CN2843812Y - 数控螺杆挤出机 - Google Patents

Abstract

数控螺杆挤出机，属于材料成型设备领域。包括螺杆挤出机和工控微计算机，其特征在于：设置开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆挤出机，电机控制器连接开关磁阻调速电动机和工控微计算机，数据采集卡连接工控微计算机。开关磁阻调速电动机提供数控螺杆挤出机动力，电机控制器即时控制开关磁阻调速电动机的转速，以控制螺杆挤出机螺杆的转速的变化，同时具有结构简单、可无级调速、工作效率高的等优点。

Description

数控螺杆挤出机

技术领域

数控螺杆挤出机，属于材料成型设备领域。

背景技术

螺杆挤出机传动的最新进展为交流伺服电机和变频调速驱动，因电动机控制系统成本高、控制电路复杂，易损，很难推广。挤出机螺杆转速要求无级调速和较大的调速范围，而普通电动机驱动时，不能实现无级调速。这成为本领域难以解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能够使螺杆挤出机实现输出和转速容易数控，能自由控制加工速度，解决本领域长期以来难以解决的技术难题的数控螺杆挤出机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该数控螺杆挤出机，其特征在于：包括螺杆挤出机和工控微计算机，其特征在于：设置开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆挤出机，电机控制器连接开关磁阻调速电动机和工控微计算机，数据采集卡连接工控微计算机。

所述的工控微计算机连接数据采集卡、电机控制器、键盘和显示屏，数据采集卡连接电动机控制器、手动按钮板，电动机控制器连接开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机连接螺杆挤出机，螺杆挤出机与传感器相连。

所述的传动机构包括连轴器传动、齿轮传动、皮带轮带动齿轮传动、链轮带动齿轮传动中的一种或两种的结合。

所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机通过联轴器与小齿轮联结为一体，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮连接螺杆。

所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机通过联轴器连接螺杆。

所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机通过联轴器连接小齿轮，小齿轮与大齿轮之间通过皮带连接，大齿轮连接螺杆。

所述的数据采集卡分别连接传感器、按钮板、制动器和工控微计算机。

所述的开关磁阻调速电动机安装在机身上，开关磁阻调速电动机通过联轴器联结小齿轮，小齿轮与大齿轮相啮合，大齿轮与螺杆相联结，螺杆与轴承联结，轴承与轴承座联结，轴承座连接机身，料筒与机身联结，料筒内安装有温度传感器，料筒上方安装有料斗，料斗内安装有位移传感器，压力传感器安装在轴承座上。

与现有技术相比，该数控螺杆挤出机所具有的有益效果是：通过设置开关磁阻调速电动机提供挤出机动力，工控微计算机通过电机控制器即时控制开关磁阻调速电动机的转速，工控微计算机通过设定的计算方式，将计算结果通过电机控制器控制螺杆挤出机螺杆的转速的变化。同时具有结构简单、可无级调速、工作效率高等优点。

附图说明

图1是本实用新型数控螺杆挤出机的工作原理图。

图2是图1的控制框图。

图3是图2的电路原理图。

图4是本实用新型数控螺杆挤出机的实施例2的工作原理图。

图5是本实用新型数控螺杆挤出机的实施例3的工作原理图。

图1-图3是本实用新型数控螺杆挤出机的最佳实施例，图1-5中：1螺杆  2料斗  3轴承  4轴承座  5大齿轮  6小齿轮  7联轴器  8(U1)开关磁阻调速电动机  9(U2)电机控制器  10(U4)工控微计算机  11(U6)显示屏  12(U5)键盘  13机身  14止推轴承  15(T2)压力传感器  16料筒  17(T5)位移传感器  18(T1)温度传感器  19口模  20(Z1)加热器  21皮带  U3数据采集卡  R1电阻  S1、S2开关  S3三刀开关  T3、T4电流传感器  KM1、KM2线圈  U7放大器。

具体实施方式

下面结合图1-5对本实用新型数控螺杆挤出机作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，开关磁阻调速电动机8安装在机身13上，开关磁阻调速电动机8通过联轴器7联结小齿轮6，小齿轮6与大齿轮5相啮合，大齿轮5与螺杆1相联结，螺杆1与轴承3联结，轴承3与轴承座4联结，轴承座4连接机身13，料筒16与机身13联结，料筒16内安装有温度传感器18，料筒16上方安装有料斗2，料斗2内安装有位移传感器17，压力传感器15安装在轴承座4上。口模19安装在料筒16的顶端，加热器20安装在料筒16外。开关磁阻调速电动机8连接电机控制器9，电机控制器9连接工控微计算机10，显示屏11和键盘12连接在工控微计算机10上。

如图2所示，工控微计算机连接数据采集卡、电机控制器、键盘和显示屏，数据采集卡连接手动按钮板和传感器，电机控制器连接开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机连接螺杆挤出机，螺杆挤出机连接传感器。螺杆挤出机由开关磁阻调速电动机驱动，开关磁阻调速电动机由电机控制器驱动，电机控制器由工控微计算机控制，电流传感器信号和螺杆挤出机上的传感器信号传给数据采集卡，手动按钮信号传给数据采集卡，数据采集卡的信号传给工控微计算机。通过键盘把工作参数输入工控微计算机，工控微计算机处理信息通过显示屏显示，并输出指令给电机控制器控制开关磁阻调速电动机，以达到数控螺杆挤出机的目的。

如图3所示，开关磁阻调速电动机U1的A1、A2、B1、B2、C1、C2端连接电机控制器U2的A1、A2、B1、B2、C1、C2端，开关磁阻调速电动机U1的角度位置信号端连接电机控制器U2的ANG1端，开关磁阻调速电动机U1的RS232信号端连接工控微计算机U4的RS232脚，手动按钮板启动、停止两个按钮开关S1、S2分别接到数据采集卡U3的DI6、DI8端口，位移传感器T5、温度传感器T1、压力传感器器T2、电流传感器T3、T4、分别与数据采集卡U3的AI0、AI2、AI4、AI6、AI8、AI10、AI14端口相连，数据采集卡U3的输出端与工控微计算机U4主板PCI总线插槽相连。键盘U5和显示屏U6连接于工控微计算机U4。放大器U7一端连接在数据采集卡U3的DO14脚，另一端通过线圈KM2接地，线圈KM1触点连接加热器Z1，线圈KM1与线圈KM2相连。

电动机U1为SRM系列，电机控制器U2为SRD系列，数据采集卡U3为PCI-1710，压力传感器T2为电阻应变式。温度传感器T1为热电偶式。工控微计算机U4为IPC610-P42.0/256M/40G工作平台，工控微计算机U4也可用单片机等计算智能单元所替代，数据采集卡U3也可用其它形式的数据采集板或装置来替代。显示屏也可采用触摸式显示屏。当电机控制器的显示屏和键盘改为通用显示屏和键盘时，数据采集系统与电机控制器可集成在一箱体内，即把数据采集卡、显示屏、键盘、工控微计算机和电机控制器集成为一箱体。IPC支撑软件丰富，联网极为方便，适合远程控制和制造业信息化的需求。若用于加工不需要加热的材料，可不用加热器Z1。

实施例2：如图4所示，传动机构可以为开关磁阻调速电动机8通过联轴器7连接螺杆1。

实施例3：如图5所示，传动机构还可以是指开关磁阻调速电动机8通过联轴器7连接小齿轮6，小齿轮6与大齿轮5之间通过皮带21连接，大齿轮5连接螺杆1。

皮带传动可采用齿形皮带或三角形皮带以及其它形式的皮带。当需要低速大扭矩时，可增加齿轮传动的级数。传动机构还可以采用蜗轮蜗杆传动。

本数控螺旋压力机，工作原理和工作过程如下：

开关磁阻调速电动机安装有角位移传感器，电机控制器每隔一步距角(如3.75°或7.5°)就会给开关磁阻调速电动机一个控制指令，工控微计算机把控制指令通过RS232给电机控制器，来控制开关磁阻调速电动机的运动，达到数控螺杆运动的目的。

当安装新口模和加工的是新材料时，用户输入工控微计算机材料名称、产量(当前值、工作值)、螺杆转速(目标值)、升速时间工作参数，通过工控微计算机计算出相应的值控制电机。开机启动挤出机，开关磁阻调速电动机按内定的螺杆转速开机值(10r/min以下)正转起动，当到达升速时间，螺杆转速达到输入设定的螺杆转速目标值，输入产量当前值，工控微计算机按公式(3)，计算出系数k_Q的值；输入产量工作值，工控微计算机按输入产量工作值由公式(3)计算出螺杆转速，并控制螺杆达到此转速(工作值)。公式如下：

$Q=\mathrm{\αn}-(\frac{\mathrm{\β}}{{\mathrm{\μ}}_1}+\frac{\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\μ}}_2})p---\left(1\right)$

$Q=\frac{k}{\mathrm{\μ}}p---\left(2\right)$

由(1)、(2)式整理，得：

n＝k_QQ                                     (3)

$k_Q=\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{k\α}}(\frac{\mathrm{\β}}{{\mathrm{\μ}}_1}+\frac{\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\μ}}_2})---\left(4\right)$

式中n为螺杆转速(r/min)；Q为(产量)流率(cm³/s)，p为机头压力(Pa)，α、β、γ为常数，与螺杆结构尺寸有关；μ为机头处物料的粘度(Pa·s)，μ₁、μ₂为螺槽和螺棱间隙中熔体的粘度(Pa·s)，与材料、温度和转速有关；k为口模阻力系数，k_Q为流率与转速的比例系数。

当安装新口模时，加工的是前边加工过的材料，用户输入工控微计算机10产量(即当前值、工作值)、螺杆转速(即目标值)、升速时间工作参数，通过工控微计算机10计算出相应的值控制开关磁阻调速电动机8。开机时，开关磁阻调速电动机8按内定的螺杆转速开机值(一般10r/min以下)起动，当到达升速时间，螺杆转速达到目标值，输入产量当前值，工控微计算机10按公式(3)，计算出系数k_Q的值；输入产量工作值工控微计算机按输入产量工作值由公式(3)计算出螺杆转速，并控制螺杆达到此转速(工作值)。

当没有更换材料和口模19时，用户可利用工控微计算机10储存的升速时间工作参数(也可输入工控微计算机升速时间)，使螺旋挤出机自动工作。开机时，开关磁阻调速电动机8按设定的螺杆转速开机值起动，当到达升速时间，螺杆转速达到储存的螺杆转速工作值，自动挤出相应的产量工作值。

压力传感器T2的信号通过数据采集卡U3输入工控微计算机U4，其值实时显示，当过载时，压力传感器T2的信号大于额定值，工控微计算机U4控制开关磁阻调速电动机U1自动制动，螺杆挤出机螺杆1停止转动。可以起动反转退回，螺杆挤出机卸载。

温度传感器T1的信号通过数据采集卡U3输入工控微计算机U4，其值实时显示，按材料名称工控微计算机U4确定出加热温度，当加热温度过高或过低时，温度传感器T1的信号通过数据采集卡U3输送到工控微计算机U4，工控微计算机U4通过数据采集卡U3发信号，控制加热器Z1的起停。

料斗2内位移传感器T5的信号通过数据采集卡U3输入工控微计算机U4，其值实时显示，当料斗2内的料过少时，工控微计算机U4发出提示信号，若不加料，工控微计算机U4制动关磁阻调速电动机，停止加热器Z1。

按钮板上，特设按键有5个，分别是：(1)手动工作启动，手动按钮按下时，螺杆慢速转动。(2)半自动工作启动，半自动按钮按下时，挤出机按输入设定转速工作。(3)自动工作启动，自动按钮按下时，挤出机结合储存的数据自动控制工作状态。(4)停机，关断加热器，电机制动。(5)退回，电机反转。其中自动工作启动、停止与手动按钮开机、停机连锁控制。键盘U5的F1键可以设定为自动工作启动，F3设定为半自动工作启动，F4设定为手动工作启动，F8设定为退回，F12键设定为停机。

显示屏U6下拉式菜单实时显示开关磁阻调速电动机电流的大小、加热器Z1电流的大小、螺杆1转速、压力、产量、料斗内料的位置、产量计数、口模信息、材料信息、开机设置、停机设置、报警提示十二类信息，工控微计算机自动生成生产报表。

本实用新型的数控螺杆挤出机可以应用于螺杆挤出机系列的各种螺杆挤出机如双螺杆挤出机、塑料挤出机(包括吹塑成型挤出机)、橡胶挤出机、纺丝挤出机、玻璃挤出机、建筑材料(如空心砖)挤出机以及用于食品、药品的螺杆挤出机，挤出机可以是卧式、立式、两级式、级联式或阶式，整体式或分段式，行星齿轮式、排气式。

Claims (8)

1、数控螺杆挤出机，其特征在于：包括螺杆挤出机和工控微计算机，其特征在于：设置开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆挤出机，电机控制器连接开关磁阻调速电动机和工控微计算机，数据采集卡连接工控微计算机。

2、根据权利要求1所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的工控微计算机连接数据采集卡、电机控制器、键盘和显示屏，数据采集卡连接电动机控制器、手动按钮板，电动机控制器连接开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机连接螺杆挤出机，螺杆挤出机与传感器相连。

3、根据权利要求1所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的传动机构包括连轴器传动、齿轮传动、皮带轮带动齿轮传动、链轮带动齿轮传动中的一种或两种的结合。

4、根据权利要求3所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机(8)通过联轴器(7)与小齿轮(6)联结为一体，小齿轮(6)与大齿轮(5)啮合，大齿轮(5)连接螺杆(1)。

5、根据权利要求3所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机(8)通过联轴器(7)连接螺杆(1)。

6、根据权利要求3所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的传动机构是指开关磁阻调速电动机(8)通过联轴器(7)连接小齿轮(6)，小齿轮(6)与大齿轮(5)之间通过皮带(20)连接，大齿轮(5)连接螺杆(1)。

7、根据权利要求1或2所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的数据采集卡分别连接传感器、按钮板、电机控制器和工控微计算机。

8、根据权利要求1或4所述的数控螺杆挤出机，其特征在于：所述的开关磁阻调速电动机(8)安装在机身(13)上，开关磁阻调速电动机(8)通过联轴器(7)联结小齿轮(6)，小齿轮(6)与大齿轮(5)相啮合，大齿轮(5)与螺杆(1)相联结，螺杆(1)与轴承(3)联结，轴承(3)与轴承座(4)联结，轴承座(4)连接机身(13)，料筒(16)与机身(13)联结，料筒(16)内安装有温度传感器(18)，料筒(16)上方安装有料斗(2)，料斗(2)内安装有位移传感器(17)，压力传感器(15)安装在轴承座(4)上。

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