擠出機(jī)給料裝置設(shè)計(jì)

穆洪彪 張含博 趙培余 孫迎波

（1.杭州中法實(shí)業(yè)股份有限公司 2.沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院 3.東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 4.核工業(yè)二四二地質(zhì)大隊(duì))

塑粉擠出機(jī) （以下簡(jiǎn)稱(chēng)擠出機(jī)）是熱固性粉末涂料 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)塑粉）生產(chǎn)線中混煉工序的設(shè)備。混煉過(guò)程中進(jìn)料不穩(wěn)定，對(duì)塑粉的最終質(zhì)量有重要影響。但是由于制造塑粉的原料流動(dòng)性較差，在給料裝置的料斗和小料斗中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)搭橋、搪空現(xiàn)象，擠出機(jī)給料常常中斷，擠出機(jī)內(nèi)殘余物料就會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而產(chǎn)生固化變性，使擠出機(jī)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，同時(shí)還增加了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。為了解決這些問(wèn)題，筆者對(duì)原進(jìn)料機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，針對(duì)塑粉原料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新的塑粉擠出機(jī)給料裝置。

1 原給料裝置概況

原給料裝置如圖1所示，主要由料斗（2，該數(shù)字為圖中零部件序號(hào)，下同）、箱體（3）、螺桿（4）、連接套（7）、擺線針齒輪減速電機(jī)（10）等零部件組成。在對(duì)該給料裝置進(jìn)行分析研究后，發(fā)現(xiàn)有如下缺點(diǎn)：

（1）塑粉原材料是由飽合聚酯樹(shù)脂 （塑粉專(zhuān)用）、環(huán)氧樹(shù)脂、鈦白粉、流平劑、顏料等成分經(jīng)預(yù)混機(jī)混合而成，流動(dòng)性較差。在擠出機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常在給料裝置的料斗和小料斗（13）中出現(xiàn)搭橋、搪空現(xiàn)象，造成擠出機(jī)給料中斷。擠出機(jī)內(nèi)的殘存物料因溫度過(guò)高出現(xiàn)固化現(xiàn)象，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量受到了嚴(yán)重影響，同時(shí)使操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度增加 （物料固化后需打開(kāi)擠出機(jī)，抽出螺桿，清洗螺筒）。

（2）給料螺桿與電機(jī)連接套是靜連接，在螺桿螺片與箱體螺筒間存在間隙，因此在工作時(shí)一直留有余料，輸料不徹底。

（3）更換產(chǎn)品型號(hào)時(shí)，需先拆下擺線針齒輪減速電機(jī)，才能清洗螺桿、箱體，這樣很費(fèi)工費(fèi)時(shí)。

2 擠出機(jī)給料裝置設(shè)計(jì)

如圖2、圖3、圖4所示，新的給料裝置由料斗撥料、水平輸料、立式輸料三部分組成。其中水平輸料螺桿與減速電機(jī)（20）的連接方式由靜連接改為動(dòng)連接。

圖1 原給料裝置

圖2 塑粉擠出機(jī)給料裝置

圖3 水平輸料螺桿連接部分

圖4 立式輸料部分

2.1 撥料部分設(shè)計(jì)

2.1.1 撥料部分的設(shè)計(jì)步驟

（1）為利于料倉(cāng)供料，可適當(dāng)放大料箱（3）與料倉(cāng)（2）連接處的截面積，可取原來(lái)的2倍。

（2）確定撥料軸（10）的轉(zhuǎn)速 （一般取 5～8 r/min）。

（3）通過(guò)試驗(yàn)確定斜齒輪減速電機(jī)（12）需滿(mǎn)足的實(shí)際扭矩。

（4）按式（1）確定撥料電機(jī)（12）的功率。

式中P——功率，kW；

T——撥料軸扭矩，N·m；

n——減速電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

2.1.2 撥料部分的組成

如圖2所示，該裝置主要由箱體 （3）、帶有撥桿的撥料套（8）、 撥料軸（10）、 電機(jī)座 1（5）和斜齒輪渦輪渦桿減速電機(jī)（12）等部件組成。

電機(jī)座1通過(guò)螺栓與箱體固定，撥料軸通過(guò)平鍵3（13）與減速電機(jī)連接，減速電機(jī)帶動(dòng)撥料軸和撥料套一起在箱體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，起到預(yù)防原料在箱體內(nèi)搭橋的作用。

2.2 水平輸料部分的設(shè)計(jì)

2.2.1 水平輸料裝置設(shè)計(jì)步驟

（1）按擠出機(jī)的額定產(chǎn)量，由式（2）確定輸料螺桿的螺矩、外徑、減速電機(jī)轉(zhuǎn)速等有關(guān)參數(shù)。

式中m′——質(zhì)量流量，kg/min；

ρB——考慮螺槽邊界影響的不可壓縮材料的填充密度 （或稱(chēng)為松裝密度，由試驗(yàn)確定）， kg/m3；

A——螺槽截面的面積，m2；

Va——固體單元的軸向速度，m/min；

f——填充度，這里取f=1。

式中Db——螺筒內(nèi)徑，mm；

Dcore——螺桿軸徑，mm；

i——螺片頭數(shù)，這里取1；

e——螺片厚度，m；

H——螺筒內(nèi)徑與螺桿螺片外徑間單邊間隙，m；

φ——螺旋角， （°）。

式中t——螺距，m；

n——軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min。

（2）通過(guò)試驗(yàn)確定擺線針齒輪減速電機(jī)需滿(mǎn)足的實(shí)際扭矩T。

（3）用下式確定水平輸料減速電機(jī)功率。

式中P——軸所傳遞的功率，kW；

T——軸所傳遞的扭矩，N·m；

n——軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min。

（4）為了保證水平輸料螺桿（17）與空心軸的連接處有足夠的強(qiáng)度和剛度，可用表1中軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度公式進(jìn)行校核。

表1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算軸徑

2.2.2 水平輸料裝置結(jié)構(gòu)

水平輸料裝置結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，主要由與撥料裝置共用的箱體、水平輸料螺桿、空心軸（35）、電機(jī)座（19）和擺線針齒輪減速電機(jī)組成。減速電機(jī)通過(guò)平鍵4（37）帶動(dòng)空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，空心軸一字鍵槽與送料螺桿末端的一字形凸鍵通過(guò)帶自鎖限位功能的連接螺栓（34）組成連接副，形成浮動(dòng)連接狀態(tài)。這樣，水平輸料螺桿的螺片與箱體的螺筒內(nèi)壁下部形成浮動(dòng)接觸，輸料更為徹底。在擠出機(jī)用于其它產(chǎn)品時(shí)，只需拆下連接螺栓就可以抽出水平輸料螺桿，使清理螺桿、箱體等操作方便許多。在水平輸料螺桿的動(dòng)力輸入端留有一段約30 mm的無(wú)螺片圓柱面，使得這一段物料在螺桿工作時(shí)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以起到封住上一批次生產(chǎn)時(shí)留在襯套（29）與空心軸間隙內(nèi)物料的作用。

2.3 立式輸料部分的設(shè)計(jì)

2.3.1 立式輸料裝置設(shè)計(jì)步驟

可按上述水平輸料裝置的設(shè)計(jì)原理，以比水平輸料裝置產(chǎn)能大10%～20%的數(shù)值確定螺桿轉(zhuǎn)速、螺距。由于該輸料裝置只起到防堵及輕微的強(qiáng)制喂料功能，因此減速電機(jī)功率可適當(dāng)?shù)陀谒捷斄想姍C(jī)功率。

2.3.2 立式輸料裝置結(jié)構(gòu)

如圖4所示，立式輸料裝置主要由錐形料斗（9）、 豎直螺桿（12）、 刮板（11）、 渦輪渦桿減速電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)減速電機(jī)）（1）、支撐柱（19）、伸縮桿（18）和千斤頂（22）等零部件組成。

在工作狀態(tài)，立式輸料螺桿（12）伸入擠出機(jī)的進(jìn)料口內(nèi)，錐形料斗下端依靠重力壓在擠出機(jī)料口上平面。減速電機(jī)通過(guò)豎直螺桿帶動(dòng)刮板轉(zhuǎn)動(dòng)，刮板把粘在錐形料斗內(nèi)壁上的物料刮下，流到豎直螺桿的螺片處，通過(guò)豎直螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)把物料壓入擠出機(jī)中。

在需要更換產(chǎn)品型號(hào)、清理擠出機(jī)及給料裝置時(shí)，用千斤頂頂起支撐板（13），帶動(dòng)錐形料斗、減速電機(jī)和豎直螺桿等部件一起上升，豎直螺桿下端脫離擠出機(jī)后，再以支撐柱為中心轉(zhuǎn)動(dòng)到維護(hù)、清理位置。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)在塑粉擠出機(jī)進(jìn)料裝置中增加撥料和立式輸料裝置，解決了因塑粉原材料流動(dòng)性較差在小料斗中產(chǎn)生的搭橋、搪空問(wèn)題。

（2）在水平送料裝置中螺桿與減速電機(jī)的連接方式由靜連接改為動(dòng)連接，使螺桿的螺片與螺筒內(nèi)壁處于浮動(dòng)接觸狀態(tài)，從而物料輸送更為徹底。

（3）在水平送料裝置中螺桿動(dòng)力輸入端留有一段約30 mm無(wú)螺片圓柱面，使得這一段物料在螺桿工作時(shí)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以起到封住上一批次生產(chǎn)時(shí)留在襯套與空心軸間隙內(nèi)物料的作用。

（4）該塑粉擠出機(jī)的進(jìn)料裝置設(shè)計(jì)合理， 解決了生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，值得推廣。

[1] 懷特，波騰特.螺桿擠出 [M].何紅，金志明譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：軸及其聯(lián)接 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.