双螺杆挤出机设计说明书.pdf
《双螺杆挤出机设计说明书.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《双螺杆挤出机设计说明书.pdf(46页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、1双螺杆挤出机设计概述1.1双螺杆挤出机概述塑料挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使塑料以及熔融流动 状态连续通过口模成型的方法,或简称为挤塑。挤出成型是聚合物加工 中出现较早的一门技术,在19世纪初已有使用。挤出成型可加工的聚合 物种类很多,制品更是多种多样,成型过程也有许多差异比较常见的是 以固体块状加料挤出制品的过程。其挤出成型过程为:将颗粒状或粉状 的固体物料加入到挤出机的料斗中,挤出机的料筒外面有加热器,通过 热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料,温度上升,达到熔融温 度。机器运转,料筒内的螺杆转动,将物料向前输送,物料在运动过程中 与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切
2、,产生大量的热,与热 传导共同作用使加入的物料不断熔融,熔融的物料被连续、稳定地输送 到具有一定形状的机头(或称口模)中。通过口模后,处于流动状态的物 料取近似口型的形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持 既定的形状,在牵引装置的作用下,使制品连续地前进,并获得最终的制 品尺寸。最后永切割的方法截断制品,以便储存和运输。挤出成型加工的主要设备是挤出机,此外,还有机头口模及冷却定 型、牵引、切割、卷取等附属设备。其挤出制品都是连续的形体,在生 产及应用上都具有多方面的优点。据统计,在塑料制品成形加工中,挤 出成型制品的产量约占整个塑料制品的50%以上。所以,挤出成型在塑 料制品成型加
3、工工业中占有重要地位。塑料在挤出机内熔融塑化,通过口模成为所需要的形状,经冷却定 型而得到与口模断面形状相吻合的制品。挤出成型是塑料加工工业中最早的成型方法之一。早在19世纪初 期,挤出机就用于生产铅管、面条。早期的挤出机是柱塞式的,直到1936 年才研制成功电加热的单螺杆挤出机,这就是现代塑料挤出机的起源。同其他成型方式相比,挤出成型具有以下突出优点。1.设备成本低,制造容易,因此投资少,见效快,占地面积小,生 产环境清洁。2.生产效率高。挤出机的单机产量较高。特别适合于较长的尺寸的 制品。如制造较长的管材,板材、型材、薄膜等,而且产品质量均匀、密实。其生产效率的提高比其它成型方法快。3.挤
4、出成型可以实现连续化、自动化生产。生产操作简单,工艺控 制容易,产品质量稳定。4.可以根据产品的不同要求,改变产品的断面形状。其产品为管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及异型材等。5.应用范围广。只要改变螺杆及辅机,就能适用于多种塑料及多种 工艺过程。例如,可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料,也能 用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。6.可以进行综合性生产。挤出机与压延机配合,可以喂料生产压延 薄膜,与油压机配合生产各种模压制品。随着聚合物加工业的发展,作为聚合物的主要加工设备之一的挤出 机得到了飞速发展,并以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应用。一套完整的
5、挤出设备由主机和相应的辅机以及其它控制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出机组。它主要包括挤出系统、传动系统和 加热冷却系统及控制系统。1.挤出系统 它由料斗、螺杆和机筒组成,是挤出机工作的核心部 分。其作用是使塑料塑化成均匀的熔体,并在此过程中建立压力,再被 螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头。2.传动系统 它由电机、调速装置及传动装置组成。其作用是驱动 螺杆,并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速。3.加热冷却系统它由温度控制设备组成。其作用是通过对机筒进 行加热和冷却,保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行。4.控制系统 它主要由电器、仪表和执行机构组成。其作用是调节 控制螺
6、杆的转速、机筒温度、机头压力等。在挤出成型中,应用得最广的是单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双 螺杆挤出机是在挤出机机筒中并排地安装两根螺杆的一种挤出机,它是 在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。最初的双螺杆挤出机是20世纪 30年代后期在意大利开发的。Roterto Colombo开发了同向旋转式双螺 杆挤出机,Ca rlo Pa squtti开发了异向旋转式双螺杆挤出机。单螺杆挤出机易于加工粒料,对粉料则不易加工。对那些形状不规 则的或是含湿度很大的悬浮料、乳剂料或分子量很高因而粘度很高的料 等,实际上无法加工。单螺杆挤出机对于加入无机填料的适应能力也是 差的,且混炼效果较差。与单螺杆挤出机相比
7、,双螺杆挤出机具有一系列的优点,如双螺杆 挤出机可以用在混炼、排气、脱水、造粒粉料直接挤出以及玻璃纤维或 其他填料的填充增强改性等方面。据资料介绍,近年来西欧工业国家的 双螺杆挤出机的数量已达到挤出机台数的40%左右。特别是在成型加工 中,应用更多、更广。例如,在管材和造粒中几乎全部使用双螺杆挤出 机,在板材和型材的成型中,双螺杆挤出机约占8090%。尤其对RPVC 粉料、LDPE塑料的加工,双螺杆挤出机更是具有极大的优越性。因为其 剪切速率较低(主要指异向旋转的双螺杆挤出机)、自洁性好、在机筒 中物料停留时间短。此外,双螺杆挤出机还具有剪切力大、传热面积大、计量准确、回流少、供料性能好、混炼
8、效果好、塑化效果好等优点。目 前,双螺杆挤出机主要用作成型加工、预塑混炼、聚合反应以及废料处 理方面。近几年来,我国在双螺杆挤出机的生产和应用方面同样也都得 到了迅速的发展。目前,双螺杆有许多种类型,其主要可以分为:1.从螺杆轴线是否平行可分为平行式和锥形式双螺杆;前者两根螺 杆的轴线互相平行,后者两螺杆的轴线相交成一角度。平行双螺杆挤出 机相比较于锥形双螺杆基础机的优点是:平行双螺杆挤出机具有压延长 度较大,压延有强烈的塑化与均化能力的效果,而且螺杆平均直径小,转速较低,因此,平均剪切速率也较低,压延频率高,有效停留时间并 不低于锥形螺杆。2.从两根螺杆的相对位置又可以分为啮合型和非啮合型,
9、啮合型又 可以分为部分啮合和全啮合型。非啮合型的一根螺杆的螺棱不伸到另一 根螺杆的螺槽中去,而非啮合型则是两根螺杆的轴线分开的距离小于两 根螺杆外半径之和,即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中去。根 据啮合程度(即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中的深浅程度),啮合型又可以分为部分啮合和全啮合型。3.从螺杆旋转方向的不同,可以分为同向旋转与反向旋转。顾名思 义,同向旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相同,异向旋转双螺 杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相反。它可以是向内旋转或向外旋转。1.2挤出机整体方案设计近年来,双螺杆挤出机得到了迅速的发展,但由于双螺杆挤出机的 复杂性和种类的多样性,以及
10、双螺杆理论的不成熟,所以至今还没看到 有关双螺杆挤出机参数设计和结构设计的比较系统的文献,因此对双螺 杆挤出机的设计更多地只能停留在经验设计的水平上。当然,经验设计 是必须服从挤出工程的基本规律的,所以由此所进行的有关双螺杆挤出 机的设计是具有一定的科学性与理论性的。双螺杆挤出机的应用,都是以机组的的形式出现。挤出机组包括主 机(即通常说的挤出机)、机头和辅机。因而就双螺杆挤出机的总体设 计而言,它可以包括主机(螺杆挤出机)、机头和辅机的设计,也可以 单指主机的设计。因此双螺杆挤出机的设计应当包括双螺杆挤出机类型 的确定、整体方案的确定、主要技术参数的确定、挤压系统的设计、传 动系统的设计、机
11、头的设计、加料系统的设计以及双螺杆挤出机辅助系 统的设计等。1.2.1 开式设计和闭式设计的选择所谓开式设计,一般指双螺杆挤出机的挤压系统、冷却加热系统都 裸露在外面,这种设计的优点是各部分出现故障时,检查、维修及拆装 比较方便,也一目了然。啮合同向双螺杆挤出机大多采用这种设计。所 谓闭式设计,其挤压、冷却加热系统的外面都有罩子,其余各部分有时 也封闭起来。这种设计看上去外形比较整齐,但检修不太方便。所以本 设计中采用开式设计。1.2.2 一阶机和二阶机的选择所谓一阶机,是指主机只有一个挤压系统,包括一套螺杆、机筒和 传动箱;而二阶机是指主机有两个挤压系统,包括两套螺杆、机筒和传 动箱,柔性串
12、起来组成主机。就目前见到、用于成型制品的双螺杆挤出 机组的主机多是一阶的,如啮合平行异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤 出机。用于配混料造粒的啮合同向双螺杆挤出机有的情况下设计成二阶 的,其第一阶用来塑化、混合物料,第二阶用来建压、挤出造粒。本设 计中以采用一阶式为宜。1.2.3 整体式和积木式的选择一般啮合异向旋转的双螺杆挤出机(也有例外)和锥形双螺杆挤出 机都是整体式,即其各大组成部分(螺杆、机筒、减速箱)在使用中不 再拆开并进行重新组合安装。国外流行的啮合同向双螺杆挤出机绝大多 数都设计成积木式的,即其机筒、螺杆有若干组件组成,可根据使用需 要进行重新组合安装。也有的厂家生产的双螺杆挤出机,
13、除了其机筒、螺杆是组合式外,其扭距分配器和齿轮箱做成积木式,通过更换扭距分 配器可以将双螺杆挤出机改变成异向旋转或同向旋转;去掉扭距分配 器,其齿轮箱还可以与单螺杆挤压系统相接,组成单螺杆挤出机。本设 计中采用整体式设计。1.2.4 封闭式机筒与剖分式机筒的选择双螺杆挤出机的机筒有的是整体式的,有的是由若干段组成,但机 筒均不能打开分成两段,它们是封闭的。因此,要想了解挤出过程中物 料沿螺杆的输送、混合、反应情况,只有停转将机筒通过水骤冷,然后 把螺杆抽出来才能看清楚。这样很不方便,有时为了会破坏过程反应的 原貌。为了克服上述缺点,人们把双螺杆挤出机的机筒做成剖分式,停 车冷却后靠液压系统或手
14、动机械打开,观察取样,进行研究。挤出机再 工作前,再靠液压系统或手动机械合起来。本设计采用封闭式设计。1.2.5 挤压系统的选择对某些大型同向双螺杆挤出机造粒机组(有时是挤出片材挤出机 组),为了高效、节能、精确地控制挤出机熔体的压力以保证制品的尺 寸精度,在挤压系统末串接熔体齿轮泵,由双螺杆完成塑化、混炼,由 齿轮泵建立、控制挤出压力。串联齿轮泵后会给整个双螺杆主机得整体 设计带来了重大影响。所以本设计中没有使用串接齿轮泵的设计。另一个影响双螺杆挤出机整体方案确定的是在某些机组上将要采 用的加料系统。一般双螺杆挤出机大多采用计量加料,对大多数情况下 得双螺杆挤出机(如啮合异向双螺杆挤出机和锥
15、形双螺杆挤出机),其 计量加料系统对挤出机组整体设计不会有多大影响,但对某些没有多组 分加料系统的配混料啮合同向双螺杆挤出机,将会有多个加料口和加料 装置,它们得联合使用和布置将对双螺杆挤出机的整体布置带来影响。2挤出系统设计双螺杆挤出机的挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分。其作用是把 加入的固体物料熔融塑化、混合,为口模提供定温、定压、定量的容体,并将在这一过程中产生的气体排除,最后通过口模,得到合乎质量要求 的制品O双螺杆挤出机的挤压系统主要由螺杆、机筒组成。因此,双螺杆挤 出机挤压系统的设计实际上就是螺杆、机筒的设计。2.1螺杆设计螺杆设计包括螺杆参数的确定,螺杆结构设计和螺杆材质选择等。
16、螺杆设计的核心问题就是设计出的螺杆应具有优异的混合能力和其它 的特定能力(如脱挥发分)。螺杆参数包括螺杆直径、螺杆长径比、螺杆导程(升角)、螺纹和 螺槽的断面形状、螺棱厚度、四个间隙等。备注:具体的设计过程由本组成员张伟俊同学负责设计,有关设计数据请 参照张伟俊同学的设计过程。2.2机筒设计机筒和螺杆共同组成了挤出机的挤压系统,完成对塑料的固体输 送、熔融和定压定量输送作用。机筒的结构形式关系到热量传送的稳定 性和均匀性。并且对于一些新型的挤压系统来说,机筒在加料段上的结 构形式也影响到固体输送效率。机筒的机械加工和使用寿命也影响到整 个挤压系统的工作性能。因此,机筒在挤压系统中是仅次于螺杆的
17、重要 零件。普通机筒的结构类型有整体式,分段式和双金属式。一般的异向旋 转双螺杆挤出机采用的是整体式机筒。而本次设计中的螺杆采用的是整 体式,因此机筒也相应的采用整体式机筒。备注:具体的设计过程由本组成员董武林同学负责设计,有关设计数据请 参照董武林同学的设计过程。3传动系统设计双螺杆挤出机的传动系统是双螺杆挤出机的重要组成部分。它的重 要性去现在它所完成的功能在双螺杆挤出机中致关重要,也表现在其设 计、制造难度和成本在整台机器中占的比重。双螺杆挤出机传动系统的作用是在设定的工艺条件下,向两根螺杆 提供合适的转速范围、稳定而均匀的速度、足够且均匀相等的扭矩(功 率)。并能承受完成挤出过程所产生
18、的巨大的螺杆轴向力。双螺杆挤出机的传动系统主要由驱动电机(联轴器)、齿轮箱(包 括扭矩分配和减速部分)等组成。与单螺杆挤出机相比,双螺杆挤出机传动系统的设计、制造要困难 的多。这是因为,一方面,双螺杆挤出机比单螺杆挤出机承受的扭矩要 大得多,而且这么大的扭矩是在有限的中心距内传递,且扭矩的传递和 减速交织在一起的。另一方面,挤出过程在螺杆末端产生的轴向力很大,该轴向力需要止推轴承来承受。按一般情况,轴向力越大,所需的止推 轴承的外径越大,但在两螺杆中心距已限定的情况下,不可能任意选择 大外径的止推轴承,这就要求另想办法譬如采用止推轴承串来解决 这个问题。但这是比较困难的。另外抵消齿轮传动的径向
19、力,防止螺杆 弯曲,提高齿轮的承载能力和传动精度,也是双螺杆传动设计不同于单 螺杆挤出机之处。双螺杆传动箱的散热和润滑也比单螺杆挤出机重要、复杂得多。3.1主驱动电动机选型双螺杆挤出机所用电机的选择如下。双螺杆挤出机中常用的电机有直流电机、交流变频调速电机、滑差 电机、整流子电机等。其中以直流电机和交流变频调速电机用的最多。直流电机系统:可实现无级调速,且调速范围宽,启动较平稳。以 国产Z2系列电机为例,当改变电枢电压时,其转速可自同步转速(1500r/min)往下调1:8;当改变激磁电压时,转速可往上调1:2,因此其最大调速范围可达1:16。图2.1所示为直流电机的外特性曲线。由图可以看出改
20、变电枢电压时可以得到恒扭矩调速:改变激磁电压时可 以得到恒功率调速,此时随着转速升高其功率不变,但扭矩相应地减少。但国产的Z2、Z3系列直流电机,在其转速低于(100200)r/min 口寸,工作不稳定,而且这时电机冷却风扇冷却性能下降。20世纪80年代以 后生产的Z4系列电机则比Z2、Z3系列直流电机性能好得多,其低速性 能稳定,因而在双螺杆挤出机中得到广泛采用。图3.1 直流电机外特性曲线根据图3.1可知,选用功率为55KW的直流电动机已可以满足需要,所以木设计中所采用的主驱动电动机型号为Z4-180-41,功率为55K肌 额定电压为440V,转速为1510r/min,并带有冷却鼓风机和热
21、保护装 置,采用三相全控桥双闭环无级调速,另外还带有测速发电机。3.2减速箱设计双螺杆挤出机的传动箱由两大部分即减速部分和扭矩分配部分组 成。这两部分的功能虽有不同,但它们紧密联系,有时还相互制约。根 据目前流行的结构看,其设计布置大致有两种方案,一种是将减速部分 和扭矩分配部分很明显的分开,即所谓的分离式;另一种是将二者和在 一起。在本设计中,选用分离式,因螺杆的转速范围为40400r/min,而电动机的转速为1510 r/min,所以要求减速箱的总传动比为:1:1510/144=l:10,5o根据所选电机的功率、转速、电机伸出端的直径和减速箱轴的直径 选择联轴器的型号为HL4 455 x
22、U2,减速箱通过弹性柱销联轴器与直 KC45x84流电动机相连,采用三级斜齿传动,使总传动比与所要求的传动比吻合。另外,减速箱润滑油采用150号极压齿轮油,一次加油量为25升。为 了防止油量过热,箱内悬有蛇形冷却管,冷却方式为水循环式。具体设 计及校核略。3.3分配箱设计在设计过程中,实现规定的螺杆转速(范围)、扭矩均匀分配、轴 承合理布置的前提下,通过传动方案的确定和结构设计,采取措施,降 低齿轮载荷,抵消或减少传动齿轮的径向载荷,传递更大的功率和轴向 力,提高轴承的寿命,装配维修方便。设计、加工的难点在于螺杆中心 距限定的狭少的空间。因而必须调动一切可能的手段,寻找特殊的结构 形式、材料和
23、热处理工艺来实现上述的目标。与锥形双螺杆挤出机相比,平行双螺杆挤出机螺杆尾部空间比较 小,不能平行地放下两根传动轴。本设计中两螺杆异向旋转,为达到这一目的,大致设想如下:动力由减速箱输出轴齿轮输入到分配箱的一根轴上,这根轴的齿轮 齿数与主轴相等,且与一根主轴外啮合同时与大齿轮内啮合,从而带动 与此大齿轮内啮合的另一主轴转动。这样,两根主轴以相同的角速度异 向旋转,同时也使得分配箱尾部空间增大。双螺杆挤出机分配箱的设计所涉及的问题很多,要想设计好分配 箱,除了应具有扎实的机械设计理论和知识外,更需要有丰富的实践设 计经验,下面仅以双螺杆挤出机中目前最流行的分离式传动箱的结构设 计中的几个主要问题
24、进行讨论。3.3.1分配箱的总体结构设计1.双螺杆中心距与分配箱设计中齿轮、轴与轴承之间的关系对于全啮合双螺杆挤出机,一旦两根轴的外径、根径(或螺槽深度)初步确定,则为两螺杆提供转速和扭矩的传动箱中与两螺杆相连的输出 轴之间的中心距也就确定了。现以一般分离式传动箱轴承、齿轮、轴之 间的几何关系,来讨论传动箱结构参数之间的关系。图3.2表示出了分 离式传动系统齿轮、轴、轴承的布置。o图3.2分离式传动系统齿轮、轴、轴承布置支持两输出轴的径向轴承有如下关系:Amin=ZC+.3.1一根轴的外径与另一根轴上所装齿轮的外径之间应满足以下关系:A=g(乙+4)+与.3.2齿顶圆直径:da=/n(Z+2%
25、).3.3或da=m(Z+2h*+2X|2AK).3.4以上各式中Amin一双螺杆最小中心距A一双螺杆实际中心距Dzc一所选径向轴承外径dz一螺杆驱动轴直径A 1一两根螺杆上两个径向轴承外径之间的径向间隙 2根螺杆驱动轴外径与另一根螺杆驱动轴上齿轮顶圆之间的 间隙da赤顶圆直径m一齿轮模数Zi一齿数ha*一齿顶高系数X1一齿轮变位系数Y一齿顶高变位系数由以上关系可见,中心距A对其它几何参数的限制,特别是对齿轮承载 能力的关键参数m、Z的限制。2、双螺杆中心距的确定与齿轮参数的选择由同组的同学已初选定了螺杆直径及螺槽深度,进而给出了双螺杆 中心距的可选范围,但尚不能将中心距最后确定。道理很明显,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 双螺杆挤出机 设计 说明书
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。