CN101767429B - 一种木塑复合材料挤出成型机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种木塑复合材料挤出成型机，其特征是：其减速齿轮箱的一端与电动机相连，另一端与分配齿轮箱相连，所述的电动机位于所述的分配齿轮箱的下方；减速齿轮箱的减速比i＝48.8；在加料装置上设有预加热装置；在挤压螺杆的螺棱外表面上具有防漏流沟槽；在合流芯的流道孔腔中具有导流装置。本发明成型机是一种具有节能、节省占地面积、提高加工质量效率、产品尺寸稳定、降低螺筒、螺杆进料输送段磨损的木塑复合材料专用的挤出成型设备。本发明适于以高添加生物质塑化原料为基料的木塑复合材料的挤出成型加工，还适于以PVC、PE、PP、ABS、PET和尼龙等为基料的非塑化生物质原料的挤出成型加工。

Description

一种木塑复合材料挤出成型机
技术领域
本发明涉及挤出成型加工设备，尤其是一种木塑复合材料挤出成型机。
背景技术
木塑复合材料由改性塑料脱胎而来，但木塑复合材料的加工要求与塑料有很大的不同。而现有的木塑复合材料加工设备，例如木塑复合材料挤出成型机械，基本采用现有的塑料加工机械的结构。实践证明，木塑复合材料作为具有独立特性的新型材料，其加工工艺难度远远超过普通塑料制品，生产设备也越来越倾向专业化和特殊化。现有设备的主要不足是：
现有的塑料锥形双螺杆挤出机的驱动电机与双螺杆的连接是一字型串联安装，如图2为现有的锥形双螺杆挤出机示意图。图中示出了电动机2-2、减速齿轮箱2-3、分配齿轮箱2-4、机筒2-6、挤压螺杆2-7、合流芯2-9。电动机2-2经减速箱2-3、分配箱2-4驱动该挤压螺杆2-7；加料装置2-5的出口接入机筒2-6，向机筒2-6送料，经挤压螺杆2-7的挤压，将物料从合流芯2-9挤出。图2中的电动机2-2、减速箱2-3、分配箱2-4是串接的，占地面积较大。
目前加工木塑复合材料用的锥形双螺杆挤出机，其减速结构和分配结构普遍采用的是现有的塑料挤出机的减速齿轮箱和分配齿轮箱，在输入功率和传动比的选择上，基本参照执行了机械齿轮箱制造厂的企业标准，并没有考虑木塑复合材料成型的特性和工艺要求，采用的电动机的功率偏大，这就浪费了能源和动力。
在现有的螺杆挤出机在挤出木塑复合材料过程中，由于开始进入的料是冷的，较硬，会使机筒、螺杆的进料输送段磨损严重，导致使用寿命短，甚至发生螺杆断裂事故。
在用螺杆挤出木塑复合材料的过程中，挤压螺杆的结构对产品质量和产量有着很大的影响。合理的挤压螺杆构造，能很好的利用剪切能和摩擦能效应，获得均匀的塑化混炼效果，避免植物纤维分散不良或结团。现有的加工木塑复合材料用的锥形双螺杆挤出机，在机头压力很高(12-30MPa)的情况下，熔融物料会在机筒的内壁与挤压螺杆之间的缝隙间，发生倒流(漏流)的现象，造成机头压力不稳和堵塞排水气孔，从而影响产品的的质量和产量。
在木塑复合材料挤出过程中，物料中的植物纤维的排列是随机的，会发生紊流、堆积分层现象，影响制品质量。而物料中的植物纤维的有序排列、搭桥取向，对木塑制品的物理特性会有很大的改善和提高。如何让木塑制品中的植物纤维发生有序排列以提高制品质量，也是本发明所着力解决的课题之一。
如上所述，现有的木塑复合材料的挤出成型设备具有上述的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种木塑复合材料挤出成型机，以解决现有的木塑复合材料挤出成型机的上述不足。本发明木塑复合材料挤出成型机是一种具有节能、节省占地面积、提高加工质量效率、保证产品尺寸稳定、降低机筒和螺杆进料输送段磨损的木塑复合材料专用的挤出成型设备。
本发明的技术方案如下，本发明木塑复合材料挤出成型机的特征是：包括减速齿轮箱，所述的减速齿轮箱的一端与电动机相连，另一端与分配齿轮箱相连，所述的电动机位于所述的分配齿轮箱的下方。
所述的减速齿轮箱包括下箱体、上箱体，下箱体和上箱体构成减速齿轮箱体，在减速齿轮箱体中装有：第一齿轮轴、第一齿轮、第二齿轮轴、第二齿轮、第三齿轮轴、第三齿轮、连接套筒、输出主轴；第一齿轮轴的右端与电动机相连，第一齿轮轴上的小齿轮与装在第二齿轮轴上的第一齿轮啮合，第二齿轮轴上的小齿轮与装在第三齿轮轴上的第二齿轮啮合，第三齿轮轴上的小齿轮与装在连接套筒上的第三齿轮啮合，在连接套筒内用键结合装有输出主轴。
所述的分配齿轮箱位于减速齿轮箱右侧，包括分配箱体，分配箱体与减速齿轮箱的上箱体对接，分配箱体内装有：主动伞齿轮、从动伞齿轮、分配轴、传动套和另一传动套；所述的减速齿轮箱的输出主轴通过键与分配齿轮箱的主动伞齿轮套接；主动伞齿轮与从动伞齿轮啮合，从动伞齿轮用键和分配轴连接，分配轴经传动套与1根挤压螺杆连接；减速齿轮箱中的输出主轴的右端用另一传动套与另1根挤压螺杆连接。
所述的减速齿轮箱的减速比i＝48.8。
本发明还包括加料装置，在所述的加料装置的输送筒体上，设有预加热装置。
本发明还包括机筒和位于机筒内的挤压螺杆，在所述的挤压螺杆的螺棱外表面上具有防漏流沟槽。
所述的防漏流沟槽是阶梯式沟槽；每一级阶梯的前部表面是向前倾斜的。
或所述的防漏流沟槽是多齿式沟槽；各防漏流齿的前部表面是向前倾斜的。
本发明还包括合流芯，所述的合流芯位于机筒的出口处；合流芯上具有导流孔，
在所述的导流孔的孔腔中具有导流装置。
所述的导流装置可为直栅板或折线形栅板或上、下错齿式栅板。
或所述的导流装置为进口端大出口端小的梭形栅板，在合流芯内呈扇形排列。
或所述的导流孔为圆锥形孔，各所述的直栅板之间的栅孔的进口端的宽度大于出口端的宽度。
按上述的方案，本发明的优点如下：
本发明挤出成型机的一个优点是电动机安装在分配齿轮箱的下方，所以本发明比现有的一字型串联结构的塑料锥形双螺杆挤出机缩短长度，可节省占地面积。
本发明采用了减速齿轮箱的大减速比传动，在保证输出扭矩不变和强度足够的安全系数情况下，本发明挤出机与现有的挤出机相比，电动机功率可以大为减小。在加工木塑材料制品时，当其他加工条件相同的情况下，仅主电动机消耗功率这一项指标就可节能15-22％。
本发明在喂料输送段设置了预加热装置，使物料通过预加热装置时被加热变软，以降低机筒、螺杆组件在进料输送段的磨损，同时对物料也具有升温、干燥和排水气的作用。
挤压螺杆的螺棱的外表面与机筒内表面在工作时，二者是滑动而密封接触的。本发明采用在螺杆的螺棱峰面上采用防漏流沟槽，使螺杆在运转时起到刮压作用，使物料由机筒壁与螺杆之间返回前行，在高压挤出木塑熔体材料情况下，大大减少物料回流，能较好的保持机头压力均衡，防止冒料和堵塞，提高有效挤出量。并能在挤出机低转速运行下，仍具有良好的塑化和输送能力，提高了该木塑复合材料加工的质量和效率。本发明挤出机能提高木塑制品的稳定性和抗冲击强度，更适应当前木塑复合材料的挤出加工工艺和技术要求。
本发明在机头的合流芯段采用了梳式导流装置，导流装置的作用是木塑熔体在通过合流芯时，它能引导其中部分植物纤维有序排列、取向，减少木塑熔体在定型前由于紊流、结团而造成的产品应力不均和分层等问题，达到产品尺寸稳定和物理性能提高的目的。当熔体物料被加工挤出时，通过本发明合流芯会得到梳理和引导，使熔体物料内的纤维有序排列和取向，以减少熔体物料在定型前因紊流、结团而造成的产品应力不均和分层等问题，达到产品尺寸稳定和物理性能提高的目的。
综上所述，本发明成型机能解决现有技术的上述不足，本发明成型机是一种具有节能、节省占地面积、提高加工质量效率、产品尺寸稳定、降低物料输送段的机筒和螺杆磨损的专用木塑复合材料挤出成型设备。本发明适于以高添加生物质塑化原料为基料的木塑复合材料的挤出成型加工，还适于以PVC、PE、PP、ABS、PET和ABS等为基料的非塑化生物质原料的挤出成型加工。
附图说明
图1为本发明双螺杆挤出机示意图；图2为现有的双螺杆挤出机示意图。
图3为图1中的电动机1-2、减速齿轮箱1-3和分配齿轮箱1-4的联接放大示意图。
图4为图1中的挤压螺杆放大示意图。
图5为图4中的A处放大示意图。
图6为图4中的A处的另一结构的放大示意图。
图7为图1中的挤压螺杆1-7和合流芯1-9的轴向剖面的局部放大示意图。
图8、9、10为图7中的C-C剖视放大图，示出合流芯1-9的各导流装置。
图11为图1中的合流芯1-9的轴向剖面放大图。
图中代号说明
1本发明锥形双螺杆挤出机
1-1机架
1-2电动机
1-3减速齿轮箱    1-3-1下箱体      1-3-2第一齿轮轴    1-3-3第一齿轮
1-3-4第二齿轮轴  1-3-5第二齿轮    1-3-6第三齿轮轴    1-3-7第三齿轮
1-3-8轴承        1-3-9连接套筒    1-3-10上箱体       1-3-12输出主轴
1-4分配齿轮箱    1-4-1分配箱体    1-4-2主动伞齿轮    1-4-3从动伞齿轮
1-4-4分配轴      1-4-5传动套      1-4-6另一传动套
1-5定量加料装置
1-6机筒
1-7挤压螺杆      1-70防漏流台阶   1-71一级台阶       1-72二级台阶
1-73三级台阶     1-74防漏流齿     1-75防漏流沟槽     1-76螺棱
1-8机筒移动装置
1-9合流芯        1-9-0导流装置    1-9-1直栅板        1-9-2上、下错齿式栅板
1-9-3折线形栅板  1-9-4进口端大出口端小的梭形栅板
1-10预加热装置
1-11联轴器
1-12锁紧卡圈
2现有的锥形双螺杆挤出机
2-1机架      2-2驱动电机  2-3减速齿轮箱    2-4分配齿轮箱
2-5加料装置  2-6机筒      2-7挤压螺杆      2-8机筒移动调整装置
2-9合流芯
具体实施方式
图1为本发明双螺杆挤出机示意图，包括电动机1-2、减速齿轮箱1-3、分配齿轮箱1-4、加料装置1-5、机筒1-6、挤压螺杆1-7、合流芯1-9，预加热装置1-10。电动机1-2安装在减速齿轮箱1-3和分配齿轮箱1-4的内下方，电动机1-2经减速箱1-3、分配箱1-4驱动该挤压螺杆1-7；加料装置1-5的出口接入机筒1-6的进料口，向机筒1-6送料，挤压螺杆1-7装在机筒1-6内，经挤压螺杆1-7的压挤，将该料从合流芯1-9送出。图2为现有的双螺杆挤出机示意图。图2中的电动机2-2、减速箱2-3、分配箱2-4、加料装置2-5、机筒2-6、挤压螺杆2-7合流芯2-9是串接的；电动机2-2经减速箱2-3、分配箱2-4驱动该挤压螺杆2-7；加料装置2-5的出口接入机筒2-6，向机筒2-6送料，经挤压螺杆2-7的压挤，将该料从合流芯2-9送出。
图1与图2不同的是：图2中的电动机2-2、减速齿轮箱2-3、减速齿轮箱2-4成一字形串连的；图1中，减速齿轮箱2-3的下侧端与电动机1-2相连，上侧端与分配齿轮箱1-4相连，电动机1-2位于分配齿轮箱1-4的下方。由于电动机1-2位于分配齿轮箱1-4的下方，所以本发明挤出机比现有的挤出机(挤出机宽度按平均800mm计算)缩短长度约1070mm，每台设备可节省占地面积约0.856平方米。
本发明中的电动机1-2、减速齿轮箱1-3和分配齿轮箱1-4的具体传动结构如图3所示。
所述的减速齿轮箱1-3包括下箱体1-3-1、上箱体1-3-10，下箱体1-3-1和上箱体1-3-10构成减速齿轮箱体，在减速齿轮箱体中装有：第一齿轮轴1-3-2、第一齿轮1-3-3、第二齿轮轴1-3-4、第二齿轮1-3-5、第三齿轮轴1-3-6、第三齿轮1-3-7、连接套筒1-3-9、输出主轴1-3-12；第一齿轮轴1-3-2的右端与电动机1-2相连，第一齿轮轴1-3-2上的小齿轮与装在第二齿轮轴1-3-4上的第一齿轮1-3-3啮合，第二齿轮轴1-3-4上的小齿轮与装在第三齿轮轴1-3-6上的第二齿轮1-3-5啮合，第三齿轮轴1-3-6上的小齿轮与装在连接套筒1-3-9上的第三齿轮1-3-7啮合，在连接套筒1-3-9内用键结合装有输出主轴1-3-12。
所述的分配齿轮箱1-4位于减速齿轮箱1-3的右侧，包括分配箱体1-4-1，分配箱体1-4-1与减速齿轮箱的上箱体1-3-10对接，分配箱体1-4-1内装有：主动伞齿轮1-4-2、从动伞齿轮1-4-3、分配轴1-4-4、传动套1-4-5和另一传动套1-4-6；所述的减速齿轮箱1-3的输出主轴1-3-12通过键与分配齿轮箱1-4的主动伞齿轮1-4-2连接；主动伞齿轮1-4-2与从动伞齿轮1-4-3啮合，从动伞齿轮1-4-3用键和分配轴1-4-4连接，分配轴1-4-4经传动套1-4-5与1根挤压螺杆1-7连接；输出主轴1-3-12的右端用另一传动套1-4-6与另1根挤压螺杆1-7连接。当机器工作时，电动机1-2经联轴器1-11传动力到第一齿轮轴1-3-2，经各齿轮组传到输出主轴1-3-12和分配轴1-4-4，并通过传动套1-4-5和另一传动套1-4-6，将动力分别传到2根挤压螺杆1-7上，驱动2根挤压螺杆1-7工作。上述的电动机1-2、减速齿轮箱1-3和分配齿轮箱1-4的具体传动结构使电动机1-2位于分配齿轮箱1-4的下方，使装有本发明减速齿轮箱1-3的挤出机比现有的挤出机缩短长度，节省占地面积。
本发明的减速齿轮箱1-3的减速比i＝48.8。本实施例中，当电动机功率为P＝18.5KW，电动机转速为N1＝1500r/min时；减速比i＝48.8(现有设备i＝38.5)；输出到挤压螺杆上的转速N2＝30r/min。与现有设备相比，本实施例节能15-22％。
图1、图2中的加料装置1-5、2-5的输送筒体的出料口均接到机筒1-6、2-6的进料口，但图1与图2不同的是：图1中，本发明在加料装置1-5的输送筒体上装有预加热装置1-10，本实施例采用的是电加热装置，在输送筒体的外面包覆有电加热器。通过加热减少了因物料冷硬而造成螺杆和机筒进料输送段磨损，延长了螺杆和机筒使用寿命，同时也有助于延长物料的排气行程和时间。
如图4为图1中的挤压螺杆1-7的示意图，本实施例的挤压螺杆1-7为锥形双螺杆，挤压螺杆1-7装在机筒1-6内，图4中只示出一件挤压螺杆。挤压螺杆1-7的螺棱1-76的外表面与机筒1-6内表面在工作时，二者是滑动而密封接触的。原有的螺棱外表面与机筒内表面是简单接触，易发生漏流。图5、6为图4中的螺棱1-76在A处放大图，示出了在所述的各挤压螺杆1-7的螺棱1-76外表面上具有防漏流沟槽。如图5，螺棱1-76具有前倾斜角a，所述的防漏流沟槽是阶梯式沟槽1-70；共三级，包括一级台阶1-71、二级台阶1-72、三级台阶1-73。每一级阶梯的前部表面也是向前倾斜的。图6为另一结构，螺棱1-76具有前倾斜角a，在螺棱上具有防漏流沟槽，所述的防漏流沟槽是多齿式沟槽1-75；各防漏流齿1-74的前部表面也是向前倾斜的。
防漏流沟槽的作用是：当木塑熔体物料输送过程中，在机头压力作用下，熔体物料会从螺筒1-6与螺杆1-7间缝隙发生倒流(漏流)，用防漏流沟槽阻止熔体物料倒流。所述的二种防漏流沟槽均有防漏作用，熔体物料只有在填满了第一级台阶或第一级多齿式沟槽后，才能溢出到第二级台阶或第二级多齿式沟槽里；在填满了最后一级台阶或多齿式沟槽后，才能往后溢出到螺棱1-76的顶部，再向后倒流。由于木塑熔体需经过多次翻越才能溢出向后倒流，且每一级台阶或防漏沟槽的前部表面是向前倾斜的，在挤压螺杆运转时起到刮压向前推作用，迫使物料由机筒壁与挤压螺杆之间返回前行，不致向后回流。所以本防漏流沟槽能很好起到防漏流的作用。从而提高了螺杆输送物料的效率，在大幅提高机头压力的情况下，可使机筒内熔体物料回流大大减少，防止冒料，保持物料熔体的均衡高压和稳定；提高有效挤出量。还可降低驱动电动机的功率。本实施例采用的防漏流沟槽为3级，也可为多级。
图7为图1中的挤压螺杆1-7和合流芯1-9的轴向剖面的局部放大示意图。所示的合流芯1-9位于机筒1-6的出口处，用锁紧卡圈1-12固定；合流芯1-9上具有导流孔；该段的导流孔为圆柱形孔，在导流孔的孔腔中具有导流装置1-9-0。
图8、9、10为图7中的C-C剖视放大图。如图8，所示的导流装置做成直栅板1-9-1，即直栅板与直栅孔相邻布置。如图9，所示的导流装置做成折线形栅板1-9-3。如图10，所示的导流装置做成上、下错齿式栅板1-9-2。如图11，所示的导流装置做成进口端大出口端小的梭形截面的栅板1-9-4，在合流芯内呈扇形排列。此外，如图7所示的合流芯1-9上的导流孔还可为圆锥形孔(未示出)，则图8中所示的各直栅板(1-9-1)之间的各栅孔，其进口端的宽度大于出口端的宽度。上述各导流装置的作用是当木塑熔体在通过合流芯时，导流装置能引导其中的纤维有序排列、搭桥取向，减少木塑熔体在定型前由于紊流、结团而造成的产品应力不均和分层等问题，以达到产品尺寸稳定和物理性能提高的目的。

Claims (4)

1.一种木塑复合材料挤出成型机，包括减速齿轮箱，其特征是：所述的减速齿轮箱的一端与电动机(1-2)相连，另一端与分配齿轮箱(1-4)相连，所述的电动机(1-2)位于所述的分配齿轮箱(1-4)的下方；
所述的减速齿轮箱(1-3)包括下箱体(1-3-1)、上箱体(1-3-10)，下箱体(1-3-1)和上箱体(1-3-10)构成减速齿轮箱体，在减速齿轮箱体中装有：第一齿轮轴(1-3-2)、第一齿轮(1-3-3)、第二齿轮轴(1-3-4)、第二齿轮(1-3-5)、第三齿轮轴(1-3-6)、第三齿轮(1-3-7)、连接套筒(1-3-9)、输出主轴(1-3-12)；所述的第一齿轮轴(1-3-2)的右端与电动机(1-2)相连，第一齿轮轴(1-3-2)上的小齿轮与装在第二齿轮轴(1-3-4)上的第一齿轮(1-3-3)啮合，第二齿轮轴(1-3-4)上的小齿轮与装在第三齿轮轴(1-3-6)上的第二齿轮(1-3-5)啮合，第三齿轮轴(1-3-6)上的小齿轮与装在连接套筒(1-3-9)上的第三齿轮(1-3-7)啮合，在连接套筒(1-3-9)内用键结合装有输出主轴(1-3-12)；
所述的分配齿轮箱(1-4)位于减速齿轮箱(1-3)右侧，包括分配箱体(1-4-1)，分配箱体(1-4-1)与减速齿轮箱的上箱体(1-3-10)对接，分配箱体(1-4-1)内装有：主动伞齿轮(1-4-2)、从动伞齿轮(1-4-3)、分配轴(1-4-4)、传动套(1-4-5)和另一传动套(1-4-6)；所述的减速齿轮箱(1-3)的输出主轴(1-3-12)通过键与分配齿轮箱(1-4)的主动伞齿轮(1-4-2)套接；主动伞齿轮(1-4-2)与从动伞齿轮(1-4-3)啮合，从动伞齿轮(1-4-3)经键和分配轴(1-4-4)套接，分配轴(1-4-4)经传动套(1-4-5)与1根挤压螺杆(1-7)连接；减速齿轮箱(1-3)中的输出主轴(1-3-12)的右端用另一传动套(1-4-6)与另1根挤压螺杆(1-7)连接；
还包括机筒和位于机筒内的挤压螺杆，在所述的挤压螺杆(1-7)的螺棱外表面上具有防漏流沟槽；
所述的防漏流沟槽是阶梯式沟槽(1-70)；每一级阶梯的前部表面是向前倾斜的；或
所述的防漏流沟槽是多齿式沟槽(1-75)；各防漏流齿(1-74)的前部表面是向前倾斜的。
2.根据权利要求1所述的挤出成型机，其特征是：还包括合流芯(1-9)，所述的合流芯(1-9)上具有导流孔，在所述的导流孔的孔腔中具有导流装置(1-9-0)；
所述的导流装置(1-9-0)为直栅板(1-9-1)或折线形栅板(1-9-3)或上、下错齿式栅板(1-9-2)。
3.根据权利要求2所述的挤出成型机，其特征是：所述的导流装置为进口端大出口端小的梭形栅板(1-9-4)，在合流芯内呈扇形排列。
4.根据权利要求1所述的挤出成型机，其特征是：还包括加料装置(1-5)，在所述的加料装置(1-5)的输送筒体上，设有预加热装置(1-10)。
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