CN102896759B - 直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置 - Google Patents

直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直驱动态挤出机塑化输运螺杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置。该装置的摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接；摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接，摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接，摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合；同时摇动环与关节轴承连接，摇动环受关节轴承的约束并以关节轴承为支点摆动；摇摆驱动套为圆柱体结构，圆柱体中部设有圆柱形通孔，摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度α。摇摆驱动套运动时带动塑化输运螺杆做旋转运动的同时做轴向振动，实现螺杆转动与轴向振动由驱动电机同源协同驱动，具有塑化输运螺杆轴向振动振幅大、稳定性好、可靠性高等特点。

Description

直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置
技术领域
本发明涉及一种高分子材料塑化挤出设备，具体是指一种塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的电机直接驱动动态挤出方法及实现该方法的设备。
技术背景
挤出成型是高分子材料成型加工最重要的方法之一，最常用的加工设备是螺杆挤出机。常用的螺杆挤出机其传动部分主要由电机、联轴器、减速箱等组成，存在低转速下转矩波动、运行不稳定，运行效率低下，传动链长，能量损耗高等问题。另外螺杆挤出机其塑化输运机理是建立在剪切流变的基础之上的，其塑化输运能力强烈依赖于物料与金属料筒表面之间的摩擦力以及物料之间的内摩擦力。采取对料筒的固体输送段开槽以增加与物料的摩擦力、增大螺杆长径比、优化螺杆结构等措施可以在一定程度上减缓上述问题，但同时又造成物料塑化输运所经历的热机械历程加长、能耗增加、设备结构体积大等缺陷。
电磁动态挤出成型技术通过将挤出机的挤压部分置入电机转子的内腔中，通过适当的绕组布置和适当的转子材料及结构参数设计引起转矩的脉动和处于悬浮状态转子的轴向振动，实现了电机直接驱动的动态挤出过程，在一定程度上缩短了成型加工过程中物料所经历的热机械历程，降低了成型加工过程中物料的流动阻力，从而使得塑化输运能耗降低、塑化能力提高。但振动振幅小，同时螺杆的轴向旋转运动与轴向振动的协同效果差，因此其降低塑化输运能耗与提高塑化输运能力的空间也很有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的电机直接驱动塑化挤出方法，以克服现有技术中挤出机体积和占地面积大、运行稳定性差、能量利用率低等缺点。
本发明还提供一种由电机直接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的动态挤方法。
驱动电机带动电机空心轴旋转运动，通过螺杆组合驱动器使得塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向周期性振动。物料从料斗通过送料螺套进入到塑化输运螺杆的螺槽中，在由送料螺套内腔以及塑化输运螺杆组成的挤压系统作用下实现直驱动态塑化挤出。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种直驱动态挤出机塑化输运螺杆转动与轴向振动协同驱动方法，由同一台电机驱动塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向振动，实现螺杆周相转动与轴向振动协同作用的直驱动态塑化挤出方法。
该方法中，物料由料斗进入送料螺套的外圆与电机空心轴内孔形成的空隙中；在由送料螺套与电机空心轴组成的螺旋输运系统推动物料由料斗向摇摆驱动套方向运动；从送料螺套与摇摆驱动套的轴向缝隙进入到由送料螺套的内孔及塑化输运螺杆组成的空隙中往模头方向运动；驱动电机转动时通过摇摆驱动套带动塑化输运螺杆旋转运动，并与固定的送料螺套的内孔产生相对运动，形成塑化挤压系统实现对物料的塑化输运；同时驱动电机转动时摇摆驱动套带动塑化输运螺杆旋转运动时塑化输运螺杆轴向振动，实现电机直接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的动态塑化挤出过程。
实现上述方法的设备：摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接；摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接，摇动环与摇摆驱动套的外圆柱面同心安装；摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接，摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合；同时摇动环与关节轴承连接，摇动环受关节轴承的约束并可绕关节轴承为支点摆动；摇摆驱动套为圆柱体结构，圆柱体中部设有圆柱形通孔，摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度α。
进一步地，摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中心之间的距离为H，摇摆驱动套1的轴向振幅A=Hsinα；所述摇摆驱动套的轴向振动频率与驱动电机角频率一致。
所述角度α的大小可为0.1-8°，优选为0.1°至2°。
所述摇摆驱动套与塑化输运螺杆优选通过螺钉或销钉等固定连接。
所述电机空心轴固定在驱动电机的转子上，送料螺套为中空的螺杆，送料螺套固定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内，塑化输运螺杆安装在送料螺套的内孔中。
具体而言，本发明直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置包括摇摆驱动套、推力滚子轴承、摇动环、直线滚动轴承、关节轴承、驱动电机、电机空心轴、送料螺套和塑化输运螺杆；电机空心轴固定在驱动电机的转子上，送料螺套为中空的螺杆，送料螺套固定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内，塑化输运螺杆安装在送料螺套的内孔中；摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接；摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接，摇动环与摇摆驱动套的外圆柱面同心安装；摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接，摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合；同时摇动环与关节轴承连接，摇动环受关节轴承的约束并可绕关节轴承为支点摆动；摇摆驱动套为圆柱体结构，圆柱体中部设有圆柱形通孔，摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度α；摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中心之间的距离为H，摇摆驱动套1的轴向振幅A=Hsinα。
本发明与现有挤出装置相比，具有如下优点：
1、本发明实现了塑化输运螺杆旋转运动与轴向振动协同作用的塑化挤出方法，有利于提高制品质量；
2、本发明通过电机直接驱动有利于实现低转速大扭矩的特性，避免采用普通交流电机在低转速下扭矩波动、运行不稳定的问题，提高了挤出稳定性。
3、本发明由电机通过联轴器与螺杆直接相连，省略了变速机构，缩短了常规挤出设备传动链的长度，避免了常规传动系统的多级传动，提高了传动效率，降低能耗。
附图说明
图1为本发明直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置结构示意图；
图2为图1中摇摆驱动套的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
如图1所示，直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置包括摇摆驱动套1、推力滚子轴承2、摇动环3、直线滚动轴承4、关节轴承5、驱动电机6、电机空心轴7、送料螺套8和塑化输运螺杆9；电机空心轴7固定在驱动电机6的转子上，送料螺套8为中空的螺杆，送料螺套8固定于驱动电机6的端盖上并安装在电机空心轴7内，塑化输运螺杆9安装在送料螺套8的内孔中；摇摆驱动套1通过直线滚动轴承4与电机空心轴7连接；摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环3两侧的调心推力滚子轴承2与摇动环3连接，摇动环3与摇摆驱动套1的外圆柱面同心安装；摇摆驱动套1与塑化输运螺杆9通过螺钉固定连接，摇摆驱动套内孔中心线L2与电机空心轴7的中心线L3重合；摇摆驱动套1可绕中心线L3做旋转运动；同时摇动环3与关节轴承5连接，摇动环3受关节轴承5的约束并可绕关节轴承5为支点摆动。
如图2所示，摇摆驱动套1为圆柱体结构，圆柱体中部设有圆柱形通孔，摇摆驱动套1的外圆柱面的中心线L1与内孔圆柱面的中心线L2交叉成角度α，摇摆环通过推力滚子轴承2与摇摆驱动套1的外圆柱面同心安装，摇摆驱动套1左右端面与内孔圆柱面的中心线L2垂直；摇摆驱动套1内孔圆柱面的中心线L2与电机空心轴旋转中心线L3重合，从而使得摇摆驱动套1外圆柱面的中心线L1始终与驱动电机空心轴旋转中心线L3以角度α交叉，角度α的大小在0.1°至2°之间。
当驱动电机6带动电机空心轴7旋转时,电机空心轴7带动摇摆驱动套1旋转运动，由于摇摆驱动套1外圆柱面的中心线L1与内孔圆柱面的中心线L2交叉成角度α，同时摇动环3受到关节轴承5的约束迫使摇摆驱动套1以关节轴承5的中心点轴向左右振动，而摇摆驱动套1与塑化输运螺杆9固定连接，当摇摆驱动套1左右振动时带动螺杆轴向振动。摇摆驱动套1的轴向振幅A由摇摆驱动套1外圆柱面的中心线L1与内孔圆柱面的中心线L2交叉成角度α以及摇摆驱动套1内孔中心线L2与关节轴承5的中心之间的距离H决定，亦即A=Hsinα；摇摆驱动套1的轴向振动频率与驱动电机6角频率一致。改变摇摆驱动套1与关节轴承5之间的中心距H或者摇摆驱动套1的外圆柱面的中心线L1与内孔圆柱面的中心线L2交叉成α可得到不同的轴向振幅A。
参考图1，物料由料斗10进入送料螺套8的外圆与电机空心轴7内孔形成的空隙中；由于送料螺套8固定，而电机空心轴7随电机6的转子旋转运动，从而形成了由送料螺套8与电机空心轴7组成的螺旋输运系统，推动物料由料斗10向摇摆驱动套1方向运动；物料从送料螺套8与摇摆驱动套1的轴向缝隙进入到由送料螺套8的内孔及塑化输运螺杆9组成的空隙中往模头方向运动；驱动电机6转动时，通过摇摆驱动套1带动塑化输运螺杆9旋转运动，并与固定的送料螺套8的内孔产生相对运动，形成塑化挤压系统实现对物料的塑化输运。由于驱动电机6转动时摇摆驱动套1带动塑化输运螺杆9旋转运动时塑化输运螺杆9轴向振动，从而实现电机直接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的动态塑化挤出过程。本发明由同一台电机驱动塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向振动，实现螺杆周相转动与轴向振动协同作用的直驱动态塑化挤出。
塑化输运螺杆9旋转运动同时轴向振动使得物料受到周期性变化的剪切应力作用，有利于高分子材料的解缠结，使得塑化输运过程中高分子熔体的粘度降低，实现低温塑化；同时周期性变化的轴向振动有利于高分子材料沿流动方向的取向，实现高分子材料的自增强，提高制品质量。
本发明采用电机直接驱动螺杆，挤压系统具有恒扭矩输出特性，从而实现传动系统在电机低转速条件下输出大扭矩的特性。另外螺杆由电机直接驱动，避免了由于减速机构的存在造成的速度波动及扭矩波动，有效克服了常规传动系统运行低转速下的转矩波动、运行不稳定的问题。

Claims (6)

1.一种直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置，其特征在于：摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接；摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接，摇动环与摇摆驱动套的外圆柱面同心安装；摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接，摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合；同时摇动环与关节轴承连接，摇动环受关节轴承的约束并以关节轴承为支点摆动；摇摆驱动套为圆柱体结构，圆柱体中部设有圆柱形通孔，摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度α。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中心之间的距离为H，摇摆驱动套的轴向振幅A＝H sinα；所述摇摆驱动套的轴向振动频率与驱动电机角频率一致。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述角度α的大小为0.1°-2°。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述摇摆驱动套与塑化输运螺杆通过螺钉或销钉固定连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电机空心轴固定在驱动电机的转子上，送料螺套为中空的螺杆，送料螺套固定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内，塑化输运螺杆安装在送料螺套的内孔中。
6.一种应用权利要求1所述装置的直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法，其特征在于：由同一台电机驱动塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向振动，实现螺杆周相转动与轴向振动协同作用的直驱动态塑化挤出方法。
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