三螺杆挤出机螺纹元件及混合机理研究

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1、北京下七』二大学XWfi学位-V仑文辅螺杆的转速差改善物料的输送和自洁效果。1-5a1-5b图1-5主螺杆之间(1-5a)和主辅螺杆之间(1-5b)啮合示意图日本1986年的另一特许专利‘2l’介绍了其用于食品加工的多螺杆挤出机，该专利只是在原有双螺杆的基础上，将三、四根相同直径的螺杆进行合理的排布(图1-6)，进而得到结构比较紧凑、效率好、能批量生产的食品挤出成型机，以减少能耗和提高经济效益。A图1-6专利cz;机器外形和螺杆排布示意图在该专利中，等长的三根螺杆或是一字排列或是V字排列，螺杆直径

2、大小相同，旋转方向受螺纹旋向和啮合程度的限制。该专利对不同挤出机的产能比进行了对比计算，列表如下:.，___一一一一一一一--一.~---~一北京化二二大学硕-A-学位论文表1-1几种挤出机的产能比(以。45平行双螺杆的产量和能耗为基准)挤出机类型螺杆直径〔咖)产量能耗产能比(A/B)平行双螺杆45AB1平行双螺杆703A3B1三螺杆452A1.5B1.33四螺杆453A2B1.5从表1-1可以看出，采用较小的多螺杆组合比加大螺杆直径的双螺杆挤出机的产能比高，在经济效益上有优势。我国烟台粉末技术开

3、发公司于1999年公开的用于粉状涂料加工的实用新型专利‘221采用三根螺杆中心线呈120度均布等边倒三角形排列，螺杆芯轴和螺纹元件之间采用平键联接。该传动系统简单(见图1-7)，分动箱通过一端输入，三端输出。分动箱中的内齿A与输出轴B,C,D上的外齿啮合，带动分动箱的外齿轮输出轴完成扭矩的分配。该技术以较短的螺杆长径比，使物料不易固化，用于热固性粉末涂料的加工。丁上下eJ-f下土图1-7专利【川传动系统简图涂料加工中，低粘度的涂料从敞开式机简流出，通过压辊制成片材，然后破碎成片。为考察其相对于平行

4、双螺杆的混合效果，我们专程到河北文安县的一家涂料生产厂家了解情况。据介绍，由专用的三螺杆挤出机所制得的涂料色母的光度等级能提高2个级别.该设备螺纹元件的曲面未经理论修正，加工也不严格，据说是加工后由钳工打磨的。不能保证三根螺杆两两之间的间隙处处相等，影响北京叮七二二大学;W-A-学1立论文了三螺杆三个啮合区混合作用的充分发挥。从以上相关专利及技术文献可知:三螺杆在混合效果、能耗以及机器的结构上相比于双螺杆有一定的优势，我所应企业委托，经两年的努力，研究开发了三螺杆挤出机，旨在研制新的高效的塑炼技术

5、和装备。注:芳叔.L方ff"i}丈功，匆不冷别着毋三朗产汾留次力君厉纷i"INPIA字忍赶一蟒抒_~~~~~~~甲~，，，，，‘口北京化』二大学硕士学位论文第二章三螺杆几何学几何学是研究构件空间形状、大小、位置及相互作用的科学。一台设备要实现正常运转，必须满足一定的几何条件。对于螺杆挤出机来说，螺杆是“心脏”，是整个机器的核心。螺杆结构及其几何参数的设计合理与否直接影响整个挤出过程，影响制品的质量。对于三螺杆挤出机来说，还涉及到每对螺杆的啮合程度、旋转方向。由双螺杆几何学可知:啮合程度、旋转方向不

6、同，则螺杆的啮合原理和齿形成型原理不同，物料在挤出机中的固体输送机理、熔融塑化机理和熔体输送机理也不同，这在很大程度上决定了制品的质量和机器的适用性。三螺杆挤出机是一种新的机型，虽然在很多方面可以借鉴双螺杆挤出机的研究理论，但第三根螺杆的引入丰富了三根螺杆在空间位置上的排列方式，特别是三角形排列的三根螺杆形成了独有的“中心啮合区”，使物料的流动更加复杂。显然，三根螺杆在空间位置上的排列不是任意的，受到几何条件的限制。三根螺杆排列方式、啮合程度不同，几何上的限制条件也不同。正是这些不同的排列方式、不

7、同的啮合程度又在很大程度上决定了整个挤出机的设计及物料在挤出机中的流动形态和混合效果。因此，螺杆几何学是挤出机设计理论中的重要内容，是保证整个机器正常运作的前提。对于单螺杆和双螺杆挤出机几何学的研究，己有多篇文献作了报导，获得很多有意义的结论，这对人们认识物料在挤出机中的运动、指导螺纹元件的设计、提高整个机器的性能发挥了很大的作用。三螺杆挤出机作为一种新型的塑炼设备，三螺杆几何学是研究工作的第一步。2.1三螺杆挤出机的基本结构和几何构型与单螺杆、双螺杆挤出机一样，三螺杆挤出机主要由挤压系统、传动系

8、统、加热冷却系统、加料系统和机座等部件组成。根据三根螺杆中两两之间啮合程度的不同可以分为紧密啮合型〔c:=凡十尺，c:为中心距，Rb.R:分别为螺杆外北京，七匀二大学AN-*学位论文半径和根半径)，部分啮合型(2凡>CL>(凡十凡)和非啮合型(CL>巩)三螺杆挤出机。显然，三螺杆挤出机的紧密啮合型比部分啮合和非啮合型在技术设计上要求更严格。本设计为啮合型三螺杆挤出机。根据三根螺杆在平面内排列方式的不同，啮合型三螺杆挤出机可分为两类，29]2.1.1三根螺杆水平“一”字排列众所周知，