【正文】 ，熱機(jī)筒的熱量就會(huì)傳導(dǎo)至該段，因此冷卻不充分，不但未能增大物料與機(jī)筒之間的摩擦系數(shù) ，反而有可能在一定的條件下，雖然機(jī)筒表面溫度未達(dá)到物料的熔點(diǎn)，但物料在摩擦熱作用下便已經(jīng)融化了，固體輸送率會(huì)更低。這時(shí)，擠出量受機(jī)頭壓力影響較大，而與粘度有關(guān)。由于種種原因它們相互影響。此外，由于塑料在螺桿上熔融起始點(diǎn)的位置不僅決定于機(jī)筒的熱傳導(dǎo)情況、剪切熱產(chǎn)生的情況和塑料的熱性能，而且還直接決定于塑料的壓縮狀態(tài)，即決定于壓縮點(diǎn)達(dá)到位置和壓力升高的狀況。由此壓力、溫度和產(chǎn)量都會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高后這個(gè)現(xiàn)象更為嚴(yán)重。但另外一個(gè)問題仍未很好地解決。 從 20世紀(jì) 70年代開始，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)塑料加工研究所（ IKV）和巴登苯胺蘇打廠（ BASF）的一些研究工作者對(duì)如何提高固體輸送生產(chǎn)率進(jìn)行了一系列研究，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了性能優(yōu)越的擠出機(jī)。螺桿的三個(gè)主要功能，輸送、塑化和均化，分別在螺桿上獨(dú)立地完成，它克服了普通螺桿幾個(gè)功能段相互重疊并由此帶來的不穩(wěn)定和波動(dòng)現(xiàn)象。它的基本結(jié)構(gòu)是這樣的：在機(jī)筒的加料段上設(shè)置一段帶有內(nèi)錐孔的套筒，錐孔內(nèi)壁沿周圍開出若干條軸向溝槽，套筒的外表面開有冷卻循環(huán)水或者其他冷卻介質(zhì)的螺旋溝槽，料斗座與機(jī)筒間設(shè)有隔熱層，防止高溫機(jī)筒向后傳熱。總的來說，加料段機(jī)筒開槽，可提高物料的輸送率，進(jìn)而提高擠出機(jī)的產(chǎn)量，此外，擠出機(jī)的性能更加穩(wěn)定。為了保證高的 輸送率和擠出質(zhì)量，必須對(duì)加料區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。這時(shí)第二計(jì)量段的生產(chǎn)率得不得不由機(jī)頭壓力來確定，而第一計(jì)量段生產(chǎn)率過大將造成排氣口的冒料。 為了解決加料段機(jī)筒開槽擠出機(jī)的這些問題，美國(guó)發(fā)明專利（專利號(hào) 5909958）披露了一種新技術(shù)，與常規(guī)開槽機(jī)筒不同，機(jī)筒溝槽上設(shè)置有鍵，鍵的徑向高度小于溝槽的徑向深度，用獨(dú)立的控制機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)鍵在溝槽中的徑向高度位置，槽深可從零變?yōu)槿疃?。槽?可獨(dú)立調(diào)節(jié)的加料段開槽擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：較高的產(chǎn)量，加工過程更加穩(wěn)定，可以加工高分子量聚乙烯，比如 HDPE。由于槽和鍵的這種組合式溝槽流道，當(dāng)更換物料時(shí)，可以輕易地清洗料筒，單有溝槽的加料段機(jī)筒不具備這種特性。此外，通過機(jī)頭壓力波動(dòng)的反饋機(jī)制，可以對(duì)溝槽深度進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 1— 螺桿； 2— 機(jī)筒； 3— 鍵； 4— 控制機(jī)構(gòu) 圖 13 槽深可獨(dú)立改變的加料段結(jié)構(gòu) 美國(guó)的這一發(fā)明技術(shù)的另一種結(jié)構(gòu)形式是：溝槽傾斜，即槽深全長(zhǎng)不等，而鍵的全長(zhǎng)厚度相同；或者溝槽全長(zhǎng)深度一致，而鍵全長(zhǎng)厚度不等，上游端薄，下游端厚（下游端厚度略小于溝槽深度），放在溝槽里形成了上游槽深，下游槽淺。每一條溝槽上也設(shè)置有執(zhí)行機(jī)構(gòu)來與鍵連接，用來調(diào)節(jié)溝槽中鍵的徑向深度，這樣就能夠控制所形成的溝槽的深度和機(jī)筒的中心孔的尺寸。將 這些數(shù)據(jù)傳送給加工控制器，然后控制器調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獨(dú)立控制溝槽的槽深，同時(shí)也就能夠控制工藝參數(shù)。因此，這一課題的目的是通過研究單螺桿擠出機(jī)的固體輸送理論，設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)類似于雙螺桿擠出機(jī)的正位移輸送的單螺桿擠出機(jī)，這種擠出機(jī)的加料段的襯套是螺旋型的，而不是直槽型的，可以通過設(shè)計(jì)螺旋溝槽式襯套，使其與擠出機(jī)螺桿有一定的幾何參數(shù) 的相匹配關(guān)系，從而提高固體輸送效率，提高擠出機(jī)的產(chǎn)量。本文的目標(biāo)就是在總結(jié)借鑒前人研究的基礎(chǔ) 上，通過研究 高產(chǎn)量擠出機(jī) 的機(jī)理，試圖設(shè)計(jì) 單螺桿擠出機(jī) 的傳動(dòng)系統(tǒng)，加料系統(tǒng)和擠壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，使其能夠完成較高的產(chǎn)量擠出機(jī)的工作。 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和選擇 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（如壓力、溫度和轉(zhuǎn)速）獲得所必須的扭矩且能均勻地旋轉(zhuǎn)，以完成對(duì)物料的輸送和塑化。 n （ 21） 式中 N——擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率， D——螺桿的直徑， cm n——螺桿的轉(zhuǎn)速， r/min ——系數(shù)，它根據(jù)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行確定。所謂擠出機(jī)的調(diào)速范圍，就是指螺桿的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速 的比值（ ）。 在本設(shè)計(jì)中取擠出機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為 。 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)通常由原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)等）、調(diào)速裝置和減速裝置組成。 傳動(dòng)鏈組成形式： 電動(dòng)機(jī) ?皮帶 ?減速箱 ?雙鍵 ?螺 桿 （ 1）電機(jī)的選擇 由于 IKV 擠出機(jī)所需的電機(jī)功率比普通的擠出機(jī)大，由前面的計(jì)算的擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，初步選定電機(jī)功率為 。 表 21 Y132M4B3 電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) JB/T 96161— 999 電機(jī)型號(hào) 額定功率 kW 滿載轉(zhuǎn)速 rpm 滿載電流A 功率 因素 重量 kg Y132M4B35 1440 81 （ 2）減速器的選擇 從電機(jī)到螺桿的總傳動(dòng)比為 可選減速箱傳 動(dòng)比為 ，則皮帶輪的 傳動(dòng) 比為 根據(jù)電機(jī)的功率和螺桿的轉(zhuǎn)速，減速箱選用 ZLYJ 系列減速箱。產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了JB/T88532020 所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范。齒輪經(jīng)滲碳、淬火、磨齒工藝加工。齒面硬度 HRC5462。軸承和油封等主要標(biāo)準(zhǔn)件皆采用國(guó)內(nèi)優(yōu) 質(zhì)產(chǎn)品。產(chǎn)品性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，可替代同類型進(jìn)口產(chǎn)品使用。 減速箱的裝配形式有以下幾種： 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 圖 21 減速箱的裝配形式 根據(jù)擠出機(jī)的安裝要求，在這里選擇第一種裝配形式。 潤(rùn)滑方式采用飛濺潤(rùn)滑，冷卻方式采用自然冷卻。 基于以上要求的考慮，選擇螺桿的常用材料： 38CrMoAlA。螺桿加工制造容易，成本低，由于螺紋升程相等，物料與機(jī)筒的接觸面積大，從外加熱的機(jī)筒上吸收的熱量多，有利于固體塑料的熔融和均勻壓縮 ,塑化物料；加料段的第一個(gè)螺槽深度大，有利于進(jìn)料。 螺桿的表面處理 （ 7） 氮化深度 m，硬度 ，脆性： ， 調(diào)質(zhì) : 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)及材料 機(jī)筒材料的選擇 與螺桿的相似， 38GrMoAlA 的綜合性能較好，故選用它作為機(jī)筒的材料 。 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式 a b c d a— 整體式； b— 分段式； c— 襯套式； d— 雙金屬式 圖 22 常見的機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式 由于本設(shè)計(jì)在加料段設(shè)置了加料套，因此機(jī)筒采用分段組合式 b。 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 機(jī)筒與機(jī)頭的連接形式 a— 鉸狀連接； b— 螺釘連接； c— 剖分連接； d— 冕狀螺母連接 圖 23 幾種常見的機(jī)筒與機(jī)頭的形式 鉸狀螺釘連接拆裝機(jī)頭快速，方便，故本設(shè)計(jì)采用這種連接方式。隨著螺桿的轉(zhuǎn)速、擠出壓力、外加熱功率以及擠出機(jī)周 圍介質(zhì)的溫度變化，機(jī)筒中物料的溫度也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。 加熱功率的確定 按機(jī)筒內(nèi)表面積計(jì)算 （ 22） 式中： —— 機(jī)筒的直徑（ cm） 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 —— 螺桿的長(zhǎng)徑比 A—— 單位面積的加熱功率 （ ） ,一般取 在這里，取 ，則 根據(jù)擠出機(jī)機(jī)筒的長(zhǎng)度和所計(jì)算得到的加熱功率，可以將機(jī)筒分為 3段加熱，每段的加熱功率為 2kW，也即加熱段數(shù) 3?B 。 （ 1）熱載體加熱 利用熱載體作為加熱介質(zhì)的加熱方法稱為熱載體加熱。 （ 2）電阻加熱 電阻加熱是用得最廣泛的加熱方式，其裝置具有尺寸小、重量輕、 安裝 方便等優(yōu)點(diǎn)。另外，用它來加熱也而要較長(zhǎng)的時(shí)間。由于要使用大量的云母片作絕緣材料，加熱器的成本也較高。它是將電阻絲裝于金屬管中，并填進(jìn)氧化鎂粉之類的絕緣材料，然后將此金屬管鑄于鋁合金中。它與舊式的電阻加熱器相比較，既保持了原來電阻加熱器的體積小、裝設(shè)方便及加熱溫度較高的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于電阻絲是裝于加熱金屬管的密實(shí)的氧化鎂粉中，就使得它有防氧化、防潮、防震和防爆等性能，因而提高了加熱器的使用壽命，傳熱效果也比舊式加熱器好。 （ 3）電感應(yīng)加熱 電感應(yīng)加熱時(shí)通過電磁感應(yīng)在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生電的渦流 而使機(jī)筒發(fā)熱，從而達(dá)到加熱機(jī)筒中物料的作用。在機(jī)筒的徑向方向上的溫度梯度較小。 ③ 由于感應(yīng)線圈的溫度不 會(huì)超過機(jī)筒的溫度等原因，它比電阻加熱器可節(jié)省電能； 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 ④ 在正確的冷卻和使用的情況下，感應(yīng)加熱器的壽命比較長(zhǎng)。其次是它的徑向尺寸大，用在大型擠出機(jī)上必然會(huì)使機(jī)器的體積龐大，而且需要大量的矽鋼片等材料。當(dāng)同一臺(tái)機(jī)器上其機(jī)頭不得不用電阻絲加熱時(shí)，因機(jī)頭升溫時(shí)間較長(zhǎng)，則機(jī)筒采用感應(yīng)加熱也就顯不 出其預(yù)熱升溫快的優(yōu)點(diǎn)。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用鑄鋁加熱器對(duì)擠出機(jī)進(jìn)行分段加熱。 采用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，其結(jié)構(gòu)形式如圖： 1— 鑄鋁加熱器； 2— 機(jī)筒； 3— 螺桿； 4— 鼓風(fēng)機(jī) 圖 24 風(fēng)冷加熱 表 23 DF3 型風(fēng)機(jī)的參數(shù)性能 型號(hào) 流量 （ hcm/3 ） 全壓 （ Pa） 轉(zhuǎn)速 （ r/min） 噪音 （ dB） 電動(dòng)機(jī) 電機(jī)重 量 功率（ kW） 電壓 (V) 三相 DF3 405 450 2840 75 380 或 220 原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 機(jī)筒與支架間的連接 1— 調(diào)整螺釘； 2— 機(jī)筒； 3— 螺桿； 4— 支架 圖 25 機(jī)筒與支架間的連接結(jié)構(gòu) 為了調(diào)節(jié)機(jī)筒的中心以及防止軸向竄動(dòng)，支架上有 3 個(gè)調(diào)節(jié)螺釘。它一般由料斗部分和上料部分組成，料斗裝于擠出機(jī)的加料座上，將物料不斷地提供給擠出機(jī)。 料斗的形狀一般做成對(duì)稱的，常見的有圓錐形、矩形和正方形等。料斗底部設(shè)開合門，用以停止和調(diào)節(jié)加料量。 本設(shè)計(jì)用的料斗如下圖所示。 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 （ 35） 其中 ? 為彈性滑