发明内容
针对以上缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维增强复合材料制造机,不需要外围电热丝加热,具有单位能耗低,进料和卸料速度快,生产效率高,混料均匀,纤维填充率高,使用和维护方便等优点。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种纤维增强复合材料制造机,包括传动主轴、相互连通的进料仓和混料仓;所述传动主轴贯穿所述进料仓和混料仓。
作为一种改进,所述传动主轴上固定有送料螺旋和搅拌齿、以及安装在传动主轴端部的密封装置。
作为一种改进,所述送料螺旋位于进料仓内;所述送料螺旋包括轴套和安装在轴套上的螺旋叶片,螺旋叶片的外边缘设置有缺口,螺旋叶片的边缘还设置有倒角。
作为一种改进,所述密封装置包括安装在传动主轴一端的左密封构件和传动主轴另一端的右密封构件;左密封构件包括左端盖,左端盖的一侧设置有进风腔;进风腔上设置有进风口;进风腔的内部设置有导风环,导风环的两侧各设置一个骨架密封圈;导风环上设置有导风孔;右密封构件包括右端盖,右端盖的一侧设置有出风腔,出风腔上设置有出风口。
作为一种改进,所述传动主轴包括主轴和安装在主轴端部的旋转接头);旋转接头上设有进水口和出水口;主轴的一端设有与旋转接头的进水口相连通的长孔,长孔内设有冷却管,冷却管的端部与出水口相连通。
作为一种改进,所述纤维增强复合材料制造机还包括安装在进料仓上端的进料装置。
作为一种改进,进料装置包括进料斗,进料斗的内壁上设置有阻尼条,阻尼条的中心轴线采用涡旋线;进料斗的内部设置有绞龙。
作为一种改进,所述混料仓的仓壁为双层结构,混料仓的仓壁上设置有冷却水入口、冷却水出口和温度传感器;所述混料仓为剖分式结构,混料仓的上、下两部分各为一个单独的冷却水回路。
作为一种改进,所述混料仓的下端设有卸料装置;卸料装置包括转轴和固定安装在转轴上的主动摆臂与闸门摆臂,主动摆臂由气缸带动。
作为一种改进,所述搅拌齿包括轴套和安装在轴套上的多个搅拌叶片,还包括固定在轴套上的所述刀座;轴套上对应所述搅拌叶片的位置均固定有刀座,搅拌叶片可拆卸的安装在刀座上。
采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
(1)该设备具有单位能耗低,约为传统设备单位能耗的60%,生产效率是原来传统设备的1.5-2倍,混料均匀性。混料分散性远远优于传统设备。
(2)在设备运行过程中通过安装旋转接头,很好的决绝了高速混料过程中传动主轴的温升,使得安装与传动主轴两端的轴承寿命大大延长,经试验验证,通过安装带有旋转接头的冷却系统,轴承使用寿命提高一倍。
(3)在混料过程中,温控探头时刻检测混料仓中物料的温度,当达到所需混料温度后,通过控制系统的PLC控制卸料闸门的开启闭合。
(4)由气缸带动的卸料闸门具有相应速度快,闸门与混料仓闭合牢固等优点,不会出现锁紧不牢及物料出料速度慢的缺陷,具有电动系统、液压系统不可比拟的优势。
(5)该设备可在极短的时间内对多项加工参数进行调整,可在几秒钟内完成搅拌、混合、加热混料等一些列操作过程,因此物料加热过程极短,可有效的防止物料降解,物料可在5-20S内达到熔融温度,然后再输送到成型设备。
(6)该设备可用于加工各种热塑性或热固性工程塑料、廉价的回收料可以将工程塑料与木粉、天然纤维、有机纤维、无机纤维进行共混及二次加工,如果使用普通设备则需要额外添加干燥设备。
(7)通风装置包括进气装置和排气装置,通过使用通风装置可以将物料共混过程中产生的水蒸气及其他挥发性气体及时排除,达到混料的技术要求。
(8)送料装置由料筒、送料螺旋、电机及传动系统构成,电机通过传动系统中的同步带带动送料螺旋,在料筒腔壁上阻尼条的阻隔下,物料顺利由送料仓进入输料仓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
如图1、图2、图3和图4共同所示,一种纤维增强复合材料制造机,包括机架1和依次安装在机架1上的、相互连通的进料仓2和混料仓3,还包括安装在进料仓2上端的进料装置9、贯穿进料仓2和混料仓3的传动主轴4、以及安装在传动主轴4上的密封装置7。传动主轴4由动力系统8驱动。传动主轴4上固定有送料螺旋5和搅拌齿6。送料螺旋5位于进料仓2内,搅拌齿6位于混料仓3内。混料仓3的下端设有卸料装置34。
如图24、图25、图26和图27共同所示,进料装置9,包括进料斗91,进料斗91为圆锥形,进料斗91具有一个进料口和一个出料口35,进料口的直径大于出料口35的直径。进料斗91的内壁上设置有阻尼条92,阻尼条92的数量为3-6条,优选的阻尼条的数量为3条,阻尼条92在进料斗91的内壁的周壁上均匀分布,阻尼条92的中心轴线采用涡旋线。
进料斗91的内部设置有绞龙93,绞龙93包括传动主轴99和螺旋叶片910,绞龙93自上而上的设置在进料斗91的中心轴线处,绞龙93的旋转由电机94驱动,电机94设置在进料斗91的外部,电机94由电机支架95支撑,电机94的输出端连接有同步带轮96,同步带轮96连接有同步带97,同步带97水平设置,同步带97连接有带座轴承98,带座轴承98连接有绞龙93。螺旋叶片910的外径为进料斗91进料口直径70%-80%,这样能有效地防止物料在运行过程中起弓,在输送过程中,螺旋叶片螺距因不同物料采用不同的螺距,螺旋叶片910的旋转方向与阻尼条92的旋转方向相反。进料斗91的出料口35处设置有闸阀911,闸阀911的开启与闭合由气压驱动控制。
进料斗91的内部设置有绞龙93,绞龙93包括传动主轴99和螺旋叶片910,螺旋叶片910的外径为进料斗91进料口直径70%-80%,绞龙93自上而上的设置在进料斗91的中心轴线处,进料斗91的内壁上设置有阻尼条92,阻尼条92在进料91斗的内壁的周壁上均匀分布,阻尼条92的中心轴线采用涡旋线,螺旋叶片910的旋转方向与阻尼条91的旋转方向相反。进料装置9能防止纤维进料过程中起弓,纤维极易分散,物料进料顺利。
如图1、图2和图5共同所示,进料仓2和混料仓3均为剖分式结构,分为上下两部分,通过仓体连接件21固定连接。剖分式结构方便设备的安装和检修、维护。混料仓3的仓壁为双层结构,混料仓3的仓壁上设置有冷却水入口31、冷却水出口32和温度传感器33,温度传感器33由温控安装孔及温控探头组成,用于实时检测混料仓3中的温度。通过冷却水入口31注入恒温的冷却水或乙二醇等冷却介质,并经冷却隔断使流体在冷却腔中形成回路,用于带走混料仓3在混料过程中的热量,达到对混料仓3降温的目的。混料仓3的上、下两部分各为一个单独的冷却水回路。通过调整冷却的流速,可以使得物料与混料仓3壁的摩擦及物料本身的自摩擦产生的热量远大于冷却介质带走的热量,这样可以保证搅拌中物料的温度不断上升。当温度传感器33检测到混料仓3中的温度达到设定值时,调整传动主轴4的转速变慢,降低单位时间内物料与混料仓3壁摩擦而产生的热量。以上结构设计,实现对混料仓3温度的控制。
如图1、图2和图5共同所示,混料仓3的下端设有卸料装置34。卸料装置34包括转轴341和固定安装在转轴341上的主动摆臂342与闸门摆臂343,主动摆臂342由气缸344带动。该卸料装置34安装在混料仓3的下端。气缸344的伸缩杆3441与主动摆臂342铰接,气缸344的尾部铰接有气缸座3442。闸门摆臂343的端部设有与混料仓3的出料口35相适配的卸料闸门345。闸门摆臂343的端部固定有两个支撑部3431,两个支撑部3431均与卸料闸门345固定连接,两个支撑部3431对称地位于卸料闸门345的两端。该结构设计使得对卸料闸门345的支撑比较稳定,卸料闸门345与混料仓3的出料口35闭合牢固不漏料,且卸料闸门345开启与闭合过程中,运行比较稳定。转轴341上安装有两个带座轴承346,两个带座轴承346分别位于卸料闸门345的两侧。带座轴承346不仅可以对转轴341进行支撑,转轴341转动时更加平稳,还能将平面摩擦转换为滑动摩擦,减少转动时转轴341承受的阻力。主动摆臂342位于转轴341的端部。
纤维增强复合材料制造机为间歇式混料,在混料过程中, 卸料闸门345在气缸344作用下将混料仓3关闭。当混料完成时,卸料闸门345在气缸344作用下开启,完成卸料。混合物料在混料仓3中完成混料时,需要快速排出,该装置充分利用气动传动相应速度快的特点,在尽可能短的时间内完成卸料,防止混合物料在混料仓3中由于温度或时间等因素发生质变。
如图4、图5和图9共同所示,传动主轴4包括主轴41、固定在主轴41上的两个配重块42和安装在主轴41端部的旋转接头43。旋转接头43上设有进水口431和出水口432。主轴41的一端设有与旋转接头43的进水口431相连通的长孔411,长孔411内设有冷却管412,冷却管412的端部与出水口432相连通。长孔411的内壁与冷却管412的外圆周面间设有间隙。长孔411一端封闭,长孔411的封闭端与冷却管412的端部间设有一定距离,该距离可以增加长空内冷却介质的体积和滞留时间,进行充分的热交换,冷却介质带走更多的热量,冷却效果好。旋转接头43上设有连接部433,连接部433安装在长孔411的端部。长孔411的端部加工有内螺纹4111,旋转接头43的连接部433加工有与内螺纹4111想适配的外螺纹4331,长孔411与旋转接头43的连接部433通过螺纹连接。
如图9所示,两个配重块42分别靠近主轴41的两个端部,主轴41中部的直径大于其两端部的直径。主轴41转动时两端均安装有滑动轴承44进行支撑,本实施例中有选的滑动轴承44为带座轴承。
主轴41工作时会受热升温,通过旋转接头43的进水口431向主轴41内通流动的冷介质(冷却水、乳化液或其他介质)进行主轴41冷却,使主轴41和轴承的使用温度在正常温度范围内,使轴承的使用寿命提高了一倍以上。在主轴41骤然受力过载时,可利用配重块42的惯性,有效避免主轴41的损坏和卡顿。
如图9、图10和图11共同所示,送料螺旋5包括轴套51和安装在轴套上的螺旋叶片52,螺旋叶片52的外边缘设置有缺口53。缺口53为V形,缺口53角度为60°~90°,缺口53深度为6~10mm。缺口53沿螺旋叶片52的理想圆柱面上均匀分布,每个螺旋叶片理想圆柱面上缺口53的数量大于等于6个。螺旋叶片的边缘还设置有倒角54,螺旋叶片的外边缘距离进料仓2的内壁距离为0.2~2mm,倒角54的倾斜角度45°~60°。
在纤维进料过程中,缺口53设置在送料螺旋5的螺旋叶片52的边缘部分,沿送料螺旋5理想圆柱面均布,缺口53数量大于等于6个,很好的实现了纤维物料的快速输送,物料通过进料斗进入进料仓2,在进料仓2的承接作用下,通过送料螺旋5顺利通过进料仓2。送料螺旋5的螺旋叶片52与进料仓2的内壁靠近的边缘设置有倒角54,纤维与基体材料输送的过程中,送料螺旋5的螺旋叶片52外边缘设置的倒角54对于堵塞在送料螺旋5和进料仓2内壁之间的纤维形成剪切作用,防止了纤维材料在此位置的堵塞。以上结构,可有效防止纤维物料输送过程中在进料仓2中堆积,进料速度快,进料顺利,不易造成送料螺旋5的停机,减缓了送料螺旋5螺旋叶片52的磨损,降低了生产成本。
如图13、图14和图15共同所示,搅拌齿6包括轴套61和安装在轴套61上的搅拌叶片,还包括固定在轴套61上的刀座611。轴套61上对应搅拌叶片的位置均固定有刀座611,搅拌叶片可拆卸的安装在刀座611上。搅拌叶片包括第一搅拌叶片62、第二搅拌叶片63、第三搅拌叶片64与第四搅拌叶片65。
由图16、图17和图18共同所示,第一搅拌叶片62包括依次固连在一起的第一部分621、第二部分622和第三部分623,第三部分23的端部加工有刀刃624。第二部分622为长方体,其中一个端面相对另一个端面顺时针扭转,其扭转角度为20~40°。本实施例中优选的扭转角度为30°,刀刃624为楔形刀刃624,第一搅拌叶片62的第一部分621、第二部分622和第三部分623的各部分长度比为1:1:1,并经试验获得很好的混料效果。第二搅拌叶片63与第一搅拌叶片62结构基本相同,其不同之处在于其第二部分622的扭转方向相反。第一搅拌叶片62与第二搅拌叶片63对称的安装在轴套61的中部。由于第一搅拌叶片62与第二搅拌叶片63均存在扭转角度,在搅拌过程中分别提供相对向心力,对物料形成混合。第一部分621主要起连接和支撑作用,用于搅拌叶片的固定。第二部分622主要起将物料共混的作用,通过扭转角度的不同,实现在共混过程中物料在混料仓3中的交叉共混。第三部分623主要起将物料剪切和摩擦生热的作用。由于齿顶部距离传动主轴4的距离最大,在旋转过程中的线速度亦较大,通过较大的线速度与混料仓3墙壁摩擦生热。
由图13、图19、图20、图21和图22共同所示,第三搅拌叶片64安装在轴套61一端,第四搅拌叶片65安装在轴套61的另一端,且第三搅拌叶片64和第四搅拌叶片65分别位于轴套61的相对侧。第三搅拌叶片64的顶部设有楔形夹角,楔形夹角的斜边641与混料仓3的内壁贴合。为保证楔形夹角的斜边641与混料仓3的内壁贴合,与第三搅拌叶片64对应的刀座611与轴套61的轴向呈一定夹角,该夹角与楔形夹角的角度相一致。楔形夹角的角度为20~40°,本实施例中优选的楔形夹角的角度为30°,经试验获得很好的混料效果。楔形夹角的作用为在混料过程中刮掉附着在混料仓3内壁的物料,同时将物料沿与混料仓3的内壁相接触面的另一面的法向方向运动,起到混料的效果。第四搅拌叶片65与第三搅拌叶片64结构基本相同,第四搅拌叶片65与第三搅拌叶片64左右对称。当各搅拌叶片都在轴套61上安装好后,轴套61旋转时,第三搅拌叶片64和第四搅拌叶片65对混料仓3内壁的刮擦方向即可定为该轴套61的旋转方向。
由图13、图19、图20、图21和图22共同所示,第三搅拌叶片64与第四搅拌叶片65的楔形夹角的斜边641均与搅拌腔壁贴合,转轴转动时能将粘在混料仓3内壁的物料刮下。楔形夹角的直边642提供沿轴套61轴线方向的向心力,将搅拌物料向搅拌叶片中心部位汇集。物料沿着楔形夹角的另一边向混料仓3中间位置输送,能控制物料的流向,可以更加充分切碎和搅拌物料。
由图13和图14共同所示,搅拌叶片总数量根据轴套61的长度可安装6个(或8个),安装方式为叶片主轴两端分别安装第三搅拌叶片64和第四搅拌叶片65,在第三搅拌叶片64和第四搅拌叶片65中间位置分别均布2个(或3个)第一搅拌叶片62和2个(或3个)第二搅拌叶片63。第一搅拌叶片62和第二搅拌叶片63在同一侧交替分布,在主轴对侧与该侧呈交叉分布。
由图13、图14和图15共同所示,轴套61上对应搅拌叶片位置均焊接有刀座611,用于安装该位置对应的搅拌叶片。各搅拌叶片与刀座611上均设有固定孔66,各搅拌叶片与刀座611通过安装在固定孔66内的紧固件67进行紧固。使用制造机对物料进行共混时,由于物料与各个搅拌叶片之间摩擦生热,导致各个搅拌叶片磨损较快。该结构设计可以方便地及时更换磨损叶片。通过更换轴套61与更换搅拌叶片对比,更换搅拌叶片所需时间为更换整机叶片主轴时间的十分之一,大大提高生产效率,节省设备维护的时间。
该轴套61上安装有64种不同的搅拌叶片,绕轴套61圆柱面180度布置。第三搅拌叶片64与第四搅拌叶片65布置于轴套61的两端,与混料腔3的内壁贴合,刮落混料腔3内壁的物料,同时分别提供一沿轴套61轴线相向向心力,将搅拌物料向搅拌叶片中心部位汇集。第一搅拌叶片62与第二搅拌叶片63左右对称,由于叶片扭转角度的存在,在搅拌过程中分别提供相对向心力,对物料形成混合。
如图5、图6和图23共同所示,密封装置7包括安装在传动主轴4一端的左密封构件71和传动主轴4另一端的右密封构件72。左密封构件71包括左端盖711,左端盖711的一侧设置有进风腔712。进风腔712上设置有进风口713,进风口713均匀设置在进风腔712的腔体的周壁上。进风口713的数量大于等于4个。进风腔712的内部设置有导风环714,导风环714的两侧各设置一个骨架密封圈715。导风环714上设置有导风孔716,导风孔716在导风环714的周壁上均匀分布,导风孔716的数量为4-8个。
如图5所示,右密封构件72包括右端盖721,右端盖721的一侧设置有出风腔722,出风腔722上设置有出风口723,出风口723均匀设置在出风腔722的腔体的周壁上,出风口723的数量为2个,出风口723一个设置在出风腔722的上端,另一个设置在出风腔722的下端,出风口723用于将纤维与基体材料混合过程中的水蒸气及其他挥发性气体排出。
在纤维与基体材料混合过程中,如果混合的物料湿度不大,可使用其中的一个进风口713,如果混合的物料湿度较大,则使用其中的多个进风口713,达到在混料过程中快速排风的效果。压缩机产生的压缩气体由进风腔712中的进风口713进入,进风腔712内设置的导风环714将压缩气体在进风腔712中均匀分布,压缩气体在骨架密封圈715的作用下,只能向出风腔722的出风口723方向流动。压缩气体进入相对密闭的空间后,在进料仓2封闭及螺旋叶片的排压双重作用下,压缩气体快速流向出风腔722的出风口723,将纤维与基体混合过程中的水蒸气及其他挥发性气体排出,无需使用干燥设备进行干燥,降低了生产成本。
使用该纤维增强复合材料制造机混料时,物料由入料口进入进料仓2,在输料螺旋的作用下进入混料仓3。混料仓3可在几秒钟内完成搅拌、混合、加热混料等一些列操作过程,因此物料加热过程极短,可有效的防止物料降解,物料可在5-20S内达到熔融温度,然后再输送到成型设备。
综上所述,本发明的一种纤维增强复合材料制造机不需要外围电热丝加热,具有单位能耗低,生产效率高,混料均匀,纤维填充率高,使用和维护方便等优点。
上述的具体实施方式只是示例性的,是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容,不应理解为是对本发明保护范围的限制,只要是根据本发明技术方案所作的改进,均落入本发明的保护范围。