冷喂料排气挤出机螺杆优化设计

冷喂料排气挤出机螺杆优化设计 章华?冷喂料排气挤出机螺杆优化设计 出机不能正常工作,横棱结构和分流元件的改进可以有效得解决排气挤出机冒料 和挤出波动的现象.两种螺杆改进设计方法让 排气挤出机适应不同的胶料和不同的口模,不仅可以避免首料和掎出波动问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,而 且提高了排气的效率,经过优化设计的螺杆 提高橡胶制品的质量和企业的经济效益. 关键词:排气挤出机;螺杆;优化设计 中圈分类号:TQ320.663 文献标识码tB 工业橡胶制品制造业常用排气或真空挤出 但挤出的胶料中常含有挥发性 机来挤出胶料, 成分,必须除去这些挥发成分以防止硫化胶中 产生气孔.气体一般是相对分子质量低的物质 或由填料带人的湿气.排气效率是排气挤出机 一 项特有的性能指标,排气效率高,则 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 挤 出物密实度高,气密性好,绝缘能力强.挤出 物在常压或低压硫化时产生的气泡也就相应减 少.否则在制品表面或内部会出现空隙,气泡 等缺陷,严重影响制品的9l观和性能.一台高 质量的排气挤出机,不仅要求挤出产量高,质 量好,能耗低,而且要求排气口不冒料或少冒 料.螺杆是挤出机最重要的工作部件,螺杆的 结构和参数选择是否合理,将直接影响挤出机 的工作性能. 挤出波动和冒料是限制排气挤出机使用范 围的两个重要的因素,这两个现象都是由于流 量不平衡所致.为了解决以上问题,国内外 一 些学者作了大量的研究.针对塑料排气挤 出机,他们主要从改变操作工艺条件,排气段 参数以及泵出段参数等方面来考虑,但是由于 近年来双螺杆排气挤出机的迅速发展,已经逐 渐替代了塑料单螺杆排气挤出机,所以近年来 关于塑料单螺杆排气挤出机的研究工作较少. 文章编号:1009?797X(2010)12-0039-05 OOI:lO.3969/J.ISSN.1009.797X.2010.I2.009 而对于橡胶排气挤出来说,由于橡胶的黏度较 大,加工橡胶的双螺杆挤出机很少有报道,所 以橡胶单螺杆排气挤出机仍然具有很重要的地 位.而对于橡胶排气挤出机来说,由于要经常 更换口模和胶料,所以机头压力和一些工艺条 件就经常要变化,合理设计螺杆的结构使其能 够在不同的工艺条件下满足流量平衡变得尤为 重要. 1排气挤出机的结构和原理 为了要设计出合理的排气挤出机的螺杆, 就必须了解挤出机的结构及排气理论.一些 研究者针对挤出机的排气理论进行了分析, Bernhardt【2首先提出了抽真空挤出机螺杆的 设计,Latien提出了分子扩散模型,指出 分子的扩散运动使螺槽内的熔池存在浓度梯 度,形成排气段的传质过程.R.W.Cough1in 和G.P.Caneva【4提出了表面更新模型,认为熔 池自由表面不断更新将加速排气段传质过程, 并把自由面假设为一个平面.G.W.RobertS】 作者简介:章华(1977一),男,工程师,主要从事橡 胶塑料机械设计与开发工作,现任无锡市江南橡塑机械有限 公司副总经理. 收稿日期:2010-07-15 2010年第36卷?39? CHINARUBBER/PLASTICSTECHNOL0GYANDEQUlPMENT 提出熔膜气化模型,认为在螺棱和机筒之间存 在着一层薄熔膜,不断被螺棱剪切而气化.后 来J.A.BieSenbergcr对排气理论进行大量 的研究,假设自由表面圆筒面,推导出扩散 方程;介绍了在无限大扩散膜和有限膜的表 面更新,提出了阶段模型和连续模型.他们 的研究可以说是对前任成果的概括和 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf , 当然也还有需要进一步研究和完善的地方. R.J.Albalak,ZTadmer和Y.Talmow利用电 镜研究了熔体在抽真空的条件下气泡的形成和 破裂,分析了其产生的原因.目前,对聚合物 熔体排气机理取得一些共识是:气体分子通过 自由表面和气泡两种方式进行扩散,而且这两 种扩散方式是同时存在的.当熔体中所含挥发 物组分浓度较低时,挥发物组分从自由表面以 分子扩散形式为主;当熔体中所含挥发物浓度 较大时,则以发泡排气占优势. 1.1排气结构 冷喂料排气挤出机的整体结构与普通挤出 机的主要不同的是采用了具有排气功能的螺 杆,图1为常用的二阶排气螺杆结构 \压第一计量鼹 /,—\, ' l 排8喂料口南 酋酗'^,—Irt '=讦餮百'V (挤出段)排气段塑化段里料段,f 图l排气螺杆结构及工作压力变化曲线示意图 螺杆可以看成是由两根螺杆串联而成的. 排气口前一段为第一阶螺杆,它由喂料段,塑 化段和第一计量段组成.排气口后一段为第二 阶螺杆,它由第二计量段组成.这前后相连的 结构决定了两根螺杆的产量相互牵制,相互影 响.如果第一根螺杆的挤出能力大于第二根螺 杆的进料能力,则会引起排气口的冒料现象; 如果第二根螺杆的挤出能力大于第一根螺杆. 则排气挤出机会挤出波动,影响挤出制品的质 量两根螺杆之间由排气段连接,排气段的螺 槽比其它段深,在相对排气段的机筒上开设排 气口.排气效果的好坏将决定挤出制品内部是 否含有气泡,从而影响到产品的致密性和外观 质量. 1.2排气原理 物料在排气螺杆中要经历三个过程:从喂 料口进入挤出机的胶料,往往夹带有少量气 体.物料在塑化段旋转螺杆的作用下,经过剪 切,压缩达到基本塑化熔融状态,并开始呈 现出粘流态的物性.螺槽熔体经过第一计量段 的高压作用下进人排气段,排气段是一等距等 深的深槽双螺纹结构,由于排气段螺槽突然加 深,又由于真空泵的作用,使从塑化段输送来 的胶料压力急剧下降至零,甚至是负压状态, 而胶料体积突然膨胀,促使胶料中的水分及挥 发物的发泡甚至汽化,在排气段螺杆的作用下 气泡破裂,溢出的气体从排气口被真空泵抽 走.另外由于其截面大,输送速度低,有一定 的停留时间,有利于排气效率的提高.经过排 气处理的熔体被输送到第二计量段作进一步的 塑化和混合,最后在螺杆的挤压作用下,胶料 以一定的压力和温度从机头挤出而成制品【1". 2排气挤出机螺杆排气段优化设计 排气效率是冷喂料排气挤出机的一项重要 的性能指标.提高排气效率的途径主要有:减 少胶料在螺杆排气段中的进料度;增加胶料在 排气段中的平均停留时间;增强胶料自由表面 的更新作用;改进配方设计和操作工艺条件. 传统的排气挤出机采用自然排气,采用适 宜的工艺条件,不仅简化了机组的结构,而且 容易达到高质量,但是传统的排气挤出机只能 适应部分胶料的挤出成型,在加工过程中更换 材料或者模头都会导致冒料或挤出波动的现 象,严重影响产品的质量.一台高质量的排气 挤出机不仅要求排气效率高,能耗低,而且挤 出的产量高,质量好.针对提高排气效率和解 决更换模头和胶料而导致的流量不平衡想象, 本文介绍了排气挤出机螺杆的改进设计方法: 2.1活动螺棱以及断裂螺纹捧气段 胶料在螺槽中流动,由于受到横棱的作用 ? 40?第36卷第12期 章华-冷喂料排气挤出机螺杆优化设计 而产生强烈的剪切和混合,因此能得到较好的 塑炼和混炼.但是在实际使用过程中所用的胶 料并不相同,所以在同一台挤出机上会经常变 换使用物性差异较大的胶料,加入的胶料的硬 度及其黏度也有很大的不同.在实际过程中使 用硬度较低的胶料时,通过塑化段的塑化混炼 后,已经呈现粘流态的胶料黏度也较小,其流 动能力较好,容易通过排气段横棱,这样就需 要横棱与机筒上螺槽的间隙小些,以限制胶料 的流动速度,这样既可以限制流量,又能延长 胶料在排气段的停留时间,有利于提高排气效 率,否则的话就会出现冒料的现象,从而堵塞 排气口;反之若使用硬度较低的胶料,则有可 能出现挤出波动的现象.所以,通过调整横棱 与机筒之间的间隙来适应不同的胶料,从而达 到丽个计量段流量的平衡,避免冒料和挤出波 动的现象发生. 如图2,图3所示为改变横棱的两种方式[1: 对于/J\规格挤出机而言,其螺棱较窄,收 固 螺活动 横棱 螺杆 主体 图2活动横棱结构 平键上半环 图3两半挡环结构 到安装空间的限制,且螺杆所受的扭矩相对较 小,所以在原来的横棱部位直接改成可拆卸的 活动横棱结构,如图2所示.该结构采用键槽配 合方式保证了活动横棱能够承受胶料塑化和混 炼所传递来的扭矩和剪切力.当更改加工原材 料或更换口模时,只需通过更换活动横棱的规 格就可以使得两计量段的流量达到平衡. 对于较大规格的挤出机,螺杆所承受的扭 矩明显增加,须采用抗剪切能力更强的结构, 如图3所示为适应较大规格挤出机的两半挡环结 构.这种结构主要由两个带有键槽和安装螺孔 的两半环,承受扭矩的定位平键及安装螺钉组 成.采用的环状沟槽来承受胶料塑化和混炼时 产生的轴向压力,靠键槽承受螺杆旋转产生的 扭矩,对于加工不同的胶料或更换口模时,只 需更换不同高度的规格的两半挡环,即可改变 横棱与螺槽顶部间隙就可以解决冒料和挤出波 动的问题. 根据Fick定律,增加自由表面处的气体挥 发物浓度可以大大加强排气过程,也就是增强 胶料自由表面的更新来提高排气的效率.为了 增强胶料自由表面的更新,必须使得胶料在排 气阶段承受较大的剪切和混合作用,这样的螺 杆结构可以采用不同构型的断裂螺纹排气段, 图4为增加表面更新的几种螺杆结构形式. 跚 (c)排气段螺纹上开有斜齿形的斜三角形 图4增加表面更新的几种螺杆结构形式 2.2排气段分流元件的改进 传统排气挤出机在紧靠排气段前方的螺杆 上不再设置螺纹,而是在实心圆柱上开凿了许 多细槽一分流环,如5图所示,槽的方向大致与 2010年第36卷?41? 挤出方向相同,图6为分流环的截面图.这一结 构既起到了节流,增压,强力剪切和计量的作 用,又起到了对胶料的压缩和膨胀的作用. 图5带有固定节流元件的传统排气螺杆示意图 图6分流环横截面示意图 胶料经过节流环变成许多d,断面的胶条后 进人排气区,从而产生所需的较大胶料表面 积,以使胶料内的气体能够顺利的逸出.带细 槽的节流环起着固定节流阀的作用,在挤出较 容易加工的胶米斗时,胶料会被过度节流,降低 了挤出机的性能以及生产效率.若为了保证挤 在改变胶料和更换口 出机的性能和生产效率, 模时,只能通过更换螺杆或者对现有螺杆进行 改进才能得以优化,然而更换螺杆或对现有的 螺杆进行改进需要很大的成本. 对节流元件的改进设计不仅可以使排气挤 出机能够适合多种胶料的挤出成型,而且可以 避免排气口的冒料和挤出波动,提高挤出产品 的质量.如图7所示为环形狭缝节流阀?,它是 由两个带狭缝的圆盘组成,两个圆盘间可以相 对旋转,这样可以调节有效狭缝宽度,即改变 了胶料流动区的截面积,通过狭缝的胶料中包 含的气泡会因为气泡内9l压差而爆破,节流环 节之后就是带有真空泵的排气段,以确保胶料 中的气体被及时排出. 采用的结构为可调节流阀,这样使得挤出 机具有灵活的结构.节流阀本身由固定部分和 可调节部分组成,可调节部分的方向就是挤出 图7环形狭缝节流阀示意图 方向.胶料在通过节流阀时必须通过节流阀上 矩形断面狭缝,所以胶米斗以多个小矩形截面胶 条的形式进入排气段.通过改变节流阀可调部 分的旋转角度,就可以改变每个矩形的流动面 积.根据不同的胶料和口模来调节流元件流动 区面积的大小,不仅能够达到良好的排气效 果,而且可以使得两计量段的流量平衡,保证 了挤出产品质量的稳定性. 通过对环形狭缝节流阀的狭缝面积的调 节,不仅可以保证两计量段的流量平衡,而 且能够使胶料自由表面始终保持较高的浓度梯 从而保 度,加快气体从胶料内部逸出的速度,证了挤出制品的质量. 3小结 冷喂料排气挤出机设计的关键在保证二阶 螺杆的流量平衡,只有在流量平衡的时候才能 避免冒料和挤出波动现象的发生.为传统的排 气挤出机更换胶料和口模的时会破坏两阶螺杆 原有的流量平衡,在第二计量段流通面积固定 不变的前提下,第一计量段末端加入可调节的 分流元件或者改变活动的横棱结构,从而使得 二阶螺杆的流量再次平衡,最大限度的避免挤 出波动和冒料现象的出现.分流元件和活动横 棱结构使得排气挤出机对不同的胶料和口模的 适应度加强,并且大大提高了排气挤出机生产 的橡胶产品质量. 参考文献: [1】张运龙,董传涛,郝春燕排气挤出机分流环结构与产量 平衡问题的研究橡塑技术与装备,2005:32. [2]C.bernbardt.SPEJournal3,1956. (下接57页) ? 42?第36卷第12期 M M 刑晓波等?基于PLC和变频传动的自动技术 HOC8ED8l2o-1L_I K0D500K10-1 -_J ] ooD6ooK D,oozD5ooK固 盯… ]{卜l-盯._J H0036D203 H0046D2O4 )500D600K 图2PLC发送与接收梯形图 点能按照指定的速度运行,保证制品质量,减 少胶料的浪费. 7变频器安装时注意的问题l (1)为了防止触电,火灾,抑制电磁干 扰,变频器须独立接地.但是在生产车间一般 只有动力电源零线,常常因没有地线而不接, 或接零,接地不分,把变频器的接地线接到零 线上(中心线),由于零线与地线之间的电压可达 几伏到几十伏,对系统的可靠性会产生严重影 响因此变频器必须有独立接地体.接地导线 截面积应与电动机接地导线截面积一样,接地 电阻小于4Q.我们采用了2根40×40的角铁, 长度为2m打八了地下作为变频器独立的接地 体. (2)当传感器和变频器连接时,应使用屏 蔽双绞电缆,屏蔽金属软线接在不接地的信号 线公共线上.在电源的输入和输出端分别安装 电抗器,减少电源与变频器的相互干扰. (3)制线与电机.当采用外部开关量控 制时,连接线较长时,如果控线都在沟里埋设 时,三根电机线之间将感应产生的电场通过分 使控制线路受到干 布电容耦合到控制线上, 扰,因此控制线必须采用屏蔽导线,分别套入 金属管效果较好. 8结束语 本系统调速范围大,可靠性高,操作方 便.随着电力电子技术,微电子技术和计算机 技术在变频器中的应用和发展.变频器以其优 良的调速性能,将取代冷喂料挤出机传统的直 流调速系统.从而提高装备的运行性能和经济 效益. 参考文献: 【1]三菱变频调速器使用手册 [2】胡少平.变频调速器在使用中应注意的几个问题.橡塑技 术与装备,2006,32,(8):54~55. (XS-02) 2010v第36卷?57? ]__11J__11-_1