)間后，由于塑料受混煉及剪切作用，螺桿溫度不斷升高。為了不使螺桿過(guò)熱，此時(shí)高溫油起冷卻螺桿作用。通過(guò)本裝置可使塑化溫度均勻，物料不易分解，從而提高了塑料制品的質(zhì)量。本部件油溫可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和檢測(cè)。

109、其溫度值可在儀表上顯示出來(lái)。油箱油質(zhì)采用250苯甲基硅油，并設(shè)有液位報(bào)警裝置。</p><p><b>　　6.3 冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　冷卻系統(tǒng)由環(huán)形油箱、電動(dòng)機(jī)和水冷卻器組成，安裝在機(jī)身內(nèi)。本部件主要作用是冷卻料筒，并與料筒上電加熱圈配對(duì)使用，冷卻油接通與斷開(kāi)由電磁閥控制。本部件設(shè)有二個(gè)電磁閥，分別控制料筒的二段（第二段和第三段）冷卻。本部件實(shí)行熱

110、電偶自動(dòng)控制。</p><p>　　油箱油質(zhì)采用250苯甲基硅油。</p><p>　　6.4 真空排氣系統(tǒng)</p><p>　　真空排氣系統(tǒng)由水環(huán)式真空泵、粉氣分離器、電磁閥門和聯(lián)接管道等組成。物料在擠出塑化過(guò)程中，往往夾帶空氣、吸附的水份以及在成型溫度下所產(chǎn)生的揮發(fā)物。這些混合氣體夾雜在物料中，如不及時(shí)排出，則會(huì)影響塑料制品的質(zhì)量，使制品的表面和內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)孔隙、

111、氣泡、疤痕等現(xiàn)象。本系統(tǒng)的作用就是通過(guò)水環(huán)式真空泵將這些混合氣體從料筒的排氣口內(nèi)吸出，排至室外，從而保證制品的質(zhì)量。真空度可通過(guò)旋塞閥調(diào)節(jié)，一般可控制在負(fù)0.075MPa以下，或根據(jù)擠出工藝要求選定。本系統(tǒng)在真空泵進(jìn)水管道上還設(shè)有電磁閥，其作用是在真空泵工作時(shí)才開(kāi)啟閥門，真空泵停止工作時(shí)，閥門則關(guān)閉，進(jìn)水量大小可通過(guò)旋塞閥調(diào)節(jié)。</p><p>　　6.5 電氣控制系統(tǒng)</p><p>　

112、　電氣控制部分由直流調(diào)速控制和加熱控制系統(tǒng)兩大部分組成，它們組裝在機(jī)身一側(cè)的電氣控制箱內(nèi)。</p><p>　　主螺桿電機(jī)和給料螺桿電機(jī)都有寬的調(diào)速范圍，高的調(diào)速精度，兩者既能單獨(dú)調(diào)節(jié)各自的速度，又可兩者同步運(yùn)行，即按兩者需要的速比實(shí)現(xiàn)兩者同步升速和降速。</p><p>　　加熱系統(tǒng)通過(guò)溫度指示調(diào)節(jié)儀實(shí)現(xiàn)加熱部分溫度的準(zhǔn)確控制和在超溫狀態(tài)時(shí)進(jìn)行超溫報(bào)警和調(diào)節(jié)。</p>&l

113、t;p>　　6.5.1 直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的錐形雙螺桿擠出機(jī)的主螺桿電機(jī)和給料螺桿電機(jī)都采用了直流電機(jī)，主螺桿電機(jī)為Z4系列，15KW，440V，1510轉(zhuǎn)/分，勵(lì)磁電壓為180V，并配備有ZYA—1A直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，電壓為55V，轉(zhuǎn)速為0—2000轉(zhuǎn)/分。給料螺桿電機(jī)為稀土寬調(diào)速直流伺服測(cè)速機(jī)級(jí)組。0.75KW，1500轉(zhuǎn)/分。</p><p>　　為了保證

114、兩者具有較寬的調(diào)速范圍，良好的調(diào)速性能，高的調(diào)速精度和強(qiáng)的抗干擾能力，本機(jī)都采用了可控硅雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　通過(guò)改變加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的大小，便可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。電動(dòng)機(jī)的速度由給定電壓決定，測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的速度反饋電壓與速度給定電壓相比較，其差值輸入到速度調(diào)節(jié)器，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器的PI（比例積分）調(diào)節(jié)后的輸出電壓作為電流小閉環(huán)的電流指定值。電流反饋信號(hào)取自互感器，經(jīng)整流后與電流指定值相

115、比較，其差值輸入電流調(diào)節(jié)器，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的輸出電壓去控制觸發(fā)器的移相角度，從而改變可控硅的輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的速度和速度給定值相一致，實(shí)現(xiàn)了速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　速度調(diào)節(jié)環(huán)擴(kuò)大了調(diào)速范圍，維持了工作速度的恒定，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)差調(diào)節(jié)。電流調(diào)節(jié)環(huán)可把起動(dòng)電流穩(wěn)定在允許的最大值，達(dá)到最優(yōu)控制。在過(guò)載或堵轉(zhuǎn)時(shí)可獲得理想的下垂特性。在電閥電壓波動(dòng)時(shí)，由于其的快速作用，保證了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡，而不致產(chǎn)生自