Питатель к экструдеру
Иллюстрации
Реферат
ПИТАТЕЛЬ К ЭКСТРУДЕРУ, содержащий бункер с расположенными внутри него полым валом с лопастями и питающим шнеком, приводное устройство вращения полого вала и питающего шнека , выполненное в виде двигателя, соединенного с дифференциальным механизмом , связанным с валом инерционного звена, отличающийся тем, что, с целью повьппения производительности питателя за счет обеспечения возможности регулирования подачи материала, приводное устройство снабжено импульсатором, соединяющим дифференциальный механизм с инерционным звеном и выполненньм в виде двойного универсального щарнира, причем вал инерционного звена связан с ведомым звеном двойного универсального щарнира и установлен с эксцентриситетом в опорном диске, ось вращения которого расположена с эксцентриситетом относительно ведущего звена двойного универсального шарнира, равным эксцентриситету вала инерционного звена.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
И
РЕСПУЬЛИН
09) (и) 7 А зов. В 29 F 3/02, В 29 В 5/06
ГОС ДМРСтаЕННЫЙ НОМИТЕТ СОСР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОБРЕТЕНИЯ 1": н автсюскоьм свидатвъсгвм.(21) 3007068/23-05 (22) 20.1.1.80 (46) 07.05.84 Бюл. Ф 17 (72) В.С.Одинец и tO.A.Æäàíîâ (53) 678.057.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР й"-. 592435, кл. В 29 F 3/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2875704/23-05, кл. В 29 F 3/02, 23.01.80 (прототип). (54)(57) ПИТАТЕЛЬ К ЭКСТРУДЕРУ, содержащий бункер с расположенными внутри него полым валом с лопастями и питающим шнеком, приводное устройство вращения полого вала и питающего шне" ка, выполненное в виде двигателя, соединенного с дифференциальным механизмом, связанным с валом инерционноОПИСАНИЕ ИЗ
ro звена, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности питателя за счет обеспечения возможности регулирования подачи материала, приводное устройство снабжено импульсатором, соединяющим дифференциальный механизм с инерционным звеном и выполненным в виде двойного универсального шарнира, причем вал инерционного звена связан с ведомым звеном двойного универсального шарнира и установлен с эксцентриситетом в опорном диске, ось вращения которого расположена с эксцентриситетом относительно ведущего звена двойного универсального шарнира, равным эксцентриситету вала инерционного звена.
926875
Изобретение относится к области полимерного машиностроения, а именно к устройствам для запитки экструдеров.
Известен питатель к экструдеру, 5 который содержит бункер с расположенным внутри него полым валом с лопастями и питающий шнек, вращаемые через приводное устройство, причем шнек установлен с возможностью перемещения в осевом направлении и снабжен упругим элементом, соединенным с полым валом, что обеспечивает саморегулирование их взаимного положения при работе питателя (1) . !
Однако саморегулирование взаимного положения полого вала и шнека не обеспечивает достаточной стабилизации подачи материала и не устраняет возможности образования комков в загрузочной горловине экструдера или в примыкающей к ней полости читателя, что приводит к срыву процесса экструзии.
11еречисленное особенно характерно для материалов, склонных к комкованию, например порошкообразного полиэтилена низкой плотности, поликарбоната или пластифицированных композиций поливинилхлорида.
Указанные недостатки являются пря- 30 мым следствием самого метода регулирования, заложенного в конструкции известного питателя и заключающегося в перемещении его шнека в направлении от загрузочной воронки экструдера при 35 возрастании давления подачи материала, например, при увеличении его объемной массы или уменьшении его забора червяком экструдера. При перемещении шнека между его выходным концом и за- 4р груэочной воронкой освобождается постепенно уменьшающаяся полость, непрерывно эаполняющаяся новыми порциями подаваемого материала. При этом давление подачи материала дополнительно 45 увеличивается, поскольку шнеку питателя необходимо преодолеть сопротивление перемещению материала со стороны стенок образовавшейся полости, в которой происходит спрессовывание материа-5р ла и полное прекращение его подачи в экструдер.
При небольших изменениях объемной массы подаваемого материала или его захвате червяком экструдера шнек питателя уменьшает подачу материала в экструдер не уменьшением его забора из бункера, а накапливанием запаса в образующейся дополнительной полости.
Разгрузка материала иэ укаэанной полости происходит под суммарным действием вращения червяка и усилия упругоro элемента, что приводит к периодической пульсации производительности в сторону ее увеличения.
Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является питатель к экструдеру, содержащий бункер с расположенными внутри него полым валом с лопастями и питающим шнеком, приводное устройство вращения полого вала и питающего шнека, выполненное в виде двигателя, соединенного с дифференциальным механизмом, связанным с валом инерционного звена j2).
Дифференциальный механизм в известном питателе снабжен сателлитами и инерционным звеном в виде неуравновешенных грузов.
Недостатком питателя является то, что он не обеспечивает возможности регулирования запитки экструдера на ходу процесса вследствие жесткого соединения инерционного звена с сателлитами дифференциального механиэ1 .ма. Такое конструктивное решение не позволяет изменять параметры инерционных моментов, влияющих на уровень производительности питающего шнека.
Невозможность регулирования уровня производительности питающего шнека обусловливает потери сырья и получение брака изделий в переходных режимах, особенно при запуске экструдера.
Цель изобретения — повышение производительности питателя за счет обеспечения возможности регулирования подачи материала.
Достигается цель тем, что в питателе к экструдеру, содержащем бункер с расположенными внутри него полым валом с лопастями и питающим шнеком, приводное устройство вращения полого вала и питающего шнека, выполненное в виде двигателя, соединенного с дифференциальным механизмом, связанным с валом инерционного звена, приводное устройство снабжено импульсатором, соединяющим дифференциальный механизм с инерционным звеном и выполненным в виде двойного универсального шарнира, причем вал инерционного звена связан с ведомым звеном двойного универсального шарнира и установлен с эксцентриситетом в опорном диске, ось вращения которого расположена с эксцентриситетом относительно ведуще926875 го звена двойного универсального шарнира, равным эксцентриситету вала инерционного звена.
На чертеже изображен предлагаемый питатель, продольный разрез. 5
Питатель содержит бункер 1 с выходным патрубком 2, полый вал 3 с лопастями 4 и питающий шнек 5. Полый вал
3 и питающий шнек 5 приводятся во вращение от приводного устройства в 10 виде двигателя 6 через дифференциальный механизм-редуктор, у которого центральная шестерня 7 непосредственно соединена с питающим шнеком 5, эпициклическая 8 через зубчатое за- 15 цепление 9 — с двигателем 6,. а водило
1Π— с полым валом 3. Центральная шестерня 7 дополнительно связана с инерционным звеном 11 через двойной универсальный шарнир, который выполняет 20 роль импульсатора и состоит из веду. щего звена 12 жестко связанного с центральной шестерней 7, промежуточного звена 13, вилки которого расположены во взаимно перпендикулярных плос-25 костях, и ведомого звена 14, соединенного с инерционным звеном посредствам шлицевого соединения 15. Инерционное . звено 11 снабжено валом 16, помещенным в отверстие 17 опорного диска 18, 30
Ось вращения X- х опорного диска 18 параллельна оси - ведущего звена 12 импульсатора и отстоит от нее на некоторое расстояние а . На таком же расстоянии от оси x - -х опорного диска
1 8 р ас положено отверстие 1 7 . Опорный диск 18 снабжен на своей боковой поверхности зубьями 19, взаимодействующими с приводным червяком 20. За счет вращения опорного диска 18 вокруг сво-40 ей оси X --X посредством червячной пары
19-20 ось вращения вала 16 инерционного звена 11 перемещается параллельно оси вращения - Ч ведущего звена 12, изменяя эксцентриситет между осями инерционного и ведущего звеньев от 0 до 2 с1 (на чертеже показано смещение осей на максимальную величину 2р).
Для передачи вращения водилу 10 установлены сателлиты 21.
Питатель работает следующим образом.
Вращение от двигателя 6 через эни" циклическую шестерню 8, сателлиты 21 передается водилу 10 и центральной
Ы шестерне 7, жестко соединенными соответственно с концентрически расположенным полым валом 3 и питающим шнеком 5. Дифференциальный механизм питателя передает крутящие моменты на выходные валы при любом соотношении скоростей их вращения. Для данного типа дифференциального механизма крутящие моменты M 3 и М g на полом валу 3 и питающем шнеке 5 определяются попередаточному отношению механизма и находятся в зависимости
2 g
М1
При этом соотношении скоростей вращения полого вала 3 и питающего шнека 5 взаимосвязаны по формуле
СдВ- . U>--. М где(1„ у ы — угловые скорости вращения
5 8 полого вала 3, питающего шнека 5, эпициклической шестерни 8;
I — передаточное отношение дифференциального механизма где 2, и " числа зубьев эпицикли7 ческой и центральной шестерен.
Необходимое распределение скоростей вращения питающего шнека 5 и полого вала 3 обеспечивается соответствующим подбором геометрических параметров шнека и лопастей.
Если вследствие изменения параметров работы или объемной массы материала, иапример за счет изменения степе" ни его предварительной уплотненности в зоне работы шнека, повысится давление материала, то увеличится момент сопротивления вращению питающего шнека. Это приведет к уменьшению скорости вращения шнека Q, а значит и к уменьшению количества подаваемого в червяк материала. С восстановлением давления восстановятся первоначальная скорость и крутящий момент на пи тающем шнеке 5. Такое саморегулирова ние скорости вращения питающего шнека 5 и крутящего момента обеспечивает при изменении объемной массы материала стабилизацию его подачи и производительности экструдера, а при изменении захвата материала червяком экструдера исключает напрессовку избыточных порций материала, его комкование и заклинивание с остановкой
926875 экструдера. В соответствии с формулой распределения скоростей вращения питающего шнека 5 и полого вала 3 видно, что с уменьшением скорости вращения питающего шнека 5 скорость полого вала 3 увеличится. Автоматическое увеличение скорости вращения полого вала 3 с лопастями 4 при уменьшении скорости вращения питающего шнека 5 приведет к увеличению степени рыхле о ния массы в бункере 1, что будет препятствовать слеживанию материала при его уменьшенном расходе.
Стабилизации подачи и устранению комкообразования подаваемого в экстру-1 дер материала способствует также импульсный режим работы питающего шнека 5. Импульсы генерируются инерционным звеном 11, связанным с центральной шестерней 7 через двойной универсальный шарнир 12-13-14. Известно, что при неравномерном вращении инерционного звена 11 на нем возникаютзнакопеременные инерционные моменты, определяемые и I - гдето= ynp — момент инерции инерционкого звена 11 относительно оси вращения ведомого звена 14 универсального шарнира;
tO — масса инерционного звена; — радиус инерции звена; угловое ускорение инер- 35
41 ционного звена;
ДФ. изменение угловой скорости инерционного зве и — — на обусловленное им ф У
°, пульсатором. 40
Амплитуда колебания 3 угловой скорости инерционного звена 11 зависит от угла между осями звеньев двойного универсального шарнира и определяется 45
С09
3- 2 7
ы п с6 + c054 у СО где Ж вЂ” угол поворота ведущего звена 12 двойного универсального шарнира.
Значит, инерционный момент Ми зависит от угла между осями звеньев универсального шарнира, который регулируется посредством. вращения червячной передачи 19-20. С уменьшением
Я величины эксцентриситета между осями инерционного звена 11 и ведущего звена 12 импульсатора уменьшится угол между осями звеньев универсального шарнира. При этом уменьшится и инер- ционный момент М р иа инерционном звене 11. И, каиборот, с увеличением эксцентриситета между осями инерцион ного звена 11 и ведущего звена 12 импульсатора инерционный момент М увеличится. Следовательно, центральная шестерня 7 (питающий шнек 5) полу чит зиакоперемениый характер мощностного потока с амплитудой, пропорциональной углу g между осями звеньев двойного универсального шарнира и с периодами, зависящими от скорости вращения инерционного звена 11. Так, с уменьшением скорости вращения питающего шнека 5 (звена 11) уменьшится частота крутилькых колебаний иа питающем шнеке 5, что приведет к уменьшению подаваемого в экструдер материала.
С увеличением скорости вращения питающего шнека частота крутильных колебаний питающего шнека увеличится, что способствует увеличению производительности питающего шнека 5 до первоначально установленного уровня, т.е. стабилизации. Регулировка уровня производительности питающего шнека достигается за счет изменения амплитуды колебания угловой скорости инерционного звена 11 (за счет изменения угла между осями звеньев универсального шарнира) . !
Замена жестко установленных на сателлитах неуравновешенных инерционных звеньев (как это имело место в питателе по прототипу) на инерционное звено, кинематически связанное с дифференциальным механизмом через импульсатор с регулируемой угловой скоростью вращения ведомого звена, обеспечила преимущество данного питателя перед известным, заключающееся в том, что
G он позволяет регулировать запитку во время работы экструдера в зависимости от условий процесса, особенно при переходных режимах и в период запуска.
Кроме того, такая замена устранила динамическую неуравновешенность звеньев приводного устройства, присущую прототипу. Это обстоятельство обусловило более мягкий режим работы, больший ресурс звеньев механизма, так как узлы и детали привода меньше подвержены динамическим нагрузкам .
Таким образом, данный питатель к
Ф экструдеру обеспечивает как автоматическое, так и регулируемое в зависи.926875
ВНИИПИ Заказ 3872/1 Тираж 640 Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп.йроехтжан,4 мости от условий запитки (объемная масса подаваемого материала, степень ее разрыхленности) и условий набора материала червяком экструдера изменение подачи материала на ходу процесса экструзии.
Использование питателя к экструдеру эффективно при переработке порош- кообразных материалов и их композиций, 1 склонных к слеживанию (порошкообразный полиэтилен, полиэтилен низкого давления, поликарбонат, пластифицированный поливинилхлорид), особенно при частых остановках экструдера.
Такой питатель облегчает запуск экструдера, устраняет потери сырья и брак изделия при достижении стабильно« го режима работы.