雙螺桿擠出機(jī)加料裝置的設(shè)計(jì).doc

-1-1雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)概述1.1雙螺桿擠出機(jī)概述隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高分子材料成型和混合工藝提出了越來(lái)越多和越來(lái)越高的要求，單螺桿擠出機(jī)在某些方面就不能滿足這些要求。例如：用單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行填充改性和加玻璃纖維增強(qiáng)改性等，混合分散效果就不理想。另外，單螺桿擠出機(jī)尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應(yīng)聚合物加工中混合工藝的要求，特別是硬聚氯乙烯粉料的加工，雙螺桿擠出機(jī)自20世紀(jì)30年代后期在意大利開發(fā)出來(lái)以后，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不斷改進(jìn)和完善，得到了很大的發(fā)展。在國(guó)外，目前雙螺桿擠出機(jī)已廣泛應(yīng)用于聚合物加工領(lǐng)域，已占全部擠出機(jī)總數(shù)的40。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機(jī)加工成型的。作為連續(xù)混合機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)已廣泛用來(lái)進(jìn)行聚合物共混、填充和增強(qiáng)改性，也有用來(lái)進(jìn)行反應(yīng)擠出。近20年來(lái)，高分子材料共混和反應(yīng)擠出技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了雙螺桿擠出機(jī)數(shù)量和類型的增加。1.1.1雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類雙螺桿擠出機(jī)由傳動(dòng)裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個(gè)部分組成，各部件的作用與單螺桿擠出機(jī)相似。與單螺桿擠出機(jī)區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機(jī)中有兩根平行的螺桿置于同一的料筒中。雙螺桿擠出機(jī)有許多種不同的形式，主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機(jī)復(fù)雜得多，這是因?yàn)殡p螺桿擠出機(jī)的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向，嚙合程度等問(wèn)題。目前，雙螺桿有許多種類型，其主要可以分為：.從螺桿軸線是否平行可分為平行式和錐形式雙螺桿；前者兩根螺桿的軸線互相平行，后者兩螺桿的軸線相交成一角度。平行雙螺桿擠出機(jī)相比較于錐形雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：平行雙螺桿擠出機(jī)具有壓延長(zhǎng)度較大，壓延有強(qiáng)烈的塑化與均化能力的效果，而且螺桿平均直徑小，轉(zhuǎn)速較低，因此，平均剪切速率也較低，壓延頻率高，有效停留時(shí)間并不低于錐形螺桿。.從兩根螺桿的相對(duì)位置又可以分為嚙合型和非嚙合型，嚙合型又可以分為部分嚙合型和全嚙合型。非嚙合型的一根螺桿的螺棱不伸到另一根螺桿的螺槽中去，而非嚙合型則是兩根螺桿的軸線分開的距離小于兩根螺桿外半徑之和，即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中去。根據(jù)嚙合程度（即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中的深淺程度），嚙合型又可以分為部分嚙合和全嚙合型。.從螺桿旋轉(zhuǎn)方向的不同，可以分為同向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)。顧名思義，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿的-2-旋轉(zhuǎn)方向相同，異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向相反。它可以是向內(nèi)旋轉(zhuǎn)或向外旋轉(zhuǎn)。1.1.2雙螺桿擠出機(jī)的工作原理雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)盡管與單螺桿擠出機(jī)很相似，但工作原理差異卻很大。在雙螺桿擠出機(jī)中，物料由加料裝置（一般為定量加料）加入，經(jīng)螺桿作用到達(dá)機(jī)頭口模。在這一過(guò)程中，物料的運(yùn)動(dòng)情況因螺桿的嚙合方式、旋轉(zhuǎn)方向不同而不同。、非嚙合型雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在非嚙合雙螺桿擠出系統(tǒng)中，除了向機(jī)頭方向的運(yùn)動(dòng)形式外，還有多種流動(dòng)方式。由于兩螺桿不嚙合，它們之間的徑向間隙很大，存在較大的漏流。主要流動(dòng)方式：由于兩螺桿的螺棱的相對(duì)位置是錯(cuò)開的，即一根螺桿的推力面的物料壓力大于另一螺桿拖帶面的物料壓力，從而產(chǎn)生了流動(dòng)。物料從壓力較高的螺桿推力面向另一螺桿拖帶面的流動(dòng)，同時(shí)隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，在兩螺桿的間隙處物料不斷受到攪動(dòng)并被不斷帶走、更新（不論兩螺桿的轉(zhuǎn)向如何），特別是在異向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，物料在處受到阻礙，產(chǎn)生了流動(dòng)。多種物料的流動(dòng)形式（包括由于在兩根螺桿的相互作用下產(chǎn)生的各種流動(dòng)）都增加了對(duì)物料的混煉和剪切。但這種雙螺桿沒(méi)有自清潔作用，一般僅用于混料，不適合PVC型材的生產(chǎn)。、嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出系統(tǒng)的全螺紋段的流動(dòng)情況。由于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合位置的速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿要把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿轉(zhuǎn)到另一個(gè)螺桿，呈形前進(jìn)，這種速度的改變以及嚙合區(qū)較大的相對(duì)速度，非常有利于物料混合和均化，由于嚙合區(qū)間隙很小，嚙合處螺紋和螺槽的速度相反，剪切速度高，有很好自潔作用，即能刮去粘附在螺桿上的任何積料，從而使物料的停留時(shí)間很短。這種擠出機(jī)主要用于混煉物料和造粒。但由于物料在嚙合區(qū)間所受剪切力很大，所以也不適應(yīng)PVC型材的生產(chǎn)。、嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)中物料的運(yùn)動(dòng)情況。在嚙合型異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出中，兩根螺桿是對(duì)稱的，由于回轉(zhuǎn)方向不同，一根螺桿上物料螺旋前進(jìn)的道路被另一根螺桿的螺棱堵，不能形成“”字型運(yùn)動(dòng)。在固體輸送部分，物料是以近似的密閉“”形小室的形態(tài)向前輸送。但為了使物料混合設(shè)計(jì)中將一根螺桿的外徑與另一根螺桿的根徑之間留有一定的間隙量，以便使物料能夠通過(guò)。-3-物料通過(guò)兩螺桿之間的徑向間隙時(shí)，受到強(qiáng)烈的剪切、攪拌和壓延作用，因此，物料的塑化比較好，多用于加工制品。由于兩螺桿的徑向間隙比較小，因此，有一定的自潔性能，但自潔性比同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿要差。1.2擠出機(jī)整體方案設(shè)計(jì)近年來(lái)，雙螺桿擠出機(jī)得到了迅速的發(fā)展，但由于雙螺桿擠出機(jī)的復(fù)雜性和種類的多樣性，以及雙螺桿理論的不成熟，所以至今還沒(méi)看到有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較系統(tǒng)的文獻(xiàn)，因此對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)更多地只能停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)然，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是必須服從擠出工程的基本規(guī)律的，所以由此所進(jìn)行的有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)是具有一定的科學(xué)性與理論性的。雙螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用，都是以機(jī)組的的形式出現(xiàn)。擠出機(jī)組包括主機(jī)（即通常說(shuō)的擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)。因而就雙螺桿擠出機(jī)的總體設(shè)計(jì)而言，它可以包括主機(jī)（螺桿擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)的設(shè)計(jì)，也可以單指主機(jī)的設(shè)計(jì)。因此雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括雙螺桿擠出機(jī)類型的確定，整體方案的確定，主要技術(shù)參數(shù)的確定，擠壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。1.2.1開式設(shè)計(jì)和閉式設(shè)計(jì)的選擇所謂開式設(shè)計(jì)，一般指雙螺桿擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)、冷卻加熱系統(tǒng)都裸露在外面，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是各部分出現(xiàn)故障時(shí)，檢查、維修及拆裝比較方便，也一目了然。嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)大多采用這種設(shè)計(jì)。所謂閉式設(shè)計(jì)，其擠壓、冷卻加熱系統(tǒng)的外面都有罩子，其余各部分有時(shí)也封閉起來(lái)，本設(shè)計(jì)中采用開式設(shè)計(jì)。1.2.2一階機(jī)和二階機(jī)的選擇所謂一階機(jī)，是指主機(jī)只有一個(gè)擠壓系統(tǒng)，包括一套螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng)箱；而二階機(jī)是指主機(jī)有兩個(gè)擠壓系統(tǒng)，包括兩套螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng)箱，柔性串起來(lái)組成主機(jī)。就目前見(jiàn)到、用于成型制品的雙螺桿擠出機(jī)組的主機(jī)多是一階的，如嚙合平行異向雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)。用于配混料造粒的嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)有的情況下設(shè)計(jì)成二階的，其第一階用來(lái)塑化、混合物料，第二階用來(lái)建壓、擠出造粒。本設(shè)計(jì)中以采用一階式為宜。1.2.3整體式和積木式的選擇一般嚙合異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)（也有例外）和錐形雙螺桿擠出機(jī)都是整體式，即其各大組成部分（螺桿、機(jī)筒、減速箱）在使用中不再拆開并進(jìn)行重新組合安裝。國(guó)外流行的嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)絕大多數(shù)都設(shè)計(jì)成積木式的，即其-4-機(jī)筒、螺桿有若干組件組成，可根據(jù)使用需要進(jìn)行重新組合安裝。也有的廠家生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，除了其機(jī)筒、螺桿是組合式外，其扭距分配器和齒輪箱做成積木式，通過(guò)更換扭距分配器可以將雙螺桿擠出機(jī)改變成異向旋轉(zhuǎn)或同向旋轉(zhuǎn)；去掉扭距分配器，其齒輪箱還可以與單螺桿擠壓系統(tǒng)相接，組成單螺桿擠出機(jī)。本設(shè)計(jì)中采用整體式設(shè)計(jì)。1.2.4封閉式機(jī)筒與剖分式機(jī)筒的選擇雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒有的是整體式的，有的是由若干段組成，但機(jī)筒均不能打開分成兩段，它們是封閉的。因此，要想了解擠出過(guò)程中物料沿螺桿的輸送、混合、反應(yīng)情況，只有停轉(zhuǎn)將機(jī)筒通過(guò)水驟冷，然后把螺桿抽出來(lái)才能看清楚。這樣很不方便，有時(shí)為了會(huì)破壞過(guò)程反應(yīng)的原貌。為了克服上述缺點(diǎn)，人們把雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒做成剖分式，停車?yán)鋮s后靠液壓系統(tǒng)或手動(dòng)機(jī)械打開，觀察取樣，進(jìn)