擠出機給料裝置設計

穆洪彪 張含博 趙培余 孫迎波

（1.杭州中法實業股份有限公司 2.沈陽鋁鎂設計研究院 3.東北煉化工程有限公司吉林設計院 4.核工業二四二地質大隊)

塑粉擠出機 （以下簡稱擠出機）是熱固性粉末涂料 （以下簡稱塑粉）生產線中混煉工序的設備。混煉過程中進料不穩定，對塑粉的最終質量有重要影響。但是由于制造塑粉的原料流動性較差，在給料裝置的料斗和小料斗中經常會出現搭橋、搪空現象，擠出機給料常常中斷，擠出機內殘余物料就會因為溫度過高而產生固化變性，使擠出機的生產效率和產品質量受到嚴重影響，同時還增加了維護人員的勞動強度。為了解決這些問題，筆者對原進料機構進行了深入研究，針對塑粉原料的特點，設計了一種新的塑粉擠出機給料裝置。

1 原給料裝置概況

原給料裝置如圖1所示，主要由料斗（2，該數字為圖中零部件序號，下同）、箱體（3）、螺桿（4）、連接套（7）、擺線針齒輪減速電機（10）等零部件組成。在對該給料裝置進行分析研究后，發現有如下缺點：

（1）塑粉原材料是由飽合聚酯樹脂 （塑粉專用）、環氧樹脂、鈦白粉、流平劑、顏料等成分經預混機混合而成，流動性較差。在擠出機生產過程中經常在給料裝置的料斗和小料斗（13）中出現搭橋、搪空現象，造成擠出機給料中斷。擠出機內的殘存物料因溫度過高出現固化現象，使生產效率和產品質量受到了嚴重影響，同時使操作員工的勞動強度增加 （物料固化后需打開擠出機，抽出螺桿，清洗螺筒）。

（2）給料螺桿與電機連接套是靜連接，在螺桿螺片與箱體螺筒間存在間隙，因此在工作時一直留有余料，輸料不徹底。

（3）更換產品型號時，需先拆下擺線針齒輪減速電機，才能清洗螺桿、箱體，這樣很費工費時。

2 擠出機給料裝置設計

如圖2、圖3、圖4所示，新的給料裝置由料斗撥料、水平輸料、立式輸料三部分組成。其中水平輸料螺桿與減速電機（20）的連接方式由靜連接改為動連接。

圖1 原給料裝置

圖2 塑粉擠出機給料裝置

圖3 水平輸料螺桿連接部分

圖4 立式輸料部分

2.1 撥料部分設計

2.1.1 撥料部分的設計步驟

（1）為利于料倉供料，可適當放大料箱（3）與料倉（2）連接處的截面積，可取原來的2倍。

（2）確定撥料軸（10）的轉速 （一般取 5～8 r/min）。

（3）通過試驗確定斜齒輪減速電機（12）需滿足的實際扭矩。

（4）按式（1）確定撥料電機（12）的功率。

式中P——功率，kW；

T——撥料軸扭矩，N·m；

n——減速電機轉速，r/min。

2.1.2 撥料部分的組成

如圖2所示，該裝置主要由箱體 （3）、帶有撥桿的撥料套（8）、 撥料軸（10）、 電機座 1（5）和斜齒輪渦輪渦桿減速電機（12）等部件組成。

電機座1通過螺栓與箱體固定，撥料軸通過平鍵3（13）與減速電機連接，減速電機帶動撥料軸和撥料套一起在箱體內轉動，起到預防原料在箱體內搭橋的作用。

2.2 水平輸料部分的設計

2.2.1 水平輸料裝置設計步驟

（1）按擠出機的額定產量，由式（2）確定輸料螺桿的螺矩、外徑、減速電機轉速等有關參數。

式中m′——質量流量，kg/min；

ρB——考慮螺槽邊界影響的不可壓縮材料的填充密度 （或稱為松裝密度，由試驗確定）， kg/m3；

A——螺槽截面的面積，m2；

Va——固體單元的軸向速度，m/min；

f——填充度，這里取f=1。

式中Db——螺筒內徑，mm；

Dcore——螺桿軸徑，mm；

i——螺片頭數，這里取1；

e——螺片厚度，m；

H——螺筒內徑與螺桿螺片外徑間單邊間隙，m；

φ——螺旋角， （°）。

式中t——螺距，m；

n——軸的工作轉速，r/min。

（2）通過試驗確定擺線針齒輪減速電機需滿足的實際扭矩T。

（3）用下式確定水平輸料減速電機功率。

式中P——軸所傳遞的功率，kW；

T——軸所傳遞的扭矩，N·m；

n——軸的工作轉速，r/min。

（4）為了保證水平輸料螺桿（17）與空心軸的連接處有足夠的強度和剛度，可用表1中軸的扭轉強度及剛度公式進行校核。

表1 按扭轉強度和扭轉剛度計算軸徑

2.2.2 水平輸料裝置結構

水平輸料裝置結構如圖2、圖3所示，主要由與撥料裝置共用的箱體、水平輸料螺桿、空心軸（35）、電機座（19）和擺線針齒輪減速電機組成。減速電機通過平鍵4（37）帶動空心軸轉動，空心軸一字鍵槽與送料螺桿末端的一字形凸鍵通過帶自鎖限位功能的連接螺栓（34）組成連接副，形成浮動連接狀態。這樣，水平輸料螺桿的螺片與箱體的螺筒內壁下部形成浮動接觸，輸料更為徹底。在擠出機用于其它產品時，只需拆下連接螺栓就可以抽出水平輸料螺桿，使清理螺桿、箱體等操作方便許多。在水平輸料螺桿的動力輸入端留有一段約30 mm的無螺片圓柱面，使得這一段物料在螺桿工作時始終處于靜止狀態，可以起到封住上一批次生產時留在襯套（29）與空心軸間隙內物料的作用。

2.3 立式輸料部分的設計

2.3.1 立式輸料裝置設計步驟

可按上述水平輸料裝置的設計原理，以比水平輸料裝置產能大10%～20%的數值確定螺桿轉速、螺距。由于該輸料裝置只起到防堵及輕微的強制喂料功能，因此減速電機功率可適當低于水平輸料電機功率。

2.3.2 立式輸料裝置結構

如圖4所示，立式輸料裝置主要由錐形料斗（9）、 豎直螺桿（12）、 刮板（11）、 渦輪渦桿減速電機（以下簡稱減速電機）（1）、支撐柱（19）、伸縮桿（18）和千斤頂（22）等零部件組成。

在工作狀態，立式輸料螺桿（12）伸入擠出機的進料口內，錐形料斗下端依靠重力壓在擠出機料口上平面。減速電機通過豎直螺桿帶動刮板轉動，刮板把粘在錐形料斗內壁上的物料刮下，流到豎直螺桿的螺片處，通過豎直螺桿的轉動把物料壓入擠出機中。

在需要更換產品型號、清理擠出機及給料裝置時，用千斤頂頂起支撐板（13），帶動錐形料斗、減速電機和豎直螺桿等部件一起上升，豎直螺桿下端脫離擠出機后，再以支撐柱為中心轉動到維護、清理位置。

3 結論

（1）通過在塑粉擠出機進料裝置中增加撥料和立式輸料裝置，解決了因塑粉原材料流動性較差在小料斗中產生的搭橋、搪空問題。

（2）在水平送料裝置中螺桿與減速電機的連接方式由靜連接改為動連接，使螺桿的螺片與螺筒內壁處于浮動接觸狀態，從而物料輸送更為徹底。

（3）在水平送料裝置中螺桿動力輸入端留有一段約30 mm無螺片圓柱面，使得這一段物料在螺桿工作時始終處于靜止狀態，可以起到封住上一批次生產時留在襯套與空心軸間隙內物料的作用。

（4）該塑粉擠出機的進料裝置設計合理， 解決了生產中遇到的實際問題，值得推廣。

[1] 懷特，波騰特.螺桿擠出 [M].何紅，金志明譯.北京：化學工業出版社,2005.

[2] 成大先.機械設計手冊：軸及其聯接 [M].北京：化學工業出版社,2004.