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单螺杆往复式挤出机的设计改进

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挤出螺杆的使用寿命_单螺杆挤出机温度设定_大连冰山螺杆机和复盛螺杆机比较

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摘 要

单螺杆挤出机比双螺杆挤出机有许多性能上的优势,但也存在不足:其螺套、销钉组合比较薄弱,抵御外来冲击能力较差、易破损。从结构设计上对其改进,是提高其抗弯强度的有效方法。本文从分析其设计原理入手,阐述了设计改进相关问题和效果。

0引言

对比双螺杆挤出机,单螺杆往复式挤出机有下述结构特点和作用效果:(1)机器工作时螺杆旋转和轴向复合运动,更易于物料的分散。(2)螺纹截面为矩形,具有更强的推力。(3)捏合物料方式为螺纹侧面与销钉的相对剪切运动,使物料微观均匀化,从而形成特殊的涂料纹理效果。(4)左右旋螺纹交错,没有垂直于螺杆轴线的平面,不易形成物料残留。上述结构特点决定了单螺杆挤出机的下述优良性能:自清性能好;杂质倾向低;纹理效果性特殊;出料温度低;温控精度高;电力消耗低。与双螺杆的捏合块对比,其断续的螺纹块及销钉组合,比较脆弱,抵御外物的冲击能力差,如果运行中遇到加温不到位或温度急剧变化、加料不匀、大块硬物加入、金属件误入等情况时,容易产生螺纹瓣断裂、销钉打断故障。提高螺套、销钉的抗弯强度,对单螺杆机的应用推广意义重大。围绕这一议题,除了从用料上要考虑在保证耐磨性的前提下,尽量提高其冲击韧性指标外,从结构设计改进入手强化其刚度也是一个行之有效的方法。以下将结合设计原理分析单螺杆挤出机温度设定,阐述所涉及的螺套、销钉及相关件的设计改进。

1单螺杆往复式挤出机螺纹的设计原理

机筒内的螺杆旋转后,位于机筒和螺纹缝隙中所包围的物料会前后移动。左旋螺纹面使物料前移,右旋螺纹面使物料后移。由于左旋面螺距大于右旋面螺距,所以物料总体上是朝出口方向前移,这使螺杆具有物料推进功能;镶嵌于机筒内壁的销钉插入螺纹的空隙中,与螺纹侧面构成一个个运动构体,使螺纹侧面对物料有剪切、搅拌、挤压作用,这使螺杆具有物料捏合功能。上述两功能的结合形成单螺杆挤出机的挤出性能。当然,为了实现销钉在螺纹中间穿行,迫使螺纹必须呈现续形状;另一方面,为了增加销钉与螺纹侧面的相擦面积和物料剪切强度单螺杆挤出机温度设定,销钉必须沿着螺纹侧面运动。螺纹截面形状设计成矩形可以同时满足推力的最大化和销钉捏合强度的最大化。螺纹瓣左旋面又称推进螺面的导程小于框架左旋导程,目的是使螺纹瓣变长,从而增加了销钉相擦面积。适当地加大螺纹深度,可提高产量。螺套的选材至关重要,除了考虑耐磨性,韧性指标必须达到。螺纹瓣的设计,一般以螺杆移动距离S为参考基数,螺纹的导程T、纹瓣厚B均与之有联系。螺纹瓣排列见图1。

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2销钉的设计及运行轨迹

挤出机运行时,销钉在螺纹瓣空隙内穿梭,对其内物料高速搅拌。搅拌强度越高,对物料的分散越好,挤出效果越佳。下列三个因素对搅拌强度有直接的影响:螺杆转速、销钉与螺纹侧面间隙、螺纹瓣长度。转速越高、间隙越小、长度越长,其搅拌强度越高。销钉本身固定不动,镶嵌在机筒衬瓦上。螺套旋转后,与螺纹瓣的侧面产生相对运动。运动使物料受到包括摩擦、剪切、挤压、搅拌的作用。同时,销钉还有清理螺纹瓣粘料、促进物料前移的功能,尤其在融化段。没有销钉的参与,就没有分散效果,也没有挤出产量。销钉设计一般以螺纹瓣结构尺寸为参照基数,直径与螺纹瓣宽度相近、高度相同。材料选择着重考虑材料的抗弯强度、冲击韧性及耐磨性。

按照相对运动原理分析,可得出销钉的运动轨迹是一条余弦曲线,如下图2所示:

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螺套每旋转一周,销钉完成一次前移和后退,行程为S。螺套从0度转至180度,销钉从0位前移至S;螺套从180度转至360度(0度),销钉从S位后移至0位。在这一循环过程中,每个销钉都按相同的路径走过一个螺纹瓣大边、两个小边。N排个N个销钉与N各螺纹侧面(大小面)相擦,产生了较多的捏合次数,完成了挤出机应履行的使命。

3复合运动机构的设计

为了满足单螺杆挤出机螺纹销钉组合捏合物料的运动形式要求,复合运动机构必须设计成能够输出与其相符的复合运动方式,即主轴旋转一周的同时按销钉的运动轨迹曲线要求,前后移动一个距离。复合运动机构作为单螺杆挤出机螺杆转动动力供给源,其机构设计必须满足一下基本要求:

运动方程满足销钉运行轨迹要求。

往复距离稳定可靠,调节方便。

有足够的驱动强度。

关节轴承的摆角在允许范围。

复合运动机构主要由主轴、斜盘、方向环、推力轴承、关节轴承、箱体组成。主轴经电机直接驱动旋转。由于斜盘、方向环组合固定在主轴之上,方向环又被关节轴承束缚,而使主轴被迫旋转的同时又前后移动。

4螺纹瓣、销钉强度设计改进

该强度设计改进的做法是在常规参数设计的基础上,探讨使螺纹瓣加厚、销钉增粗的可行性分析和刚度增大幅度。如上所述,螺纹瓣和销钉的增壮受到销钉轨迹的限制,做法不当将产生纹瓣与销钉干涉相撞。能否采取加大螺纹导程的方法解决干涉的问题?

加大导程后纹瓣和销钉是否变状?经过理论推算及计算机模拟演示证明:方法是可行的。传统的设计参数一般将往复距离与螺杆直径的函数关系定为:S=0.15D,并以此为基点,设定螺纹参数。螺纹主要参数:T框架左旋=nS;T左旋=5/8nS;T右旋=n/2S;B=o.6S。销钉主要参数:直径=0.6S。设计改进中,将S调高至0.21D,螺纹、销钉主要参数按此基数计算实际值。用调整后的参数做出螺纹分布及销钉轨迹曲线进行验证,以确保二者不干涉,同时还应对以下结构及参数进行校核:

(1)复合运动机构的相关件

两种改进方法可以加大往复距离:斜盘倾角加大或加大关节轴承与主轴的间距。任何一种改进方式完成后,均需校核关节轴承的摆角是否在允许范围;需校核方向环的摆动是否有妨碍之处;需校核方向环轴的抗弯强度。

(2)销钉、螺纹瓣间隙

间隙太小,易产生干涉并使销钉弯曲;太大则减低捏合强度。转速越高,干涉倾向越大;同时考虑各轴承配合间隙的影响,该间隙应在0.6mm-0.8mm。

5改进案例分析

以市场使用最多的70机型为改进实验对象,做了以下参数改进:往复量增至15,纹瓣梗宽增至8,销钉直径增至8.5。改进后的纹瓣、销钉明显变壮、刚性增强。采用加小螺母、小螺钉混入料中挤出实验,未发现纹瓣断裂、销钉弯曲或折断现象;大加料量、高速挤出实验,未发现销钉干涉现象。证明改进是有效和成功的。

6结语

单螺杆往复式挤出机的螺杆、销钉设计,可以打破传统设计参数束缚,适当地加大结构尺寸,以增加抵御硬物破坏的能力,解决其性能不足,使之成为更完善的机型。

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