挤出机温度

挤出机温度（精选5篇）

挤出机温度 篇1

摘要：本文通过对混凝土出机温度计算公式的研究, 把影响混凝土出机温度的原材料影响权重进行分析、排序, 大小依次是石子、砂子、拌合水、水泥、其它胶凝材料。另外对某实际工程的骨料堆场埋设传感器, 测量夏季环境温度、砂石骨料温度、出机温度, 发现环境温度短时间 (1天) 的波动对砂石骨料堆1m以下影响很小。

关键词：混凝土,出机温度,因素,骨料

1. 前言

混凝土作为当今最重要的建筑材料之一, 被广泛应用于各种工程建设项目当中。大多数工程项目处在较为恶劣的野外环境, 使混凝土这种材料在浇筑过程中受到许多不确定因素的干扰, 对混凝土材料以及工程质量产生不利的影响, 其中夏天的高温天气就是诸多不利因素中较为突出的一个。

高温天气导致新拌混凝土自身温度过高, 早期水分蒸发严重, 浇筑前工作性损失较快;浇筑后表面干燥收缩严重, 内部产生大的温度应力等等, 最终使混凝土出现这样那样的开裂、不密实、蜂窝等缺陷。因此在高温天气控制新拌混凝土温度是保证工程质量的重要一环, 首先需要对影响混凝土出机温度的原材料因素进行研究。

2. 出机温度计算

设混凝土拌合物的热量系由各种原料所供给, 拌合前混凝土原材料的总热量与拌合后流态混凝土的总热量相等, 从而混凝土出机温度可按下式计算:

T0——混凝土的出机温度 (℃) ;

Ts, Tg——沙、石子的温度 (℃) ;

Tc, Tw——水泥、拌合用水的温度 (℃)

mc, ms, mg——水泥、扣除含水量的砂及石子的重量 (kg) ;

mw, ws, wg——水及砂、石子中游离水的重量 (kg) ;

Cc, Cs, Cg, Cw——水泥、砂、石子及水的比热容[k J/ (kg·K) ];

石子、砂子的比热容范围一般在0.700~0.850 k J/ (kg·K) , 考虑到计算方便, 及搅拌过程中摩擦会产生一定热量, 一般取

Cw=4.2k J/ (kg·K) 经简化和修正后得:

在大体积混凝土施工中, 为了降低混凝土的浇筑入模温度和混凝土的最高温度, 减小内外温差, 控制降温温度收缩裂缝的出现, 常常采取将一部分拌和水以冰屑代替, 由于冰屑融解时要吸收80大卡/公斤 (335k J/kg) 的潜热 (融解热) , 从而可降低混凝土的拌和温度, 此时可由下式计算:

式中P——加冰率, 实际加水量的%。

其他符号意义同前。

3.因素权重分析

下面对某工程混凝土出机温度进行计算, 如表1。

可得出混凝土出机温度为:

各种原料中间, 由于石子质量最大, 对混凝土出机温度影响最大, 砂及水的温度次之。水泥质量小, 对混凝土温度影响也小, 但水泥初始温度往往很高达50-60℃, 也须特别注意。根据表1中热当量值制作泵房底板用混凝土各原料热当量比重图, 如图1所示。该图可以形象的表达此配比下每种原料对混凝土出机温度的贡献大小。

从图中可以看到, 当石子温度变化1℃, 混凝土出机温度相应变化0.37℃;砂子温度变化1℃, 混凝土出机温度相应变化0.23℃;拌和水温度变化1℃, 混凝土出机温度相应变化0.21℃。若砂石骨料中含水降低, 拌和水比重增加, 拌和水对混凝土出机温度影响会大一些。

4. 温度测量实例

根据以上对混凝土各原材料的分析, 对某工程中影响混凝土出机温度的自然堆积下的主要原材料砂子、石子的温度和新拌混凝土出机温度进行监测。其中监测砂子、石子骨料的传感器埋置于料堆表面1m深以下。

从表2的混凝土砂子、石子骨料和出机温度监测数据可以看出, 1天内砂石骨料最大温差1.2℃, 远远小于9.3℃的最大环境温差, 温度基本维持恒定。依次数据为依据计算的混凝土出机温度规律性明显, 有0.6℃温度变化, 但是实际出机温度受环境和其它不确定因素影响, 变化波动幅度较大, 为1.8℃, 并普遍稍高于计算温度。

5. 结论及建议

通过对混凝土出机温度计算公式的分析, 结合实际常用混凝土配合比, 计算各个原材料对混凝土出机温度的贡献比例。对影响混凝土出机温度的原材料进行排序, 影响关系依次是石子、砂子、拌合水、水泥、其它胶凝材料。因此在工程项目中控制混凝土出机温度应首先控制砂石骨料的温度, 其次控制拌合水和胶凝材料的。控制主次错误会导致不必要的浪费, 并且达不到控制效果。

实际温度监测中发现环境温度1天的波动对骨料堆1m以下区域影响有限, 因此许多工程项目中采取的较为简易方法——搭设遮阳棚, 该方法虽然能够避免太阳直射骨料表面, 但并不能明显影响到料堆1m以下的部分, 因此搭设遮阳棚也只能起到少有的作用。

控制混凝土砂石骨料温度时应建立长效的温控封闭系统, 使骨料与外界高温环境暂时隔离开来;或者建立一套风冷、水冷的设备, 在骨料投入混凝土拌和机前的段时间内对骨料进行冷却。这样才能有效地做到控制混凝土出机温度。

参考文献

[1]江正荣建筑施工计算手册 (第二版) [M].中国建筑工业出版社.2007 (615-617) ;

[2]朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社.1999 (9, 153) ;

[3]JTS 202-1-2010水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程[S]中华人民共和国交通运输部2010年;

[4]王铁梦工程结构裂缝控制[M]北京:中国建筑工业出版社2009年 (5:6, 62:64) 。

挤出机温度 篇2

吹塑法是薄膜加工成型最主要和最广泛使用的方法,吹膜过程中主要的工艺参数是口模温度、聚合物流量、冷却空气流量、吹胀比、牵引比和冻结线高度[1]。由于PLA耐热性、韧性差,熔体强度低,加工窗口较窄,造成其在吹膜过程中加工行为的缺陷,极大地限制了在包装领域的应用[2]。膜泡的冷却阶段是成型周期中的主要阶段,冷却速率直接影响挤出成型的生产能力和最终薄膜的性能。冷却过程所经历的温度场也影响着制品的结晶过程,从而影响制品的表观质量和最终的物理机械性能。若能够针对聚乳酸的特性,对其加工过程中的温度场进行模拟,分析其成膜过程中需控制的关键参数,对聚乳酸实际加工过程具有重要的意义。

1 工艺流程

如图1所示,当熔融聚合物从机头口模挤出吹胀成膜泡之后,不断冷却固化为薄膜产品。对于结晶型PLA,由于熔融后晶区熔化,从而使得刚从口模出来的膜泡呈现透明状。随着风环内空气的冷却作用,薄膜温度开始降低。由于晶粒形成导致透明度下降,膜泡会产生发白现象。在透明度较好与透明度较差的交界处就会形成一条环形的过渡线,称为冻结线,或叫做霜白线[3]。

在该工艺中采用的冷却方式为吹膜加工中最常用的外部空气冷却形式,并以一般的空气作冷却介质。风环安装在PLA熔体管坯刚离开口模的地方,空气通过风环内的间隙向膜泡外各点直接吹气,使得膜泡外表面与冷空气不断进行对流传热和辐射传热;与此同时,膜厚方向上也将会进行热传导,从而冷却并定型薄膜。

2 建立模型

对吹膜过程数学建模的研究,始于上世纪70年代,其中最重要的是Pearso和Petrie[4]的研究,在此基础上,Sidiropoulos和Vlachopoulos[5,6]使用数学模拟的方法研究传统吹膜中的冷却空气流量对吹膜过程的影响,主要讨论了文丘里效应和康达效应。 Pirkle和Fujiwara[7]使用最大似然参数法(即使用拟合参数)去估计LLDPE的对流换热特性。

对于吹膜过程温度场的分析研究,目前研究理论的主要依据几乎都是“集中电容近似模型”[8]。集中电容近似模型最大的特点就是忽略了薄膜的厚度,从而忽略了膜厚方向的薄膜进行的热传导。但是实际上,当聚合物熔体刚从挤出机头口模中挤出使管坯吹胀成膜管时,薄膜较厚,膜厚方向会发生热传导。Cao等[9]的实验也进一步说明,膜厚方向的热传导不可以忽略。为了更好地指导聚乳酸的吹膜加工过程,有必要建立考虑膜厚方向温度梯度的数学模型。

2.1 模型假设

根据聚合物挤出吹塑薄膜成型加工过程的特点,对于吹膜冷却过程作出以下假设:①薄膜厚度远小于膜泡半径,因此,膜厚方向的热传导可以假设发生在径(n)向,薄膜厚度的变化是线性变化的,到达冻结线之后不再变化;②传热过程为稳态传热过程;③膜泡内表面与泡内空气的对流传热可忽略;并且膜泡是轴对称的;④由于实验用PLA的结晶度较低,结晶潜热忽略不计,吹膜过程中由于拉伸及摩擦产生的粘性耗散也忽略不计;⑤冷却风环吹出的空气温度与大气环境温度相同。

2.2 模型建立

对于该工艺过程,热量传递的能量守恒方程更适合于拉格朗日坐标系下表达:

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式(1)中:ρ-PLA流体密度,kg/m3;qsource生成热通量,W/m2;cp-比热容,J/(kg·K);t-时间,s;k-热传导率,W/(m·K);T-薄膜温度,K。

再根据模型假设,式(1)可简化为下式:

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式(2)中的时间导数代表的是从口模出来的一个给定流体元的温度随时间的变化率。

将式(2)经整理变形后可得吹膜过程中能量守恒方程:

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式(3)中α=k/ρcp表示热扩散率,单位为m2/s。

在薄膜外表面,存在对流传热和辐射传热,因此总的热通量可表达为:

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最后运用傅里叶热传导定律,可得薄膜内外表面的边界条件,由下式表示:

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式中hT=hc+hr,为对流-辐射联合传热系数。

式中:q-总传热通量,W/m2;n-薄膜厚度,m;hc-对流传热系数,W/(m2 ·K);hr-辐射传热系数,W/(m2 ·K);T∞-环境温度,K;Ts-薄膜表面温度,K。

在此采用经验公式(6)[10]对挤出吹塑薄膜成型加工冷却过程中对流—辐射联合传热系数进行计算:

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式(6)中Vmax为冷却空气吹出的最大体积流率,单位为L/s。

3 数值离散与模型求解

使用有限差分近似法对建立的模型进行求解。借助于泰勒展开,由差分式导出微分式,以期解出吹膜过程中沿轴向(z向)和膜厚方向的温度分布。在求解中,以一小段控制容积的薄膜流体微元为研究对象(图2)。该流体元在有限的时间间隔内从口模出口出发后,随着时间的推移,其厚度发生线性变化。图2中,b代表的是薄膜厚度。

对式(3)使用中心差分近似法对空间导数进行离散,如式(7)所示:

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图3展示了对于膜厚方向离散节点的划分情况,包括薄膜内部节点的划分以及薄膜外表面和内表面节点的划分。图中:T∞、T0和Ti分别代表环境温度、薄膜外表面温度以及薄膜内表面温度;Δb代表空间步长。

对时间导数同样需要进行离散化,对于一个给定节点i,采用一阶导数正向有限差分方法对时间导数离散化,如式(8)所示。式(8)中,Δt表示时间步长。

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为了保证离散方程的收敛性以及在模拟计算过程中减少计算时间,使用隐式法对该传热过程进行数值模拟。

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因此,将式(8)和(9)代入式(3)并整理后,对于薄膜内部的节点,离散形式如,式(10)所示,即对于一个给定节点i未来的温度Tundefined,是通过该节点的现有温度Tundefined和邻近点的未来温度Tundefined和Tundefined来表示的,如下式所示:

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式中,undefined,为傅里叶数的有限差分形式。

显然,对于空间内任一节点,根据式(10)整理变形后得:

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式(11)中,j表示与i相邻的节点,Rij为ij处的热阻,V为ij处体积。显然,由图3可知,在时间为p时,对于薄膜外表面i=0处,对应的温度为,与其相邻的节点为i=1时,对应的温度为Tundefined;与其相邻的节点为i=∞时,对应的温度为Tundefined,它们之间的热阻分别由两部分组成,如式(12)和式(13)所示:

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式(12)、(13)中:R01-热传导对应热阻,K/W;R0∞-对流辐射传热对应热阻,K/W;Ak-热传导传热面积,m2;Acr-对流辐射传热面积,m2。

由图3可知:undefined。

将式(12)、式(13)及相关参数代入式(11)中,可得薄膜外边界条件为:

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将式(14)整理后可得吹膜过程中膜泡外边界条件的离散形式为:

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式(15)中,undefined,为Biot数的有限差分形式。

对于薄膜内表面,Biint=0。薄膜内边界条件的离散形式为:

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对式(10)、式(15)及式(16)的求解采用Gauss-Seidel迭代法。

最后,在Matlab数学软件中对迭代方程进行编程计算即可得到吹膜冷却过程中温度分布的理论值。

4 吹膜冷却过程温度分布

PLA的相关物性参数及吹膜过程的操作参数列于表1。本模拟中,FLH已设定,PLA冻结线处温度(TFLH)一般在115℃左右,根据这两个条件,可以在Matlab程序中试差获得合适的冷空气流量。

将表1中参数代入Matlab程序中计算即可得PLA吹膜冷却过程理论值温度分布。

图4为PLA薄膜从口模出口到FLH处的温度分布,包括薄膜外表面及内表面的温度分布情况。由图4可知,薄膜外表面和薄膜内表面沿轴向的温度分布存在很大差异。薄膜外表面温度随轴向距离的变化可以分为三个阶段:第一阶段为0～7cm处,温度梯度随轴向位置变化较大;第二阶段为7～23cm处,在此阶段温度梯度随轴向位置变化较小;第三阶段为23～30cm处,温度梯度随轴向位置变化再次增大。

在薄膜流体元从口模出口流动到FLH的过程中,在一个固定位置处,薄膜外表面和内表面的温度差异各不相同。如图5所示,由于强制对流传热、辐射传热以及热传导的影响,薄膜内外温差先增大后减小,在12.1cm处达到最大值。

风环处不同的空气流量将导致不同的空气冷却速度,进而对PLA的吹膜冷却过程产生不一样的冷却效果,造成PLA薄膜FLH的不同。表2为不同冷空气体积流量下PLA薄膜的FLH。

由表2可知,冷空气体积流量越大,降温速度越快,FLH越低,制品的结晶度也越低。对于结晶性塑料,降低FLH可获得透明度高和横向撕裂强度较高的薄膜,故冻结线距离的高低将会影响薄膜的质量和产量,通过模型计算模拟,可实现对FLH的预设,达到PLA的结构的控制,从而实现对薄膜的性能和产量的调控。

5 结论

对PLA挤出吹塑薄膜成型加工过程中的冷却过程进行了数值模拟,获得了吹膜过程的温度分布模型。采用有限差分法对建立的模型进行了离散化和求解。通过Matlab数学软件获得了PLA吹膜过程的温度场分布。研究结果表明:在PLA的吹膜冷却过程中,当PLA流体刚离开口模出口时,膜厚方向的热传导必须给予考虑,只有在冻结线附近才可以忽略不计;由于空气对流传热和辐射传热在膜外进行,因此,吹膜过程的传热主要发生在薄膜外表面;冷空气流量对FLH有重要影响,通过模型计算,可以控制FLH,从而实现对薄膜性能和产量的调控。

摘要：对聚乳酸(PLA)在挤出吹塑薄膜成型冷却过程中的温度场进行研究,提出合理的假设,根据能量守恒定律,建立了吹膜冷却过程中膜厚方向(径向)和机器方向(轴向)的温度场分布模型。采用有限差分法,用Matlab数学软件模拟了PLA在吹膜冷却过程中的一维温度场。结果表明:在口模出口附近,PLA薄膜内外表面存在明显的温度差异,故在吹膜冷却过程中,膜厚方向的热传导必须给予考虑,只有在冻结线附近才可以忽略不计;由于空气对流传热和辐射传热在薄膜外表面进行,因此,吹膜过程的传热主要发生在薄膜外表面;冷空气流量对冻结线高度(FLH)有重要影响,通过模型计算,可以控制FLH,从而实现对薄膜性能和产量的调控。

关键词：聚乳酸,挤出吹膜,温度场分布

参考文献

[1]A.Ghaneh-fard etal.[J].Eng.Sci,1997,37(7):1148-1163.

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[10]Pearson J.R.A.,Richardson S.M.[M].Applied Science Pub-lishers:London,1983:145-200.

单轴真空挤出机 篇3

通常所讲的双级真空挤出机, 主要是指上下级设备两次对泥料进行挤出, 上级挤压泥料的同时, 对出口处的泥料进行切碎, 落入下级, 下级在挤压泥料的同时, 对泥料挤出成型, 上下两级压实的泥料形成料封, 中间形成一个空段, 方便于真空抽取泥料中的空气。

而单轴真空挤出机是在同一根轴上对泥料进行了两次挤出, 两次之间设有一个抽真空装置。因此, 也可称为单轴真空挤出机。

1 单轴真空挤出机的应用

单轴真空挤出机这种挤出机形式, 在陶瓷行业, 常把它作为真空练泥机使用, 也叫单轴真空练泥机 (见图2、图3、图4) 。

1-电动机;2-减速器;3-不连续螺旋叶片;4-加料口;5-主轴;6-连续螺旋叶片;7-真空管;8-筛板;9-真空表;10-真空室;11-机头;12-机嘴

单轴真空挤出, 除了用于墙砖的成型外, 也可用于烧结瓦的成型, 如图5所示。有时还用于劈离砖、装饰片砖的挤出成型。

图6为单轴真空挤瓦机生产瓦片的现场, 采用无瓦托挤出, 挤出的瓦坯的成型水分16%～18%, 瓦坯有良好的坯体强度, 可直接拿取码放。

单轴挤出抽取真空这种形式, 国外也有用于搅拌机的。图7为单轴真空搅拌机, 通过“搅拌———挤出———切碎、抽取真空———挤出———切碎”, 使泥料达到良好的揉练捏合效果。

国外还将单轴真空搅拌机配置在挤出机上, 用做上级挤出, 图8为双抽气组合真空挤出机。

这种两次真空抽气的挤出机, 通过两次真空抽气, 三次挤出练泥, 抽气的效果更好, 泥料的成型效果也会更好。

2 单轴真空挤出机的特点

单轴真空挤出机整体结构简单, 整机高度低, 便于安装和维护。

采用单轴挤出真空抽取泥料空气的搅拌机和挤出机时, 由于不在受料箱内抽取空气, 其主轴轴承与受料箱间没有真空抽取空气时的负压, 不会由于密封损坏而产生漏气。也不会由于密封损坏, 在抽气的同时将轴承的润滑油或脂抽出, 造成轴承损坏, 密封运行周期长。

3 对单轴挤出机的争议

当前, 人们对单轴真空挤出机抽取泥料空气的能力上有争议。

实际上, 采用单轴真空挤出机挤出泥料时, 泥料在同一轴上, 由前后两个挤出段的紧密泥料形成料自密封, 密封是可靠的, 两个料封段之间的空间为碎泥段, 也即空气抽取段, 只要碎泥效果达到要求, 真空抽取效果是良好的, 适宜的。

4 单轴真空抽取泥料空气设备的发展

在以上单轴真空搅拌机、单轴真空挤出机、双抽气组合真空挤出机的基础上, 可发展为以下组合形式: (1) 上级为普通搅拌挤出机, 下级为单轴真空挤出机的挤出机形式 (三次挤出, 单抽气挤出机) ; (2) 上级为普通搅拌挤出机, 下级为单轴真空挤出机 (三次挤出, 双抽气挤出机) ; (3) 上级为单轴真空搅拌机, 下级为单轴真空挤出机 (四挤出, 双抽气挤出机) ; (4) 上级为单轴真空搅拌机, 下级为单轴真空挤出机 (四挤出, 三抽气挤出机) (5) 将由单轴上的两次挤出发展为多次挤出、多次抽气。

多次挤出会对泥料起到强烈的搓揉作用, 泥料颗粒间强烈的研磨作用会增加泥料中的粘粒, 提高泥料的塑性, 这对提高低塑性泥料的成型性能有一定作用, 可能比靠用搅刀反复的搅拌原料更有效果。

多次抽气能确保抽气质量, 提高抽气的均匀性。

不同组合的单轴真空挤出机, 会对泥料的搅拌、均化、揉练、研磨、捏合、抽气等作用产生不同的效果。新设备的研发及组合会提高工艺流程总体的技术水平。使用浮动螺旋结构和多节浮动螺旋结构, 对提高设备的生产能力和维修性能有很大的帮助。

多次挤出必然需用大功率减速器, 因此, 对大功率减速器的研发, 特别是适用的行星减速器的研发, 应提到议事日程。

5 结论

不能因为对某一台设备未加深入的认识, 就轻易地否定一类设备, 放弃对这类设备的研究和发展。

单轴真空挤泥、练泥、搅拌设备, 相对于上下级真空挤泥设备而言, 加强了其碎泥作用且便于绞刀快速更换维修。我们相信, 只要进一步加强研发, 完全可以研发出结构更简单、更可靠、性价比更好的新设备。

浅议挤出机种类 篇4

目前, 世界范围内生产出来的双级真空挤出机, 共有四种“种类”, 既上、下分离型;紧凑型;水平两级型;双挤出型双级真空挤出机。

围绕着四种“种类”的双级真空挤出机, 所搭配设计出来的挤出机“类型”, 共有十种之多。上下分离型可以延伸出五种类型;紧凑型可以延伸出两种类型;水平两级型可以延伸出四种类型;双挤出型双级真空挤出机只有一种类型。挤出机种类及类型如下。

1.1 上下两级分离型双级真空挤出机

延伸五种“类型”:上级单轴搅拌挤出, 下级挤出型结构;上级双轴搅拌挤出, 下级挤出型结构;上级双悬轴搅拌挤出结构, 下级挤出型结构 (上级双搅拌轴不通过真空箱) ;上级挤出型结构, 下级同为挤出型结构 (俗称:上、下两级同型, 不设置搅拌功能) ;上级挤出型结构, 下级同为挤出型结构 (上级垂直布置, 不带搅拌功能) 。

1.2 紧凑型双级真空挤出机

延伸二种“类型”:上级单轴搅拌挤出, 下级挤出型结构;上级双轴搅拌挤出, 下级挤出型结构。

1.3 水平型双级真空挤出机

延伸四种“类型”:水平两级“一”字形 (两级均为挤出型结构, 不设置搅拌功能) ;水平两级“丁”字形 (第一级双轴搅拌挤出, 第二级挤出型结构) ;水平两级“丁”字形 (两级均为挤出型结构, 不设置搅拌功能) ;水平三级“连环”形 (三级均为挤出型结构, 不设置搅拌功能) 。

1.4 上下两级分离型双级真空挤出机

一种“类型”:上级双轴搅拌挤出、下级双挤出型结构。

2 上、下两级分离型双级真空硬塑挤出机类型展示

上、下两级分离型双级真空挤出机, 是经过一个多世纪的不断研制、改进、创新而取得的成果。是当前砖瓦行业中的主导产品, 在大机型高产量方面占有绝对优势, 是大规模砖厂的首选产品。

2.1 上级为单轴搅拌挤出, 下级挤出型结构的挤出机

即类型1:图1展示的是由山东淄博功力机械制造有限公司生产的上、下两级分离型双级真空硬塑挤出机。可以看出, 该挤出机结构组合:上级为单轴搅拌挤出结构, 下级为挤出型结构, 属于硬塑成型的挤出机。

2.1.1 技术性能

上级单轴搅拌挤出, 对制砖原料可以起到均匀搅拌、输送、挤压、揉练、均化、增塑、碎泥、抽去泥料中空气等作用。从单轴搅拌原理、搅刀特殊结构形状以及渐变螺径的渐变角度的安装布置上讲, 搅拌揉练的作用大于输送的作用, 能对多种制砖原料混合实现细化均化和增塑。为满足小时高产量的要求, 搅拌刀按立体翻转大循环和多重立体小循环综合功能设计。下级挤出成型部分在起到对原料输送、挤压、均化、增塑等作用的同时, 配以不同的机头、机口、芯具, 可以挤出成型各种不同孔型断面的承重砖、非承重砖、装饰砖以及大中型空心砌块。此种类型的双级真空挤出机适合软塑、半硬塑、硬塑挤出成型。

按硬塑挤出成型设计理论, 下级绞刀组采取两次变径、变螺距排列组合设计, 合理的压缩比, 高挤出速率, 挤出单条、多条满足高产量要求。带润滑装置的机头、机口确保成型时降低阻力。搅拌刀、绞刀、机口、芯具采用特殊耐磨材料制作, 并经强化、硬化、减磨化工艺处理。机体采用高强度、高刚性的铸钢件, 减震吸震无应力变形, 可满足硬塑挤出的运行平稳性和性能保持性要求。

2.1.2 结构特点

在上级单搅拌轴上共装有30~49把搅拌刀、两节挤出绞刀和一组内外锥形衬套、一把碎泥刀。真空箱前端装有轴承组。传动部分由减速机、气动离合器、电动机等组成。下级挤出部分由机口、芯具、机头、润滑部分、绞刀组、轴承组、双压泥板等组成。传动部分由减速机、气动离合器、电动机等组成。

2.1.3 选择指南

上下分离型双级真空硬塑挤出机, 具有机体平衡稳重, 主轴轴向承载能力强, 适合高压力挤出成型, 原料适应范围广, 可以适用低塑性、颗粒级配相对粗的原料。成型出的坯体强度高, 满足一次码烧要求。

2.2 上级为双轴搅拌挤出, 下级挤出型结构挤出机

即类型2:图2展示的是济南金牛砖瓦机械有限公司生产的750型双级真空挤出机。可以看出该机是上、下两级分离型双级真空挤出机, 上级为双轴搅拌挤出结构, 下级为挤出型结构。

2.2.1 技术性能

该挤出机上级采用双轴搅拌挤出结构, 起到对原料强力搅拌、揉练、预挤、均化、增塑、分切、抽去泥料中空气等综合作用。下级挤出成型部分在起到对原料输送、挤压、均化、增塑等作用的同时, 配以不同的机头、机口和芯具, 可以挤出成型各种不同孔型断面的制品以及大型烧结自保温隔热砌块。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。

2.2.2 结构特点

上级采用双输出轴减速机, 下级采用三输出轴专用减速机, 使整机机型结构更加紧凑。下级整体全钢焊接结构, 强度高, 承载能力大。主轴 (绞刀轴) 为浮动轴结构设计, 可以消除泥缸的摇头现象。该机具有高铬合金耐磨衬套、刚性传动保护、刚性密封与柔性密封相结合的密封系统、独特创新设计的主轴与减速机输出轴端的联轴器。机头采用闸板机构, 形成独特的导流流动系统。该机采用了多维空间变曲线螺旋绞刀等新型技术。

2.2.3 选择指南

该挤出机的研制开发, 可以满足适度规模大中型新建和改扩建砖厂的产量要求。适应页岩、粉煤灰、煤矸石等原料制砖。

2.3 上级双搅拌轴不通过真空箱结构, 下级挤出型结构挤出机

即类型3:图3展示的由双鸭山东方墙材集团有限公司开发研制的60/60型双级真空挤出机, 该机的组合结构是上、下两级分离型双级真空挤出机, 上级为双悬臂轴搅拌挤出结构, 下级为挤出型结构。该机主要特征:上级双搅拌轴不通过真空箱结构。

2.3.1 技术性能

上级双悬臂轴搅拌挤出, 对制砖原料可以起到均匀搅拌、输送、挤压、均化、增塑、碎泥、抽去泥料中空气等作用, 搅拌效果好, 产量大, 能满足小时高产量的要求。下级挤出成型部分, 在起到对原料输送、挤压、均化、增塑等作用的同时, 配以不同的机头、机口、芯具, 可以实现单条、水平双条、水平多条及上下叠加泥条等多种形式挤出成型各种不同孔型断面的承重砖、非承重砖、装饰砖, 以及大中型空心砌块。

上级真空箱内设有料位控制系统, 可有效避免真空箱内堵料;搅拌部分设有自动加水系统, 对泥料的成型水分可精确控制, 保证成型质量。

上级搅拌挤出部分配有碎泥筛板, 物料通过真空箱内碎泥筛板时被切成一定规格形状的小泥段, 增大了泥料的表面积, 在接受抽真空处理后, 大大降低泥料内的残余空气含量。同时碎泥筛板有助于泥料的均匀化处理, 使泥料混合均匀, 提高了砌块的挤出成型强度, 保证了设备的成型质量。

动力部分采用变频调速系统, 可针对不同特性的原料对搅拌轴、绞刀轴的转速进行调整, 使搅拌轴、绞刀轴达到最佳的转速, 使上下级产量相匹配, 保证了设备的成型质量、提高了设备的生产能力。此种类型的双级真空挤出机, 适合软塑、半硬塑、硬塑挤出成型。

2.3.2 结构特点

上、下两级分离型双级真空挤出机, 通过真空箱体实现上下两级连接布置。

上、下级减速机均采用专用减速机, 经专门优化设计, 采用硬齿面磨齿, 6级精度制造, 具有很高的安全系数, 结构紧凑, 具有很高的使用寿命。螺旋挤出绞刀、打泥板均由专用减速机驱动, 结构紧凑。上级搅拌部分采用专用减速机双输出轴, 减速机输出轴即为搅拌轴, 结构简单, 性能可靠, 维护使用方便。搅拌叶通过护轴瓦与搅拌轴连接, 避免在轴上钻孔, 增加了轴的强度和使用寿命。上级采用筛板结构方式, 碎泥效果好, 真空度高。螺旋挤出绞刀轴采用浮动轴结构, 工作时自动调心, 挤出机运转稳定, 机头不摆头。螺旋挤出绞刀、搅拌刀等主要易磨损部件均采用高耐磨材料制造, 使用寿命长, 同时节能降耗, 降低了用户的使用、维护成本。

该种类型挤出机上级结构上的最大优点: (1) 上级的挤出绞刀为整体式; (2) 不设置内外锥套; (3) 真空箱体内没有搅拌轴通过, 具有密封性能好、真空度高等优势, 是双轴搅拌挤出通过真空箱体结构所不能比拟的。由于结构特点所致, 整机零件少, 互换性强。特别是真空箱上设有较大的检修门, 采用液压缸更换碎泥筛板, 因此维修、更换绞刀、筛板极为方便, 大大减轻了工人的劳动强度。

2.3.4 选择指南

该类型挤出机适合各种规模砖厂的需求。特别适合年产量在1.5亿块普通砖以上的大型砖厂。

2.4 上级为挤出型结构, 下级同为挤出型结构挤出机

即类型4:图4是上、下两级同型的双级真空挤出机, 上级为挤出型结构, 下级同为挤出型结构。俗称上下两级同型。

2.4.1 技术性能

上级挤出型结构, 虽然不具备搅拌功能, 但依然可以对泥料起到挤压、均化、增塑、碎泥等作用。泥料经过真空箱内入口不同孔型断面的孔板, 被挤入到下级, 并抽去泥料中空气。下级挤出成型部分, 同样起到对原料挤压、均化、增塑等作用, 同时, 可以挤出成型各种不同孔型断面的制品。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。该类型挤出机最大特点, 是上下两级产量匹配比较准确。

2.4.2 结构特点

上下同为挤出型的双级真空挤出机是一种简单的连接组合。也就是说, 两台相同的下级通过真空箱体, 实现上下两级连接布置。该种类型挤出机上级结构上的最大优点: (1) 上级的挤出绞刀为整体式; (2) 不设置内外锥套; (3) 真空箱体内没有搅拌轴通过; (4) 密封性能好, 真空度高等。由于结构特点所致, 整机零件少, 互换性强。零件加工、维修、更换绞刀、孔板极为方便。

选择此种类型的挤出机时, 在进入挤出机之前的工艺布置中, 应该选择一台较长的双轴搅拌挤出, 或者单轴搅拌挤出设备。

2.5 上级挤出型结构, 下级同为挤出型结构挤出机

即类型5:从图5中可以看出, 该类型挤出机的组合结构与类型4同为上下挤出型结构, 不同的是挤出机类型5中上级为垂直布置。

2.5.1 技术性能

上级挤出型结构的垂直布置的双级真空挤出机同样不具备搅拌功能, 但依然可以对泥料起到挤压、均化、增塑、碎泥等作用。泥料在垂直安装绞刀的作用下, 通过受料箱体上方入口不同孔型断面的孔板, 被垂直挤入到下级, 并抽去泥料中空气。下级挤出成型部分, 同样起到对原料挤压、均化、增塑等作用, 同时, 可以挤出成型各种不同孔型断面的制品。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。

2.5.2 结构特点

此种类型的双级真空挤出机, 也是一种简单的连接组合。也就是说, 用1~2组绞刀组成的上级, 绞刀轴 (主轴) 垂直安装于下级受料箱体上方, 实现上下两级布置。由于该种类型挤出机的传动部分设计在最上方, 从结构上来讲, 不适合大机型。另外, 上级为立轴式, 与类型4水平轴布置结构相比, 维修、更换绞刀和孔板等易损件不是很方便。

2.5.3 选择指南

由于人们对此种挤出机、机型结构的性能和应用场合不十分认同和了解, 因而, 选择此种砖机的砖厂很少。

3 紧凑型双级真空挤出机类型展示

紧凑型双级真空挤出机, 是上、下两级巧妙连接组合, 是在保持原有两级工作原理 (功能) 的前提下自身节能的典范。目前, 已生产出最大的型号为650型。

3.1 上级单轴搅拌挤出构成的紧凑型双级真空挤出机

即类型6:从图6中可以看出, 该组合结构是紧凑型双级真空硬塑挤出机, 上级为单轴搅拌挤出, 下级为挤出型结构。

3.1.1 技术性能

上级单轴搅拌挤出构成的紧凑型双级真空挤出机, 与上下分离型双级真空硬塑挤出机 (类型1) 上级结构原理完全相同。上级单轴搅拌挤出, 对制砖原料可以起到均匀搅拌、输送、挤压、均化、增塑、碎泥、抽去泥料中空气等作用。从单轴搅拌原理以及搅拌刀特有结构形状和安装角度上讲, 搅拌的作用大于输送的作用, 能对多种制砖原料混合起到均匀搅拌的作用。为满足小时高产量的要求, 搅拌刀按大直径回转设计。下级挤出成型部分同样起到对原料输送、挤压、均化、增塑等作用, 同时, 配以不同的机头、机口和芯具, 可以挤出成型各种不同孔型断面的承重砖、非承重砖以及大中型空心砌块。此种类型的双级真空挤出机适合半硬塑、硬塑挤出成型。

对于上下级产量匹配, 可以通过转速进行调整。工作中, 可以随时开启或停止任何一级的传动。

3.1.2 结构特点

此种类型的挤出机, 依然是由专用减速机将上下两级巧妙连接。但专用减速机设计有两个输入轴端, 分别有两台电动机实现上、下两级的独立传动。上、下级转速可根据产量及制品品种需要进行调整。下级设有单压泥板传动机构, 上级搅拌轴无压泥板结构。

3.2 上级双轴搅拌挤出构成的紧凑型双级真空挤出机

即类型7:上、下两级紧凑型双级真空挤出机见图7。该机结构组合为上级为双轴搅拌挤出结构, 下级为挤出型结构。

3.2.1 技术性能

上级双轴搅拌挤出构成的紧凑型双级真空挤出机, 与上下分离型双级真空挤出机工作原理完全一样, 区别在于上下级的连接组合形式上。上下分离型双级真空挤出机, 其上下两级为各自独立传动系统。紧凑型双级真空挤出机, 则是通过专用减速机实现上下两级集中的传动系统。

上级双轴搅拌挤出部分, 对制砖原料可以起到搅拌、输送、挤压、均化、增塑、碎泥、抽去泥料中空气等作用。下级挤出成型部分, 同样起到对原料输送、挤压、均化、增塑等作用, 同时可以挤出成型各种不同孔型断面的制品。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。

3.2.2 结构特点

在上级双搅拌轴上合计装有48把搅拌刀、四组挤出绞刀、两组内外锥套、两对碎泥刀;下级不单设压泥板机构, 压泥板安装在搅拌轴上, 并与下级绞刀为啮合式;真空箱前端装有轴承组。下级挤出部分由机口、芯具、机头、绞刀组、轴承组等组成。为提高受料率, 下级受料段绞刀直径是封闭段的绞刀直径的1.1~1.2倍。

专用减速机只设有一个输入轴端, 由一个电动机经专用减速机实现上、下两级的动力传动, 上、下级电流消耗自动相互补偿。

3.2.3 选择指南

上级双轴搅拌挤出构成的紧凑型双级真空挤出机, 具有紧凑、机型结构及外形美观、安装方便等优点。

4 水平两级型双级真空挤出机“类型”展示

水平两级型双级真空挤出机, 是上、下两级分离型双级真空挤出机延伸出来的又一机型结构搭配形式的创新设计。空间的降低省略了真空箱, 简化了结构, 降低了成本, 安装、运输、操作极为方便。水平两级型双级真空挤出机虽然连接传动形式结构上发生重大改变, 但依然保持双级真空挤出机的原有性能。

4.1 水平两级“一”字形布置的双级真空挤出机

即类型8:水平两级“一”字形布置的双级真空挤出机, 见图8。该结构组合:第一级 (上级) 为挤出型结构, 第二级 (下级) 同为挤出型结构。

4.1.1 技术性能

该机由前后两组挤出绞刀组组合而成的水平两级“一”字形布置的双级真空挤出机, 第一组 (级) 绞刀对制砖原料可以起到输送、挤压、均化、增塑等作用, 第二组 (级) 绞刀, 在同样起到对原料输送、挤压、均化、增塑、碎泥的同时, 配以不同的机头、机口、芯具、润滑装置, 可以挤出成型各种不同孔型断面的承重砖、非承重砖以及中小型空心砌块。适合软塑、半硬塑、硬塑挤出成型。

两组绞刀组之间设有密封段, 密封段能有效阻止第一级受料箱的空气进入带有抽真空功能的第二级受料箱内。进入第二级受料箱的泥料保持松散状态, 利于抽去其空气。两组绞刀挤出量的匹配, 通过两组绞刀的直径、螺距排列组合来实现。

4.1.2 结构特点

用一根主轴将两组挤出绞刀串联起来, 巧妙形成水平两级“一”字形布置, 一轴两功能连接传动组合。由一台电动机驱动, 通过标准或专用输出轴减速机, 实现扭矩的传递。两级的受料箱均设置双压泥板机构, 压泥板的传动由专用减速机设置的输出轴端连接传递。

4.1.3 选择指南

水平两级“一”字形布置的双级真空挤出机, 对于中小型规模的砖厂新建和改造都非常适合, 不仅技术性能有所保证, 而且投资小, 见效快, 操作安装极为方便。

4.2 水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机

即类型9:图9是水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机。第一级 (上级) 为双轴搅拌挤出, 第二级 (下级) 为挤出型结构。

4.2.1 技术性能

该机与上下分离型双级真空挤出机工作原理完全相同。第一级 (上级) 双轴搅拌挤出, 在对制砖原料搅拌、输送、挤压、均化、增塑等作用的同时, 经过水平垂直连接的受料箱体侧面入口的孔板, 进入到第二级的受料段绞刀中;第二级 (下级) 挤出成型部分, 同样起到对原料输送、挤压、均化、增塑、抽去泥料中空气等作用。同时, 配以不同的机头、机口和芯具, 可以挤出成型各种不同孔型断面的制品。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。上下两级产量匹配, 可以通过各自传动部分转速进行调整。工作中, 可以随时开启或停止任何一级的传动。

4.2.2 结构特点

第一级 (上级) 双轴搅拌挤出部分的前端泥缸, 与第二级 (下级) 受料箱体侧面水平垂直连接, 形成水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机。两级有各自的独立传动系统。第一级与第二级衔接处设有密封段和孔板, 孔板起到碎泥的作用。真空室设置在第二级受料箱体的上方。第二级受料箱内不设压泥板机构。另外, 该类型的挤出机, 也可以将第一级 (上级) 中搅拌部分去掉, 改为双轴挤出结构形式。

4.2.3 选择指南

由第一级 (上级) 双轴搅拌挤出组合而成的水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机, 目前国内还没有生产厂家。

4.3 水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机 (类型10)

图10展示的是水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机。可以看出, 第一级 (上级) 为单轴挤出型结构, 第二级 (下级) 同为单轴挤出型结构。

4.3.1 技术性能

第一级 (上级) 单轴挤出部分, 对制砖原料可以起到输送、挤压、均化、增塑等作用;第二级 (下级) 在同样起到原料输送、挤压、均化、增塑、碎泥的同时, 实现抽去泥料中空气等作用。同时, 配以不同的机头、机口、芯具, 可以挤出成型各种不同孔型断面的制品。此种类型的双级真空挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。

水平两级有各自独立传动部分, 工作时可以随时开启或停止任何一级的传动。

4.3.2 结构特点

第一级 (上级) 单轴挤出部分的前端泥缸, 与第二级 (下级) 受料箱体侧面水平垂直连接, 形成水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机。两级有各自的独立传动系统。

第一级与第二级衔接处设置密封段。真空室设置在第二级受料箱体的上方。第一级受料箱内设置压泥板机构, 主要提高受料段绞刀的受料率;第二级受料箱内不设置压泥板机构。

4.3.3 选择指南

水平两级“丁”字形布置的双级真空挤出机, 适合对制砖原料处理较好的砖厂。投资小, 见效快, 操作安装极为方便。

4.4 水平三级, 三合一体“阶梯”形布置的真空挤出机

即类型11:图11展示的是三合一体“阶梯”形布置的三级真空挤出机。从图中可以看出, 第一级 (上级) 为单轴挤出型结构, 第二级 (中间一级) 和第三级 (下级) 同为挤出型结构。

4.4.1 技术性能

用功能分开方式, 解决了没有真空的非真空状态下挤出速度快的难题。

第一级绞刀组将原料从圆柱形状的直机口纵向碾搓挤出, 进入第二级受料箱内;第二级绞刀组先对进入的原料实施横向折断破碎, 再经圆柱形状的直机口纵向碾搓挤出, 进入第三级受料箱内;第三级再一次对进入的原料实施横向折断破碎, 最后经圆柱形状的直机口纵向碾搓挤出。由此形成三次碾搓挤出, 两次90°纵向横向折断破碎, 三次绞刀旋转搅拌, 让原料得到全封闭、长距离、不同角度的折断破碎, 碾搓搅拌、挤压、均化、水分渗透, 使原料颗粒级配合理, 塑性指数提高。经现场测试, 煤矸石、页岩都无需陈化处理, 大块泥土无需经搅拌、对辊等工序处理, 即可挤出成型坯体。原料处理简化成熟、挤出阻力小, 省电至少30%。

采取圆柱形状的直机口小进大出的结构设计, 使原料得到自然膨胀开花破碎, 有利于抽去泥料中的空气。小进大出的结构设计, 后一级的泥料无法返回到前一级, 填补了真空砖机永不堵塞, 砖坯永无螺旋纹的空白。工作中, 可以随时开启或停止任何一级的机械传动。

4.4.2 结构特点

第一级单轴挤出部分的前端泥缸与第二级 (中间级) 受料箱体侧面水平垂直连接;第二级, (中间级) 单轴挤出部分的前端泥缸与第三级 (下级) 受料箱体侧面水平垂直连接。形成水平三合一体“阶梯”型布置的真空挤出机。三级有各自的独立传动系统。

每一级之间都设有密封段。第二级 (中间级) 和第三级 (下级) 均设置真空室。另外, 由于每一级挤出段长度很短, 无内外锥套、割泥刀、压泥板等装置进料, 阻力小, 不仅, 降低了功率的消耗, 而且减少了易损件故障率。小口中的原料得到压缩密实堵漏气, 大口中的原料得到自然膨胀开花破碎, 方便抽真空, 真空正常显示≤-0.092以上, 表针不摆动。

4.4.3 选择指南

由三级组合而成的真空挤出机, 比两级组合而成的真空挤出机, 又增加了一次对制砖原料挤压、均化、增塑和二次抽去泥料中空气等作用, 因而对预先原料处理较差的砖厂尤为适合。

5 双挤出型双级真空挤出机“类型”展示

一个上级对应两个下级的“双挤出型双级真空挤出机”如图12、13所示, 是上, 下分离型双级真空挤出机。

从12主视图和13俯视图中可以看出, 该组合结构是一个上级同时对应两个下级, 组合而成的双级真空挤出机。上级为双轴搅拌挤出型结构, 下级为挤出型结构。

5.1 技术性能

上级双轴搅拌挤出, 对制砖原料可以起到搅拌、输送、挤压、均化、增塑、碎泥、抽去泥料中空气等作用。下级双挤出成型部分, 对原料同样起到输送、挤压、均化、增塑等作用。其下级有两种挤出型式:两个机头、机口可各自独立的挤出某一规格相同孔型断面的制品, 也可以各自独立的挤出某一规格不相同孔型断面的制品, 实现两种不相同孔型断面制品的同时挤出。

改变双机头、机口内腔结构, 使之合二为一, 可以共同完成挤出大规格孔型断面的制品及多条的挤出。在挤出大规格 (砌块) 孔型断面制品时, 采用水平形式布置, 重心低。

对于双挤出型挤出机来讲, 两组绞刀组合后, 所形成的有效面积近似一个椭圆形, 显然, 上下、左右均匀程度误差要小得多, 在排列、组合挤出制品孔型断面时, 简单易行。挤出时阻力趋于平衡, 压缩比比值合理, 挤出效率相对高。这是大规格型号下级单挤出型挤出机无法实现的。上、下级转速可根据产量及制品品种需要进行调整。此种类型的挤出机适合软塑、半硬塑挤出成型。

5.2 结构特点

下级专用减速机设计有两个输入轴端, 分别由两台电动机经气动离合器实现动力的输入, 两个输出轴端与双主轴分别连接, 最终形成双挤出主轴 (绞刀轴) 的各自独立的传动系统。下级设有双压泥板机构, 其传动来自专用减速机的压泥板输出轴端。

5.3 选择指南

该类型挤出机适合各种规模砖厂的需求。特别适合年产量上亿块或几亿块的大型砖厂。

6 小结

挤出机“种类”, 仅仅是对其上、下两级机械连接组合概念上的认识。挤出机“类型”, 则是对其上、下两级不同功能搭配形式概念上的认识。

应该认识到, 不同“类型”的挤出机, 对进入挤出机原料的处理作用是不一样的, 因而, 选择挤出机时应根据当地实际原料状况和挤出机的技术性能、结构特点综合考虑。选择某一“类型”的挤出机, 也就选择了对原料的处理过程。

挤出机下级机型结构分析 篇5

对于挤出机下级而言,主要分析两个方面的内容:(1)主轴(绞刀轴)与减速机输出轴之间的连接、传动关系;(2)支撑主轴(绞刀轴)的零件、受料箱体与减速机壳体之间的连接关系。

1 下级主轴与减速机输出轴内在连接的种类

挤出机下级主轴与减速机输出轴的连接形式以及受料箱与减速机壳体(支点轴承座)的连接形式,是体现挤出机下级内在设计技术,最终构成机型结构的关键。从目前所生产的下级机型结构看,内在设计技术连接传动形式有三种:一是主轴与减速机输出轴之间非刚性连接,即主轴后端设置支点轴承座构成的机型结构,也就是说,有两个支点支承主轴。其特点是:主轴必须是承受轴向力的,即轴向力是通过主轴传递到推力滚子轴承的,然后再通过受料箱传递到机架,最终经地脚卸荷。受料箱、支点轴承座、减速机壳体三者之间非刚性连接。二是主轴与减速机输出轴采用夹壳(或胀套)联轴器刚性连接,其内在特征是主轴必须是不承受轴向力的,即轴向力不是通过主轴传递到推力滚子轴承的。受料箱、减速机壳体之间非刚性连接。三是主轴与减速机输出轴采用插入式刚性连接,其内在特征是主轴也必须是承受轴向力的,即轴向力是通过主轴传动到推力滚子轴承,减速机输出轴内孔和花键只是一种支承和扭矩的传递。受料箱、减速机壳体之间刚性连接。

这里需要说明,无论哪种连接传动形式,上述主轴与减速机输出轴,均可以设计成不承受轴向力的结构。但主轴必须在轴向位置相对固定,也就是说,主轴不允许在轴向任意位置窜动。

2 下级机型结构分析

2.1 受料箱与减速机之间设支点轴承座机型结构

受料箱与减速机之间设支点轴承座机型结构见图1,其特点:(1)受料箱、支点轴承座、减速机箱体之间,并没有实质性的连接,仅仅是通过机架组合在一起;(2)除支点轴承座的一端与减速机输出轴采用滑块式联轴器(浮动联轴器)传递扭矩外,再没有任何内在的连接关系,而另一端与受料箱中的主轴有着至关重要的连接关系。其作用有两个:一是轴承组中的双列调心滚子轴承形成两支点距离,支承前端处于悬臂状态的绞刀轴,其作用是缓解或消除因受料箱、支点轴承座中心高(同轴度)加工精度的误差和在装配中水平方向(同轴度)的位置误差而引起主轴(绞刀组)工作时的划圈现象和产生附加径向力时对绞刀轴(主轴)的影响。二是当主轴受到轴向力的作用后向减速机方向传递时,或因装配时推力滚子轴承不到位而产生的轴向误差,起到向后微量位移的作用,而且,浮动联轴器也留有间隙允许其向减速机方向的轴向位移,以保证减速机输出轴不受轴向力。最终,由受料箱承受轴向力,经机架、地脚螺栓卸荷。

受料箱与减速机之间设计支点轴承座的结构分析如下:两支点的距离应该确定一定的比例关系。为保证绞刀轴的工作平稳性,两支点距离当然越长越好,但距离太长,意味着主轴长度的增加,使挤出机外形尺寸和质量增加;若两支点距离过短,则悬臂端长,挠度大,会使绞刀轴运转不平稳,严重时会产生泥缸摇头现象。故在挤出机设计时规定两支点距离,即L2/L1≥0.7。

但从实际使用情况看,采用此种机型结构的挤出机,即使L2/L1≥0.7,也很难保证泥缸不出现摇头的普遍现象,原因就是各零部件加工、装配积累误差总和超过两支点轴承座不同轴度的调整量。

此种机型结构存在着受料箱与减速机之间的中心高度不一致、左右同轴度的加工精度以及装配精度问题。目前,因同轴度误差造成挤出机工作时泥缸摇头、整机摆动现象比较普遍。为解决此问题,设计挤出机时应增加加工定位(基准)要求,做到加工基准与装配基准为同一基准,最终达到的装配精度。不是依靠工人的技术操作水平高低,而是依靠科学的工艺手段来实现。这一点对于砖厂维修也很重要。

受料箱与减速机之间中心高度不一致和左、右不同轴度引起的误差,不仅仅导致泥缸摇头,还直接影响到主轴上的大齿轮与压泥板齿轮的啮合精度,使交变载荷引起压泥板悬臂轴的径向力增大,严重时导致压泥板轴折断,齿轮快速磨损。凡是此种机型结构类型,压泥板齿轮传动基本都是背在受料箱后端的。

受料箱与减速机之间设支点轴承座,看似是很简单的机型结构,其实是最复杂、最难装配的机型结构。在20世纪90年代前是国内最多的机型结构。随着技术的不断发展、设计理念的提高以及对引进设备的消化吸收,采用此种结构的挤出机已逐渐在减少。

对此种机型结构的挤出机来说,若将受料箱、支点轴承座改为刚性组合连接设计,再配以不同结构形式的减速机,不仅能够消除结构上存在的不足,而且可以成为刚性十足、轴向距离缩短、外形美观、整体性能好的机型结构。但刚性组合连接需要大型的机械加工设备。

这里还应该指出,采用十字滑块联轴器也必须达到同轴度的精度且轴向两侧应留有间隙,否则,滑块联轴器磨损是很快的。

2.2 主轴与减速机输出轴采用夹壳联轴器刚性连接的机型结构

图2是主轴与减速机输出轴采用夹壳联轴器(或者胀套式联轴器)刚性连接的机型结构。可以看出图2比图1在结构上发生了较大变化。其特点:(1)去掉了支点轴承座;(2)扭矩的传递由浮动(十字滑块)联轴器改变为刚性(夹壳或胀套)联轴器,即主轴与减速机输出轴的刚性连接;(3)缩短了主轴的长度,拉近了减速机与受料箱之间的距离;(4)受料箱与减速机箱体之间,并没有实质性的连接,仅仅是通过机架组合在一起。

该机型结构的主要特点是受料箱中的主轴与减速机输出轴采用刚性连接。为什么能去掉支点轴承座,主要是内在结构的设计发生了变化,其变化体现在对主轴受力的认识,认为挤出机在工作时绞刀所受轴向力是主要的,径向力是次要的,可忽略不计。结构设计上所重点考虑的是如何承担更大轴向力,同时,不让主轴承受一点轴向力。不承受轴向力的主轴与减速机的输出轴采用刚性连接是最合理的。否则,减速机输出轴上的轴承将受到轴向力的作用。

在这里需要说明一点,采用降低轴承内孔与主轴外径公差配合精度,实现主轴不承受轴向力结构的方法是不可取的。

将浮动(十字滑块)联轴器改为夹壳式或者胀套式联轴器,变成刚性连接,使主轴与减速机输出轴成为一体,减速机输出轴上的轴承支点自然成为主轴的支点,相当于加长了L2,也就是说L2与L1的比值增大,使主轴工作更加平稳。

重载停车和超载启动是挤出机工作时经常遇到的现象,此时,轴会因瞬间扭矩过大产生变形和扭转振动。在轴刚度校核公式中,轴变形和扭转角(振动)成正比,当轴长度(L)值增加时,扭转角(Ψ)值提高,说明轴的变形加大;当轴长度(L)值减少时,扭转角(Ψ)值降低,说明轴的变形小。由此可得出结论:刚性连接使结构得到了简化,主轴缩短了,成本降低了,刚性也得到提高。在同样扭矩条件下,短轴刚度要好于长轴,短轴的结构要好于长轴的结构。

与该机型结构最佳配置是:前端采用浮动轴及浮动轴延伸结构,后端选取与标准减速机或专用减速机的刚性连接。

前端采用浮动轴结构,不仅可以消除受料箱和标准减速机之间因中心高度不一致及左右同轴度误差带来的泥缸摇头问题,而且主轴不承受轴向力,有力地保证了减速机在工作中不受到伤害。美国硬塑挤出机是典型的不采用浮动轴机型结构;法国半硬塑挤出机是典型的采用浮动轴机型结构;采用浮动轴延伸结构是具有中国特色的软塑、半硬塑挤出机典型的机型结构。

后端选取与标准减速机或专用减速机的刚性连接,目前出现三种配置的机型结构:(1)配置平行轴传递的标准减速机,压泥板有两种设置结构形式:一是受料箱后端装有压泥板传动系统;二是压泥板独立传动系统;(2)配置平行轴传递的专用减速机,压泥板齿轮传动融入到减速机中,构成专用减速机;(3)配置带底脚的行星齿轮传动标准减速机,采用压泥板独立传动系统。行星齿轮传动标准减速机体积小,质量轻,安装方便,速比范围宽,承载能力大,是当今世界挤出机设计的发展方向。

对行星齿轮传动的标准减速机输出轴与主轴采用夹壳联轴器刚性连接,还应该慎重选用。其原因是,刚性连接让行星齿轮减速机前端轴承成为支撑主轴的一端支点,当同轴度精度偏差超出减速机的允许范围时,减速机会出问题的。在此应该认识到,行星齿轮传动的标准减速机只能传递扭矩,不能承受其他任何多余的力。

采用夹壳联轴器刚性连接,同样存在主轴与减速机输出轴同轴度误差的问题,该误差不能依靠浮动轴结构来消除,而应靠受料箱、减速机加工基准、公差要求和加工工艺来保证。同时,采用调心滚子轴承和推力滚子轴承不直接安装在主轴上的结构来配合,是至关重要的。

受料箱与减速机箱体之间,因为没有实质性的连接,仅仅是通过机架组合在一起而已。在设计时,还要考虑二者的连接问题。

2.3 主轴与减速机输出轴插入式连接,受料箱与减速机箱体非零距离刚性连接机型结构1

图3是受料箱与专用平行轴传动的减速机,非零距离刚性连接、传动组合的机型结构1。可以看出,图3比图2在结构上又发生了较大变化。(1)去掉了刚性(夹壳或胀套)联轴器,主轴与减速机输出轴插入式连接;(2)受料箱与平行轴传动的减速机箱体刚性连接;(3)受料箱与减速机之间的轴向距离缩短,结构更加紧凑;(4)受料箱与减速机刚性连接,整体性能好,封闭性好,外观整齐大方。

该机型结构类型中的减速机为平行轴传动结构,传动级数采用单级、双级、三级均可。压泥板可以设置在受料箱与减速机之间,也可以设置在减速机之中。

在该结构中,主轴与减速机输出轴采用插入式刚性连接。减速机输出轴中的轴承可以作为主轴另一端的支点,相当于加长了L2的支撑长度。作为主轴,既可采用通轴结构,也可以采用浮动轴结构。

该种机型结构中主轴必须承受轴向力。当推力滚子轴承装配未到位时,承受轴向力的主轴,允许在减速机输出轴内孔中向后微量位移。

需要说明的是,该种机型结构中主轴也可以设计成不承受轴向力的。但主轴必须在轴向位置相对固定,也就是说,主轴不允许在轴向任意位置窜动。

受料箱与减速机刚性连接,整体加工各孔和面时,完全可以保证各轴孔、端面、同轴度、平行度、垂直度满足加工的精度要求。

加工此种机型结构的挤出机时,要求有较大型的机械加工设备,否则难以实现理想的设计和加工精度。另外,该机型的加工,特别是减速机装配有一定难度,需要采取相应措施。

若要降低装配难度,可以将减速机拆分出来,构成独立的单级、双级、三级传动的专用减速机,由专业减速机生产厂制造。只要将与受料箱刚性连接的基准定位确定好(这一点很重要)即可,以实现简单的装配。这里还应该指出,专用减速机外形形状及尺寸,必须与刚性连接箱体吻合。

推荐采用平行轴的单级、大速比传动的减速机+标准单级行星齿轮减速机连接、传动组合应该更好。不仅可以获得较大的转速比,而且,还可以更有效地保护标准行星齿轮减速机在工作中不受到其他力的作用。放弃二极、三级的传动级数,不仅减速机的体积和质量降降了下来,而且结构也变简单,加工、装配也便容易。

在此,再推荐一个结构,就是在主轴后端再增加一个支点支承主轴。主轴与减速机输出轴为插入式连接。主轴既可以设计成为不受轴向力结构,也可以设计成为承受轴向力结构。减速机为平行轴、单级+压泥板齿轮传动+标准单级行星齿轮减速机的组合,与受料箱箱体起组合成非零距离刚性连接的机型结构,见图4。减速机外形尺寸设计符合受料箱整体尺寸、形状及基准定位要求,这样不仅装配简单,构成合理,而且压泥板齿轮的啮合精度、使用寿命、润滑等问题都相应解决。

此种机型结构的挤出机下级,对于整机内在连接和外形形状来讲,不仅刚性十足,而且美观大方。

2.4 主轴与减速机输出轴插入式连接,受料箱与减速机箱体非零距离刚性连接机型结构2

图5是采用标准行星齿轮减速机连接、传动组合的非零距离刚性连接的机型结构2。图5与图4结构相比,区别主要在减速机的选用上,图5结构中选用的是标准行星齿轮减速机。

该机型结构特点:(1)主轴与减速机输出轴插入式链接,在主轴后端增加一个支点,以确保标准行星齿轮减速机工作时不受到伤害;(2)行星齿轮减速机至少为两级速比传动;(3)压泥板齿轮传动设置在主轴两支点之间;(4)受料箱与减速机箱体实现刚性连接,整体机型结构轴向距离要长些。

在该结构中,主轴与减速机输出轴同样采用插入式连接,但主轴后端必须增加一个支点,形成两个支点支撑主轴,以确保标准行星齿轮减速机工作时只传递扭矩,不受到其他力,这一点非常重要。两个支点支撑的主轴,对于压泥板齿轮传动而言,在传动精度等方面要好于图3的机型结构。但这里应该指出,压泥板齿轮传动在润滑、维修时比较麻烦。

该种机型结构中的主轴必须承受轴向力。当推力滚子轴承装配未到位时,承受轴向力的主轴,允许在减速机输出轴内孔中向后微量位移。

另外,该种机型结构中的主轴也可以设计成不承受轴向力的。但主轴必须在轴向位置相对固定,也就是说,主轴不允许在轴向任意位置窜动。

加工此种机型结构的挤出机时,要求有较大型的机械加工设备,否则难以实现理想的设计和加工精度要求。

2.5 主轴与减速机输出轴插入式连接,受料箱与平行轴减速机零距离刚性连接机型结构1

图6是受料箱与专用平行轴传动减速机零距离刚性连接、传动的机型结构1。

从图6和图5可以看出,图6机型结构上又有了较大变化,受料箱与减速机之间为零距离连接。

该机型特点:(1)受料箱与平行轴传动的减速机实现零距离连接;(2)压泥板传动融入到减速机的设计中;(3)轴向距离短,整体刚性好。

从机型结构构成来讲,该机型应该算是最简单的,外形紧凑、美观,是挤出机发展的最高境界。实现零距离机型结构连接、传动的先决条件是巧妙地设计主轴与减速机输出轴连接结构。牵扯到的问题是轴承组前后两端的密封及轴承组的润滑等。

零距离机型结构中采用平行轴传动的减速机,因而,必须保证减速机一定年限的使用寿命,减速机应采取硬齿面齿轮传动。另外,为保证挤出机整体效果,减速机壳体形状与尺寸应该与受料箱体外形尺寸、形状大小相匹配。

在该结构中,主轴与减速机输出轴同样采用插入式连接,主轴必须承受轴向力。主轴的装配必须从绞刀方向向后装配。另外,为防止主轴的轴向窜动,在减速机输出轴内孔中,还要设置轴向拉紧装置。同样。该种机型结构中,主轴也可以设计成不承受轴向力的,但主轴必须在轴向位置相对固定,也就是说,主轴不允许在轴向任意位置窜动。

主轴与减速机输出轴插入式连接中,输出轴轴承支点也成为主轴的支点。与主轴插入连接处的减速机输出轴的轴承应该按设计要求选取,也就是说,轴承的承载能力要大。另外,主轴与减速机输出轴轴孔的配合间隙也起到相应的浮动轴之作用。

从机型结构构成来讲,受料箱与减速机零距离连接应该算是最简单的,但主轴轴承组与减速机输出轴之间轴向空间很小,因而,设计难度是很大的。

2.6 主轴与减速机输出轴插入式连接,受料箱与行星齿轮减速机零距离刚性连接机型结构2

图7是受料箱与行星齿轮传动减速机零距离刚性连接传动的机型结构2。

图7与图6机型结构相比较,受料箱与减速机同为零距离刚性连接,但在减速机的选用上有所不同。图7机型中选用的是行星齿轮减速机。

该机型特点:(1)受料箱与标准行星齿轮减速机组成的零距离刚性结构;(2)压泥板为独立传动。

结构分析:受料箱与标准行星齿轮减速机组成的零距离刚性连接、传动,从机型结构构成来讲,应该算是最简单的,机子外形紧凑、美观,是目前挤出机设计技术的最高境界。

实现零距离刚性机型结构连接、传动的先决条件是,主轴必须是承受轴向力的。同时,主轴与减速机输出轴为插入式连接结构,即行星齿轮减速机输出轴为空心轴。主轴轴承组与减速机输出轴需要巧妙地连接。同样,该种机型结构的主轴也可以设计成不承受轴向力的,但轴承组的结构构成必须巧妙设计。

采用此种机型结构,对于压泥板来讲,必然是独立传动结构。

采用标准行星齿轮传动的减速机实现零距离刚性连接传动的机型结构,应该解决好以下3个方面的问题:(1)标准行星齿轮减速机技术性能、结构能否达到挤出机工作状态的要求,能否实现插入式连接结构要求;(2)主轴轴承组与标准行星齿轮传动减速机组合后,必须能同时满足两者安装、拆卸、维修等方面的要求;(3)压泥板独立传动的减速机整体外形尺寸和结构应满足安装空间位置要求。

3 总结

上述6种挤出机下级机型结构中,从设支点轴承座到无支点结构,再到零距离的机型结构,看似很简单,其实代表的是不同的内在结构设计思想,不同设计思想必然形成不同的挤砖机机型结构。

6种不同机型结构的焦点有三个:其一,主(绞刀)轴与减速机输出轴的连接传动关系;其二,受料箱+不同传递扭矩形式减速机的组合,并与所选减速机箱体之间构成的连接距离,是机型结构变化所在;其三,受料箱与减速机箱体之间中心高(同轴度)的问题。中心高(同轴度)是决定挤出机机型结构性能优劣的关键所在。