【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 給企業(yè)帶來(lái)的危害、給行業(yè)帶來(lái)的負(fù)面影響，因而，不斷加大了技術(shù)投入，紛紛在科技創(chuàng)新上做文章，進(jìn)入了技術(shù)層面的競(jìng)爭(zhēng)。 (2)從數(shù)量擴(kuò)張為主，向質(zhì)量提升轉(zhuǎn)變。大多數(shù)企業(yè)更加注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，更加注重提升產(chǎn)品質(zhì)量，按照優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、低耗、安全、清潔生產(chǎn)的要求，以自主創(chuàng)新提高產(chǎn)品的科技含量，以嚴(yán)格的質(zhì)量管理確保產(chǎn)品質(zhì)量。 (3)從低端產(chǎn)品為主，向中、高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。全行業(yè)加快了以技術(shù)為支撐、市場(chǎng)為導(dǎo)向的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，加大了中 、高端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)力度，在自主研發(fā)的新產(chǎn)品中，一批高精、高速、高效的新產(chǎn)品不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，還達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平；有些新產(chǎn)品還突破了國(guó)外技術(shù)壟斷，進(jìn)入世界塑機(jī)行業(yè)的前列。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 (4)從主機(jī)生產(chǎn)為主，向主機(jī)和功能部件協(xié)調(diào)發(fā)展、協(xié)同創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。例如，在注塑機(jī)生產(chǎn)方面，在格外重視主機(jī)生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，也十分重視注塑機(jī)的關(guān)鍵部件 ─ 螺桿等部件的創(chuàng)新，力求提高整機(jī)的全面創(chuàng)新水平和科技含量。 (5)從滿足國(guó)內(nèi)需求為主，向加快走進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)轉(zhuǎn)變。我國(guó)塑機(jī)行業(yè)在基本滿足國(guó)內(nèi)需求的同時(shí)，加快了“走出去”步伐。 2021 年，我 國(guó)塑機(jī)出口大幅提升，出口總額超過(guò) 億美元，出口國(guó)家和地區(qū)達(dá)到了 120 多個(gè)，創(chuàng)造了歷史新高。 面對(duì)國(guó)內(nèi)外環(huán)境的錯(cuò)綜復(fù)雜，物價(jià)上漲的壓力繼續(xù)增大，以及行業(yè)經(jīng)濟(jì)素質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性矛盾疊加共振的新情況、新問(wèn)題，全國(guó)塑機(jī)行業(yè)振奮精神，迎難而上，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，扎實(shí)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，行業(yè)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)朝著宏觀調(diào)控的預(yù)期目標(biāo)和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，整體經(jīng)濟(jì)形勢(shì)保持了協(xié)調(diào)健康快速發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)。 課題研究?jī)?nèi)容 課題研究的主要內(nèi)容：一臺(tái)擠出機(jī)通常有主機(jī)，輔機(jī)及控制系統(tǒng)組成，通常這些組成部分通稱擠出機(jī)組。 塑料擠出機(jī)的主機(jī)是擠塑機(jī)，它由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。 擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料斗、機(jī)頭、和模具，塑料通過(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過(guò)程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機(jī)頭。 （ 1） 螺桿 是擠塑機(jī)的最主要部件，它直接關(guān)系到擠塑機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率，由高強(qiáng)度耐腐蝕的合金鋼制成。 （ 2） 機(jī)筒 是一金屬圓筒，一般 用耐熱、耐壓強(qiáng)度較高、堅(jiān)固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。機(jī)筒與螺桿配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和壓實(shí)，并向成型系統(tǒng)連續(xù)均勻輸送膠料。一般機(jī)筒的長(zhǎng)度為其直徑的 15～ 30 倍，以使塑料得到充分加熱和充分塑化為原則。 （ 3） 料斗 料斗底部裝有截?cái)嘌b置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標(biāo)定計(jì)量裝置。 （ 4） 機(jī)頭和模具 機(jī)頭模具不在該課題研究范圍之內(nèi)。 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，供給螺桿在擠出過(guò)程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動(dòng)機(jī)、減速器和軸承等組成。 加熱與冷卻是塑料擠出過(guò)程能夠進(jìn)行的必要條件。 （ 1） 現(xiàn)在擠塑機(jī)通常用的是電加熱，分為電阻加熱和感應(yīng)加熱，加熱片裝于機(jī)身、機(jī)脖、機(jī)頭各部分。加熱裝置由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 之升溫，以達(dá)到工藝操作所需要的溫度。 （ 2） 冷卻裝置是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設(shè)置的。具體說(shuō)是為了排除螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，以避免溫度過(guò)高使塑料分解、焦燒或定型困難。機(jī)筒冷卻分為水冷與風(fēng)冷兩種，一般中小型擠塑機(jī)采用 風(fēng)冷比較合適，大型則多采用水冷或兩種形式結(jié)合冷卻；螺桿冷卻主要采用中心水冷， 目的是增加物料固體輸送率，穩(wěn)定出膠量，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量；但在料斗處的冷卻，一是為了加強(qiáng)對(duì)固體物料的輸送作用，防止因升溫使塑料粒發(fā)粘堵塞料口，二是保證傳動(dòng)部分正常工作。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2 章 塑料擠出機(jī)主機(jī)總體布局設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)方式的確定 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 根據(jù)： ； ； ； ； 。 分析可知： ； 。 亦即三相異步整流子電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。下面對(duì)于兩種電機(jī)的工作特性用圖線形式給以描述，如圖 21所示 （ a） （ b） 圖 21兩種電機(jī)工作特性曲線 通過(guò)分析電動(dòng)機(jī)特性及滿足要求等方面得到以下結(jié)論 三相異步整流子電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線與計(jì)出機(jī)的工作特性曲線相近，采用 它做原動(dòng)機(jī)，能夠保證有較高的功率因素與效率，而且這種電機(jī)啟動(dòng)性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)性能穩(wěn)定，但當(dāng)調(diào)速范圍大于 1/3 時(shí)，電動(dòng)機(jī)體積明顯加大，成本也相應(yīng)大提高，同時(shí)擠出機(jī)的工作環(huán)境粉塵大，調(diào)速范圍大，因此不選用此種電機(jī)。 由圖 21 可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍廣，啟動(dòng)也較穩(wěn)定，具有兩種哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 調(diào)速方法的特點(diǎn)，使其能夠得到充分的利用，擠出機(jī)擠出口塑料要求在冷卻時(shí)有一定的牽引力，這就要求牽引速度與擠出機(jī)的擠出速度有一定的比例，要求牽引速度與擠出速度之間形成反饋，用直流電動(dòng)機(jī)能滿足這個(gè)要求。 綜上所述，采用直流電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為 Z41322；此種電機(jī)空間利用率高，換向良好，具有體積小，性能好，重量輕，輸出功率大，效率高，及可靠性高的特點(diǎn)，其安裝尺寸及外型尺寸如下 表 21 Z41322 外形及安裝尺寸 安裝尺寸 A B C D E F CE H K 216 405 89 38 80 10 5 132 12 外形尺寸 AB AC AD HD L L1 260 295 240 527 669 864 運(yùn)動(dòng)情況分析 根據(jù)國(guó)內(nèi)外常用情況、工作機(jī)構(gòu)的工作機(jī)械特性、調(diào)速情況、性能參數(shù)、工作情況以及選用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍 和類型；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，尺寸，重量和布置的要求；工作環(huán)境高溫，低溫，潮濕，腐蝕，易燃等制造工藝性能和經(jīng)濟(jì)要求，制造維修費(fèi)用，生產(chǎn)批量，使用壽命。 根據(jù)以上情況與特點(diǎn)，選擇兩種傳動(dòng)方案 （ 1）電機(jī) 三角帶 行星齒輪減速器 螺桿； （ 2）電機(jī) 聯(lián)軸器 減速器 螺桿。 分析兩種傳動(dòng)方案 ，它靠中間的撓性體（皮帶）與帶輪之間的摩擦力傳遞功率，皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，吸振性好，噪音小，傳動(dòng)中心距大，具有過(guò)載保護(hù)。 ，傳動(dòng)鏈短，效率 高，但無(wú)過(guò)載保護(hù)。 結(jié)論：根據(jù)擠出機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，要求工作平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低，恒扭矩等，故選擇方案 a 較合適。 總體布置 傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式多為三種，其一為電動(dòng)機(jī)放于擠出機(jī)后面，與擠出系統(tǒng)成一字式排列；其二為電動(dòng)機(jī)放于擠出系統(tǒng)下面；其三為大中規(guī)格擠哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 出機(jī)的常用形式，此次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)為小型擠出機(jī)，故要求占地面積小，外形美觀，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝維修方便。綜上所述經(jīng)比較，選擇第二種布置形式最佳，其外形輪廓如圖 22 所示。 圖 22 擠出機(jī)總體布置圖 擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)是擠出 機(jī)的主要組成部分之一，它的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下獲得所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速，以完成對(duì)塑料的塑化和輸送。 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮如下幾個(gè)方面的問(wèn)題 螺桿的驅(qū)動(dòng)功率和傳動(dòng)扭矩，螺桿的轉(zhuǎn)速范圍及調(diào)節(jié)方法，螺桿的軸承布置，傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件及強(qiáng)度計(jì)算，各部件的布置是否合理，傳動(dòng)系統(tǒng)是否使用可靠和符合所規(guī)定的噪音標(biāo)準(zhǔn)，操作和維修是否安全方便等。 擠出機(jī)的工作特性 它是指螺桿的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)功率和扭矩之間的關(guān)系，下圖為擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線（其中 AB 為恒扭矩段， BC 為恒 功率段）。 從圖中 23 可以看出擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率的消耗是隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加的。 直線的斜率表示扭矩 Mt ， Mt 是不變的，擠出機(jī)的這種隨螺桿的轉(zhuǎn)速 n的增加而其扭矩不變的特性，稱之為恒扭矩特性。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 0123456N/kN5 10 15 20 25 30 35 40AB Cn/r/m in 圖 23 擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線 根據(jù)公式 [1] N＝ k? nx （ 21）式中 N— 功率， kW ； K— 常數(shù)（與螺桿幾何參數(shù)有關(guān)）； N— 螺桿參數(shù)； x— 指數(shù)， x＝ 1； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明：擠出機(jī)的功率的增加與轉(zhuǎn)速近似成正比，擠出機(jī)的工作特性基本上是恒扭矩的。 擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的確定 由于擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率受很多因素的影響，至今還沒(méi)有一個(gè)比較精確的方法確定，一般采用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率 [1] N＝ K nDs ?? 2 （ 22） 式中 N— 擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率， kW； sD — 螺桿直徑， cm； N— 螺桿轉(zhuǎn)速， r/min； K— 系數(shù)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析確定， sD ? 90mm 時(shí)， K＝ 對(duì)于 SJ－ 65 擠出機(jī)則有 N＝ ? ? （ 15－ 90） 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 ＝ － 考慮到擠出機(jī)的各種損耗，決定選用 Z41322 型直流電動(dòng)機(jī)（證明前面的選擇正確），該電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如表 22 所示 表 22 Z41322 型直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 額定 功率 kW 額定 轉(zhuǎn)速 r/min 弱磁 轉(zhuǎn)速 r/min 電極 電流 A 勵(lì)磁 功率 w 效率 （％） 慣量矩 kg/m2 重量 kg 15 1510 2500 730 160 擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速要求及其調(diào)速范圍 擠出機(jī)的 轉(zhuǎn)速要求有兩方面，一是能無(wú)級(jí)調(diào)速，另外是應(yīng)有一定的調(diào)速范圍，前者是為了控制擠出質(zhì)量及輔機(jī)的配合一致，后者是針對(duì)擠出機(jī)應(yīng)具有適應(yīng)各種加工條件情況而提出來(lái)的，要達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的控制除可通過(guò)控制溫度，壓力等條件來(lái)實(shí)現(xiàn)外，其中一個(gè)重要方面是靠改變螺桿的轉(zhuǎn)速來(lái)控制的，以上這幾個(gè)方面就要求螺桿轉(zhuǎn)速能在一定范圍內(nèi)任意改變。 所謂擠出機(jī)的調(diào)速范圍就是指螺桿的最高轉(zhuǎn)速與最底轉(zhuǎn)速之間的比值，轉(zhuǎn)速范圍的確定是很重要的，因?yàn)樗苯佑绊懙綌D出機(jī)所能加工的物料和產(chǎn)品的范圍，機(jī)器的生產(chǎn)率，功率的消耗，制品的質(zhì)量，設(shè)備的成本和操作 是否方便等。 對(duì)于 擠 出機(jī)，調(diào)速范圍應(yīng)為 [1] K=nmax /nmin （ 23） K =90/15=6 傳動(dòng)系統(tǒng)的組成、形式、調(diào)速方式 擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)通常是由原動(dòng)機(jī)（如電機(jī)等），調(diào)速裝置和減速裝置組成，這三者之間是緊密相聯(lián)的，如有些原動(dòng)機(jī)其本身即可 調(diào)速，也有調(diào)速裝置與減速裝置合在一起的。 1．原動(dòng)機(jī) 根據(jù)分析，采用直流電機(jī) Z41322[8] 采用電動(dòng)機(jī)本身無(wú)級(jí)調(diào)速，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，得到的是恒扭矩調(diào)速；改變勵(lì)磁電壓時(shí)，得到的是恒功率調(diào)速。隨著轉(zhuǎn)速的增加而其功率不變而扭矩相應(yīng)的減小，擠出機(jī)便市利用了直流電動(dòng)機(jī)的這種調(diào)速方法的特點(diǎn)。 考慮到傳動(dòng)比與結(jié)構(gòu)，選用擺線針輪減速器，擺線針輪減速器的特點(diǎn)如下 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 1) 傳動(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá) 6119； 2) 體積小，重量輕； 3) 效率高； 4) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低； 5) 工作 可靠，壽命長(zhǎng)。 擺線針輪減速器原理如圖 24 所示 圖 24 擺線針輪減速器工作原理圖 （ a） 傳動(dòng)比的確定 直流電動(dòng)機(jī) n額 =1500r/min 螺桿 n螺 =1590r/min 故有總減速比為 i=1500/90 = （ b） 傳動(dòng)比的分配 對(duì)電機(jī) 皮帶 減速器的傳動(dòng)方案而言，選取 I1 = I1 為皮帶的傳動(dòng)比 I2 =11 I2 為減速器的傳動(dòng)比 （ c）帶的選擇 [4] (1)確定計(jì)算功率 Pca 由表 86 查得工作情況系數(shù) KA =,則有 Pca =K A P? （ 24） Pca=? 15= (2)選取普通 V帶型號(hào) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 據(jù) Pca = 及 n1 =1500r/min 由圖 811 確定選用 B 型帶。 (3)定帶輪的基準(zhǔn)直徑 由表 83可知 V帶輪的最小直徑 Dmin =140mm,故取主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑為 D1 =180mm 根據(jù)式 815，從主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑應(yīng)為 D2 =D1 ? I=180? =270mm （ 25）