CN112248400B - 一种橡胶加工用挤出机 - Google Patents

一种橡胶加工用挤出机 Download PDF

Info

Publication number
CN112248400B
CN112248400B CN202011044761.9A CN202011044761A CN112248400B CN 112248400 B CN112248400 B CN 112248400B CN 202011044761 A CN202011044761 A CN 202011044761A CN 112248400 B CN112248400 B CN 112248400B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear
bevel gear
shaft
equation
screw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011044761.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112248400A (zh
Inventor
江功志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202011044761.9A priority Critical patent/CN112248400B/zh
Publication of CN112248400A publication Critical patent/CN112248400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112248400B publication Critical patent/CN112248400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/252—Drive or actuation means; Transmission means; Screw supporting means
    • B29C48/2526—Direct drives or gear boxes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285—Feeding the extrusion material to the extruder
    • B29C48/286—Raw material dosing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/505—Screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/68—Barrels or cylinders
    • B29C48/682—Barrels or cylinders for twin screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/92—Measuring, controlling or regulating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供一种橡胶加工用挤出机，包括驱动装置、变速机构、进料机构、双螺杆挤出机构、传感器和控制系统；其中控制系统与驱动装置电气连接，驱动装置通过变速机构驱动双螺杆挤出机构运行；物料通过进料机构进入双螺杆挤出机构。本发明的一种橡胶加工用挤出机，通过对螺杆的通道深度和螺旋角的优化设计，挤出机的吞吐量达到最大，通过把驱动装置的输入扭矩分流为双螺杆挤出机构的两个输出扭矩，从而使双螺杆的载荷相等，提高了零部件的使用寿命，且传动比大，承载能力强。

Description

一种橡胶加工用挤出机
技术领域
本发明涉及橡胶制造领域，尤其涉及一种橡胶加工用挤出机。
背景技术
橡胶挤出机，是橡胶工业的一种基本设备，是影响产品质量的关键设备之一，在轮胎和橡胶制品的生产过程中起着非常重要的作用。基于未固化的乙烯-丙烯- 二烯单体橡胶和聚丙烯的共混物被称为热塑性硫化橡胶。生产热塑性硫化橡胶的最实用的方法之一是橡胶挤出机。橡胶挤出机包括进料段、机筒和具有用于成型模具的结构。在进料部分，固体聚合物以粒料或不规则小块的形式通过料斗进料到挤出机中。然后，通过旋转螺杆沿着机筒输送聚合物。机筒壁配有许多熔化聚合物的电加热器。材料被熔化并被推向模具，在该模具中挤出的最终产品被成型并排出。在该过程中，聚合物经历非常复杂的热机械转变，从而引起材料物理性质的变化。通过更好的工艺控制和挤出机参数设置可以减少产品质量的不可预见性，然而在挤出机设计是存在以下几个问题：由于螺杆的通道深度和螺旋角设置不合理，挤出机的吞吐量无法达到最佳；另外，为使胶料得到较好的塑化效果而设计的螺纹结构的螺杆，使挤出产量受到影响，而且需要较大的驱动功率，在一些生产工艺中的使用受到了限制。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种橡胶加工用挤出机，通过对螺杆的通道深度和螺旋角的优化设计，挤出机的吞吐量达到最大；通过把驱动装置的输入扭矩分流为双螺杆挤出机构的两个输出扭矩，从而使双螺杆的载荷相等，提高了零部件的使用寿命，且传动比大，承载能力强。
本发明提供一种橡胶加工用挤出机，其中包括驱动装置、变速机构、进料机构、双螺杆挤出机构、传感器和控制系统；
其中控制系统与驱动装置电气连接，驱动装置通过变速机构驱动双螺杆挤出机构运行；物料通过进料机构进入双螺杆挤出机构；
其中，进料机构包括三个重力进料器，在进料前段通过两个重力进料器分别加入橡胶和聚丙烯，在进料后段通过粉末进料器加入粉末形式的固化剂；使用两个进料器在进料前段加入橡胶和聚丙烯预混合，以便在交联反应步骤之前将橡胶彻底分散在聚丙烯基体中。使用粉末进料器在后端引入粉末形式的固化剂。优选的，以恒定速率加入固化剂。
位于挤出机上的传感器用于连续监测和测量各种变量，包括整个挤出机的螺杆速度、壁温和熔体温度、挤出机马达负荷、熔体压力和进料速率。
其中，双螺杆挤出机构的螺杆的最佳通道深度和用于最佳通道深度的最佳螺旋角通过以下方式获得：
机筒速度v的分量速度vx和vz由下式给出：
Figure RE-GDA0002763346910000021
Figure RE-GDA0002763346910000022
假设机筒在旋转，而螺杆是静止的，具有几何形状的螺杆的通道可以展开以形成直的矩形通道。机筒变成在螺杆通道的表面上以相对于螺杆的速度和以等于螺旋角的角度滑动以引起材料剪切的无限平板。D是螺杆的直径，th是刮板厚度， W是通道宽度，h是通道深度，Pi是节距，c是间隙，ω是螺杆的角速度，
Figure RE-GDA0002763346910000029
是螺杆的螺旋角。
在下行通道或z方向的矩形通道中的流动的动量方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000023
Figure RE-GDA0002763346910000024
Figure RE-GDA0002763346910000025
其中，ρ是密度，p是压力，g是重力加速度。
剪切应力的本构方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000026
Figure RE-GDA0002763346910000027
Figure RE-GDA0002763346910000028
为简化控制方程，假设通道内的流动是稳定的，重力引起的力是可忽略的；雷诺数和速度小，可忽略惯性力；机筒紧贴并紧密地配合在螺杆上，且忽略了通过间隙的泄漏流的影响；由粘度引起的法向剪切应力与绝对压力相比是可忽略的；流动得到充分发展，并且速度在下行通道方向上不变化，并且速度仅随着从螺杆根部朝向筒体的距离而变化；通道中的材料流动是等温的；忽略了螺旋和通道深度沿螺杆挤出机截面的变化。
如果通道内的材料流是粘性的，使得在简化假设的情况下仅存在一个速度分量vz，则运动方程简化为：
Figure RE-GDA0002763346910000031
Figure RE-GDA0002763346910000032
Figure RE-GDA0002763346910000033
由于在正常操作范围内的剪切稀化行为，粘度被认为遵循剪切依赖性的幂律方程。粘度的剪切依赖性的幂律为：
Figure RE-GDA0002763346910000034
通过将公式(5)的幂律粘度模型代入到公式(4c)中，可得运动方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000035
使用螺杆直径作为基础参数引入以下无量纲参数：
Figure RE-GDA0002763346910000036
其中，l是螺杆长度，η是粘度，m0是一致性指数。
运动方程的无量纲形式写为：
Figure RE-GDA0002763346910000037
通道长度和螺杆长度之间的关系是:
Zs＝Zsinφ (9)。
其中Zs是螺杆长度，Z是通道长度，Z＝z/D，z为在螺杆槽下坐标轴上的距离。
将剪切率作为流动指数范围的正值，这样无量纲运动方程可以写为:
Figure RE-GDA0002763346910000041
其中，P是无量纲压力，U是无量纲速度，Y是垂直于螺纹根部的无量纲距离，y是与螺纹根部垂直的坐标轴上的距离，Y＝y/D。
寻求公式(10)的解析解，通过将公式(10)积分一次并简化，得到的方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000042
A1是积分常数。可以使用以下形式的二项式级数来展开该方程的右侧：
Figure RE-GDA0002763346910000043
在使用二项展开和在第二项处截断来展开公式(11)之后，公式变为：
Figure RE-GDA0002763346910000044
利用以下边界条件对公式(13)积分:
U(0)＝0 (14a)
U(H)＝cosφ (14b)。
通道中材料的速度分布的公式为：
Figure RE-GDA0002763346910000045
其中，H是无量纲通道深度，H＝h/D。
方程(15)可以在通道表面积上积分以获得无量纲体积通过量为：
Figure RE-GDA0002763346910000046
公式(16)右侧的第一项是由于螺杆旋转而产生的阻力流动分量，而第二项是压力流动分量。阻力流是螺杆的理论输出，如果在螺杆的排出口不存在模具，则预期该理论输出。压力流分量表示与阻力流相反的假想流。
通过对H求微分方程(16)来获得最大吞吐量的最佳通道深度，即
Figure RE-GDA0002763346910000047
使得：
Figure RE-GDA0002763346910000048
通过重新安排和简化，求得：
Figure RE-GDA0002763346910000051
通过对
Figure RE-GDA0002763346910000052
对公式(16)求微分，即
Figure RE-GDA0002763346910000053
获得螺杆挤出机的最大通过量的最佳螺旋角，使得：
Figure RE-GDA0002763346910000054
通过替代三角关系得到：
Figure RE-GDA0002763346910000055
通过将公式(18)代入公式(20)，可以获得用于最佳通道深度的最佳螺旋角：
Figure RE-GDA0002763346910000056
进一步简化：
Figure RE-GDA0002763346910000057
其中变速机构包括：输入部分、传动部分、分流部分、输出部分；
所述输入部分包括输入轴、同轴安装的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮，二者的安装轴为输入轴。驱动装置驱动输入轴从而带动第一下斜齿轮和第二上斜齿轮旋转而旋转。第一下斜齿轮和第一上斜齿轮的旋向相反。
所述传动部分包括从下到上依次同轴安装的第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮。三者的安装轴为弹性轴。所述第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮均与弹性轴通过花键连接。
第二下斜齿轮、第二上斜齿轮和弹性轴随齿轮旋转而旋转。安装后，第二下斜齿轮和第二上斜齿轮的旋向相反。
所述分流部分包括锥齿轮、轴、第二行星轮系、第二轴、第二轴套、下齿轮、上齿轮。
所述第二行星轮系包括下行星轮、下太阳轮、第二行星架、上行星轮、上太阳轮。
所述锥齿轮与下太阳轮共轴。所述第二行星架上、下均安装有行星轮，即上行星轮和下行星轮。
所述下太阳轮与下行星轮啮合。所述上行星轮与上太阳轮啮合。
所述第二轴连接并随第二行星架旋转。所述第二轴穿过第二轴套后，连接上齿轮。所述上齿轮随第二行星架旋转而旋转。
所述第二轴套上安装上太阳轮和下齿轮。所述第二轴套和下齿轮随上太阳轮旋转而旋转。
所述的输出部分包括输出轴、第一行星轮系、第一轴、第一轴套、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮。
所述输出轴一端连接一螺旋杆、另一端连接第一行星轮系。所述第一行星轮系包括第一行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮。所述输出轴是第一行星架的转轴。所述太阳轮的转轴是第一轴。所述内齿圈的转轴是第一轴套。所述输出轴位于第一行星轮系的一侧、所述第一轴和第一轴套位于第一行星轮系的另一侧。所述第一轴穿过第一轴套后，连接并带动第二锥齿轮旋转。所述第一锥齿轮安装在第一轴套上，并随第一轴套旋转而旋转。所述第二第一锥齿轮与第一锥齿轮同轴旋转。所述第一锥齿轮和第二第一锥齿轮规格、转速相同。
进一步，变速机构包括输入部分、四个分流部分、八个传动部分、两个输出部分。
两个输出部分分别位于输入部分的两侧。
每一个输出部分配置两个分流部分。这两个分流部分处于输出部分的上方。其中一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第一锥齿轮啮合，另外一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第二第一锥齿轮啮合。
每一个分流部分配置两个传动部分。其中一个传动部分的齿轮与下齿轮啮合，另外一个传动部分的齿轮与上齿轮啮合。
所述输入部分周围具有八个传动部分。每一个传动部分的第二下斜齿轮与输入部分的第一下斜齿轮啮合。每一个传动部分的第二上斜齿轮与输入部分的第一上斜齿轮啮合。
进一步，所述输出部分还包括一个增扭轮系。
所述增扭轮系包括第一增扭级行星轮、行星轮销轴、第二增扭级行星轮、增扭级行星架轴、增扭级行星架、固定锥齿轮和外壳。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮的大小、规格相同，且分别安装在行星轮销轴的两端。所述固定锥齿轮固定于外壳上，并与第二锥齿轮同心且大小、规格相同。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与第二锥齿轮啮合。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与固定锥齿轮啮合。所述行星轮销轴连接在增扭级行星架轴一端的增扭级行星架上。所述第二锥齿轮可以带动增扭级行星架轴旋转。
所述外壳具有一个中央通孔。所述行星架轴在穿过这个中央通孔后，连接第二第一锥齿轮。所述第二第一锥齿轮随行星架轴旋转而旋转。
所述外壳的底部固定在机架上。
进一步，所述输入部分的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮是一个人字齿轮的上、下两半。
所述下齿轮和上齿轮规格、转速相同。
本发明的一种橡胶加工用挤出机，通过对螺杆的通道深度和螺旋角的优化设计，挤出机的吞吐量达到最大；传动比大，承载能力强；动力经过多支路分流，每条支路上的功率和扭矩降低，有效降低了齿轮等相关零部件的载荷，从而减小了零部件的尺寸；通过利用行星轮系的运动分解功能，经过合理设计，将单一的输入扭矩分解为两个输出扭矩，并使输出的两个扭矩相等，从而使各支路之间的载荷相等，提高了零部件的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种橡胶加工用挤出机的示意图。
图2是本发明的一种橡胶加工用挤出机的螺杆的结构示意图。
图3是本发明的一种橡胶加工用挤出机变速机构的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1-3所示，本发明提供一种橡胶加工用挤出机，其中包括驱动装置1、变速机构2、进料机构、双螺杆挤出机构3、传感器和控制系统；
其中控制系统与驱动装置1电气连接，驱动装置通过变速机构3驱动双螺杆挤出机构运行；物料通过进料机构进入双螺杆挤出机构；
其中，进料机构包括三个重力进料器，在进料前段通过两个重力进料器分别加入橡胶和聚丙烯，在进料后段通过粉末进料器加入粉末形式的固化剂；使用两个进料器在进料前段加入橡胶和聚丙烯预混合，以便在交联反应步骤之前将橡胶彻底分散在聚丙烯基体中。使用粉末进料器在后端引入粉末形式的固化剂。优选的，以恒定速率加入固化剂。
位于挤出机上的传感器用于连续监测和测量各种变量，包括整个挤出机的螺杆速度、壁温和熔体温度、挤出机马达负荷、熔体压力和进料速率。
其中，双螺杆挤出机构的螺杆的最佳通道深度和用于最佳通道深度的最佳螺旋角通过以下方式获得：
假设机筒在旋转，而螺杆是静止的，具有几何形状的螺杆的通道可以展开以形成直的矩形通道。机筒变成在螺杆通道的表面上以相对于螺杆的速度和以等于螺旋角的角度滑动以引起材料剪切的无限平板。如图2所示，D是螺杆的直径， th是刮板厚度，W是通道宽度，h是通道深度，Pi是节距，c是间隙。
机筒速度v的分量速度vx和vz由下式给出：
Figure RE-GDA0002763346910000081
Figure RE-GDA0002763346910000082
其中D是螺杆的直径，ω是螺杆的角速度，
Figure RE-GDA0002763346910000083
是螺杆的螺旋角。
在下行通道或z方向的矩形通道中的流动的动量方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000084
Figure RE-GDA0002763346910000085
Figure RE-GDA0002763346910000086
其中，ρ是密度，p是压力，g是重力加速度。
剪切应力的本构方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000091
Figure RE-GDA0002763346910000092
Figure RE-GDA0002763346910000093
为简化控制方程，假设通道内的流动是稳定的，重力引起的力是可忽略的；雷诺数和速度小，可忽略惯性力；机筒紧贴并紧密地配合在螺杆上，且忽略了通过间隙的泄漏流的影响；由粘度引起的法向剪切应力与绝对压力相比是可忽略的；流动得到充分发展，并且速度在下行通道方向上不变化，并且速度仅随着从螺杆根部朝向筒体的距离而变化；通道中的材料流动是等温的；忽略了螺旋和通道深度沿螺杆挤出机截面的变化。
如果通道内的材料流是粘性的，使得在简化假设的情况下仅存在一个速度分量vz，则运动方程简化为：
Figure RE-GDA0002763346910000094
Figure RE-GDA0002763346910000095
Figure RE-GDA0002763346910000096
由于在正常操作范围内的剪切稀化行为，粘度被认为遵循剪切依赖性的幂律方程。粘度的剪切依赖性的幂律为：
Figure RE-GDA0002763346910000097
通过将公式(5)的幂律粘度模型代入到公式(4c)中，可得运动方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000098
使用螺杆直径作为基础参数引入以下无量纲参数：
Figure RE-GDA0002763346910000099
其中，l是螺杆长度，η是粘度，m0是一致性指数。
运动方程的无量纲形式写为：
Figure RE-GDA00027633469100000910
通道长度和螺杆长度之间的关系是:
Zs＝Zsinφ (9)。
其中Zs是螺杆长度，Z是通道长度，Z＝z/D，z为在螺杆槽下坐标轴上的距离。
将剪切率作为流动指数范围的正值，这样无量纲运动方程可以写为:
Figure RE-GDA0002763346910000101
其中，P是无量纲压力，U是无量纲速度，Y是垂直于螺纹根部的无量纲距离，y是与螺纹根部垂直的坐标轴上的距离，Y＝y/D。
寻求公式(10)的解析解，通过将公式(10)积分一次并简化，得到的方程为：
Figure RE-GDA0002763346910000102
A1是积分常数。可以使用以下形式的二项式级数来展开该方程的右侧：
Figure RE-GDA0002763346910000103
在使用二项展开和在第二项处截断来展开公式(11)之后，公式变为：
Figure RE-GDA0002763346910000104
利用以下边界条件对公式(13)积分:
U(0)＝0 (14a)
U(H)＝cosφ (14b)。
通道中材料的速度分布的公式为：
Figure RE-GDA0002763346910000105
其中，H是无量纲通道深度，H＝h/D。
方程(15)可以在通道表面积上积分以获得无量纲体积通过量为：
Figure RE-GDA0002763346910000106
公式(16)右侧的第一项是由于螺杆旋转而产生的阻力流动分量，而第二项是压力流动分量。阻力流是螺杆的理论输出，如果在螺杆的排出口不存在模具，则预期该理论输出。压力流分量表示与阻力流相反的假想流。
通过对H求微分方程(16)来获得最大吞吐量的最佳通道深度，即
Figure RE-GDA0002763346910000111
使得：
Figure RE-GDA0002763346910000112
通过重新安排和简化，求得：
Figure RE-GDA0002763346910000113
通过对
Figure RE-GDA0002763346910000114
对公式(16)求微分，即
Figure RE-GDA0002763346910000115
获得螺杆挤出机的最大通过量的最佳螺旋角，使得：
Figure RE-GDA0002763346910000116
通过替代三角关系得到：
Figure RE-GDA0002763346910000117
通过将公式(18)代入公式(20)，可以获得用于最佳通道深度的最佳螺旋角：
Figure RE-GDA0002763346910000118
进一步简化：
Figure RE-GDA0002763346910000119
其中变速机构包括：输入部分4、传动部分、分流部分、输出部分7；
所述输入部分4包括输入轴、同轴安装的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮，二者的安装轴为输入轴。驱动装置驱动输入轴从而带动第一下斜齿轮和第二上斜齿轮旋转而旋转。第一下斜齿轮和第一上斜齿轮的旋向相反。
所述传动部分6包括从下到上依次同轴安装的第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮。三者的安装轴为弹性轴。所述第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮均与弹性轴通过花键连接。
第二下斜齿轮、第二上斜齿轮和弹性轴随齿轮旋转而旋转。安装后，第二下斜齿轮和第二上斜齿轮的旋向相反。
所述分流部分5包括锥齿轮、轴、第二行星轮系、第二轴、第二轴套、下齿轮、上齿轮。
所述第二行星轮系包括下行星轮、下太阳轮、第二行星架、上行星轮、上太阳轮。
所述锥齿轮与下太阳轮共轴。所述第二行星架上、下均安装有行星轮，即上行星轮和下行星轮。
所述下太阳轮与下行星轮啮合。所述上行星轮与上太阳轮啮合。
所述第二轴连接并随第二行星架旋转。所述第二轴穿过第二轴套后，连接上齿轮。所述上齿轮随第二行星架旋转而旋转。
所述第二轴套上安装上太阳轮和下齿轮。所述第二轴套和下齿轮随上太阳轮旋转而旋转。
所述的输出部分7包括输出轴、第一行星轮系、第一轴、第一轴套、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮。
所述输出轴一端连接一螺旋杆、另一端连接第一行星轮系。所述第一行星轮系包括第一行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮。所述输出轴是第一行星架的转轴。所述太阳轮的转轴是第一轴。所述内齿圈的转轴是第一轴套。所述输出轴位于第一行星轮系的一侧、所述第一轴和第一轴套位于第一行星轮系的另一侧。所述第一轴穿过第一轴套后，连接并带动第二锥齿轮旋转。所述第一锥齿轮安装在第一轴套上，并随第一轴套旋转而旋转。所述第二第一锥齿轮与第一锥齿轮同轴旋转。所述第一锥齿轮和第二第一锥齿轮规格、转速相同。
进一步，变速机构包括输入部分、四个分流部分、八个传动部分、两个输出部分。
两个输出部分分别位于输入部分的两侧。
每一个输出部分配置两个分流部分。这两个分流部分处于输出部分的上方。其中一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第一锥齿轮啮合，另外一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第二第一锥齿轮啮合。
每一个分流部分配置两个传动部分。其中一个传动部分的齿轮与下齿轮啮合，另外一个传动部分的齿轮与上齿轮啮合。
所述输入部分周围具有八个传动部分。每一个传动部分的第二下斜齿轮与输入部分的第一下斜齿轮啮合。每一个传动部分的第二上斜齿轮与输入部分的第一上斜齿轮啮合。
进一步，所述输出部分还包括一个增扭轮系。
所述增扭轮系包括第一增扭级行星轮、行星轮销轴、第二增扭级行星轮、增扭级行星架轴、增扭级行星架、固定锥齿轮和外壳。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮的大小、规格相同，且分别安装在行星轮销轴的两端。所述固定锥齿轮固定于外壳上，并与第二锥齿轮同心且大小、规格相同。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与第二锥齿轮啮合。所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与固定锥齿轮啮合。所述行星轮销轴连接在增扭级行星架轴一端的增扭级行星架上。所述第二锥齿轮可以带动增扭级行星架轴旋转。
所述外壳具有一个中央通孔。所述行星架轴在穿过这个中央通孔后，连接第二第一锥齿轮。所述第二第一锥齿轮随行星架轴旋转而旋转。
所述外壳的底部固定在机架上。
进一步，所述输入部分的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮是一个人字齿轮的上、下两半。
所述下齿轮和上齿轮规格、转速相同。
本发明的一种橡胶加工用挤出机，通过对螺杆的通道深度和螺旋角的优化设计，挤出机的吞吐量达到最大；传动比大，承载能力强；动力经过多支路分流，每条支路上的功率和扭矩降低，有效降低了齿轮等相关零部件的载荷，从而减小了零部件的尺寸；通过利用行星轮系的运动分解功能，经过合理设计，将单一的输入扭矩分解为两个输出扭矩，并使输出的两个扭矩相等，从而使各支路之间的载荷相等，提高了零部件的使用寿命。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种橡胶加工用挤出机，其特征在于，其中包括驱动装置、变速机构、进料机构、双螺杆挤出机构、传感器和控制系统；
其中控制系统与驱动装置电气连接，驱动装置通过变速机构驱动双螺杆挤出机构运行；物料通过进料机构进入双螺杆挤出机构；
其中，进料机构包括三个重力进料器，在进料前段通过两个重力进料器分别加入橡胶和聚丙烯，在进料后段通过粉末进料器加入粉末形式的固化剂；使用两个进料器在进料前段加入橡胶和聚丙烯预混合，以便在交联反应步骤之前将橡胶彻底分散在聚丙烯基体中；使用粉末进料器在后端引入粉末形式的固化剂；以恒定速率加入固化剂；
位于挤出机上的传感器用于连续监测和测量各种变量，包括整个挤出机的螺杆速度、壁温和熔体温度、挤出机马达负荷、熔体压力和进料速率；
其中，双螺杆挤出机构的螺杆的最佳通道深度和用于最佳通道深度的最佳螺旋角通过以下方式获得：
螺杆速度v的分量速度vx和vz由下式给出：
Figure FDA0003645001570000011
Figure FDA0003645001570000012
其中，D是螺杆的直径，th是刮板厚度，W是通道宽度，h是通道深度，Pi是节距，c是间隙，ω是螺杆的角速度，
Figure FDA0003645001570000013
是螺杆的螺旋角；
在下行通道或z方向的矩形通道中的流动的动量方程为：
Figure FDA0003645001570000014
Figure FDA0003645001570000015
Figure FDA0003645001570000016
其中，ρ是密度，p是压力，g是重力加速度；
剪切应力的本构方程为：
Figure FDA0003645001570000017
Figure FDA0003645001570000018
Figure FDA0003645001570000019
由于通道内的材料流是粘性的，使得在简化假设的情况下仅存在一个速度分量vz，则运动方程简化为：
Figure FDA0003645001570000021
Figure FDA0003645001570000022
Figure FDA0003645001570000023
由于在正常操作范围内的剪切稀化行为，粘度被认为遵循剪切依赖性的幂律方程；粘度的剪切依赖性的幂律为：
Figure FDA0003645001570000024
通过将公式(5)的幂律粘度模型代入到公式(4c)中，可得运动方程为：
Figure FDA0003645001570000025
使用螺杆直径作为基础参数引入以下无量纲参数：
Figure FDA0003645001570000026
其中，l是螺杆长度，η是粘度，m0是一致性指数；
运动方程的无量纲形式写为：
Figure FDA0003645001570000027
通道长度和螺杆长度之间的关系是:
Zs＝Zsinφ (9)；
其中Zs是螺杆长度，Z是通道长度，Z＝z/D，z为在螺杆槽下坐标轴上的距离；
将剪切率作为流动指数范围的正值，这样无量纲运动方程可以写为:
Figure FDA0003645001570000028
其中，P是无量纲压力，U是无量纲速度，Y是垂直于螺纹根部的无量纲距离，y是与螺纹根部垂直的坐标轴上的距离，Y＝y/D；
寻求公式(10)的解析解，通过将公式(10)积分一次并简化，得到的方程为：
Figure FDA0003645001570000031
A1是积分常数；可以使用以下形式的二项式级数来展开该方程的右侧：
Figure FDA0003645001570000032
在使用二项展开和在第二项处截断来展开公式(11)之后，公式变为：
Figure FDA0003645001570000033
利用以下边界条件对公式(13)积分:
U(0)＝0 (14a)
U(H)＝cosφ (14b)；
通道中材料的速度分布的公式为：
Figure FDA0003645001570000034
其中，H是无量纲通道深度，H＝h/D；
方程(15)可以在通道表面积上积分以获得无量纲体积通过量为：
Figure FDA0003645001570000035
公式(16)右侧的第一项是由于螺杆旋转而产生的阻力流动分量，而第二项是压力流动分量；阻力流是螺杆的理论输出，如果在螺杆的排出口不存在模具，则预期该理论输出；压力流分量表示与阻力流相反的假想流；
通过对H求微分方程(16)来获得最大吞吐量的最佳通道深度，即
Figure FDA00036450015700000310
使得：
Figure FDA0003645001570000036
通过重新安排和简化，求得：
Figure FDA0003645001570000037
通过对
Figure FDA0003645001570000038
对公式(16)求微分，即
Figure FDA0003645001570000039
获得螺杆挤出机的最大通过量的最佳螺旋角，使得：
Figure FDA0003645001570000041
通过替代三角关系得到：
Figure FDA0003645001570000042
通过将公式(18)代入公式(20)，可以获得用于最佳通道深度的最佳螺旋角：
Figure FDA0003645001570000043
进一步简化：
Figure FDA0003645001570000044
2.如权利要求1所述的一种橡胶加工用挤出机，其特征在于，其中变速机构包括：输入部分、传动部分、分流部分、输出部分；
所述输入部分包括输入轴、同轴安装的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮，二者的安装轴为输入轴；驱动装置驱动输入轴从而带动第一下斜齿轮和第二上斜齿轮旋转而旋转；第一下斜齿轮和第一上斜齿轮的旋向相反；
所述传动部分包括从下到上依次同轴安装的第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮；三者的安装轴为弹性轴；所述第二下斜齿轮、齿轮和第二上斜齿轮均与弹性轴通过花键连接；
第二下斜齿轮、第二上斜齿轮和弹性轴随齿轮旋转而旋转；安装后，第二下斜齿轮和第二上斜齿轮的旋向相反；
所述分流部分包括锥齿轮、轴、第二行星轮系、第二轴、第二轴套、下齿轮、上齿轮；
所述第二行星轮系包括下行星轮、下太阳轮、第二行星架、上行星轮、上太阳轮；
所述锥齿轮与下太阳轮共轴；所述第二行星架上、下均安装有行星轮，即上行星轮和下行星轮；
所述下太阳轮与下行星轮啮合；所述上行星轮与上太阳轮啮合；
所述第二轴连接并随第二行星架旋转；所述第二轴穿过第二轴套后，连接上齿轮；所述上齿轮随第二行星架旋转而旋转；
所述第二轴套上安装上太阳轮和下齿轮；所述第二轴套和下齿轮随上太阳轮旋转而旋转；
所述的输出部分包括输出轴、第一行星轮系、第一轴、第一轴套、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮；
所述输出轴一端连接一螺旋杆、另一端连接第一行星轮系；所述第一行星轮系包括第一行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮；所述输出轴是第一行星架的转轴；所述太阳轮的转轴是第一轴；所述内齿圈的转轴是第一轴套；所述输出轴位于第一行星轮系的一侧、所述第一轴和第一轴套位于第一行星轮系的另一侧；所述第一轴穿过第一轴套后，连接并带动第二锥齿轮旋转；所述第一锥齿轮安装在第一轴套上，并随第一轴套旋转而旋转；所述第二锥齿轮与第一锥齿轮同轴旋转；所述第一锥齿轮和第二锥齿轮规格、转速相同；
进一步，变速机构包括输入部分、四个分流部分、八个传动部分、两个输出部分；
两个输出部分分别位于输入部分的两侧；
每一个输出部分配置两个分流部分；这两个分流部分处于输出部分的上方；其中一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第一锥齿轮啮合，另外一个分流部分的锥齿轮与输出部分的第二锥齿轮啮合；
每一个分流部分配置两个传动部分；其中一个传动部分的齿轮与下齿轮啮合，另外一个传动部分的齿轮与上齿轮啮合；
所述输入部分周围具有八个传动部分；每一个传动部分的第二下斜齿轮与输入部分的第一下斜齿轮啮合；每一个传动部分的第二上斜齿轮与输入部分的第一上斜齿轮啮合；
进一步，所述输出部分还包括一个增扭轮系；
所述增扭轮系包括第一增扭级行星轮、行星轮销轴、第二增扭级行星轮、增扭级行星架轴、增扭级行星架、固定锥齿轮和外壳；所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮的大小、规格相同，且分别安装在行星轮销轴的两端；所述固定锥齿轮固定于外壳上，并与第二锥齿轮同心且大小、规格相同；所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与第二锥齿轮啮合；所述第一增扭级行星轮和第二增扭级行星轮均与固定锥齿轮啮合；所述行星轮销轴连接在增扭级行星架轴一端的增扭级行星架上；所述第二锥齿轮可以带动增扭级行星架轴旋转；
所述外壳具有一个中央通孔；所述行星架轴在穿过这个中央通孔后，连接第二锥齿轮；所述第二锥齿轮随行星架轴旋转而旋转；
所述外壳的底部固定在机架上。
3.如权利要求2所述的一种橡胶加工用挤出机，其特征在于，所述输入部分的第一下斜齿轮和第一上斜齿轮是一个人字齿轮的上、下两半。
4.如权利要求3所述的一种橡胶加工用挤出机，其特征在于，所述下齿轮和上齿轮规格、转速相同。
CN202011044761.9A 2020-09-29 2020-09-29 一种橡胶加工用挤出机 Active CN112248400B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011044761.9A CN112248400B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种橡胶加工用挤出机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011044761.9A CN112248400B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种橡胶加工用挤出机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112248400A CN112248400A (zh) 2021-01-22
CN112248400B true CN112248400B (zh) 2022-06-28

Family

ID=74233266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011044761.9A Active CN112248400B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种橡胶加工用挤出机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112248400B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798473A (en) * 1983-04-29 1989-01-17 Rauwendaal Christiaan J Extruder screw
US5356208A (en) * 1993-04-07 1994-10-18 Zehev Tadmor Screw element having shearing and scraping flights
US5932159A (en) * 1997-11-07 1999-08-03 Rauwendaal Extrusion Engineering, Inc. Screw extruder with improved dispersive mixing
CN204914517U (zh) * 2015-08-10 2015-12-30 上海政太纳米科技股份有限公司 热熔胶螺杆挤出机
CN207509701U (zh) * 2017-11-29 2018-06-19 王秀云 一种耐高温高湿传感器用电缆挤出机的螺杆结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN112248400A (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101875233A (zh) 一字型排列的锥形三螺杆挤出机
CN206066912U (zh) 具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机
CN100563997C (zh) 锥形同向双螺杆挤出机
CN101875232A (zh) 三角形排列的锥形三螺杆挤出机
CN102205620A (zh) 差速锥形双螺杆挤出机
CN216329315U (zh) 密炼挤出机
CN102225317A (zh) 锥形双转子连续混炼机组
CN102248655A (zh) 锥形行星螺杆挤出机
CN112248400B (zh) 一种橡胶加工用挤出机
CN203327889U (zh) 再生米生产设备
CN202155160U (zh) 锥形双转子连续混炼机组
CN202146733U (zh) 转子三角形排列的三转子连续混炼机组
CN202162989U (zh) 锥形行星螺杆挤出机
CN202062635U (zh) 差速锥形双螺杆挤出机
WO2003018288A1 (en) Mixing and kneading device for polymer compositions
CN102225315A (zh) 转子一字型排列的三转子连续混炼机组
CN102228818A (zh) 转子三角形排列的锥形三转子连续混炼机组
CN103770313A (zh) 一种双、三或多螺杆轴向承载方法及装置
CN202212120U (zh) 转子三角形排列的锥形三转子连续混炼机组
CN104149305B (zh) 一种异向环形分布螺杆高效混炼挤出机
CN201633185U (zh) 一字型排列的锥形三螺杆挤出机
CN2717652Y (zh) 团状喂料机组合同向平行双螺杆机
WO2021065192A1 (ja) 樹脂用押出機、ロータ型スクリュ及び樹脂製造方法
CN106042148A (zh) 双阶式泥料挤出机
CN107471594A (zh) 塑料管材及板材通用锥形同向双螺杆挤出机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant