資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。緒論1.1可降解地膜概述可降解地膜是一種新型的環(huán)?？山到獾男滦偷啬?是今后中國地膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,也是發(fā)展可持續(xù)性農(nóng)業(yè)的必要前提。由于農(nóng)用地膜的使用,有效的控制了土壤的溫度和濕度,減少了水分和營養(yǎng)物的流失,促進(jìn)了農(nóng)作物的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn),從而增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。這些地膜碎片可在土壤中形成阻隔層,使土壤中的水、氣、肥等流動(dòng)受阻,造成土壤結(jié)構(gòu)板結(jié),嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境,造成白色污染。隨著人類社會(huì)對(duì)環(huán)境問題認(rèn)識(shí)水平的不斷深化,解決廢棄地膜造成的”白色污染”建立環(huán)境友好性社會(huì),建立人與環(huán)境的良性互動(dòng),唯一的辦法就是推廣應(yīng)用可降解地膜。1.2淀粉原料比選植物淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、豌豆淀粉、小麥淀粉等。淀粉極其衍生物具有成膜性,當(dāng)?shù)矸酆诠饣钠矫嫔细稍飼r(shí),就會(huì)形成淀粉膜。一般馬鈴薯淀粉膜和木薯淀粉膜比谷物淀粉所成的膜強(qiáng)度、柔韌性、透明性和光澤都好;谷物淀粉在干燥過程中會(huì)發(fā)生凝沉,膜的性質(zhì)會(huì)有所下降。與此同時(shí),變性淀粉的成膜性和所成膜的性質(zhì)比未變性淀粉好。經(jīng)過合適的改性之后,膜的強(qiáng)度、柔韌性、透明性和光澤都有所提高,且能與天然或人工聚合物更好的融合,從而使膜的張力性、塑性及生物降解性等性質(zhì)大大提高。可用作淀粉膜的變性淀粉的種類有酸變性淀粉、氧化淀粉、糊精、和交聯(lián)淀粉等。改性包括物理改性和化學(xué)改性。酸變性淀粉:酸變性淀粉是用酸處理一般淀粉乳,使之改性后得到的變性淀粉。屬于可溶性淀粉。用酸處理后的淀粉,凝膠性增強(qiáng),凝膠強(qiáng)度增高(酸變性玉米淀粉為最),冷黏度與熱黏度的比值增大。將1%～3%的鹽酸溶液加入40%左右的淀粉乳中,在低于糊化溫度(25～55℃)下保持?jǐn)嚢?0h以上,達(dá)到要求的黏度后用堿中和、過濾、清洗、干燥而成。在紡織工業(yè)中用作上漿劑、織物整理劑,造紙工業(yè)中用于壓光和施膠,改進(jìn)紙的抗磨性和印刷性。酸變性玉米適用于軟糖果制造。且其在薄膜強(qiáng)度上,淀粉比原淀粉低得多,因此它們可在更高的濃度下燒煮成漿,只需吸收或蒸發(fā)少量水分,它們的薄膜可更快的烘干,從而可供快速粘合之用。氧化淀粉:氧化淀粉是淀粉在酸、堿、中性介質(zhì)中與氧化劑作用,使淀粉氧化而得到的一種變性淀粉。氧化淀粉使淀粉糊化溫度降低,熱糊粘度變小而熱穩(wěn)定性增加,產(chǎn)品顏色潔白,糊透明,成膜性好,抗凍融性好,是低粘度高濃度的增稠劑,廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、食品及精細(xì)化工行業(yè)。氧化淀粉膜的薄膜性能為用次氯酸鹽氧化淀粉能形成強(qiáng)韌、清晰、連續(xù)的薄膜,它們比酸變性淀粉或原淀粉的薄膜更均勻,收縮及燥裂的可能性更小,薄膜也更易溶于水。交聯(lián)淀粉以淀粉為原料,以三氯氧磷、三偏磷酸鈉、己二酸、六偏磷酸鹽為交聯(lián)劑,氫氧化鈉為催化劑,對(duì)淀粉進(jìn)行交聯(lián),交聯(lián)后的淀粉其透光率降低,耐酸堿性、耐機(jī)械加工,耐剪切性增強(qiáng),凝膠性能提高,但吸水能力減弱。最終根據(jù)文獻(xiàn)總結(jié)的數(shù)據(jù)如下:玉米淀粉馬鈴薯淀粉小麥淀粉木薯淀粉世界產(chǎn)量(萬噸)1700200120150在25%RH和20°時(shí)水分13191313類脂物(%干基)0.80.10.90.1蛋白質(zhì)(%干基)0.350.10.40.1灰分(%干基)0.10.350.20.1直鏈淀粉含量(%干基)28212817直鏈淀粉平均聚合度DP930490013002600平均DP重量24006400—6700支鏈淀粉含量(%干基)72797283膠化溫度(°c)62-7256-6658-6459-69粘度平均值(Bu)60030003001000膨脹力(95°C)2411532171溶解度(%95°C)25824148臨界濃度4.40.15.01.4糊的粘性中等非常高低高蒸煮后,每份同樣粘度與水結(jié)合份數(shù)15241320糊的特征短長短長糊的透明度不透明非常透明模糊不透明十分透明抗剪切中等低中低低凝沉性高中高低膜的透明度低高低高膜強(qiáng)度低高低高柔韌性低高低高膜溶解性低高低高由于本地主產(chǎn)淀粉材料為馬鈴薯與玉米淀粉,切馬鈴薯淀粉的透明度,膜強(qiáng)度,柔韌性,膜溶解性均高于馬鈴薯,且具有膠化溫度低等多種優(yōu)點(diǎn),故選擇馬鈴薯為主要淀粉原料制備母粒。1.3母粒制備工藝比選母粒(英文名稱Masterbatches)全名塑料母粒,別名母料是20世紀(jì)80年代發(fā)展站起來的一種塑料加工助劑,它是由超量的化學(xué)助劑、載體樹脂和分散劑等所組成。母粒是把超常量的顏料(染料)均勻載附于樹脂中而得到的聚集體。母粒是指在塑料加工成型過程中,為了操作上的方便,將所需要的各種助劑、填料與少量載體樹脂先進(jìn)行混合混煉,經(jīng)過擠出機(jī)等設(shè)備計(jì)量、混合、熔融、擠出、切粒等加工過程制得的顆粒料,稱為母粒。母粒由載體樹脂、各種填料和各種助劑組成的。母粒中助劑的限度或填料的含量比實(shí)際塑料制品中的需要量要高數(shù)倍至十幾倍。在成型加工過程中,必須根據(jù)母粒中有關(guān)組分的含量和實(shí)際制品中需要加入的量,調(diào)節(jié)母粒與基體樹脂的配比。母粒一般能夠分為普通填充母粒(簡稱填充母粒)和功能性母粒,如色母粒、防霧滴母粒等傳統(tǒng)塑料母粒加工方法按工藝路線可分為兩輥開煉法、密煉法、擠出法三種。本設(shè)計(jì)采用擠出法制備母粒。 1.4可降解地膜材料聚羥基脂肪酸脂(PHA):利用多種可生物降解碳源發(fā)酵而成,該材料易加工,強(qiáng)度高,具有良好耐熱,耐油,耐水性。缺點(diǎn)是材料較脆,不適合單獨(dú)制膜,常與聚乳酸進(jìn)行熔融共混制膜,但由于微生物發(fā)酵制得,生產(chǎn)效率低。聚己內(nèi)酯(PCL):經(jīng)過己內(nèi)酯的開環(huán)聚合得到的生物降解聚合材料,具有良好的生物降解性能與生物相容性能,力學(xué)環(huán)境優(yōu)良如有很高的柔韌性,易于擠出吹膜,當(dāng)熔點(diǎn)較低,130°C以上時(shí)熔體變粘,強(qiáng)度變低,吹膜加工難度增大,一般經(jīng)過添加熱塑性淀粉或其它生物聚合材料加工。聚乳酸(PLA):是最早研究也是最成熟的材料,來源于生物質(zhì)資源,有農(nóng)產(chǎn)品發(fā)酵制得的乳酸囗單體材料制備,具有良好的生物降解性能與生物相容性能,拉伸強(qiáng)度,拉升規(guī)模大,但斷裂生長率極低,一般經(jīng)過添加塑性劑或與柔性聚合物共混的方式增加其性能。聚丁二酸丁二醇酯(PBS):具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,結(jié)晶性,力學(xué)性能性的生物可降解脂肪族聚酯材料,且具有和聚乙烯相似的加工性能,,拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長率很大,但缺陷是抗撕裂性能較差,一般經(jīng)過共聚,共混或者輻射交聯(lián)的方法提升抗撕裂性能。脂肪-芳香族共聚脂:聚己二酸丁二醇脂-對(duì)苯二甲酸丁酯(PBTA),力學(xué)性能適中,熱穩(wěn)定性良好,價(jià)格較低,柔軟度好,運(yùn)用廣泛,結(jié)晶性能和熱性能克經(jīng)過共聚酯的組成改變。聚丁二酸丁二醇脂-對(duì)苯二甲酸丁酯(PBST):研究起步較晚,該原料中的丁二酸可經(jīng)過生物質(zhì)資源發(fā)酵得到,對(duì)石油依賴性較小,具有良好的熱學(xué)力學(xué)性能。市場上商品化材料一般為PBTA與PLA或PBS共混物。1.5母粒制備過程一種雙降解淀粉母粒,其特征在于,其包括以下組分及其重量份數(shù):原淀粉60～75份;基體15～30份;潤滑劑2～5份;憎水處理劑2～5份;光降解劑1～3份。專利號(hào):CN10141266.4一種含淀粉母粒,其特征在于,包括以下重量份的成分:淀粉45～60份,聚丙烯10～15份,甲醛1～3份,潤滑劑1～5份,氧化鋁1～5份。專利號(hào):CN10115851.0一種全生物降解的塑料淀粉母粒,包括以下重量份的各組分組成:淀粉60-75份、載體20-30份、相容劑1-5份、潤滑劑1-5份、改性劑1-5份和降解促進(jìn)劑1-5份。專利號(hào):CN10183538.5一種全生物降解接枝淀粉母粒,其特征在于:由如下重量百分比成分接枝、混合造粒而成:玉米原淀粉45～80％聚丁二酸丁二醇酯(PBS)10～30％增韌劑:天然橡膠(NR)2～4％引發(fā)劑:二異丙苯過氧化物(DCP)0.1～0.2％接枝劑:順丁烯二酸酐(MA)0.45～0.8％增塑劑:單硬酯酸甘油酯(GMS)1～8％活性劑:硬脂酸(HSt)0.5～1％內(nèi)外潤滑劑:低分子臘和石臘3～10％專利號(hào):CN10025008.9一種淀粉基可降解農(nóng)用地膜,其特征在于,該淀粉基可降解農(nóng)用地膜由按重量100份計(jì)的以下組份混合吹膜而成:植物淀粉45～55份;碳酸鈣1～4份;含環(huán)氧基的有機(jī)硅丙烯酸樹脂10～15份;環(huán)氧大豆油1～3份;聚乙烯蠟1～4份;二氧化鈦1～3份;聚乙烯20～30份;馬來酸酐接枝改性聚乙烯5～15份;光降解母粒0.3～1.0份;吸濕母粒0～1.5份。專利號(hào):CN10209313.8一種由納米貝殼粉負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉56、微粉硅膠0.60.8、大豆分離蛋白粉12、納米貝殼粉1012、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物58、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水2530。專利號(hào):CN10442358.4一種由納米蒙脫土負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的磁性低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉68、納米蒙脫土810、魔芋葡甘露聚糖12、納米四氧化三鐵0.60.8、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖0.20.3、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水2530。專利號(hào):CN10442357.X一種由納米硅藻土負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯易氧化降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉68、納米硅藻土810、過氧化鈣0.010.02、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水2530。專利號(hào):CN10442356.5一種由納米沸石負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉68、腐植酸23、鼠李糖脂0.10.2、納米沸石812、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、碳酸氫鈉適量、水2530。專利號(hào):CN10442348.0一種由納米二氧化鈦負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉69、納米二氧化鈦810、聚丙烯酸鈉12、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水3035。專利號(hào):CN10442347.6一種由納米海泡石負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的能吸附重金屬的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉68、納米海泡石812、乙二胺二琥珀酸三鈉0.010.02、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水2535專利號(hào):CN10442384.7一種由粉煤灰負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉58、粉煤灰68、納米氧化鋅12、聚乙烯醇23、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖0.40.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水3035。專利號(hào):CN10442354.6一種由納米蛭石負(fù)載交聯(lián)淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜,其特征在于,該地膜由以下重量份的原料制成:低密度聚乙烯4050、交聯(lián)淀粉68、納米蛭石粉810、葡萄糖0.10.2、硬脂酸鋅0.010.02、硫酸鈰0.010.02、固含量為2025%的硅溶膠1012、乙烯丙烯酸共聚物45、羥甲基殼聚糖11.5、烷基糖苷0.10.2、硅烷偶聯(lián)劑0.10.2、水2535。專利號(hào):CN10442351.2一種含功能化淀粉納米晶的可生物降解聚酯納米復(fù)合材料,其是將功能化淀粉納米晶與聚合物的復(fù)合物母粒和可生物降解聚酯顆粒進(jìn)行共混制備得到的;其特征是:所述的含功能化淀粉納米晶的可生物降解聚酯納米復(fù)合材料中含有的功能化淀粉納米晶是聚合物干重量的20%～60%,且為可生物降解聚酯與聚合物總干重量的1%～15%;所述的聚合物選自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和聚氨酯中的一種或幾種;所述的可生物降解聚酯選自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚己內(nèi)酯中的一種或幾種。[專利號(hào):CN10581156.9]考慮到實(shí)際經(jīng)濟(jì)狀況,我們選擇較簡單的母粒制備方案簡約資金,又因?yàn)樵O(shè)計(jì)中對(duì)膜沒有獨(dú)特的要求,不需要對(duì)其韌性等理化性質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)化,因此能夠選擇普通可降解營養(yǎng)地膜的母粒制備工藝,因此選擇一種全生物降解的塑料淀粉母粒,包括以下重量份的各組分組成:淀粉60-75份、載體20-30份、相容劑1-5份、潤滑劑1-5份、改性劑1-5份和降解促進(jìn)劑1-5份作為母粒制備的生產(chǎn)工藝,其中淀粉為馬鈴薯淀粉。1.6可降解營養(yǎng)地膜制備工藝比選1.6.1設(shè)備以及工藝的比選制備母粒常見設(shè)備有雙輥機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)等混煉設(shè)備。本設(shè)計(jì)擬采用高速攪拌機(jī)及雙螺桿擠出機(jī)獲得均勻密集的共混物傳統(tǒng)的合成高分子地膜成型工藝有擠出吹塑成型、擠出流延成型和雙向拉伸薄膜成型。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)擠出吹塑成型設(shè)備簡單、投資少;薄膜經(jīng)拉伸、吹脹,力學(xué)性能較好;無邊料,成品率高;幅面寬,焊縫少,易于制袋;薄膜厚度均勻度差,生產(chǎn)線速度慢擠出流延成型薄膜厚度均勻性、生產(chǎn)速度、光學(xué)性能方面占有優(yōu)勢無雙向拉伸薄膜成型拉伸強(qiáng)度、彈性模量、耐低溫、高溫性、光折射率等性能大大提高生產(chǎn)工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,很少用于農(nóng)膜的生產(chǎn)反應(yīng)擠出成型反應(yīng)擠出是一種連續(xù)地將單體聚合以對(duì)現(xiàn)有聚合物進(jìn)行改性的成型加工方法。最大的特點(diǎn)是成型過程中同時(shí)進(jìn)行聚合物的官能團(tuán)改性、接枝、交聯(lián)、聚合等反應(yīng)。1.6.2膜的制備工藝選擇具體工藝為《一種以馬鈴薯淀粉為原料制備可降解地膜的方法》陳理軍。本創(chuàng)造公開了一種馬鈴薯淀粉基可降解塑料薄膜的制備方法。包括以下步驟:將60-80份馬鈴薯淀粉、300-400份去離子水混合成淀粉水溶液,在85-90℃糊化;在60-70℃,加入3-4重量份引發(fā)劑攪拌15min,再加入120-180份醋酸乙烯酯和8-12份丙烯酰胺反應(yīng)2-2.5h得接枝共聚物乳液;再向乳液中加入30-40份質(zhì)量濃度為10%的聚乙烯醇溶液,10-20份質(zhì)量濃度為4%的環(huán)氧氯丙烷溶液,在60-70℃反應(yīng)1.5-2h,減壓抽濾,干燥得固體混合物,將固定混合物經(jīng)過單螺桿擠出吹膜機(jī)進(jìn)行熱熔擠出吹塑成塑料膜,最后切割、分卷并進(jìn)行包裝。本創(chuàng)造的塑料薄膜具有良好的耐水性和可生物降解性。1.6.3工藝流程淀粉制作淀粉制作膜制備膜制備1.6.4可降解地膜擠出成型設(shè)備的組成一套完整的擠出設(shè)備由主機(jī)、輔機(jī)及控制系統(tǒng)組成。擠出機(jī)是地膜擠出成型的主要設(shè)備,即主機(jī)。由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及加熱冷卻系統(tǒng)和主機(jī)控制系統(tǒng)組成。(1)擠壓系統(tǒng)由機(jī)筒、螺桿和料斗組成,是擠出機(jī)的核心工作部分。(2)傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、調(diào)速裝置和傳動(dòng)裝置組成。作用是給螺桿提供所需轉(zhuǎn)速和扭矩。(3)加熱冷卻系統(tǒng)由溫控設(shè)備組成。作用是經(jīng)過對(duì)機(jī)筒進(jìn)行加熱和冷卻,以保證擠出系統(tǒng)成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。(4)控制系統(tǒng)主要由儀表、電器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。作用是調(diào)節(jié)控制機(jī)筒溫度、機(jī)頭壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。擠出機(jī)需配置相應(yīng)的輔助機(jī)械設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)擠出成型。根據(jù)制品的種類確定輔助設(shè)備的組成。一般包括:機(jī)頭、冷卻系統(tǒng)、定量給料系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)由各種電器、儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)自動(dòng)化水平的高低,可控制擠出機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)及其它各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的速度、功率和軌跡運(yùn)行監(jiān)控主輔機(jī)的流量、溫度及壓力,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出成型設(shè)備的自動(dòng)控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。1.6.5擠出機(jī)的分類及比選1.分類方法隨著擠出機(jī)的廣泛應(yīng)用和不斷的發(fā)展,出現(xiàn)了各種類型的擠出機(jī),其分類方法各異,主要有以下幾種:按裝置位置分為立式擠出機(jī)和臥式擠出機(jī)。按可否排氣分為排氣擠出機(jī)和非排氣擠出機(jī)。按螺桿轉(zhuǎn)速分為普通擠出機(jī)、高速擠出機(jī)和超高速擠出機(jī)按螺桿數(shù)目的多少和結(jié)構(gòu)分為無螺桿擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)。按用途可分為配混造粒擠出機(jī)和生產(chǎn)制品用擠出機(jī)。2.各擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途(1)單螺桿擠出機(jī)單螺桿擠出機(jī),造價(jià)低、易操作,但塑料混合、分散和均化效果差,滯留時(shí)間長且分布廣,物料溫差較大(指同一斷面處)和難以吃粉料。因此,它只適用于一般性造粒和塑料制品的加工。(2)同向雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)的特征是兩根相互平行的組合式螺桿裝在具有8字形孔的機(jī)筒內(nèi)。如果兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向相同,稱為同向型雙螺桿擠出機(jī)。根據(jù)兩根螺桿的嚙合型式不同,可分為嚙合型和非嚙合型兩種,常見的為嚙合型。選用雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)越性:①生產(chǎn)能力大,根據(jù)理論計(jì)算,在同螺桿直徑下,雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)量能達(dá)到單螺桿擠出機(jī)的4倍(實(shí)測為2~4倍)。②能耗低,雙螺桿擠出機(jī)的單位能耗僅約為單螺桿擠出機(jī)的1/3~1/2左右。③產(chǎn)品質(zhì)量好,由于雙螺桿擠出機(jī)的塑化、混煉性能好,在保證產(chǎn)品強(qiáng)度的條件下,原材料的消耗量下降約1/4~1/5。雙螺桿擠出機(jī)在歐美國家中應(yīng)用的比例:管材100%板材90%造粒100%異型材80%平膜片材90%發(fā)泡材60%~70%同向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是高效能和多功能。高效能集中于高混煉、高扭矩、低能耗,特別適合工程塑料的共混改性、填充、增韌、增強(qiáng)。多功能表現(xiàn)為螺桿的多種功能的組合,組成不同功能的螺桿形式,以適應(yīng)不同塑料、樹脂的擠出,特別是高性能對(duì)樹脂和塑料合金的加工。(3)異向雙螺桿擠出機(jī)異向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是:物料的輸送能力和擠出能力比同向雙螺桿擠出機(jī)的強(qiáng),在同螺桿直徑下,擠出量比同向擠出機(jī)一般高1倍左右,物料在機(jī)筒內(nèi)的滯留時(shí)間比同向機(jī)要短,而且剪切發(fā)熱小,溫差小,物料溫度分布十分均勻,物料分散充分。(4)錐形雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿是異向嚙合。(5)多螺桿擠出機(jī)中國已開發(fā)出四螺桿反應(yīng)混煉機(jī)。它綜合了捏合機(jī)、螺桿擠出機(jī)、縮聚反應(yīng)器、混煉機(jī)、研磨機(jī)的特點(diǎn)。1.6.6設(shè)計(jì)類型的確定由于同向雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合及分散混合良好、自潔作用較強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點(diǎn),特別適用于聚合物的改性,如共混、填料、增強(qiáng)及反應(yīng)擠出。而且本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)主要用于可降解營養(yǎng)地膜擠出,因此應(yīng)設(shè)計(jì)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)。第2章同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)2.1同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)工作原理及其特性同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)一樣,承擔(dān)輸送、塑化、混合和混煉聚合物的工作,但在工作上與單螺桿擠出機(jī)有許多不同點(diǎn)。同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)表現(xiàn)為物料的正位移輸送特性。所謂正位移輸送特性是這移動(dòng)的外部表面物質(zhì)置換了系統(tǒng)中的部分液體的輸送方式。嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)必須縱向開放,否則螺桿會(huì)因?yàn)榘l(fā)生干涉而不能正常嚙合。意味著螺槽的寬度一定要大于螺棱的寬度,在縱向留下一定的輸送物料的通道?？v向開放程度越大,正位移輸送能力損失也越多,此時(shí)摩擦拖曳和粘性拖曳所起的作用越大?？墒菬o論開放程度多大,物料沿螺槽流動(dòng)時(shí)在螺棱出依然受阻而改變方向,因此具有一定的正位移輸送能力。由于螺槽縱向開放,由加料口到機(jī)頭,兩螺桿間有一通道,當(dāng)物料由加料口加到一根螺桿上后,物料在摩擦拖曳作用下沿著這跟螺桿的螺槽向前輸送物料至下方的楔形區(qū),在這里物料會(huì)受到一定的壓縮。因螺棱比螺寬窄,那么另一根螺桿的螺棱不會(huì)把物料向前輸送的道路堵死。兩根螺桿在楔形區(qū)有大小相等、方向相反的速度梯度,因此物料不會(huì)進(jìn)入嚙合區(qū)繞同一根螺桿繼續(xù)前進(jìn)而被另一螺桿托起,在擠出機(jī)機(jī)筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺桿的螺槽向前輸送。2.2同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格螺桿直徑螺桿直徑:即螺桿的外徑,它是擠出機(jī)的重要參數(shù),一般用D表示,單位為mm,它表征擠出機(jī)擠出量的大小。在設(shè)計(jì)或選用擠出機(jī)前,一般擠出機(jī)生產(chǎn)能力及轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定,螺桿直徑的選取主要是根據(jù)擠出機(jī)的產(chǎn)量來確定設(shè)計(jì)參數(shù):生產(chǎn)以聚氯乙烯(PVC)為主料的復(fù)合塑料,最大產(chǎn)量為200Kg/h,最高轉(zhuǎn)速為260r/min。根據(jù)中國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T5420-91)和螺桿直徑系列標(biāo)準(zhǔn),取螺桿公稱直徑:D=72mm。螺桿中心距公稱尺寸雙螺桿中心距公稱尺寸。指平行布置兩螺桿中心的距離,用a表示,單位為mm。根據(jù)螺桿直徑、螺桿計(jì)量段螺紋槽深度和計(jì)量段嚙合程度確定。螺桿長徑比螺桿長徑比。(L/D)來表示,即螺桿有效螺紋部分長度L與螺桿外徑D之比,它能夠表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量,用(L/D)來表示,如下圖2.1所示:圖2.1螺桿示意圖現(xiàn)代塑料擠出工業(yè)螺桿長徑比較早期螺桿大,國內(nèi)應(yīng)用較多的長徑比一般范圍是20~25,多采用25,最長可達(dá)40乃至更高。螺桿長徑比的增加有如下好處:(1)螺桿加壓充分,能提高塑料制品的物理機(jī)械性能。(2)提高塑化質(zhì)量,制品外觀質(zhì)量好。(3)有利于類似于PVC粉料擠管的成型。(4)螺桿特性曲線斜率小,擠出量穩(wěn)定,擠出量能夠提高20%~40%。但螺桿長徑比與很多因素有關(guān),因此能夠根據(jù)加工條件和實(shí)際需要再由試驗(yàn)確定,還能夠由統(tǒng)計(jì)類比的方法來確定。國產(chǎn)同向旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表(JB/T5420-91)顯示生產(chǎn)能力為300kg/h的螺桿擠出機(jī)螺桿長徑比L/D=28~32,取L/D=30。螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍螺桿轉(zhuǎn)速范圍:用(最高轉(zhuǎn)速)~(最低轉(zhuǎn)速)表示,其單位是r/min。對(duì)擠出機(jī)速度要求有兩方面,既能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速又要有一定的調(diào)速范圍。要求實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的目的是容易控制擠出質(zhì)量并與輔機(jī)的一致配合;要求有一定的調(diào)速范圍的目的是為了適應(yīng)多種加工物料及滿足多種工藝要求。在實(shí)際生產(chǎn)中,因擠出機(jī)開始工作時(shí),機(jī)頭壓力容易出現(xiàn)超常值,因此螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)緩慢增至工作要求速度;當(dāng)螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后,由于加工的原料、制品及生產(chǎn)能力不同要求,要保證質(zhì)量提高產(chǎn)量,除控制溫度、壓力等條件外,主要是靠改變螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。因此,要求螺桿轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)。多數(shù)擠出機(jī)的調(diào)速范圍在1:6,對(duì)通用性大的小規(guī)格擠出機(jī)調(diào)速范圍可達(dá)到1:10,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),確定螺桿轉(zhuǎn)速范圍為:n=50~260r/min擠出機(jī)功率的確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率.用P表示,單位為千瓦(KW)。它表征擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。擠出機(jī)螺桿消耗的功率所涉及的因素是多方面的。雙螺桿擠出機(jī)功率的確定一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取,根據(jù)中國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T5420-91)選取擠出機(jī)主電機(jī)功率:P=55KW.擠出機(jī)加熱功率的確定擠出機(jī)加熱功率是指機(jī)筒加熱功率:用H表示,單位為千瓦(KW)它表示了擠出機(jī)的加熱能力。一般情況下按機(jī)筒的內(nèi)表面積計(jì)算加熱功率:H===41.1KW式中H——機(jī)筒加熱功率,單位為KW;——機(jī)筒內(nèi)直徑,單位為mm;A——單位面積的加熱功率,W/。A值根據(jù)各種塑料性能靠經(jīng)驗(yàn)選定,取A=5.5×W/。第3章同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件包括螺桿、機(jī)筒、分流板、過濾網(wǎng)、料斗及料斗傳輸螺桿、電機(jī)、減速器等裝置。3.1主螺桿的設(shè)計(jì)螺桿是擠出機(jī)的核心部分,是輸送、塑化塑料的最重要部件。其結(jié)構(gòu)性能將直接影響擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化混合質(zhì)量和能量消耗。由于地膜為非結(jié)晶型高聚物,它從玻璃化溫度到粘流溫度的溫度范圍較大,其熔融過程是在一個(gè)比較長的距離后才能全部熔融,出于制造成本和物料的均勻混煉和塑化考慮,采用漸變型普通螺桿,螺紋斷面形狀為矩形。3.1.1螺桿的基本尺寸初步確定螺桿的螺紋長度為:L=30D=30×72=2160mm根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),螺桿三段長度的分配如表3.1。表3.1長度分配比例表類型加料段壓縮段計(jì)量段非結(jié)晶型10%~25%全長55%~65%全長22%~25%全長結(jié)晶型60%~65%全長1~2螺距25%~35%全長因此:加料段=(10%~25%)L,取=0.15L=0.12×2160=259mm壓縮段=(55%~65%)L,取=0.6L=0.65×2160=1404mm計(jì)量段=(22%~25%)L,取=0.25L=0.23×2160=497mm螺桿壓縮比。因壓縮比的確定非常復(fù)雜,對(duì)于地膜當(dāng)前國內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。對(duì)塑料而言,螺桿幾何壓縮比大多數(shù)為2~5,根據(jù)常見塑料螺桿的幾何壓縮比表,選取螺桿壓縮比:ε=3為了加工方便,等距螺桿取S=D螺距S:S=D=72mm螺紋頭數(shù):i=1螺紋升角:=arctan=arctan=螺棱法向?qū)挾萫:根據(jù)對(duì)緊密共軛齒廓的要求和齒輪傳動(dòng)嚙合基本原理,考慮到螺桿制造和安裝方便,同時(shí)為了更好的對(duì)物料進(jìn)行充分混合,把螺桿設(shè)計(jì)成接近共軛型,取螺棱法向?qū)挾葹?e==30mm螺棱軸向?qū)抌:b=e/Cosφ=30/Cos=12.6mm螺槽法向?qū)扙:E=S×Cos－30=72×Cos－30=38.7mm螺槽軸向?qū)払:B=D―b=72―31.4=40.6mm螺桿與機(jī)筒間隙δ=0.3mm3.1.2螺桿材料的選擇螺桿工作時(shí)不但所受扭矩較大,而且是在高溫、高壓下工作。因螺桿要與機(jī)筒配合工作,因此還要受到機(jī)械摩擦磨損、刮磨及塑料摩擦的作用。因此螺桿可能產(chǎn)生扭斷、因磨損嚴(yán)重而與機(jī)筒間隙增大使產(chǎn)量降低等失效形式。根據(jù)以上螺桿的實(shí)際工況,要保證螺桿能正常工作,必須選擇合適的材料。其材料性能要求為:機(jī)械性能好,耐磨性能好,耐腐蝕性能好,加工性能好。由于38CrMoA1綜合性能好且是擠出機(jī)螺桿應(yīng)用最廣泛的材料,因此選擇38CrMoA1作為螺桿的材料。3.1.3螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算已知螺桿參數(shù)為:最高轉(zhuǎn)速:最高產(chǎn)量:G=200Kg/h螺桿直徑:D=72mm螺距S:S=72mm長徑比:L/D=30螺槽法向?qū)挾?E=38.7mm螺槽軸向?qū)挾?B=40.6mm螺棱法向?qū)挾?e=30mm螺棱軸向?qū)挾?b=31.4mm螺紋升角:=(1)計(jì)算計(jì)量段螺槽深度。為了保證螺桿的硬特性,避免壓力波動(dòng)引起過大的輸出量波動(dòng),應(yīng)取較小的值,但為了達(dá)到較好的混合質(zhì)量,又不能取得過小。綜合上述原因,取:由得:=由于是雙螺桿,則有:=取(2)驗(yàn)算計(jì)量段長度。螺桿的剪切速率為:=當(dāng)溫度為時(shí),由流變曲線得:有上文可知:=令=,由式:得:=497mm>94.7mm合格(3)確定加料段螺槽深度。根據(jù)常見塑料的幾何壓縮比表,取:ε=3則加料段螺紋槽深度為:==5.72mm取=5.7mm驗(yàn)算壓縮比=2.99正確(4)驗(yàn)算壓縮段長度。計(jì)算螺槽內(nèi)固體粒料厚度減小的速率,即形成熔膜的速率,=即固體粒料在壓縮段中移動(dòng)時(shí),在每秒鐘移動(dòng)的距離上螺槽深度的減小量不能超過0.456mm.否則固體粒料來不及完全熔融而堵塞螺槽,引起產(chǎn)量波動(dòng)。此時(shí)固體粒料順著螺槽的流動(dòng)速率:=則壓縮段順著螺槽展開的長度:=則壓縮段的最小長度為:==1032mm由于1404mm>1034mm(5)螺桿中心距的確定?？紤]到螺桿的安裝和物料的混合均勻,又不至于螺桿產(chǎn)生干涉,取螺桿的中心距a:a==70.7mm(6)歸納設(shè)計(jì)結(jié)果。加料段長度:=259mm加料段螺槽深度:=5.7mm壓縮段長度:=1404mm計(jì)量段長度:=497mm計(jì)量段螺槽深度:螺槽軸向?qū)挾?B=40.6mm螺棱軸向?qū)挾?b=31.4mm螺桿中心距a:a=70.7mm3.1.4螺桿的強(qiáng)度校核與計(jì)算雙螺桿擠出機(jī)中需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要零部件是螺桿和機(jī)筒。進(jìn)行螺桿的強(qiáng)度計(jì)算時(shí),必須先確定原始數(shù)據(jù)。決定螺桿強(qiáng)度的原始數(shù)據(jù)包括:機(jī)頭最大壓力P、螺桿軸向力及螺桿扭矩。(1)機(jī)頭壓力的確定機(jī)頭壓力能夠用理論計(jì)算方法和實(shí)測方法得到。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增加到一定程度時(shí),實(shí)際機(jī)頭壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系并不成正比,在實(shí)際生產(chǎn)中常以試驗(yàn)測定機(jī)頭壓力。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)量為200的國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭壓力一般為,取:P=40.0MPa(2)螺桿軸向力的確定螺桿軸向力的大小受到物料物理性能、機(jī)頭壓力、螺棱構(gòu)型、螺桿轉(zhuǎn)速及機(jī)筒溫度等、因素的影響。螺桿軸向力可按下式計(jì)算:式中——物料作用在螺桿端面上的總壓力,單位為N;=πD/4式中——螺桿端部的物料壓力,單位為MPa,國產(chǎn)擠出機(jī)一般取=30~50MPa?！?jiǎng)虞d荷產(chǎn)生的附加壓力的沿軸向的力的分量,約為的1/8~1/4,即=(0.125~0.25),取:=0.2πD/4因此有:=1.2πD/4(3)螺桿冷卻孔直徑確定由于聚合物在擠出過程中與金屬接觸面積中有一半在螺桿上,為了避免螺桿過熱需在擠出過程中對(duì)螺桿進(jìn)行冷卻。取螺桿冷卻水孔的直徑:(4)螺桿強(qiáng)度的計(jì)算螺桿與減速箱傳動(dòng)軸的連接有固定式和浮動(dòng)式兩種。無論是哪種連接方式在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),都將螺桿視為一端固定的懸臂梁。螺桿主要受到物料壓力P,克服物料阻力所需的扭矩和螺桿自重G的作用。由于雙螺桿的嚙合角度很小,因此計(jì)算時(shí)近似認(rèn)為螺桿所受徑向力大小相對(duì)方向相反,能夠抵消。螺桿所受軸向力為。由于螺桿軸向彎曲作用較小可忽略不計(jì)。螺桿自重G對(duì)螺桿產(chǎn)生橫向彎曲作用。因此,螺桿所受的綜合受力作用為:螺桿軸向力、螺桿扭矩及螺桿自重產(chǎn)生的壓、扭、彎的力的組合。由于加料段螺桿的根徑較小,承載能力最低,因此強(qiáng)度計(jì)算以加料段的根徑截面為強(qiáng)度計(jì)算、校核截面。由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力:=69.5式中——軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力,MPa;——螺桿的最小內(nèi)徑端面直徑,mm;——螺桿冷卻水孔直徑,mm.由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力τ:=35.8——主電機(jī)的最大傳遞功率,KW;——螺桿的最高轉(zhuǎn)速,r/min?！妱?dòng)機(jī)傳遞效率,此時(shí)校核取1;C——;——螺桿的剪切應(yīng)力,MPa;由螺桿自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力:==式中L——螺桿的有效長度,mm;——螺桿材料密度,,鋼取7.85;——由自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力,單位MPa;螺桿的合成應(yīng)力合成應(yīng)力用第三強(qiáng)度理論計(jì)算,其強(qiáng)度條件為:查表得的屈服極限:=有:=71.2MPa<=833MPa由此可知,該螺桿在工作中是安全的。由于是雙螺桿嚙合需要,使后續(xù)的配位齒輪難于安裝,螺桿在無齒端的直徑的大小必然會(huì)大大降低,因此有必要計(jì)算螺桿無齒端的最小直徑。螺桿無齒端只受扭矩的作用。查表的剪切疲勞極限=288由得:=25.6mm3.1.5螺桿的技術(shù)要求材料:采用氮化鋼38CrMoA1。表面處理:對(duì)材料進(jìn)行氮化處理,處理深度為0.3~0.6mm,螺桿外圓硬度>65HRC,脆性不大于2級(jí)。螺桿外圓極限偏差應(yīng)符合GB/T1184-1999h8的規(guī)定。螺桿的上、下偏差分別為:上偏差:es=0μm下偏差:ei=－39μm螺桿全長直線度公差值應(yīng)符合GB/T1184-1996h7的精度等級(jí)規(guī)定。因此螺桿的直線度公差值為:螺桿外圓:螺紋槽底徑的表面粗糙度不大于0.8μm,螺棱兩側(cè)的表面粗糙度不大于1.6μm。3.1.6螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)及止推軸承布置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)雙螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)比較困難的問題是配位齒輪和止推軸承的布置。因受螺桿嚙合條件的限制使安裝配位齒輪和止推軸承在空間上受到很大的限制。本設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)及止推軸承的布置從機(jī)頭開始的順序?yàn)?深溝球軸承配位齒輪止推軸承。將止推軸承布置在減速箱之后。雙螺桿傳動(dòng)齒輪布置如圖3.1。圖3.1齒輪布置圖1、2為配位齒輪,c為減速箱輸出齒輪。3.2機(jī)筒的設(shè)計(jì)機(jī)筒是雙螺桿擠出機(jī)最重要的部件之一。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響到擠出機(jī)的熱量傳遞的穩(wěn)定性及均勻性;機(jī)筒的加料段設(shè)計(jì)影響到固體輸送效率;機(jī)筒的加工與裝配影響擠出機(jī)的工作性能和機(jī)器壽命。因此,對(duì)于擠出機(jī)機(jī)筒,涉及到其結(jié)構(gòu)形式選擇、機(jī)筒加料口形式確定及其各段與機(jī)頭的連接等問題。3.2.1機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型選擇及特性機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型有多種,主要有分段式、整體式、雙金屬和軸向開槽結(jié)構(gòu)形式。整體式機(jī)筒的特點(diǎn)是加工精度容易滿足,轉(zhuǎn)配誤差小;長徑比大,零件數(shù)目少;機(jī)筒受熱均勻,配置加熱器不受限制。但整體式機(jī)筒對(duì)加工設(shè)備及加工技術(shù)要求較高,且磨損后修復(fù)困難。分段式機(jī)筒是將機(jī)筒分成若干段來加工,各段加工好后經(jīng)過法蘭連接起來。這種機(jī)筒加工比較容易,可適應(yīng)多種長徑比的要求,對(duì)于長徑大的螺桿,因過長的機(jī)筒整體難以加工,也配以分段式機(jī)筒,但分段多,對(duì)中性不易保證,連接法蘭也會(huì)影響到機(jī)筒的加熱均勻性。為減少裝配困難,分段盡量少。為減少熱量損失,法蘭尺寸盡可能小。雙金屬機(jī)筒有澆鑄式和襯套式兩種結(jié)構(gòu)形式。襯套式機(jī)筒具有易更換、壽命長、節(jié)約貴金屬等優(yōu)點(diǎn),但其設(shè)計(jì)、制造、裝配都較為復(fù)雜。澆鑄式機(jī)筒的優(yōu)點(diǎn)是合金層與機(jī)筒合為一體,在擠出機(jī)機(jī)筒的內(nèi)表面結(jié)合均勻,不會(huì)脫落或開裂,耐磨性好,壽命長,滑動(dòng)性好,但成本高。軸向開槽機(jī)筒能提高固體輸送率,但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮被加工物料的性能,如物料的大小、幾何形狀、物料顆粒間的摩擦系數(shù)值,顆粒在凹槽中的抗剪切強(qiáng)度,由顆粒組成的楔形結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度,套筒的冷卻性能,螺桿的轉(zhuǎn)速,以及與加熱機(jī)筒的隔熱程度等因素。綜合上述各種結(jié)構(gòu)類型機(jī)筒的優(yōu)劣以及雙螺桿螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)要求,選擇分段式機(jī)筒。3.2.2機(jī)筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)機(jī)筒壁厚的設(shè)計(jì),要考慮機(jī)筒的強(qiáng)度要求,還要考慮其結(jié)構(gòu)工藝性以及機(jī)筒傳熱效率等因素,使加工容易,傳熱快且穩(wěn)定。雙螺桿擠出機(jī)筒斷面形狀為型,在綜合了經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,中國擠出機(jī)生產(chǎn)廠家提出了擠出機(jī)機(jī)筒壁厚的參考值。根據(jù)參考值,可選擇機(jī)筒壁厚h為:h=40mm機(jī)筒的內(nèi)徑機(jī)筒的外徑機(jī)筒兩孔的中心距為兩螺桿中心距,即為70.7mm.機(jī)筒總長度L的確定。查GB/T297-95,選取安裝在機(jī)筒內(nèi)深溝球軸承的代號(hào)為61810,其內(nèi)徑為50,外徑為65mm,寬為7mm.軸承端蓋暫取40mm,螺桿螺紋端末端到軸承需留一段長度供密封,取該段長度為30mm.則螺桿的重長度L為:L=2160+7+40+30=2237mm取:L=2240mm3.2.3機(jī)筒的材料選擇工作時(shí)機(jī)筒受到刮磨、摩擦磨損以及塑料摩擦的作用,一些塑料還會(huì)有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。普通機(jī)筒材料為一般鋼材(如45號(hào)鋼)、鑄鋼或球磨鑄鐵。為了提高機(jī)筒的耐磨性,國際上的擠出機(jī)機(jī)筒有采用氮化鋼制造,其強(qiáng)度極限約為900MPa。這里我們選擇40Cr鋼作為機(jī)筒的制造材料。機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)筒內(nèi)部受塑料熔料的壓力作用,熔料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生的力沿機(jī)筒軸向的分布是相當(dāng)復(fù)雜的,各處壓力不等。由于機(jī)頭處壓力最大,因此一般取機(jī)頭壓力為計(jì)算壓力值。進(jìn)行機(jī)筒設(shè)計(jì)時(shí),用壁厚圓筒理論來對(duì)料筒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)厚壁圓筒的理論,當(dāng)筒壁內(nèi)受到物料壓力P的作用時(shí),筒壁上各點(diǎn)處于三向應(yīng)力狀態(tài),三向應(yīng)力分別為:徑向應(yīng)力,軸向應(yīng)力,切向應(yīng)力。機(jī)筒的內(nèi)壁處,徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力都達(dá)到最大值。徑向應(yīng)力:切向應(yīng)力:=63.1MPa軸向應(yīng)力為:=11.6MPa由于機(jī)筒為塑性材料,可用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核,機(jī)筒壁厚的強(qiáng)度條件為:查表得40Cr的屈服強(qiáng)度極限為540MPa,則:,有:=89.3MPa<機(jī)筒強(qiáng)度校核合格,該機(jī)筒可安全工作。機(jī)筒設(shè)計(jì)的技術(shù)要求材料:40Cr。內(nèi)孔表面:對(duì)機(jī)筒內(nèi)表面進(jìn)行鍍鉻,鍍層深度為0.05~0.1mm,機(jī)筒體硬度45HRC,鍍鉻層硬度>55HRC,脆性不大于2級(jí)。(3)公差:機(jī)筒內(nèi)孔極限偏差:上偏差ES=0.231mm下偏差EI=0.130mm機(jī)筒內(nèi)孔軸線的直線度公差值應(yīng)符合GB/T1184-19967級(jí)的精度規(guī)定。則所設(shè)計(jì)機(jī)筒的直線度公差為:(4)機(jī)筒內(nèi)孔:表面粗糙度不大于1.6。3.3螺桿與機(jī)筒的配合要求3.3.1螺桿與機(jī)筒的配合間隙螺桿與機(jī)筒的配合間隙值影響到擠出機(jī)的功率消耗、生產(chǎn)能力、使用壽命、機(jī)器加工成本等問題。取值過大,加工、裝配比較容易容易,但生產(chǎn)能力會(huì)降低,原料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間難以控制。如果取值過小,功率消耗大,加工、裝配困難,且易使螺桿和機(jī)筒發(fā)生磨損,降低擠出機(jī)使用壽命。螺桿與機(jī)筒之間的間隙值可按JB1291-73來選取。則設(shè)計(jì)的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿和機(jī)筒之間的間隙取值:3.3.2螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性擠出機(jī)螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性在設(shè)計(jì)上要求螺桿的中心線與機(jī)筒的中心線重合。然而由于制造、裝配過程中所產(chǎn)生的螺桿定位面與螺桿中心線不同心、機(jī)筒內(nèi)孔偏差、螺桿徑向跳動(dòng)、螺桿推力面與螺桿中心線不垂直、法蘭平面對(duì)機(jī)筒中心不垂直、內(nèi)孔徑向跳動(dòng)等安裝誤差和加工誤差都會(huì)影響對(duì)中性。要保證螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性,一般需要采取以下措施提高對(duì)中性:選取有效的定位基準(zhǔn)和合理的連接方式;提高零件的加工與裝配精度,減少零件數(shù)目。3.4送料螺桿的設(shè)計(jì)為了使原料與其它材料能夠進(jìn)行定量定比例的加入,因此要在機(jī)筒加料口上方添加兩根送料螺桿。其中,一根螺桿用于輸送聚合物塑料顆粒,另一根螺桿用于輸送其它復(fù)合材料。工作時(shí),只需要分別控制兩根送料螺桿的轉(zhuǎn)速比及兩根送料螺桿與主螺桿之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系,就能夠較精確地將復(fù)合原材料經(jīng)過送料螺桿送入到塑料顆粒中去混合。沒根螺桿按照最大輸送能力200kg/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)螺紋斷面形狀為矩形。送料螺桿的基本參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

螺桿直徑Dd=40mm螺紋升角φφ=17.41°螺距SS=40mm螺紋頭數(shù)單頭螺紋螺棱法向?qū)抏e=0.1d=0.1×40=4mm螺棱軸向?qū)抌b=e/Cosφ==4.2mm螺槽法向?qū)扺W=SCosφ－e=37.9mm螺槽軸向?qū)払B=d－b=35.8mm螺桿與機(jī)筒之間的間隙摩擦因數(shù)、==0.27轉(zhuǎn)速nn=200r/min敞開式固體輸送==0由于送料螺桿主要是用于顆粒狀或粉末狀材料的輸送,因此送料螺桿可按照普通螺桿送料段的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。螺桿在n=200r/min的轉(zhuǎn)速下的輸出量為G=200kg/h。則固體輸送量Q:由得:=15.5mm3.5分流板及過濾網(wǎng)在擠出機(jī)機(jī)筒與機(jī)頭之間設(shè)分流板(也稱多孔板)和過濾網(wǎng),其作用是:①防止熔料中的雜質(zhì)和未熔物料進(jìn)入機(jī)頭而堵塞機(jī)頭流道或影響產(chǎn)品質(zhì)量;②使由機(jī)筒來的熔料的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),并分成若干束,以保證擠出穩(wěn)定;③攪拌混合,增強(qiáng)塑化效果。④設(shè)置料流障礙,以增加背壓來保證制品的密實(shí);⑤支撐過濾網(wǎng)。3.5.1分流板因馬鈴薯顆粒為熱敏性物料,分流板的設(shè)置離螺桿頭部距離要小,以防止積料產(chǎn)生熱分解。但也不能因距離設(shè)置過小而使物料的螺旋運(yùn)動(dòng)來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致物料縱向流動(dòng)不穩(wěn)定。一般應(yīng)使螺桿頭部至分流板的容積小于或等于計(jì)量段一個(gè)螺紋槽的容積,其距離為0.1D。當(dāng)前,國產(chǎn)擠出機(jī)多采用制造方便、結(jié)構(gòu)簡單的平板型分流板。為保證物料流經(jīng)分流板后速度不變,且由于聚氯乙烯為熱敏性物料,把分流板設(shè)計(jì)孔眼尺寸為中間孔眼直徑大而稀疏形式,以降低流道阻力,避免熱分解。本雙螺桿擠出機(jī)分流板的設(shè)計(jì)尺寸及孔眼尺寸分別為:孔眼直徑開孔率分流板至螺桿頭部的距離取分流板尺寸分流板的孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要光滑無死角,以便物料的流動(dòng)和清理。因此孔道的進(jìn)料段設(shè)倒斜角,分流板的材料用不銹鋼2Cr13。3.5.2過濾網(wǎng)對(duì)于加工醫(yī)療用品、電纜、透明制品、薄膜、單絲等產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時(shí),擠出成型需要在分流板上設(shè)置過濾網(wǎng)。過濾網(wǎng)一般為金屬網(wǎng),細(xì)度為20~120目,放置層數(shù)1~5層。網(wǎng)的細(xì)度及層數(shù)由塑料的物料性能、制品的形狀、密度要求及擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)形式等決定。網(wǎng)的放置為:細(xì)的銅絲網(wǎng)放在靠螺桿一側(cè),粗的銅絲網(wǎng)放在靠分流板一側(cè)。3.6料斗的設(shè)計(jì)料斗的設(shè)計(jì)遵循不允許物料結(jié)成團(tuán)、架橋和掛料的原則。料斗角度應(yīng)該大于馬鈴薯顆粒的靜止角。為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求,該擠出機(jī)設(shè)置兩個(gè)料斗:一個(gè)用于盛裝原料;另一個(gè)用于盛裝母粒。如下圖3.2所示:圖3.2料斗3.7擠出機(jī)電機(jī)的選擇為了實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速和保證雙螺桿擠出機(jī)50r/min~260r/min的調(diào)速范圍,選擇直流電機(jī)作為擠出機(jī)電機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)功率的確定一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取,根據(jù)中國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T5420-91)選取擠出機(jī)主電機(jī)功率為:P=55KW擠出機(jī)電機(jī)選擇某公司生產(chǎn)的型號(hào)為Z3-250-31直流電動(dòng)機(jī),其主要技術(shù)參數(shù)為:額定功率為55KW、額定電壓440V、額定轉(zhuǎn)速為500r/min。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.8.1傳動(dòng)方案的確定本設(shè)計(jì)選取的直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為500r/min,擠出機(jī)設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速為260r/min,因此需要在電機(jī)輸出軸和螺桿之間設(shè)置減速器,總傳動(dòng)比:==1.92。由參考文獻(xiàn)[1]《雙螺桿擠出機(jī)及其應(yīng)用》知,由于受擠出機(jī)螺桿上配位齒輪大小的限制,防止發(fā)生擠出機(jī)螺桿的配位齒輪與高速級(jí)從動(dòng)齒輪產(chǎn)生干涉,因此把減速箱和螺桿配位齒輪整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩級(jí)減速一級(jí)增速。傳動(dòng)比的分配:由于配位齒輪受到螺桿直徑的限制,如果第一級(jí)傳動(dòng)比取得過小,則減速器的第二根軸上的小齒輪會(huì)較小,而此軸的直徑較第一根軸大,如此對(duì)鍵和齒輪的強(qiáng)度有很大的不利,因此應(yīng)把第一級(jí)減速的傳動(dòng)比設(shè)置大些取:,則后續(xù)總傳動(dòng)比=0.83.8.2齒輪參數(shù)第Ⅰ減速級(jí)齒輪(1)選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力選用滲碳淬火的材料制成的齒輪許用接觸應(yīng)力由式接觸疲勞極限齒輪接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)設(shè)計(jì)擠出機(jī)每天工作24小時(shí),每年工作300天,預(yù)期壽命為,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式查接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)圖表得11接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)許用彎曲應(yīng)力由式彎曲疲勞極限查試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限查彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)圖查彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)圖(假設(shè)模數(shù)小于5mm)彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)則(2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí),按估取圓周速度=2.4m/s,參考通用機(jī)械所用齒輪傳動(dòng)的精度范圍圖表和齒輪第Ⅱ公差精度與齒輪圓周速度圖表選取小輪分度圓直徑,由式齒寬系數(shù)查圓柱齒輪的齒寬系數(shù)表,按相對(duì)軸承為非對(duì)稱分布選取小齒輪齒數(shù)在推薦值20～40中取=23大齒輪齒數(shù)圓整選取=55齒數(shù)比

u傳動(dòng)比誤差△u/u△u/u=(2.4-2.39)/2.4=0.0042<0.05小齒輪轉(zhuǎn)矩==1050500N·mm載荷系數(shù)KK==材料彈性系數(shù)查材料彈性系數(shù)表=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)查節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)表重合度系數(shù)由推薦值0.85~0.92=0.88故:=70.74mm齒輪模數(shù)==3.08按漸開線齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表圓整故小輪分度圓直徑:大輪分度圓直徑:圓周速度標(biāo)準(zhǔn)中心距==156mm 齒寬大齒輪齒寬取=57mm小齒輪齒寬取=65mm(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核由式查齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)表齒形系數(shù)小輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)小輪大輪重合度重合度系數(shù)==(4)齒輪其它主要尺寸計(jì)算齒根圓直徑齒頂圓直徑第Ⅱ級(jí)減速及第Ⅲ級(jí)增速齒輪此兩級(jí)的傳動(dòng)方式為小齒輪與大齒輪嚙合把功率傳遞給大齒輪,然后大齒輪和配位齒輪嚙合把功率傳遞給配位齒輪,兩螺桿上的配位齒輪需要錯(cuò)位配置。由于兩螺桿上的配位齒輪錯(cuò)位配置,因此第Ⅱ級(jí)減速齒輪為參數(shù)相同的兩對(duì)齒輪,沒對(duì)齒輪傳遞的功率是總功率的一半,即:(1)選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力選用滲碳淬火制作齒輪許用接觸應(yīng)力由式接觸疲勞極限查圖接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)設(shè)計(jì)擠出機(jī)每天工作24小時(shí),每年工作300天,預(yù)期壽命為,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式此時(shí)三個(gè)齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)都大于,查接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)圖表得11接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)許用彎曲應(yīng)力由式彎曲疲勞極限查試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)查彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)圖彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)查圖(假設(shè)模數(shù)小于5mm)彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)則(2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí),按估取圓周速度=2.1m/s,參考通用機(jī)械所用齒輪傳動(dòng)的精度范圍圖表和齒輪第Ⅱ公差精度與齒輪圓周速度圖表選取小輪分度圓直徑,由式由于螺桿上的配位齒輪的大小受到空間的嚴(yán)格限制,因此先確定配位齒輪的分度圓直徑。由于兩螺桿的中心距為70.7mm,兩配位齒輪錯(cuò)位放置,螺桿上安裝配位齒輪段的直徑大致取50mm,考慮到安裝容易,則配位齒輪的齒頂圓直徑不能超過85mm,假設(shè)模數(shù)為3,則齒輪的分度圓直徑最大為79mm,此時(shí)齒輪齒數(shù)為26.3,取配位齒輪分度圓直徑小齒輪齒數(shù)圓整取齒數(shù)比u傳動(dòng)比誤差小齒輪分度圓直徑為了空間需要取取大圓齒數(shù)大齒輪的分度圓直徑:查圓柱齒輪的齒寬系數(shù)表,按相對(duì)軸承為非對(duì)稱分布選取=0.8小齒輪轉(zhuǎn)矩==525250N·mm載荷系數(shù)K=載荷系數(shù)KK===1.44材料彈性系數(shù)查材料彈性系數(shù)表=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)查節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)表重合度系數(shù)由推薦值0.85~0.92=0.88故:=25.2mm因此滿足接觸疲勞強(qiáng)度圓周速度小齒輪和大齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距==156mm配位齒輪和大齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距==145.5mm齒寬取大齒輪齒寬小齒輪齒寬取=68mm配位齒輪齒寬(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式查齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)表齒形系數(shù)小輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)小輪大輪重合度重合度系數(shù)重合度重合度系數(shù)因此有:===(4)齒輪其它主要尺寸計(jì)算齒根圓直徑齒頂圓直徑3.8.3齒輪軸的確定根據(jù)整個(gè)減速箱設(shè)計(jì)規(guī)劃,軸Ⅱ上的齒輪最多,出于減速箱加工工藝和降低成本需要減速箱兩側(cè)內(nèi)壁在同一平面上,因此減速箱的寬度由軸Ⅱ來確定。軸Ⅱ的計(jì)算(1)計(jì)算軸轉(zhuǎn)矩軸Ⅱ的輸出功率:=55×0.97×0.99=52.82KW轉(zhuǎn)速:=208.3r/min求軸上轉(zhuǎn)矩=1940119N·mm(2)求作用在齒輪上的力(3)初步估算軸直徑選取38GrMoAlA作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑并加大3%考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的影響,查表取A=90,得:(4)軸的結(jié)構(gòu)1)擬定軸的結(jié)構(gòu)方案采用調(diào)心滾子軸承。軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.3所示:圖3.3軸的結(jié)構(gòu)簡圖確定各軸段直徑和長度①段根據(jù)圓整(按GB/T288-1994),且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑,暫選調(diào)心滾子軸承型號(hào)為22212C/W33,,其寬度。軸承潤滑方式選擇:,選擇脂潤滑。齒輪3與減速箱體內(nèi)壁間隙取,考慮到軸承脂潤滑,取軸承距箱體內(nèi)壁距離,為了使齒輪軸向可靠定位,軸①段應(yīng)伸入齒輪3內(nèi)孔一段距取其長度為,則有:②段,齒輪3與齒輪2之間的間隙取10mm,為了使與左軸承相連的套筒1端面可靠地壓緊齒輪3,軸段②上齒輪3占據(jù)的長度應(yīng)比輪轂孔短1~4mm,取其長度為2mm,為了使套筒2可靠地壓緊齒輪2,軸段②還應(yīng)在以上長度基礎(chǔ)上加上2mm,則:③段,套筒2端面可靠地壓緊齒輪2,應(yīng)比齒輪2的輪轂長度短2mm④段取齒輪2右端定位軸肩高度為,則軸環(huán)直徑,長度?、荻我螨X輪4和齒輪3的技術(shù)參數(shù)完全相同,考慮到加工方便和降低成本,取,為了使套筒3端面可靠地壓緊齒輪4,應(yīng)比齒輪轂孔的長度短2mm⑥段長度和直徑都和①段相同確定軸承及齒輪作用力位置(5)繪制軸的彎矩和扭矩圖1)求軸承反力V垂直面H水平面2)求危險(xiǎn)截面處的彎曲軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖及當(dāng)量彎矩圖中能夠看出,C截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險(xiǎn)截面。C截面處的M、T及的數(shù)據(jù)如下。V垂直面H水平面合成彎矩扭矩=1940119N·mm(6)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩=軸的材料為38GrMoAlA,調(diào)質(zhì)處理。查表可得:,,取84～93,取,則軸Ⅰ的計(jì)算應(yīng)力為:=根據(jù)計(jì)算結(jié)果,該軸滿足強(qiáng)度要求軸Ⅰ的計(jì)算由于齒輪較小,傳遞功率較大,把軸和齒輪做成齒輪軸。(1)求軸Ⅰ轉(zhuǎn)矩軸Ⅰ的輸出功率:轉(zhuǎn)速:求輸入軸上轉(zhuǎn)矩:==1050500N·mm(2)計(jì)算作用在齒輪上的力(3)初步估算軸直徑選取38GrMoAlA作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑查表取A=90,得:(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸的結(jié)構(gòu)方案右擋油圈和右軸承從軸的右端裝入,右擋油圈左端面靠軸肩定位。左擋油圈和左軸承從軸的左端裝入,左擋油圈靠軸肩定位。半聯(lián)軸器靠軸肩定位。左右軸承均采用軸承端蓋,半聯(lián)軸器靠軸肩得到軸向固定。齒輪和半聯(lián)軸器采用普通平鍵得到周向固定。采用調(diào)心滾子軸承和彈性柱銷聯(lián)軸器。軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.4所示。圖3.4軸的結(jié)構(gòu)簡圖2)確定各軸段直徑和長度①段此軸段用于聯(lián)軸器的安裝,根據(jù)圓整(按GB5014-85圓整),其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔徑相配合,并根據(jù)輸入軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選用型號(hào)為HL4聯(lián)軸器(GB/T5014-1985),為了使軸端擋圈能夠可靠地對(duì)半聯(lián)軸器進(jìn)行軸向定位,取比轂孔長度短1~4作為①段長度。②段為了使半聯(lián)軸器軸向能夠可靠得定位,軸肩高度取,半聯(lián)軸器孔倒角C取2mm,而且要符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑(JB/ZQ4606-86)。取端蓋寬度為,端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面留空隙,則③段為了方便軸承內(nèi)圈的裝拆,應(yīng),而且應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑。根據(jù)GB/T288-1994,初選調(diào)心滾子軸承代號(hào)為22212C/W33,,其寬度B為。軸承潤滑方式的確定:,選擇脂潤滑,考慮擋油圈寬度為17mm。④段查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知軸承的安裝尺寸,取:。由軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算可知,齒輪軸向中點(diǎn)到箱體左內(nèi)壁的距離為116.5mm,軸承右端面距箱體內(nèi)壁為7mm,則有:⑤段該段為齒輪所占長度,長度等于齒輪寬度。⑥段由于箱體內(nèi)壁相對(duì)于齒輪對(duì)稱,因此該段與4段數(shù)據(jù)相同。⑦段該段數(shù)據(jù)與3段數(shù)據(jù)相同3)確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩出的圓角半徑為R2,軸端倒角為2×45。4)確定軸承及齒輪作用力位置(5)繪制軸的彎矩和扭矩圖1)求軸承的反力H水平面V垂直面2)求齒寬中點(diǎn)處彎矩H水平面V垂直面合成彎矩M=扭矩=1050500(6)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩=軸的材料為38GrMoAlA,調(diào)質(zhì)處理。查表可得:,,取84～93,取,則軸Ⅰ的計(jì)算應(yīng)力為:=根據(jù)計(jì)算結(jié)果可得,該軸滿足強(qiáng)度要求。軸Ⅲ的計(jì)算(1)計(jì)算軸轉(zhuǎn)矩軸Ⅲ的輸出功率:=52.82×0.97×0.99=50.72KW轉(zhuǎn)速:=96.8r/min求軸上轉(zhuǎn)矩=5003884N·mm(2)計(jì)算作用在齒輪上的力(3)初步估算軸直徑選取38GrMoAlA作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑并加大3%考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的影響查表取A=90,得:(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸的結(jié)構(gòu)方案右齒輪和右軸承從軸的右端裝入,右齒輪左端面靠軸肩定位,右齒輪和右軸承之間用定位套筒使右軸承左端面得以定位。左齒輪和左軸承從軸的左端裝入,齒輪右側(cè)端面靠軸肩定位,左齒輪和左軸承之間用定位套筒使左軸承右端面得以定位,左右軸承均采用軸承端蓋。齒輪采用普通平鍵得到周向固定。采用調(diào)心滾子軸承。軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.5所示。圖3.5軸的結(jié)構(gòu)簡圖2)確定各軸段直徑和長度①段根據(jù)按GB/T288-1994圓整,選擇調(diào)心滾子軸承型號(hào)為22215C/W33,其寬度。軸承潤滑方式的選擇:,選擇脂潤滑?？紤]軸承潤滑,取軸承距箱體內(nèi)壁距離為7mm。由軸Ⅱ計(jì)算可知,左齒輪軸向中點(diǎn)到箱體左內(nèi)壁的距離為44mm,則:②段,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,應(yīng)比齒輪轂孔短2mm。③段取左齒輪右端定位高度為4mm。由前面計(jì)算軸Ⅱ可知兩齒輪徑向中心距為145mm,則此軸環(huán)的長度由于是對(duì)稱布置,因此④⑤段分別與②、①段相同。3)確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩出的圓角半徑為R1,軸端倒角為2×45。4)確定軸承及齒輪作用力位置(5)繪制軸的彎矩和扭矩圖軸Ⅲ上齒輪與前一級(jí)齒輪和配位齒輪相對(duì)位置如圖3.6。圖3.6齒輪相對(duì)位置其中齒輪5與齒輪3、齒輪7嚙合,齒輪6與齒輪4、齒輪8嚙合。1)求軸承反力:H水平面V垂直面2)求齒寬中點(diǎn)處彎矩H水平面V垂直面合成彎矩M由于不受扭矩作用,因此按彎矩進(jìn)行強(qiáng)度校核。軸的材料為38GrMoAlA,調(diào)質(zhì)處理。查表可得:,,取84～93,取,則軸Ⅰ的計(jì)算應(yīng)力為:=根據(jù)計(jì)算結(jié)果,該軸滿足強(qiáng)度要求。螺桿齒輪軸段計(jì)算(1)計(jì)算軸轉(zhuǎn)矩每根螺桿的輸出功率:=50.72×0.97×0.99=24.4KW轉(zhuǎn)速:=260r/min求軸上轉(zhuǎn)矩=896230.8N·mm(2)計(jì)算作用在齒輪上的力(3)初步估算軸直徑螺桿的材料為38GrMoAlA,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑并加大3%考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的影響,查表取A=90,得:(4)軸的結(jié)構(gòu)確定1)擬定軸的結(jié)構(gòu)方案由于螺桿擠出工作段直徑最大,因此齒輪和軸承均從軸的右端裝入,因此螺桿非擠出段直徑從左到右依次減小。兩螺桿的中心距為70.7mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,內(nèi)徑大于42mm的滿足選擇要求的軸承的外徑都大于螺桿中心距的一半,因此兩螺桿上安裝在減速箱體同側(cè)的軸承必須錯(cuò)位布置?？紤]到防止一根螺桿的軸承和另一根螺桿非擠出段發(fā)生干涉,則軸承外徑的半徑加上螺桿的半徑必須小于螺桿中心距,由前面初步估算的軸的直徑,如果此段用了軸肩來對(duì)齒輪或軸承進(jìn)行軸向定位,那么軸的大徑段會(huì)達(dá)到50mm,可選用的軸承的外徑的半徑加上軸的半徑將達(dá)到70mm,而螺桿的中心距只有70.7mm,這樣給制造和安裝的精度誤差帶來了很大麻煩。因此兩軸承之間螺桿段直徑一樣,靠套筒進(jìn)行軸向定位。左右軸承均采用軸承端蓋,齒輪采用普通平鍵得到周向固定,軸承采用調(diào)心滾子軸承。結(jié)構(gòu)如圖3.7。圖3.7軸的結(jié)構(gòu)簡圖2)確定軸直徑和受力點(diǎn)之間的長度根據(jù)圓整,選擇調(diào)心滾子軸承型號(hào)為22209C/W33,其寬度。軸承潤滑方式的選擇:,選擇脂潤滑?？紤]軸承潤滑,取軸承距箱體內(nèi)壁距離為7mm。由軸Ⅱ計(jì)算可知,齒輪中點(diǎn)到箱體左內(nèi)壁的距離為44mm,則:齒輪中點(diǎn)到箱體右內(nèi)壁的距離為189mm,且要給另一根螺桿安裝軸承留下空間,取兩軸承之間的軸向間為10mm,則:(5)繪制軸的彎矩和扭矩圖1)求軸承反力:沿齒輪接觸點(diǎn)切平面垂直平面求齒寬中點(diǎn)處彎矩切平面垂直平面合成彎矩(6)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù)為0.6。=軸的材料為38GrMoAlA,調(diào)質(zhì)處理。查表可得:,,取84～93,取,則軸Ⅰ的計(jì)算應(yīng)力為:=螺桿推力軸承的選擇螺桿的軸向力,軸向力較大,應(yīng)設(shè)置推理軸承。3.8.4軸承壽命校核軸承設(shè)計(jì)的預(yù)期壽命為為1年,由于擠出機(jī)每天24小時(shí)工作,則設(shè)計(jì)預(yù)期壽命小時(shí)數(shù)軸Ⅰ軸承壽命計(jì)算該軸選用的軸承為調(diào)心滾子軸承22212C/W33,其額定載荷(GB/T288-1994).該軸的轉(zhuǎn)速軸承工作時(shí)無沖擊,載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷軸承壽命軸承壽命校核合格軸Ⅱ軸承壽命計(jì)算該軸選用的軸承為調(diào)心滾子軸承22212C/W33,其額定載荷(GB/T288-1994)。該軸的轉(zhuǎn)速軸承工作時(shí)無沖擊,載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷軸承壽命軸承壽命校核合格軸Ⅲ軸承壽命計(jì)算該軸選用的軸承為調(diào)心滾子軸承22215C/W33,其額定載荷(GB/T288-1994)。該軸的轉(zhuǎn)速軸承工作時(shí)無沖擊,載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷軸承壽命螺桿軸承壽命計(jì)算該軸選用的軸承為調(diào)心滾子軸承22209C/W33,其額定載荷(GB/T288-1994)。該軸的轉(zhuǎn)速軸承工作時(shí)無沖擊,載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷軸承壽命軸承壽命校核合格3.8.5鍵的校核軸Ⅰ上的鍵校核選用普通平鍵A型,按1.5個(gè)鍵進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。軸直徑為A型普通平鍵尺寸b×h=14×9鍵長轉(zhuǎn)矩許用擠壓應(yīng)力則有:=因此,該鍵能夠安全使用。軸Ⅱ上的鍵校核(1)大齒輪鍵校核選用普通平鍵A型一個(gè)軸直徑為A型普通平鍵尺寸b×h=20×12鍵長轉(zhuǎn)矩許用擠壓應(yīng)力則有:=因此,該鍵能夠安全使用。(2)小齒輪鍵校核選用普通平鍵A型,軸直徑為A型普通平鍵尺寸b×h=18×11鍵長轉(zhuǎn)矩許用擠壓應(yīng)力則有:=軸Ⅲ上的鍵校核選用普通平鍵A型,直徑為A型普通平鍵尺寸b×h=22×14鍵長轉(zhuǎn)矩許用擠壓應(yīng)力則有:=因此,該鍵能夠安全使用。螺桿上的鍵校核選用普通平鍵A型,軸直徑為A型普通平鍵尺寸b×h=14×9鍵長轉(zhuǎn)矩許用擠壓應(yīng)力則有:=因此,該鍵能夠安全使用。3.8.6箱體的設(shè)計(jì)完整的減速器箱體上設(shè)有窺視孔、窺視孔蓋、連通器、軸承蓋、定位銷、起箱螺釘、油標(biāo)、放油孔、放油螺塞和起吊裝置等。本設(shè)計(jì)為臥式減速器。減速器箱體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表3.2所示。表3.2箱體參數(shù)名稱符號(hào)尺寸箱座壁厚δ11箱蓋壁厚11箱座上凸緣厚度b12箱蓋凸緣厚度b16.5底座凸緣厚度b27.5地腳螺栓直徑24地腳螺栓數(shù)目n6軸承旁連接螺栓直徑20蓋和座連接螺栓直徑12軸承端蓋螺釘直徑10檢查孔蓋螺釘直徑8定位銷直徑d8第4章雙螺桿擠出機(jī)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1定量給料系統(tǒng)定量給料系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、送料螺桿和加料斗組成。送料螺桿實(shí)行無級(jí)調(diào)速,其螺桿速度視雙螺桿轉(zhuǎn)速而定。也就是說,隨雙螺桿轉(zhuǎn)速的提高而提高。一旦建立了平衡,送料螺桿的送料量就等于擠出量,也就等于工作產(chǎn)量。送料螺桿與擠出螺桿可實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速,且轉(zhuǎn)速可直接從儀表上顯示出來。在減速箱內(nèi)要加入30號(hào)機(jī)油潤滑。另外,在加料斗內(nèi)附有CJ—3型磁力架,可有效地防止鋼制螺釘、鐵屑導(dǎo)磁金屬雜物隨塑料原料混入擠出機(jī)螺桿內(nèi)。保護(hù)螺桿不受損環(huán)。4.2恒溫系統(tǒng)恒溫系統(tǒng)由電加熱器和風(fēng)冷卻器組成,安裝在機(jī)身內(nèi)部。本部件可按設(shè)定溫度值,起到對(duì)螺桿進(jìn)行加熱或冷卻的作用。在開冷車時(shí),能夠加熱螺桿。工作一段時(shí)間后,由于塑料受混煉及剪切作用,螺桿溫度不斷升高。為了不使螺桿過熱,此時(shí)鼓風(fēng)機(jī)冷卻螺桿。經(jīng)過本裝置可使塑化溫度均勻,物料不易分解,從而提高了塑料制品的質(zhì)量。4.3真空排氣系統(tǒng)物料在擠出塑化過程中,往往夾帶空氣、吸附的水份以及在成型溫度下所產(chǎn)生的揮發(fā)物。這些混合氣體夾雜在