挤出机说明指导书.doc
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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持续通过口模成型办法,或简称为挤塑。挤出成型是聚合物加工中浮现较早一门技术,在19世纪初已有使用。挤出成型可加工聚合物种类诸多,制品更是各种各样,成型过程也有许多差别比较常用是以固体块状加料挤出制品过程。其挤出成型过程为:将颗粒状或粉状固体物料加入到挤出机料斗中,挤出机料筒外面有加热器,通过热传导将加热器产生热量传给料筒内物料,温度上升,达到熔融温度。机器运转,料筒内螺杆转动,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互相摩擦、剪切,产生大量热,与热传导共同作用使加入
2、物料不断熔融,熔融物料被持续、稳定地输送到具备一定形状机头(或称口模)中。通过口模后,处在流动状态物料取近似口型形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持既定形状,在牵引装置作用下,使制品持续地迈进,并获得最后制品尺寸。最后永切割办法截断制品,以便储存和运送。挤出成型加工重要设备是挤出机,此外,尚有机头口模及冷却定型、牵引、切割、卷取等附属设备。其挤出制品都是持续形体,在生产及应用上都具备多方面长处。据记录,在塑料制品成形加工中,挤出成型制品产量约占整个塑料制品50以上。因此,挤出成型在塑料制品成型加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形状,经冷却定型而得到
3、与口模断面形状相吻合制品。挤出成型是塑料加工工业中最早成型办法之一。早在19世纪初期,挤出机就用于生产铅管、面条。初期挤出机是柱塞式,直到1936年才研制成功电加热单螺杆挤出机,这就是当代塑料挤出机来源。同其她成型方式相比,挤出成型具备如下突出长处。1.设备成本低,制造容易,因而投资少,见效快,占地面积小,生产环境清洁。2.生产效率高。挤出机单机产量较高。特别适合于较长尺寸制品。如制造较长管材,板材、型材、薄膜等,并且产品质量均匀、密实。其生产效率提高比其他成型办法快。3.挤出成型可以实现持续化、自动化生产。生产操作简朴,工艺控制容易,产品质量稳定。4.可以依照产品不同规定,变化产品断面形状。
4、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.应用范畴广。只要变化螺杆及辅机,就能合用于各种塑料及各种工艺过程。例如,可以加工大多数热塑性塑料及某些热固性塑料,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。随着聚合物加工业发展,作为聚合物重要加工设备之一挤出机得到了飞速发展,并以其优秀加工性能得到了越来越广泛应用。一套完整挤出设备由主机和相应辅机以及其他控制系统构成。 普通这些构成某些统称为挤出机组。它重要涉及挤出系统、传动系统和加热冷却系统及控制系统。1.挤出系统
5、 它由料斗、螺杆和机筒构成,是挤出机工作核心某些。其作用是使塑料塑化成均匀熔体,并在此过程中建立压力,再被螺杆持续、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构成。其作用是驱动螺杆,并保证供应螺杆在工作过程中所需扭矩和转速。3.加热冷却系统 它由温度控制设备构成。其作用是通过对机筒进行加热和冷却,保证挤出系统成型在工艺规定温度范畴内进行。4.控制系统 它重要由电器、仪表和执行机构构成。其作用是调节控制螺杆转速、机筒温度、机头压力等。在挤出成型中,应用得最广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一种挤出机,它是在单螺杆挤出机基本上
6、发展起来。最初双螺杆挤出机是20世纪30年代后期在乎大利开发。Roterto Colombo开发了同向旋转式双螺杆挤出机,Carlo Pasqutti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。对那些形状不规则或是含湿度很大悬浮料、乳剂料或分子量很高因而粘度很高料等,事实上无法加工。单螺杆挤出机对于加入无机填料适应能力也是差,且混炼效果较差。与单螺杆挤出机相比,双螺杆挤出机具备一系列长处,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她填料填充增强改性等方面。据资料简介,近年来西欧工业国家双螺杆挤出机数量已达到挤出机台数40%左右。特别是
7、在成型加工中,应用更多、更广。例如,在管材和造粒中几乎所有使用双螺杆挤出机,在板材和型材成型中,双螺杆挤出机约占8090%。特别对RPVC粉料、LDPE塑料加工,双螺杆挤出机更是具备极大优越性。由于其剪切速率较低(重要指异向旋转双螺杆挤出机)、自洁性好、在机筒中物料停留时间短。此外,双螺杆挤出机还具备剪切力大、传热面积大、计量精确、回流少、供料性能好、混炼效果好、塑化效果好等长处。当前,双螺杆挤出机重要用作成型加工、预塑混炼、聚合反映以及废料解决方面。近几年来,国内在双螺杆挤出机生产和应用方面同样也都得到了迅速发展。当前,双螺杆有许各种类型,其重要可以分为:1.从螺杆轴线与否平行可分为平行式和
8、锥形式双螺杆;前者两根螺杆轴线互相平行,后者两螺杆轴线相交成一角度。平行双螺杆挤出机相比较于锥形双螺杆基本机长处是:平行双螺杆挤出机具备压延长度较大,压延有强烈塑化与均化能力效果,并且螺杆平均直径小,转速较低,因而,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.从两根螺杆相对位置又可以分为啮合型和非啮合型,啮合型又可以分为某些啮合和全啮合型。非啮合型一根螺杆螺棱不伸到另一根螺杆螺槽中去,而非啮合型则是两根螺杆轴线分开距离不大于两根螺杆外半径之和,即一根螺杆螺棱插到另一根螺杆螺槽中去。依照啮合限度(即一根螺杆螺棱插到另一根螺杆螺槽中深浅限度),啮合型又可以分为某些啮合和全啮合
9、型。3.从螺杆旋转方向不同,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两根螺杆旋转方向相似,异向旋转双螺杆挤出机两根螺杆旋转方向相反。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发展,但由于双螺杆挤出机复杂性和种类多样性,以及双螺杆理论不成熟,因此至今还没看到关于双螺杆挤出机参数设计和构造设计比较系统文献,因而对双螺杆挤出机设计更多地只能停留在经验设计水平上。固然,经验设计是必要服从挤出工程基本规律,因此由此所进行关于双螺杆挤出机设计是具备一定科学性与理论性。双螺杆挤出机应用,都是以机组形式浮现。挤出机组涉及主机(即普通说挤出机)、机头和
10、辅机。因而就双螺杆挤出机总体设计而言,它可以涉及主机(螺杆挤出机)、机头和辅机设计,也可以单指主机设计。因而双螺杆挤出机设计应当涉及双螺杆挤出机类型拟定、整体方案拟定、重要技术参数拟定、挤压系统设计、传动系统设计、机头设计、加料系统设计以及双螺杆挤出机辅助系统设计等。1.2.1 开式设计和闭式设计选取所谓开式设计,普通指双螺杆挤出机挤压系统、冷却加热系统都裸露在外面,这种设计长处是各某些浮现故障时,检查、维修及拆装比较以便,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、冷却加热系统外面均有罩子,别的各某些有时也封闭起来。这种设计看上去外形比较整洁,但检修不太以便。因此
11、本设计中采用开式设计。1.2.2 一阶机和二阶机选取所谓一阶机,是指主机只有一种挤压系统,涉及一套螺杆、机筒和传动箱;而二阶机是指主机有两个挤压系统,涉及两套螺杆、机筒和传动箱,柔性串起来构成主机。就当前见到、用于成型制品双螺杆挤出机组主机多是一阶,如啮合平行异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。用于配混料造粒啮合同向双螺杆挤出机有状况下设计成二阶,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 整体式和积木式选取普通啮合异向旋转双螺杆挤出机(也有例外)和锥形双螺杆挤出机都是整体式,即其各大构成某些(螺杆、机筒、减速箱)在使用中不再拆开并进行重新组合安
12、装。国外流行啮合同向双螺杆挤出机绝大多数都设计成积木式,即其机筒、螺杆有若干组件构成,可依照使用需要进行重新组合安装。也有厂家生产双螺杆挤出机,除了其机筒、螺杆是组合式外,其扭距分派器和齿轮箱做成积木式,通过更换扭距分派器可以将双螺杆挤出机变化成异向旋转或同向旋转;去掉扭距分派器,其齿轮箱还可以与单螺杆挤压系统相接,构成单螺杆挤出机。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选取双螺杆挤出机机筒有是整体式,有是由若干段构成,但机筒均不能打开提成两段,它们是封闭。因而,要想理解挤出过程中物料沿螺杆输送、混合、反映状况,只有停转将机筒通过水骤冷,然后把螺杆抽出来才干看清晰。这样很不
13、以便,有时为了会破坏过程反映原貌。为了克服上述缺陷,人们把双螺杆挤出机机筒做成剖分式,停车冷却后靠液压系统或手动机械打开,观测取样,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 挤压系统选取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、精准地控制挤出机熔体压力以保证制品尺寸精度,在挤压系统末串接熔体齿轮泵,由双螺杆完毕塑化、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。因此本设计中没有使用串接齿轮泵设计。另一种影响双螺杆挤出机整体方案拟定是在某些机组上将要采用加料系统。普通双
14、螺杆挤出机大多采用计量加料,对大多数状况下得双螺杆挤出机(如啮合异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机),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配混料啮合同向双螺杆挤出机,将会有各种加料口和加料装置,它们得联合使用和布置将对双螺杆挤出机整体布置带来影响。2挤出系统设计双螺杆挤出机挤压系统是双螺杆挤出机核心某些。其作用是把加入固体物料熔融塑化、混合,为口模提供定温、定压、定量容体,并将在这一过程中产气愤体排除,最后通过口模,得到合乎质量规定制品。双螺杆挤出机挤压系统重要由螺杆、机筒构成。因而,双螺杆挤出机挤压系统设计事实上就是螺杆、机筒设计。2.1螺杆设计螺杆设计
15、涉及螺杆参数拟定,螺杆构造设计和螺杆材质选取等。螺杆设计核心问题就是设计出螺杆应具备优秀混合能力和其他特定能力(如脱挥发分)。螺杆参数涉及螺杆直径、螺杆长径比、螺杆导程(升角)、螺纹和螺槽断面形状、螺棱厚度、四个间隙等。2.1.2 螺杆参数参照异向双螺杆挤出机基本参数(JB/T 6491-),以及本课题设计挤出机所需要挤出量20kg/h可选取如下一组参数:1.螺杆直径D=45mm2.螺杆长径比L/D=1630,在这里选取183.螺杆导程 螺纹导程t=45mm,升角=174.螺杆和螺槽断面形状,采用惯用于小型螺杆梯形螺棱顶面厚度e=(0.180.12)D6.四个间隙2.2机筒设计机筒和螺杆共同构
16、成了挤出机挤压系统,完毕对塑料固体输送、熔融和定压定量输送作用。机筒构造形式关系到热量传送稳定性和均匀性。并且对于某些新型挤压系统来说,机筒在加料段上构造形式也影响到固体输送效率。机筒机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统工作性能。因而,机筒在挤压系统中是仅次于螺杆重要零件。普通机筒构造类型有整体式,分段式和双金属式。普通异向旋转双螺杆挤出机采用是整体式机筒。而本次设计中螺杆采用是整体式,因而机筒也相应采用整体式机筒。3传动系统设计 双螺杆挤出机传动系统是双螺杆挤出机重要构成某些。它重要性体当前它所完毕功能在双螺杆挤出机中致关重要,也体当前其设计、制造难度和成本在整台机器中占比重。 双螺杆挤出
17、机传动系统作用是在设定工艺条件下,向两根螺杆提供适当转速范畴、稳定而均匀速度、足够且均匀相等扭矩(功率)。并能承受完毕挤出过程所产生巨大螺杆轴向力。 双螺杆挤出机传动系统重要由驱动电机(联轴器)、齿轮箱(涉及扭矩分派和减速某些)等构成。 与单螺杆挤出机相比,双螺杆挤出机传动系统设计、制造要困难多。这是由于,一方面,双螺杆挤出机比单螺杆挤出机承受扭矩要大得多,并且这样大扭矩是在有限中心距内传递,且扭矩传递和减速交织在一起。另一方面,挤出过程在螺杆末端产生轴向力很大,该轴向力需要止推轴承来承受。按普通状况,轴向力越大,所需止推轴承外径越大,但在两螺杆中心距已限定状况下,不也许任意选取大外径止推轴承
18、,这就规定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。此外抵消齿轮传动径向力,防止螺杆弯曲,提高齿轮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选取如下。双螺杆挤出机中惯用电机有直流电机、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最多。直流电机系统:可实现无级调速,且调速范畴宽,启动较平稳。以国产Z2系列电机为例,当变化电枢电压时,其转速可自同步转速(1500r/min)往下调1:8;当变化激磁电压时,转速可往上调1:2,因而其最大调
19、速范畴可达1:16。图2.1所示为直流电机外特性曲线。由图可以看出变化电枢电压时可以得到恒扭矩调速:变化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Z2、Z3系列直流电机,在其转速低于(100200)r/min时,工作不稳定,并且这时电机冷却电扇冷却性能下降。20世纪80年代后来生产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依照图3.1可知,选用功率为55KW直流电动机已可以满足需要,因此本设计中所采用主驱动电动机型号为Z4-180-41,功率为55KW,额定电压为440
20、V,转速为1510r/ min,并带有冷却鼓风机和热保护装置,采用三相全控桥双闭环无级调速,此外还带有测速发电机。3.2减速箱设计 双螺杆挤出机传动箱由两大某些即减速某些和扭矩分派某些构成。这两某些功能虽有不同,但它们紧密联系,有时还互相制约。依照当前流行构造看,其设计布置大体有两种方案,一种是将减速某些和扭矩分派某些很明显分开,即所谓分离式;另一种是将两者和在一起。在本设计中,选用分离式,因螺杆转速范畴为40400r/min ,而电动机转速为1510 r/min,因此规定减速箱总传动比为:1:1510/144 = 1:10.5。 依照所选电机功率、转速、电机伸出端直径和减速箱轴直径选取联轴器
21、型号为,减速箱通过弹性柱销联轴器与直流电动机相连,采用三级斜齿传动,使总传动比与所规定传动比吻合。此外,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。详细设计及校核略。3.3分派箱设计 在设计过程中,实现规定螺杆转速(范畴)、扭矩均匀分派、轴承合理布置前提下,通过传动方案拟定和构造设计,采用办法,减少齿轮载荷,抵消或减少传动齿轮径向载荷,传递更大功率和轴向力,提高轴承寿命,装配维修以便。设计、加工难点在于螺杆中心距限定狭少空间。因而必要调动一切也许手段,寻找特殊构造形式、材料和热解决工艺来实现上述目的。与锥形双螺杆挤出机相比,
22、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,大体设想如下: 动力由减速箱输出轴齿轮输入到分派箱一根轴上,这根轴齿轮齿数与主轴相等,且与一根主轴外啮合同步与大齿轮内啮合,从而带动与此大齿轮内啮合另一主轴转动。这样,两根主轴以相似角速度异向旋转,同步也使得分派箱尾部空间增大。双螺杆挤出机分派箱设计所涉及问题诸多,要想设计好分派箱,除了应具备夯实机械设计理论和知识外,更需要有丰富实践设计经验,下面仅以双螺杆挤出机中当前最流行分离式传动箱构造设计中几种重要问题进行讨论。3.3.1分派箱总体构造设计双螺杆中心距与分派箱设计中齿轮、轴与轴承之间关系
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