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      PVC共擠發泡板雙螺桿擠出機起關鍵性作用

      2018-6-19 10:14:11      點擊:
      PVC共擠發泡板雙螺桿擠出機主要由兩大部分構成:傳動部分和擠出部分。傳動部分為螺桿提供扭矩,強勁的扭矩輸出是雙螺桿擠出機高效工作的保證;擠出部分主要由機筒、螺紋元件和芯軸構成,物料在這個區域內完成塑化、混合并擠出。雙螺桿擠出機的所有技術進步也都集中體現在這兩個部分,并構成了雙螺桿擠出機更新換代的標志。

      傳動部分

      雙螺桿擠出機與其他機型相比,一個顯著的特點就是傳動系統的不同。雙螺桿擠出機要求在一個受限的空間內把動力平均地分配到兩根螺桿上,這就是扭矩分配技術。不同的扭矩分配技術,決定了齒輪箱的承載能力、甚至于直接影響整機的壽命和性能。在眾多的扭矩分配技術中,以德國亨舍爾(HENSCHEL)公司的平行三軸式和德國弗蘭德(FLENDER)公司的雙側對稱驅動式為代表的兩種高扭矩分配技術應用最為廣泛,而普通扭矩的傳統平行三軸式齒輪箱目前在國內依然是絕對主力。

      傳統的平行三軸式扭矩分配技術

      傳統的平行三軸式扭矩分配技術是一種成熟的雙螺桿擠出機傳動技術,國外雙螺桿擠出機的齒輪箱早期大多采用這種結構。如傳統的平行三軸式傳動原理圖所示,來自電機的動力平行均勻地分配到A、B兩輸出軸上,即A、B軸各承擔50%的扭矩。由于A、B軸中心距的限制,B軸上齒輪相對較小,傳遞的扭矩值受限。所以B軸齒輪是雙螺桿齒輪箱承載力的瓶頸,直接決定了齒輪箱所能傳遞的功率。 

      高扭矩平行三軸式扭矩分配技術

      為了提高B軸的輸出扭矩,改進的結構在B軸上設計了兩組齒輪傳動,這樣B軸輸出的扭矩理論上是改進前的2倍,實現了高扭矩輸出,亨舍爾公司的高扭矩齒輪箱就是采用這種結構。

      高扭矩平行三軸式齒輪箱的優點

      一、這種結構中,A/B兩輸出軸及過渡軸中心都位于同一平面內,齒輪箱只有一個分型面,所以結構簡單,裝配方便;二、過渡軸采用浮動布置,其上的兩斜齒輪與B軸上的兩嚙合齒輪處于動態平衡狀態,無需人為調整即可均載,傳動可靠。

      高扭矩平行三軸式齒輪箱的缺點

      一、安裝B軸的軸孔細長,加工精度難以保證,尤其對于小功率齒輪箱,這個問題顯得更為突出。二、B軸上的軸承始終承受較大負荷,且為彎扭聯合作用,B軸上軸承所承受的力隨著輸出扭矩的增加而增大,使軸承在受力磨損20000h后,達到齒輪軸和軸承的壽命極限,所以這種結構的齒輪箱壽命受B軸軸承的制約。三、由于B軸始終承受較大載荷,加速了軸承的磨損,造成B軸的徑向跳動不斷增加直至失效,使該系統成為一個不穩定的動力系統。由于B軸的跳動,導致由其驅動的螺桿也不穩定,導致螺桿和機筒之間的間隙不均勻,造成物料在機筒內的停留時間不均勻,從而影響產品品質的一致性。

      雙側對稱齒輪驅動式扭矩分配技術

      目前世界上雙螺桿擠出機的一線品牌,如科倍。–operion)、克勞斯瑪菲(KraussMaffei)、東芝(TOSHIBA)JSW等都使用這種傳動結構的齒輪箱。如雙側對稱齒輪驅動原理圖所示,輸出軸A和平行三軸式一樣,其上的軸承、齒輪等都有足夠的強度,安全系數高。而B軸上的齒輪依然受制于兩螺桿的中心距,承載能力有限,這種結構提供的解決辦法是將傳遞給B軸的扭矩等量分解到兩個過渡軸C/D上,在輸入端,過渡軸C/D上的齒輪同時與A軸上齒輪嚙合,在輸出端同時從上下兩個方向對稱地與B軸齒輪嚙合,這樣B軸齒輪在不增加齒寬的情況下,同時受到兩個齒輪驅動,從而達到高扭矩驅動的目的。

      雙側對稱齒輪驅動式齒輪箱的優點

      一、由于兩過渡軸C/D對稱布置于B軸的兩側,B軸的齒輪僅受到切向力,徑向力完全抵消,形成理想的力偶驅動。同時,B軸也僅承受純扭矩,沒有彎曲應力,徹底消除了B軸上徑向軸承的負荷,B軸理論上永不磨損,使用壽命可達72000h。二、該結構不僅實現了高扭矩輸出,提高了生產效率,還增加了齒輪箱的使用壽命,更重要的是保證了扭矩分配系統的穩定性。由于B軸上的軸承不受徑向力,從而不會發生因軸承磨損所帶來的徑向跳動,相應的也就不會引起螺桿的徑向跳動,物料在機筒內停留時間的一致性好。

      雙側對稱齒輪驅動式齒輪箱的缺點

      一、該結構相對復雜,裝配難度大,制造成本較高。由于上下兩個過渡軸C/D與輸出軸A/B不在一個平面上,這樣給制造和裝配都帶來困難。二、過渡軸C/D上齒輪與B軸齒輪嚙合,必須人為調整,以確保兩個過渡軸上的齒輪各自都真實準確地把總扭矩的25%傳遞給B軸齒輪,也就是保證兩過渡軸齒輪均載,而且要確保在整個齒輪箱壽命期間,這個均載一直有效,這是這種結構齒輪箱成功運轉的關鍵所在。如果均載不理想,或者不能長時間的維持這種均載狀態,則直接影響齒輪箱使用壽命。

      擠出部分

      擠出部分主要由機筒、螺紋元件和芯軸構成,是雙螺桿擠出機完成塑化與混合的功能區。螺桿間隙、容積率、轉速、芯軸的強度和螺紋元件的壽命是評價雙螺桿擠出機擠出部分性能的關鍵性指標。國際先進雙螺桿擠出機的發展趨勢是:小螺桿間隙、大容積率、高轉速、高強度芯軸、高耐磨蝕螺紋元件。高效、大產量的同時,整機的使用壽命依然能得到進一步提高,產品品質穩定。

      小間隙技術

      小間隙技術指的是相嚙合的螺棱前后間隙、螺紋與機筒間隙,控制在一個很小的水平(0.15-0.2mm)。傳動系統輸出穩定、輸出軸跳動小且穩定是小間隙技術的基礎和保證。小間隙技術,保證了物料在機筒內均勻的停留時間分布,從而保證了產品品質的穩定性和一致性,使精密擠出、穩定擠出成為可能。小間隙技術也是螺桿高轉速的基礎,高轉速配合小間隙,才能保證加工的物料被及時清理掉并被快速送出機筒;而如果在常規間隙水平,螺桿高速運轉時,由于料子不能被及時清理,停留時間長且不均勻容易引起降解。

      螺桿、機筒和芯軸

      扭矩分配技術突破后,制約雙螺桿發展的因素發生了根本性變化:以前的制約因素是齒輪箱的輸出扭矩和使用壽命,即芯軸的強度系數高于傳動箱,而現在強的是傳動箱,芯軸的強度成了制約因素,所以現在雙螺桿的制造者把研發的重心放在了芯軸、筒體襯套和螺紋元件上,開發更高強度的芯軸、更耐磨的機筒襯套和螺紋元件。解決方案之一就是采用熱等靜壓粉末冶金成型工藝(PM-HIP)制造的高抗磨蝕材料。

      結語

      雙側齒輪對稱驅動技術的突破,保證了高比扭矩的雙螺桿擠出機齒輪箱穩定連續化運行,從此改變了B軸的輸出精度隨著執行時間不斷衰減的歷史;熱等靜壓粉末冶金材料使用,使得機筒/螺桿的抗磨蝕性和芯軸的強度與大扭矩齒輪箱相適應,這些構成了最先進雙螺桿擠出機的硬件核心技術。小間隙技術、高效的螺紋元件、合理的螺桿組合,可以進一步提升擠出機的性能,提高產量、降低能耗,提高產品品質,這是雙螺桿擠出機的軟件核心技術。只有這些硬件核心技術與軟件核心技術相結合,才能打造出最具性價比和競爭力的現代化同向雙螺桿擠出設備。
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