CN104816447B - 一种行星齿轮式混炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡胶混炼技术领域，涉及一种行星齿轮式混炼装置，喂料段和行星段呈分体式组合，两者之间通过法兰盘连接，行星段太阳轮螺杆、行星轮螺杆和内齿筒均采用斜齿圆柱齿轮传动，六个行星轮螺杆由左行星架和右行星架连接成为一个整体，每个行星轮螺杆分别与太阳轮螺杆的外齿和内齿筒的内齿之间啮合，加料段和行星段中分别开设有冷却水道，用于充入冷却介质或加热介质，左行星架上设置有刮料板有助于物料从内齿筒的出料口中排出；行星段长度适中，不仅便于加工和安装，而且保证了适宜的混炼时间；该装置结构合理，设计科学，原理可靠，组装简便，分散混炼效果好，适用范围广。

Description

一种行星齿轮式混炼装置

技术领域：

本发明属于橡胶混炼技术领域，具体涉及一种行星齿轮式混炼装置，适合于粉料和热敏性物料的输送、塑化和混合，以及一些较难分散物料的补充混炼，具有良好的分散性能。

背景技术：

行星挤出机通常由转动系统、“挤压系统”、加料系统和温控系统组成，其挤压系统具有独特的结构，行星挤出机正是因其挤压系统的特点而得名。行星挤出机的挤压系统由加料段和行星段组成，加料段相当于普通的单螺杆挤出机的加料段，该段建立很低的压力，螺槽中仅部分充满物料，加料段部分的机筒设有水冷系统，同时在与行星段机筒连接处有隔热层，以防止两段机筒的温度相互影响；行星段是由一根中心螺杆、若干根行星螺杆以及壁内开齿的机筒构成，其主要起到使物料熔融塑化混炼的作用。行星螺杆式挤出机是在挤出机中螺杆的螺旋中段(即塑化段)或是整个螺杆为行星螺杆式结构，工作时以中心螺杆为主动螺杆，其外圆有多根小直径螺杆与其啮合转动，这些小直径螺杆既能自转又能围绕中心螺杆公转，这是由于小螺杆的外围还有内带螺旋齿的外套(机筒)与其啮合的缘故。行星挤出机是因其挤压系统的特点而得名，行星挤出机的挤压系统由加料段和行星段组成。

目前，现有技术中有众多适用于PVC、PE等粉料进行塑化混炼的设备或装置，例如中国专利201420139909.0公开的一种十螺杆行星挤出机，其主要用于对PVC即聚氯乙烯的塑化混炼，但是该设备存在螺杆数目较多、成本较高、安装极其不便、温度控制不精确等问题；中国专利201220152495.6公开的一种行星挤出机，其对行星螺杆、主螺杆和内齿套的模数、行星螺杆的齿数和外径、主螺杆的齿数和外径等进行了改进，从而减少了行星螺杆爬坡现象的发生，但是该设备的推进力和分散作用较弱；中国专利200720144148.8公开的一种具有超长行星螺杆部件的行星螺杆挤出机，其主要用于对塑料的塑化混炼，但是该设备的螺杆过长，难以保证加工精度和安装精度；因此，本发明基于行星螺杆挤出机的良好熔融塑化作用和连续高效生产能力，研究设计出一种适用于橡胶等较难分散物料的行星齿轮式混炼装置，具有较强的挤压、辗伸、剪切、分散和混合作用，能够适用于塑料、橡胶等材料的混炼。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种行星齿轮式混炼装置，适用于塑料的均匀塑化和橡胶的粉碎混炼等场合，能够和各类密炼设备或混炼设备配合使用，发挥较好的挤压、辗伸、剪切、熔融、塑化和分散等作用。

为了实现上述目的，本发明涉及的行星齿轮式混炼装置包括喂料段和行星段两部分，具体结构包括电机、联轴器、减速箱、法兰盘、Ⅰ号进料口、喂料斗、喂料螺杆、机筒、内衬套、右行星架、Ⅱ号进料口、太阳轮螺杆、行星轮螺杆、内齿筒、左行星架、刮料板、轴承座、旋转接头、出料口、Ⅰ号支撑架、底座和Ⅱ号支撑架，固定安装在底座上的减速箱通过联轴器与电机传动连接，由Ⅱ号支撑架固定在底座上的机筒通过法兰盘与减速箱对接，机筒上开设有Ⅰ号进料口，Ⅰ号进料口上固定焊接有漏斗状结构的喂料斗，机筒内部安装有与减速箱对接的喂料螺杆，喂料螺杆与机筒之间通过螺钉固定安装有内衬套，喂料螺杆的尾部开设有花键用于与太阳轮螺杆连接，喂料螺杆内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热；由Ⅰ号支撑架固定在底座上的内齿筒通过螺栓与机筒固定连接，内齿筒内部安装有太阳轮螺杆，太阳轮螺杆的一端开设有花键槽用于与喂料螺杆上的花键连接以实现动力传输，太阳轮螺杆内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热，太阳轮螺杆另一端通过螺纹连接安装有旋转接头，太阳轮螺杆的左右两端分别通过轴承安装有左行星支架和右行星支架，左行星支架和右行星支架上通过六个滚动轴承对应安装有六个行星轮螺杆，每个行星轮螺杆分别与太阳轮螺杆的外齿和内齿筒的内齿之间啮合；内齿筒上通过螺栓固定设置有轴承座，轴承座上开设有与左行星支架紧密接触的挡环以防止设备在运行过程中左行星架向左发生移动，左行星架上设置有刮料板用于促使胶料向内齿筒的壁面方向流动，右行星架上均匀分布式开设有六个分别与行星轮螺杆对应的Ⅱ号进料口，内齿筒下部开设有出料口用于排出混料。

进一步的，所述喂料段主体结构包括电机、联轴器、减速箱、法兰盘、Ⅰ号进料口、喂料斗、喂料螺杆、机筒、内衬套和Ⅱ号支撑架，所配备的喂料螺杆为等距变深式单头全螺纹螺杆，该喂料螺杆的直径为60mm，长度与直径的比为7，几何压缩比为1.3，螺纹导程为60mm，螺纹升角为17°42′，螺棱顶部法向宽度为6mm，螺棱轴向宽度为4mm，与机筒8的间隙为0.3mm；喂料螺杆的螺纹根部设有反螺纹用以防止物料往相反方向流动。

进一步的，所述行星段主体结构包括右行星架、太阳轮螺杆、行星轮螺杆、内齿筒、左行星架、刮料板、轴承座、旋转接头、出料口、Ⅰ号支撑架，所配备的太阳轮螺杆与行星轮螺杆的齿廓在啮合过程中，接触线由零逐渐增长，到接触线最大位置后又逐渐缩短至脱离啮合；所述太阳轮螺杆的螺旋角为16°，法面模数为2，法面压力角为20°，分度圆直径为125mm，齿数为60，其两端的端面部位均开设有密封沟槽，以防止工作过程中胶料流入到滚动轴承内；通过向太阳轮螺杆内部开设的冷却水道中充入冷却介质，能够在混炼过程中对胶料产生的热量进行降温；所述行星轮螺杆的分度圆直径为42mm，齿数为20，其两端均加设有密封装置并与行星轮架形成端面密封，为防止工作过程中胶料流入右行星架和左行星架中的轴承内；所述内齿筒的分度圆直径为208mm，齿数为100；所述太阳轮螺杆与行星轮螺杆之间的传动比为3:1。

优选的，所述右行星架和左行星架上分别均匀开设有六个滚动轴承座，用于支撑行星轮螺杆，并将六个行星轮螺杆连接成为一个整体，避免在混炼过程中因个别行星轮螺杆受到集中应力而出现卡死现象；所述右行星架上的六个滚动轴承座之间开设有六个结构相同的Ⅱ号进料口，用于传送从喂料段输送来的物料；所述Ⅱ号进料口的高度为42mm、外边长为29mm、内边长为17mm；所述左行星架上设有倾斜角为30°—60°的刮料板，用于施加给从行星轮螺杆中挤出的胶料的垂直作用力，以促使胶料向内齿筒的壁面方向流动，从而方便胶料从内齿筒下方的出料口排出。

本发明与现有技术相比，喂料段和行星段呈分体式组合，两者之间通过法兰盘连接，便于拆装和运输；行星段太阳轮螺杆、行星轮螺杆和内齿筒均采用斜齿圆柱齿轮传动，其传动平稳、冲击小、噪声低，物料在其内部流动平稳、流量均匀；六个行星轮螺杆由左行星架和右行星架连接成为一个整体，在混炼过程中不会因个别行星轮螺杆受到集中应力而出现卡死现象；加料段和行星段中分别开设有冷却水道，用于充入冷却介质或加热介质以实现对物料的冷却或加热；左行星架上设置有刮料板有助于物料从内齿筒的出料口中排出以防止物料滞留；行星段长度适中，不仅便于加工和安装，而且保证了适宜的混炼时间；该装置结构合理，设计科学，原理可靠，组装简便，分散混炼效果好，适用范围广。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的行星段中行星轮螺杆与太阳轮螺杆的外齿和内齿筒的内齿之间啮合结构原理示意图。

图3为本发明涉及的喂料段中喂料螺杆的主体结构原理示意图。

图4为本发明涉及的行星段中太阳轮螺杆的主体结构原理示意图。

图5为本发明涉及的行星段中行星轮螺杆的主体结构原理示意图。

图6为本发明涉及的行星段中右行星架的主体结构原理示意图。

图7为本发明涉及的行星段中左行星架的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作出进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下实施方式。

实施例1：

本实施例涉及的行星齿轮式混炼挤出装置包括喂料段和行星段两部分，具体结构(如图1所示)包括电机1、联轴器2、减速箱3、法兰盘4、Ⅰ号进料口5、喂料斗6、喂料螺杆7、机筒8、内衬套9、右行星架10、Ⅱ号进料口11、太阳轮螺杆12、行星轮螺杆13、内齿筒14、左行星架15、刮料板16、轴承座17、旋转接头18、出料口19、Ⅰ号支撑架20、底座21和Ⅱ号支撑架22，固定安装在底座21上的减速箱3通过联轴器2与电机1传动连接，由Ⅱ号支撑架22固定在底座21上的机筒8通过法兰盘4与减速箱3对接，机筒8上开设有Ⅰ号进料口5，Ⅰ号进料口5上固定焊接有漏斗状结构的喂料斗6，机筒8内部安装有与减速箱3对接的喂料螺杆7，喂料螺杆7与机筒8之间通过螺钉固定安装有内衬套9，喂料螺杆7的尾部开设有花键用于与太阳轮螺杆12连接，喂料螺杆7内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热；由Ⅰ号支撑架20固定在底座21上的内齿筒14通过螺栓与机筒8固定连接，内齿筒14内部安装有太阳轮螺杆12，太阳轮螺杆12的一端开设有花键槽用于与喂料螺杆7上的花键连接以实现动力传输，太阳轮螺杆12内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热，太阳轮螺杆12另一端通过螺纹连接安装有旋转接头18，太阳轮螺杆12的左右两端分别通过轴承安装有左行星支架15和右行星支架10，左行星支架15和右行星支架10上通过六个滚动轴承对应安装有六个行星轮螺杆13，每个行星轮螺杆13分别与太阳轮螺杆12的外齿和内齿筒14的内齿之间啮合；内齿筒14上通过螺栓固定设置有轴承座17，轴承座17上开设有与左行星支架15紧密接触的挡环以防止设备在运行过程中左行星架15向左发生移动，左行星架15上设置有刮料板16促使胶料向内齿筒14的壁面方向流动，右行星架10上均匀分布式开设有六个分别与行星轮螺杆13对应的Ⅱ号进料口11，内齿筒14下部开设有出料口19用于排出混料。

本实施例涉及的喂料段为现有技术中的常规挤出机，主体结构包括电机1、联轴器2、减速箱3、法兰盘4、Ⅰ号进料口5、喂料斗6、喂料螺杆7、机筒8、内衬套9和Ⅱ号支撑架22，所配备的喂料螺杆7(如图3所示)为等距变深式单头全螺纹螺杆，该喂料螺杆7的直径为60mm，长径比(长度与直径)为7，几何压缩比为1.3，螺纹导程为60mm，螺纹升角为17°42′，螺棱顶部法向宽度为6mm，螺棱轴向宽度为4mm，与机筒8的间隙为0.3mm；喂料螺杆7的螺纹根部设有反螺纹用以防止物料往相反方向流动。

本实施例涉及的行星段主体结构包括右行星架10、太阳轮螺杆12、行星轮螺杆13、内齿筒14、左行星架15、刮料板16、轴承座17、旋转接头18、出料口19、Ⅰ号支撑架20，所配备的太阳轮螺杆12(如图4所示)与行星轮螺杆13(如图5所示)的齿廓在啮合过程中，接触线由零逐渐增长，到接触线最大位置后又逐渐缩短至脱离啮合，由于该整个啮合过程是逐渐进行的，因此传动平稳、噪音小，对物料具有较强的向前推动力；所述太阳轮螺杆12的螺旋角为16°，法面模数为2，法面压力角为20°，分度圆直径为125mm，齿数为60，其两端的端面部位均开设有密封沟槽，以防止工作过程中胶料流入到滚动轴承内；通过向太阳轮螺杆12内部开设的冷却水道中充入冷却介质，能够在混炼过程中对胶料产生的热量进行降温；所述行星轮螺杆13的分度圆直径为42mm，齿数为20，其两端均加设有密封装置并与行星轮架形成端面密封，为防止工作过程中胶料流入右行星架10和左行星架15中的轴承内；所述内齿筒14的分度圆直径为208mm，齿数为100；所述太阳轮螺杆12与行星轮螺杆13之间的传动比为3:1，使得物料在行星段的螺杆内会受到更为强烈的挤压、辗伸和剪切等多种作用力，并且太阳轮螺杆12具有较强的推进力作用，更利于物料的熔融、塑化和分散。

本实施例涉及的行星段中所配备的右行星架10(如图6所示)和左行星架15(如图7所示)上分别均匀开设有六个滚动轴承座，用于支撑行星轮螺杆13，并将六个行星轮螺杆13连接成为一个整体，避免在混炼过程中因个别行星轮螺杆13受到集中应力而出现卡死现象；所述右行星架10上的六个滚动轴承座之间开设有六个结构相同的Ⅱ号进料口11，用于传送从喂料段输送来的物料；所述Ⅱ号进料口11的高度为42mm、外边长为29mm、内边长为17mm；所述左行星架15上设有倾斜角为30°—60°的刮料板16，用于施加给从行星轮螺杆13中挤出的胶料的垂直作用力，以促使胶料向内齿筒14的壁面方向流动，从而方便胶料从内齿筒14下方的出料口19排出。

本实施例涉及的行星齿轮式混炼装置使用时，先向喂料螺杆7和太阳轮螺杆12内部的冷却通道中充入冷却介质或加热介质，启动电机1后通过减速箱3带动喂料螺杆7转动，并通过花键连接传动太阳轮螺杆12转动，同时带动六根行星轮螺杆13转动，然后将物料通过喂料斗6倒入机筒8中，物料经喂料段中喂料螺杆7输送至行星段中，经行星轮螺杆13和太阳轮螺杆12混炼、碾压后，塑化、混炼更均匀，随转动继续向前输送，最后经左行星架14上的刮料板向下推送，由出料口19排出。

实施例2：

本实施例中以安装有实施例1所述的行星齿轮式混炼装置的密炼机与现有技术中常规密炼机(型号X(S)M-1.7，青岛科技大学)为对比实例，进行橡胶样品的混炼与性能测试以得出相关结论。

实例一：

本实例中为现有技术中常规密炼机(型号X(S)M-1.7，青岛科技大学)，设定密炼机参数为：填充系数65±3％，转子转速55±3r/m,冷却水温度40±3℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa；

混炼过程：将100份天然胶加入到密炼机中塑炼30秒，然后将3.5份氧化锌、2份硬脂酸、1.5份防老剂RD、2份增塑剂A加入到密炼室内混炼40秒，再将30份炭黑加入到密炼室中混炼40秒，最后将剩余23.5份炭黑加入到密炼室中进行混炼，40秒后提上顶栓一次，再混炼40秒从密炼机中卸料，然后在开炼机上过辊下片得母炼胶；停放3小时后，将1.5份促进剂NS和1份硫黄在开炼机上加入母炼胶中制得终炼胶；经下片，停放8小时后，在150℃平板硫化机中硫化至正硫化，制得硫化胶1。

实例二：

本实例中为安装有实施例1所述的行星齿轮式混炼装置的密炼机，设定密炼机参数为：填充系数65±3％，转子转速55±3r/m,冷却水温度40±3℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa；并设定行星齿轮式混炼挤出装置的参数为：喂料螺杆转速30±3r/m，冷却介质选用水，冷却水温度为40±3℃；

混炼过程：将100份天然胶加入到密炼机中塑炼30秒，然后将3.5份氧化锌、2份硬脂酸、1.5份防老剂RD、2份增塑剂A加入到密炼室内混炼40秒，再将30份炭黑加入到密炼室中混炼40秒，最后将剩余23.5份炭黑加入到密炼室中进行混炼，40秒后提上顶栓一次，再混炼40秒从密炼机中卸料，然后在开炼机上过辊下片制得母炼胶Ⅰ段；将制得的母炼胶Ⅰ段喂入本发明涉及的行星齿轮式混炼挤出装置中，胶料经行星齿轮式混炼挤出装置混炼后制得母炼胶Ⅱ段并从出料口19排出；停放3小时后，再将1.5份促进剂NS和1份硫黄在开炼机上加入母炼胶Ⅱ段中制得终炼胶；经下片，停放8小时后，在150℃平板硫化机中硫化至正硫化，制得硫化胶2。

经现有技术中的炭黑分散仪(disperGRADERTMαview)、硬度计(邵A)(LX-A)和伺服控制拉力试验机(A1-3000)测试，具体数据如下表所示：

测试项目	硫化胶1	硫化胶2
			分散度	5.5	7.9
硬度	58	62
			拉伸强度(MPa)	22.8	25.7
扯断伸长率(％)	769	824
			撕裂强度(KN/m)	103.1	120.7

由上表可知，混炼胶经本发明涉及的行星齿轮式混炼挤出装置补充混炼之后，填料在橡胶中的分散性大大提高，硫化胶的硬度有所提升，拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度都有明显提高；由此证明，本发明的行星齿轮式混炼挤出装置具有较好的剪切分散混合作用。

Claims (5)

1.一种行星齿轮式混炼装置，其特征在于包括喂料段和行星段两部分，具体结构包括电机、联轴器、减速箱、法兰盘、Ⅰ号进料口、喂料斗、喂料螺杆、机筒、内衬套、右行星架、Ⅱ号进料口、太阳轮螺杆、行星轮螺杆、内齿筒、左行星架、刮料板、轴承座、旋转接头、出料口、Ⅰ号支撑架、底座和Ⅱ号支撑架，固定安装在底座上的减速箱通过联轴器与电机传动连接，由Ⅱ号支撑架固定在底座上的机筒通过法兰盘与减速箱对接，机筒上开设有Ⅰ号进料口，Ⅰ号进料口上固定焊接有漏斗状结构的喂料斗，机筒内部安装有与减速箱对接的喂料螺杆，喂料螺杆与机筒之间通过螺钉固定安装有内衬套，喂料螺杆的尾部开设有花键用于与太阳轮螺杆连接，喂料螺杆内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热；由Ⅰ号支撑架固定在底座上的内齿筒通过螺栓与机筒固定连接，内齿筒内部安装有太阳轮螺杆，太阳轮螺杆的一端开设有花键槽用于与喂料螺杆上的花键连接以实现动力传输，太阳轮螺杆内部设置有冷却通道用于充入冷却介质或加热介质实现对其冷却或加热，太阳轮螺杆另一端通过螺纹连接安装有旋转接头，太阳轮螺杆的左右两端分别通过轴承安装有左行星支架和右行星支架，左行星支架和右行星支架上通过六个滚动轴承对应安装有六个行星轮螺杆，每个行星轮螺杆分别与太阳轮螺杆的外齿和内齿筒的内齿之间啮合；内齿筒上通过螺栓固定设置有轴承座，轴承座上开设有与左行星支架紧密接触的挡环以防止设备在运行过程中左行星架向左发生移动，左行星架上设置有刮料板用于促使胶料向内齿筒的壁面方向流动，右行星架上均匀分布式开设有六个分别与行星轮螺杆对应的Ⅱ号进料口，内齿筒下部开设有出料口用于排出混料；行星段主体结构包括右行星架、太阳轮螺杆、行星轮螺杆、内齿筒、左行星架、刮料板、轴承座、旋转接头、出料口、Ⅰ号支撑架，所配备的太阳轮螺杆与行星轮螺杆的齿廓在啮合过程中，接触线由零逐渐增长，到接触线最大位置后又逐渐缩短至脱离啮合；所述太阳轮螺杆的螺旋角为16°，法面模数为2，法面压力角为20°，分度圆直径为125mm，齿数为60，其两端的端面部位均开设有密封沟槽，以防止工作过程中胶料流入到滚动轴承内；通过向太阳轮螺杆内部开设的冷却水道中充入冷却介质，能够在混炼过程中对胶料产生的热量进行降温；所述行星轮螺杆的分度圆直径为42mm，齿数为20，其两端均加设有密封装置并与行星轮架形成端面密封，为防止工作过程中胶料流入右行星架和左行星架中的轴承内；所述内齿筒的分度圆直径为208mm，齿数为100；所述太阳轮螺杆与行星轮螺杆之间的传动比为3:1。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮式混炼装置，其特征在于喂料段主体结构包括电机、联轴器、减速箱、法兰盘、Ⅰ号进料口、喂料斗、喂料螺杆、机筒、内衬套和Ⅱ号支撑架，所配备的喂料螺杆为等距变深式单头全螺纹螺杆，该喂料螺杆的直径为60mm，长度与直径的比为7，几何压缩比为1.3，螺纹导程为60mm，螺纹升角为17°42′，螺棱顶部法向宽度为6mm，螺棱轴向宽度为4mm，与机筒8的间隙为0.3mm；喂料螺杆的螺纹根部设有反螺纹用以防止物料往相反方向流动。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮式混炼装置，其特征在于所述右行星架和左行星架上分别均匀开设有六个滚动轴承座，用于支撑行星轮螺杆，并将六个行星轮螺杆连接成为一个整体，避免在混炼过程中因个别行星轮螺杆受到集中应力而出现卡死现象。

4.根据权利要求1所述的行星齿轮式混炼装置，其特征在于所述右行星架上的六个滚动轴承座之间开设有六个结构相同的Ⅱ号进料口，用于传送从喂料段输送来的物料。

5.根据权利要求1所述的行星齿轮式混炼装置，其特征在于所述Ⅱ号进料口的高度为42mm、外边长为29mm、内边长为17mm；所述左行星架上设有倾斜角为30°—60°的刮料板，用于施加给从行星轮螺杆中挤出的胶料的垂直作用力，以促使胶料向内齿筒的壁面方向流动，从而方便胶料从内齿筒下方的出料口排出。