行星齒輪塑料擠出機(jī)

馬娜娜

摘要：隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塑料的應(yīng)用日趨廣泛，據(jù)資料介紹目前世界塑料的產(chǎn)量按體積計(jì)算已超過鋼材，制造塑料產(chǎn)品的設(shè)備也在日趨先進(jìn)，制造塑料產(chǎn)品的設(shè)備大體分為兩大類：一是塑料擠出機(jī)，通常簡(jiǎn)單稱擠塑機(jī)，主要制造斷面相同長(zhǎng)度延伸的產(chǎn)品，如塑料管材，型材和片材等;二是注塑機(jī)，是生產(chǎn)單件成型的產(chǎn)品，如盆、碗和瓶罐等。這兩種設(shè)備各占半壁江山。

關(guān)鍵詞：行星齒輪工作原理特點(diǎn)

前言：本文是研究行星齒輪塑料擠出機(jī)，而行星齒輪塑料擠出機(jī)是當(dāng)前塑料擠出機(jī)中最先進(jìn)的機(jī)型。近年來廣泛應(yīng)用世界塑料加工業(yè)，由于行星齒輪塑料擠出機(jī)的出現(xiàn)，從而使長(zhǎng)期存在于塑料擠出工序中的質(zhì)量問題得到解決，在行星齒輪塑料擠出機(jī)問世之前，塑料的擠出工序都用螺桿式塑料擠出機(jī)，包括單螺桿和雙螺桿，都沒有自潔性能，物流存在于死角區(qū)域，混煉均勻效果比較差，會(huì)出現(xiàn)：焦料和生料，對(duì)于要求光亮較高的塑料制造品是不允許的，螺桿擠出機(jī)為了達(dá)到一定混煉均化效果，物料在高溫機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，因而塑料會(huì)產(chǎn)生降解，力學(xué)和使用壽命等機(jī)械性能會(huì)有所降低，這對(duì)于強(qiáng)度要求高的塑料制品也是不允許的。當(dāng)行星齒輪塑料擠出機(jī)問世之后，螺桿塑料擠出機(jī)這些不可解決的質(zhì)量問題得到迎刃而解，塑料制品的質(zhì)量得到保證，正逐漸替代部分雙螺桿塑料擠出機(jī)。

一、行星齒輪塑料擠出機(jī)的工作原理

行星塑料擠出機(jī)齒輪在嚙合過程中，物料被擠進(jìn)嚙合點(diǎn)的齒側(cè)間隙中被碾壓成薄片，同時(shí)被齒輪的齒頂剪切在內(nèi)齒輪的內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的攪動(dòng)物料，這是行星齒輪塑料擠出機(jī)對(duì)物料的混煉均化的工作原理。

二、行星齒輪塑料擠出機(jī)的特點(diǎn)

行星齒輪塑料擠出機(jī)能在短時(shí)期內(nèi)得到廣泛應(yīng)用這是因其具有以下顯著特點(diǎn)：

1、物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間短

螺桿塑料擠出機(jī)在理想狀態(tài)下，物料相當(dāng)于螺桿的螺母，螺桿轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)物料移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程T，一般情況下螺桿直徑D=T，直徑長(zhǎng)度比例是20—30，螺桿塑料擠出機(jī)理想狀態(tài)的物料停留時(shí)間：t=L/D/n=25/60=0.41分=25秒，n是螺桿轉(zhuǎn)速，取n=60轉(zhuǎn)/分，L/D取中間值為25，則t=25/60分，即25秒

行星齒輪塑料擠出機(jī)的物料停留時(shí)間，理想狀態(tài)下是嚙合點(diǎn)從內(nèi)齒輪的一端到另一端的時(shí)間，因螺旋角等于45度，內(nèi)齒筒齒紋導(dǎo)程與內(nèi)齒筒圓周長(zhǎng)相等T=πD，D是內(nèi)齒筒的直徑，n是中心輪轉(zhuǎn)速，設(shè)n=60導(dǎo)程與內(nèi)齒筒長(zhǎng)度比b/T，是齒槽在內(nèi)齒筒的圈數(shù)，物料停留時(shí)間t=b/T/n=b/πdn。

行星齒輪塑料擠出機(jī)的物料停留時(shí)間是2.1秒，相當(dāng)于螺桿塑料擠出機(jī)的物料停留時(shí)間的十二分之一，在如此短時(shí)間塑料來不及降解。

2、優(yōu)異的混煉均化性能

在螺桿塑料擠出工作過程中，靠螺紋撥著物料走，螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)，理想狀態(tài)下的物料象螺母，螺桿轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)物料移動(dòng)一個(gè)螺桿導(dǎo)程，物料在螺紋槽中流動(dòng)，基本是層流狀態(tài)，所混煉效果很差。而行星齒輪塑料擠出機(jī)工作過程是靠齒輪的嚙合，行星齒輪同時(shí)與中心輪和內(nèi)齒輪嚙合，齒面產(chǎn)生強(qiáng)烈的碾壓，而行星齒輪與其相鄰行星齒輪齒頂之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切。因而產(chǎn)生優(yōu)異的混煉均化。

3、自潔性能好

因?yàn)樾行驱X輪塑料擠出機(jī)是靠齒輪嚙合工作的，對(duì)于漸開線斜齒輪的嚙合點(diǎn)不僅是有軸向移動(dòng)，而且在齒高方向從齒根到齒頂也在移動(dòng)，實(shí)際嚙合不是一個(gè)點(diǎn)而是一條斜線，所以齒面所有地方都嚙合到了，沒有死角盲區(qū)，沒有殘留物，把所有的料都走趕走了，正常情況下沒有焦料產(chǎn)生，也沒有殘留料被降解。

4.無壓送料

因?yàn)樾行驱X輪塑料擠出是靠齒輪嚙合移動(dòng)無壓送料的，機(jī)頭的壓力很低，目前的結(jié)構(gòu)在機(jī)頭不能直接安裝模具。

三、行星齒輪塑料擠出機(jī)的現(xiàn)狀與前景

行星齒輪塑料擠出機(jī)，因?yàn)榫哂猩鲜鎏攸c(diǎn)，一經(jīng)出現(xiàn)就很快被采用，首先用在新設(shè)計(jì)產(chǎn)量下的片材生產(chǎn)線，代替了雙螺桿塑料擠出機(jī)，目前規(guī)格從140至300都有產(chǎn)品，如下表

同時(shí)行星齒輪塑料擠出機(jī)也應(yīng)用在已有的生產(chǎn)線的改造上，且已有的舊生產(chǎn)線都用雙螺桿擠出機(jī)，尤其用80雙螺桿很多，希望提高產(chǎn)品質(zhì)量以提高竟?fàn)幜?，業(yè)戶希望將80雙螺桿塑料擠出機(jī)換成行星齒輪塑料擠出機(jī)，但是目前沒有相匹配機(jī)型，只能用現(xiàn)有最小140或150，然而140或150的產(chǎn)量比80雙螺桿塑料擠出機(jī)的產(chǎn)量大30%-40%，這樣配伍成套不僅是生產(chǎn)能力的浪費(fèi)，而且塑料重復(fù)利用會(huì)有降解，影響到塑料制品的質(zhì)量，解決這個(gè)問題就得有相應(yīng)產(chǎn)量的行星齒輪塑料擠出機(jī)，擠出機(jī)的產(chǎn)量與料筒直徑平方成比例，希望新機(jī)型開型產(chǎn)量是150型行星齒輪塑料擠出機(jī)產(chǎn)量的60%-70%。即

D12=（0.6-0.7）D22

D1是新機(jī)料筒直徑

D2是150型行星齒輪塑料擠出機(jī)的料筒直徑，比例系數(shù)取平均值0.65，則新機(jī)型料筒直徑

D12=√0.65D2=0.806*150=120

從上述計(jì)算可得，適合于80雙螺桿塑料擠出機(jī)的技術(shù)更新設(shè)備應(yīng)該是120行星齒輪塑料擠出機(jī)，但是目前尚缺少此規(guī)格，因此需要重新設(shè)計(jì)來補(bǔ)充系列的空白.

四、120型行星齒輪塑料擠出機(jī)行星齒輪組設(shè)計(jì)與計(jì)算

1.參數(shù)的選擇

根據(jù)料筒直徑為120mm。計(jì)算得三個(gè)可用參數(shù)方案列于下表以供選擇：表中Mn是行星齒輪組的模數(shù)，Z1是中心輪的齒數(shù)，§1是中心輪的變位系數(shù)，De1是中心輪的外圓直徑，Mj是中心輪尾部花鍵的模數(shù)，Zj是花鍵齒數(shù)，Dej是花鍵外圓，Z2是行星輪齒數(shù)，§2是行星輪的變位系數(shù)，De2是行星輪的外徑，Z3是內(nèi)齒輪的齒數(shù)，Dn3是內(nèi)齒筒齒頂圓直徑，N是行星輪最大數(shù)量

當(dāng)模數(shù)越小，內(nèi)齒輪齒數(shù)也越大，行星齒數(shù)量越多也是N越大，工作嚙合的次數(shù)也多，行星齒輪塑料擠出機(jī)的混煉均化效果就越好，但產(chǎn)量也偏低，反之模數(shù)越大，Z齒數(shù)越小，N也越小，混煉均化效果也差，但產(chǎn)量偏高，本文希望的混煉效果按第1號(hào)方案設(shè)計(jì)

2.幾何計(jì)算

1）已定數(shù)據(jù)

Mn=2.5

中心輪齒數(shù)Z1=20

行星輪齒數(shù)Z2=7

內(nèi)齒輪齒數(shù)Z3=32

中心輪變位系數(shù)§1=0.6

行星輪變位系數(shù)§2=0.27

齒輪螺旋角β=450

齒輪螺旋方向：內(nèi)齒輪和行星輪為左旋，中心輪為右旋

2）中心輪幾何計(jì)算

分度圓直徑d1=MnZ/COSβ=67.18

外圓直徑De1=d1+2Mn+2§Mn=73.53

測(cè)量齒高Hc1=4

測(cè)量齒厚SC1==5

3）行星輪的幾何計(jì)算

分度圓直徑d2=MnZ2/cosβ=24.75

外圓直徑De2=d2=2h+2§2Mn=31.1

測(cè)量齒高Hc2=3.17

測(cè)量齒厚Sc2=4.41

4）內(nèi)齒筒的幾何計(jì)算

分度圓直徑d3=MnZ3/COSβ=127.28

內(nèi)齒筒直徑Dn3=d3-2h=122.28

測(cè)量齒高Hc3=Mnπ/2=3.92

測(cè)量齒厚SC3=πMn/2=3.92

3.設(shè)計(jì)說明

1）主電機(jī)的說明

120型行星齒輪塑料擠出機(jī)為150行星齒輪塑料擠出機(jī)的產(chǎn)量的65%，主電機(jī)功率為55KW，比150行星齒輪塑料擠出機(jī)電機(jī)功率減少40%，減少40KW，每年節(jié)約用電345600度，以一般工業(yè)電價(jià)計(jì)算，每年費(fèi)用35萬元.由于行星齒輪塑料擠出的效率比較高，其功率仍有下調(diào)的空間.

2）溫控的說明

本設(shè)計(jì)用了WG1和WG2兩個(gè)溫度控制器，通過旋轉(zhuǎn)按頭將熱油導(dǎo)入中心輪從內(nèi)部加溫，從料筒外面加溫，并與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同而把回油出口設(shè)計(jì)在料筒的上部，將殘存油汽排出，使得加溫均勻，從而減少焦料，本設(shè)計(jì)的料筒外表設(shè)計(jì)有保溫外屑，避免操作環(huán)境高溫烤人和對(duì)人員的灼傷。這是已有機(jī)型所沒有的.

五、結(jié)束語(yǔ)

行星齒輪塑料擠出機(jī)是塑料機(jī)械技術(shù)的新生事物，具有其他擠出機(jī)所沒有的特點(diǎn)，在生產(chǎn)線上尤其是在塑料片材生產(chǎn)線上應(yīng)用很多。是正在發(fā)展的技術(shù)。

本文對(duì)行星齒輪塑料擠出機(jī)的學(xué)習(xí)研究并作了發(fā)展，根據(jù)市場(chǎng)所需填補(bǔ)系列中的120型行星齒輪塑料擠出機(jī)的設(shè)計(jì)。新的機(jī)型經(jīng)試制、試驗(yàn)和試用后，達(dá)到預(yù)期效果，反映的結(jié)果是：混煉均化效果甚佳，節(jié)能效果顯著，只是有用戶反映產(chǎn)量偏少，希望產(chǎn)量有所提高，其解決辦法是放棄一點(diǎn)混煉均化功能，提高一點(diǎn)產(chǎn)量，具體方法是增大齒輪模數(shù)減少內(nèi)齒輪齒數(shù)，減少行星齒輪的數(shù)量。

行星齒輪塑料擠出機(jī)是項(xiàng)塑料機(jī)械行業(yè)的新東西，現(xiàn)在只是開始，有待于完善和發(fā)展，對(duì)于螺桿擠出機(jī)的研究者甚多，對(duì)其機(jī)理的研究也較充分，但對(duì)行星齒輪塑料擠出機(jī)的機(jī)理研究還未見報(bào)道。

行星齒輪塑料擠出機(jī)的料筒很長(zhǎng)，對(duì)直徑小而齒寬特大的且齒輪齒部加式難度很高，而且隨著直徑越小，其難度也越高，因此目前只有140以上行星齒輪塑料擠出機(jī)得到應(yīng)用，而塑料擠出工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模每小時(shí)500公斤以下，設(shè)備規(guī)格螺桿直徑120以下者居大多數(shù)，因尚在一大半的市場(chǎng)未能滿足。一批直徑在120以下的行星齒輪塑料擠出機(jī)有待開發(fā)。