【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ） IN — 排氣螺桿第一階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） IIN — 排氣螺桿第二階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） 在計(jì)算 IN 、 IIN 時(shí)，可參考普通螺桿的驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法進(jìn)行。但這時(shí)還必須注意到他們之間還存在一些異同點(diǎn)。如第一計(jì)量段末的壓力是否為零，物料在到達(dá)第二階時(shí)是否處于基本熔融塑化的狀態(tài)等情況來(lái)考慮。 下表列出了部分排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 表 部分排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 螺桿直徑 sD (毫米 ) 長(zhǎng)徑比 轉(zhuǎn)速范圍 (轉(zhuǎn) /分 ) 生產(chǎn)率 (公斤 /時(shí) ) 驅(qū)動(dòng)功率 （千瓦） 加熱功率及分段數(shù) 加熱功率 分段數(shù) 45 25 50 60 30 120 90 30 12120 250 74 30 6 90 35 200 70180 3055 41 5 150 27 60200 75 6 ⑦ 軸向力的計(jì)算 螺桿的軸向力是擠出機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，它是由作用在螺桿上的兩個(gè)不同部分的力組成的：螺桿頭端膠料對(duì)螺桿的反壓力（膠料的靜壓力）作用在螺桿端面上引起的，即由擠出壓力引起的軸向力，稱為靜壓軸向力；在螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)膠料運(yùn)動(dòng)時(shí)，膠料對(duì)螺桿表面摩擦阻力的軸向分 力而引起的，稱為動(dòng)壓軸向力。 12p p p=+ () 式中： p — 軸向力， N； 1p — 靜壓軸向力， N； 2p — 動(dòng)壓軸向力， N。 靜壓軸向力可以按擠出壓力與螺桿的橫截面積來(lái)計(jì)算，即： 21 4DPPp= () 式中： P — 螺桿頭端膠料的擠出壓力， aMP D — 螺桿外徑， m.。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 動(dòng)壓軸向力主要取決于膠料的性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)壓軸向力要精確計(jì)算是困難的，以下的是半經(jīng)驗(yàn)公式： ( ) 239。22 39。Lp p D L i D S eSpp驏 247。231。= +231。 247。桫 () 式中： 39。p — 膠料移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力， ap ； L — 螺桿螺紋部分長(zhǎng)度， m ； i — 螺桿螺紋頭數(shù)； S — 螺紋的導(dǎo)程， m ； 39。e — 螺峰的軸向?qū)挾龋?m 。 在上式中，摩擦阻力 39。p 經(jīng)國(guó)內(nèi)測(cè)定：對(duì)排氣擠出機(jī)推薦采用： 39。 0. 4 ~ 0. 5 ap MP= () 實(shí)驗(yàn) 證明： 2p 僅為 1p 的 1/8~1/4，即： 21( 5 ~ )pp= 本設(shè)計(jì)中軸向力的確定： 22 0 . 0 9( 1 0 . 1 5 ) ( 1 0 . 1 5 ) 5 0 0 . 3 744aDp p M Ppp 180。= + = + 創(chuàng) = ⑧ 螺桿轉(zhuǎn)速的確定： 擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速是擠出機(jī)的重要參數(shù)，直接影響擠出機(jī)的生產(chǎn)率、功率、壓出半成品的質(zhì)量，機(jī)器的結(jié)構(gòu)等。下面是一些影響轉(zhuǎn)速的因素。 生產(chǎn)率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 從生產(chǎn)率 Q 的計(jì)算公式中可知，隨著轉(zhuǎn)速 n 的增加， 生產(chǎn)率 Q 也 上升。但轉(zhuǎn)速過(guò)高，生產(chǎn)率提高不多，而且膠料容易焦燒。 功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率也隨著增加，但功率隨轉(zhuǎn)速增加的速率是逐漸下降的。 機(jī)頭壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速 n 的增加，機(jī)頭壓力 P 略有增加。較大的機(jī)頭壓力可以提高半成品的致密度。但 n 增加時(shí)， P 的增加不大，所以轉(zhuǎn)速對(duì)提高致密度的效果并不顯著。 轉(zhuǎn)速 n 與膠料在機(jī)筒內(nèi)剪切、捏煉、塑化、升溫的關(guān)系 當(dāng) n 升高后，速度梯度增加，則膠料的撕裂、剪切、捏煉的效果好，塑化亦好。但 n 過(guò)高，發(fā)熱量過(guò)大，當(dāng)冷卻不好時(shí)，容易發(fā)生早期硫化。因此 n 的高低既影響半成品的質(zhì) 量，又影響擠出北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果能夠改善擠出機(jī)機(jī)筒和螺桿的散熱條件，就可以提高螺桿轉(zhuǎn)速 n。 螺桿的臨界轉(zhuǎn)速 在無(wú)旁壓輥的顆粒加料擠出機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，會(huì)使進(jìn)料困難，甚至加不進(jìn)料。加不進(jìn)料膠料時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速稱為螺桿的臨界轉(zhuǎn)速 n臨， 它可以根據(jù)膠料被螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力與其重力相等的條件來(lái)確定。 424n D=臨 () 式中： D — 螺桿直徑，厘米。 轉(zhuǎn)速 n 與傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系 螺桿轉(zhuǎn)速越低，傳動(dòng)系統(tǒng)的減速比就越大，使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速 最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速 n 可以通過(guò)下式計(jì)算： 1ncD= () 式中： n — 螺桿的最佳轉(zhuǎn)速， /minr ； D — 螺桿直徑 ， mm； c — 系數(shù)，排氣擠出機(jī) 820c= ，膠料流動(dòng)性差時(shí)， c 值應(yīng)相應(yīng)減少。 排氣擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速與螺桿長(zhǎng)徑比有一定的關(guān)系，螺桿長(zhǎng)徑比大，轉(zhuǎn)速允許范圍大，以保證膠料在擠出機(jī)內(nèi)停留足夠的時(shí)間。 11 8 2 0 8 6 / m in90n c rD= = ?轉(zhuǎn) 速 參考國(guó)內(nèi)外同類的擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，確定螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，即正常工作時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速為 75/minr ， 有效工作的螺桿轉(zhuǎn)速范圍是 0 ~ 75 / minr 。 第 4． 2節(jié) 設(shè)計(jì)排氣螺桿 擠出機(jī)螺桿的基本參數(shù) （ 1） 螺桿的直徑 Ds ： Ds 指螺桿的外經(jīng)，它是擠出機(jī)規(guī)格大小的標(biāo)志； （ 2） 螺桿的長(zhǎng)度 L 和長(zhǎng)徑比 /LDs ：螺桿的長(zhǎng)度 L 是指螺桿的有效工作長(zhǎng)度，即自螺桿加料段螺紋部分至均化段長(zhǎng)度的末端的長(zhǎng)度。 （ 3） 螺桿的螺槽深度 H 和壓縮比 I:螺桿的螺槽深度是指螺紋的外半徑與其根部半徑之差 。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 螺桿的壓縮段比（又稱為幾何壓縮比） I 是指螺桿加料段第一個(gè)螺槽容積和均化段最后一個(gè)螺槽的容積之比。 （ 4）螺桿的螺紋升程（又稱為導(dǎo)程）、螺紋升角、螺紋頭數(shù)和螺距 排氣螺桿的設(shè)計(jì)的基本參數(shù)有：螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、螺桿的特征深度、壓縮比、排氣段的螺槽深度及排氣段的長(zhǎng)度、螺桿的轉(zhuǎn)速及螺桿各段長(zhǎng)度的分配等。 在設(shè)計(jì)并確定排氣螺桿的這些基本工作特性參數(shù)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)理論計(jì)算、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)資料的累積。同時(shí)還應(yīng)考慮到所加工的原料的工藝條件、排氣過(guò)程的特殊要求及所配的機(jī)頭口模結(jié)構(gòu)類型等因素。 （ 1） 長(zhǎng)徑比 整條排氣螺桿的有效工作長(zhǎng)度 L 與螺桿的直徑 sD 的比值即為排氣螺桿的長(zhǎng)徑比（ L/ sD ）。 在普通擠出機(jī)上，由于物料是經(jīng)過(guò)塑化和均化后即進(jìn)行擠出成型，而排氣擠出機(jī)的物料是在經(jīng)過(guò)第一階螺桿的基本塑化后，還要在排氣段進(jìn)行排氣，而排氣后的物料再經(jīng)第二階螺桿擠出。因此，它的長(zhǎng)徑比都比普通螺桿的大。 在確定螺桿的長(zhǎng)徑比時(shí)，應(yīng)注意到，如選得太小，則物料在第一階中有可能達(dá)不到基本塑化的程度，這將影響到排氣效果。而長(zhǎng)徑比過(guò)大，又容 易使螺桿彎曲變形，且使制造帶來(lái)困難。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求而定。目前國(guó)內(nèi)部分排氣擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比如下表所示。 表 目前國(guó)內(nèi)部分排氣擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比 螺桿直徑 (毫米 ) 45 65 90 90 150 150 長(zhǎng)徑比（ L/ sD ） 25 26 25 30 27 30． 7 （ 2） 排氣螺桿的螺槽特征深度 排氣螺桿第一計(jì)量段的螺槽深度 1h 稱為它的特征深度，一般用 1h =K sD 來(lái)表示。式中 sD 是螺桿直徑（厘米）， K 是系數(shù)。 第一計(jì)量段的螺槽深度影響著生產(chǎn)能力 1Q ，因此在螺桿直徑等已確定的情況下，可根據(jù)生產(chǎn)能力 1Q 的要求，來(lái)確定第一計(jì)量段的螺槽深度 1h 的大小。 對(duì)于系數(shù) K 來(lái)說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)有排氣擠出機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在直徑相同 的情況下，長(zhǎng)徑比較大的則對(duì)應(yīng)著較大的 K 值。 根據(jù)資料介紹， 1h ? sD 左右，對(duì)一般排氣擠出機(jī)來(lái)說(shuō)，可取 K? 。 （ 3） 排氣螺桿的壓縮比 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 排氣式螺桿在第一、第二階均有壓縮段和壓縮比。而且這兩段的壓縮比是有所不同的。因?yàn)槲锪显谶@兩個(gè)壓縮段中的狀態(tài)有所不同。在第一壓縮段中，物料還未被塑化，而在第 二壓縮段時(shí)，物料已經(jīng)基本塑化并已經(jīng)通過(guò)脫氣。因此在選取和計(jì)算這兩段的壓縮比時(shí)，應(yīng)根據(jù)它的所處的狀態(tài)和所對(duì)應(yīng)的物料密度來(lái)考慮。 （ 4） 排氣段各參數(shù)的確定 衡量排氣擠出機(jī)的優(yōu)劣的質(zhì)量指標(biāo)之一是排氣效果的好壞。排氣純粹是一個(gè)物理過(guò)程。當(dāng)氣體從熔融物料中排出時(shí)，必須克服熔體表面的張力和氣體從熔體向表面擴(kuò)散的阻力。 影響排氣段排氣效果的因素很多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，排氣段的流量、物料在排氣段的充滿程度、排氣段的長(zhǎng)度、物料在排氣段的停留時(shí)間以及物料在排氣段所承受的剪切應(yīng)變等，都直接關(guān)系到排氣段的排氣效果。 排氣段中的物料流量大，則 排氣效率低；物料在排氣段停留的時(shí)間長(zhǎng)，則排氣率高；物料在排氣段充滿程度大，則排氣效率低；物料在排氣段所承受的剪切變形大，則排氣效率高；排氣段較長(zhǎng)時(shí)排氣效率亦高。 （ 5）排氣螺桿各段長(zhǎng)度的分配 ① 第一階螺桿的長(zhǎng)度 排氣螺桿在第一階的長(zhǎng)度應(yīng)保證物料在進(jìn)入排氣段前已基本塑化。在一般情況下，其長(zhǎng)度約為螺桿全長(zhǎng)的 5358%，最長(zhǎng)亦不超過(guò)全長(zhǎng)的 2/3。對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的排氣螺桿，這一百分比可取較小的值。 ② 第一加料段的長(zhǎng)度 第一加料段長(zhǎng)度可取第一階螺桿長(zhǎng)度的 6065%。 ③ 第一、二壓縮段長(zhǎng)度 因物料在第二壓縮段 中已熔融，故第二壓縮段長(zhǎng)度一般不大于 2 sD 。 ④ 第一、二計(jì)量段長(zhǎng)度 第一計(jì)量段長(zhǎng)度可取為第一階螺桿全長(zhǎng)的 2530%。根據(jù)資料介紹，第一計(jì)量段長(zhǎng)度不少于 3 sD 。 在可能的情況下，為保證擠出過(guò)程的穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)脑黾拥诙?jì)量段的長(zhǎng)度是可行的。一般認(rèn)為，它可取整體排氣螺桿長(zhǎng)度的 1525%。對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的螺桿，這一百分比還可取得大些。第二計(jì)量段與第一計(jì)量段的長(zhǎng)度比可為 。 ⑤ 減壓段長(zhǎng)度 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 減壓段長(zhǎng)度一 般不大于 1 sD 。 表 國(guó)內(nèi)外部分排氣擠出機(jī)螺桿的參數(shù) sD L/ sD 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7L 8L 0h 1h vh 2h 30 18 2 3 2 45 25 5 4 3 1 5 1 5 6 2 3 2 60 18 3 8 3 11 110 20 18 9 18 9 115 26 9 1 4 1 6 1 4 18 4 150 24 5 5 16 3 150 27 12 1 15 4 20 60 30 9 3 4 1 4 2 7 9 3 90 24 9 2 3 1 4 1 4 11 3 90 24 7 2 5 1 4 1 4 11 3 60 24 9 5 5 7 2 60 46 4 1 5 2 4 8 3 115 24 6 1 2 2 5 12 3 第 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 螺桿和機(jī)筒共同組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。完成對(duì)物料的固體輸送、熔融和定壓定量輸送。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式 關(guān)系到熱量的穩(wěn)定性和均勻性，并且對(duì)于一些新型的擠壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)筒在加料段上的機(jī)構(gòu)形式也影響到固體輸送效率。機(jī)筒的機(jī)械加工使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的工作性能。因此，機(jī)筒在擠壓系統(tǒng)中是僅次于螺桿的重要零部件。 普通擠出機(jī)機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)的有三種，分別為：整體式機(jī)筒、分段式機(jī)筒 和雙金屬機(jī)筒。 （ 1） 整體式機(jī)筒 圖 所示為整體式機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式之一。其特點(diǎn)是長(zhǎng)度大、加工要求比較高；在加工精度和裝配精度上容易得到保證（特別式螺桿和機(jī)筒的同心度要求），也可簡(jiǎn)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 化裝配工作；在機(jī)筒上設(shè)置外加熱器不易受到限制，機(jī)筒受 熱均勻。一般專業(yè)制造廠用的比較多。但是機(jī)筒的加工設(shè)備要求較高，技術(shù)加工要求也較高；機(jī)筒內(nèi)表面磨損不易修復(fù)。 圖 整體式機(jī)筒 （ 2） 分段式機(jī)筒 分段式機(jī)筒如圖 所示，是將機(jī)筒分成幾段加工，然后各段用法蘭或其它形式聯(lián)結(jié)起來(lái)。 圖 分段式機(jī)筒 這種機(jī)筒形式的機(jī)械加工比整體式簡(jiǎn)單，便于改變長(zhǎng)徑比。多用于需要改變長(zhǎng)徑比或?qū)嶒?yàn)室用的擠出機(jī)以及排氣時(shí)擠出機(jī)的機(jī)筒，使機(jī)筒結(jié)構(gòu)更加合理。 這種機(jī)筒的主要缺點(diǎn)是分段太多時(shí)難以保證各段的對(duì)中；法蘭聯(lián)結(jié)處影響了機(jī)筒的加熱均勻性。 （ 3） 金屬機(jī)筒 雙金屬機(jī)筒 主要結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種襯套式機(jī)筒；另一種實(shí)在機(jī)筒上澆鑄一層合金箔層，簡(jiǎn)稱為澆鑄式機(jī)筒。 ① 襯套式機(jī)筒 襯套是機(jī)筒一般是在大中型擠出機(jī)的機(jī)筒內(nèi)裝配上可以更換的合金鋼襯套。襯套可制作成整體式或分段式的形式。分段式襯套制作方便一些。機(jī)筒是用一般的碳素鋼或鑄鋼材料。