一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置的製作方法

2023-07-26 19:43:11 1

專利名稱：一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種膠管擠出技術，具體講涉及一種膠管冷餵料擠出聯動生產線。
背景技術：
I、擠出設備擠出是膠管制造工藝中一項很重要的工藝過程，膠料通過擠出機塑化、混煉並經過相應的口型擠出後，便可獲得相應規格的管坯。擠出機按照餵料方式的不同分為熱餵料擠出機與冷餵料擠出機。目前，國內大部分膠管生產廠家使用不同格的熱餵料擠出機擠出管胚，只有少數廠家用冷餵料擠出機擠出管胚。使用熱餵料擠出擠出膠管管胚，必須配備煉 膠機對膠料進行煉，並且膠料熱煉必須均勻。採用冷餵料擠出擠出膠管，擠出前的膠料不需要經過熱煉工，而直接將冷膠條餵入擠出機餵料口中，從而避免膠料在擠出前預熱時因受熱不均而帶來質量波動，同時更具有簡化生產工藝、減少設投資、提高生產效率、節省能源等優點，應該採用大力推廣。比較先進的膠管擠出生產線，應該包括擠出機和機頭、測徑儀、冷卻水槽、隔離劑噴塗裝置、牽引裝置和卷取裝置等。目前，大部分廠家膠管擠出生產線結構比較簡易，沒有配備專用的牽引裝置，僅依靠操作者人工牽引膠管管胚。有些廠家配備的牽引裝置結構不合理，控制精度太低，實現不了對牽引速度和擠出速度的精密控制。較先進的膠管擠出生產線上已配備了測徑儀對擠出的管胚尺寸進行檢測，再經過控制系統來保證管胚精度，這種先進的控制方式在國內使用得很少。膠管擠出從工藝上分無芯法、有芯法兩種。無芯法擠出的主要優點是製造工序簡單、勞動強度低、生產效率高，並可節省管芯等輔助材料，而且膠管表面光滑平整。其缺點也十分明顯，產品質量波動大，產品圓度及規格精度不易控制，膠管的整體結合不如有芯法的好。有芯法擠出的主要優點是膠管的質量比較穩定，管體密實性較好，產品規格尺寸比較精確。但是，這種生產方法工序比無芯法的多，勞動強度高，輔助材料消耗較多。有芯法擠出包括硬芯法和軟芯法兩種，大多數膠管生產廠家習慣採用硬芯法擠出膠管。採用硬芯只能手工操作，勞動強度大，生產效率低，而且產品外徑均勻性也難以保證。產品長度短，一般只有幾m，最長也不超過20m。膠管多為定長使用，需要對產品進行切割，硬芯法生產的膠管切割損耗很大，一般利用率僅為70%，浪費十分驚人。軟芯法擠出膠管，管胚可盤卷彎曲，生產佔地少，勞動強度低，產品的生產長度由軟芯線決定，幾乎沒有限制，能夠實現連續化生產，大大提高了生產效率和生產的自動化程度，值得推廣使用。膠管管胚擠出過程中，比較常見的質量問題有管胚尺寸不合要求，管壁厚薄不均，粗細不勻，膠層破裂，膠層起泡或出現海綿現象，管胚粘著等。產生這些質量問題的原因比較多，影響的因素也比較多，現逐項分析如下(I)管胚尺寸不符合標準要求，管壁厚薄不均芯型和口型選配不當，膠料混煉和塑煉不好，造成膠料的可塑度不一致；芯型和口型偏心或選配不當，膠料熱煉溫度不均勻，擠出機工作螺杆塑化性能差，都容易造成這類問題。
(2)管胚粗細不均勻膠料的可塑度不一致，熱煉溫度不均勻，餵料速度忽快忽慢，擠出速度和牽引速度不匹配，都能造成管胚擠出後外徑粗細不均勻的現象。(3)膠層破裂膠料內混有膠團、硬粒等雜質，或者膠料產生局部自硫，都可能造成膠層破裂。(4)膠層起泡或出現海綿現象膠料中水分或低分子揮發物太多，膠料熱煉或餵料中混入空氣，擠出機溫度太高，擠出機螺杆磨損嚴重造成推力不足，擠出機機頭壓力不足等，都能造成膠層起泡或海綿現象。(5)管胚粘著管胚冷卻不夠，隔離劑效果差，擠出後管胚擠壓太緊，停放時間太長，都能造成管胚粘著現象發生。2、牽引導向裝置與電氣控制系統
目前牽引導向裝置與電氣控制系統，能通過變頻控制實現纏繞與牽引的同步控制，但在與擠出環節的協調配合方面考慮的不多，還處於各自獨立運行的狀態，不能從整個鋼絲纏繞聯動生產的角度進行全程的自動化控制與運行。而且尚未實現從膠管擠出、硫化冷凍與鋼絲纏繞與牽引總體環節的閉環反饋控制。對於異常生產狀況的故障診斷、監控報警的技術研究與設備研製尚未見有文獻報導。

發明內容
為了解決目前膠管擠出聯動生產線工藝中現存的技術問題，本發明主要在以下幾個方面進行工藝、設備、控制方式的革新與改進設計了一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，如圖I所示，包括1、軟芯導出裝置；2、前牽引機；3、冷餵料擠出機；4、動力櫃；5、溫度控制系統；6、測徑儀；7、印字機；8、冷卻水裝直；9、後牽引機；10、塗隔尚劑機；11、雙軸收卷機；12、王控制臺；13、張力裝直。其生產工藝流程如圖2所示。採用塑料擠出及其自動控制技術和橡膠管胎擠出及其自動控制技術，塑料冷定形和橡膠管胎冷定形及其卷繞和測控技術，研製膠管管胎擠出及同步聯動控制和檢測生產流水線。所述的自動化膠管冷餵料擠出聯動生產線，包括其特徵在於所述的膠管擠出機設有若干組筒身加熱器、溫度檢測器、機頭壓力傳感器，與變頻器、PLC組成擠出控制系統。所述的自動化膠管冷餵料擠出聯動生產線，其特徵在於所述的擠出牽引機，其控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成；設置有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值；根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度；顯示、設定管壁厚度；顯示牽引機的電流、轉速；設置有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷等機電部件。所述的自動化膠管冷餵料擠出聯動生產線，其特徵在於該自動化膠管擠出聯動生產線設有整體智能監控系統，採用溫度、壓力、紅外線或者超聲波等傳感器，基於單片機或PLC的主控單元，採用現場總線技術，設置上位工控機，設計可以實現各種工藝參數檢測與整定以及屏幕顯示功能，以及各路傳感器信號的信息融合與智能決策判斷系統，方便操作人員隨生產工藝要求的改變而隨時調整生產聯動線的參數，並可以實現對各種故障智能報警與基於專家資料庫的故障排除快速指南。一、擠出環節I. I擠出機主要由傳動裝置、機身、機頭、餵料輥、溫水循環系統、潤滑系統和電氣控制系統等組成。在擠出工藝環節，包括擠出機機頭的空氣壓力與機頭溫度，以及螺杆轉速檢測與控制，保證機頭壓力穩定；冷餵料的膠料均勻性、緻密性與細化程度，以及膠料中異物檢測；加熱部件溫度與電流的檢測與控制；牽引裝置與擠出機頭擠出速度的協同控制，以及管胚尺寸的檢測與牽引速度的協同控制等。維持擠出量穩定是擠出機控制系統的主要任務，為了使擠出機的擠出量穩定，抑制各種幹擾，擠出機電動機轉速控制系統採用了轉速閉環控制。I. I. I傳動裝置主電機通過三角皮帶減速，再通過聯軸器與減速器輸人軸，經齒輪減速帶動輸出軸。輸出軸為空心結構.內孔是對螺杆進行加熱冷卻的管道，並從減速器尾部引出。減速器箱體為鑄鋼件，具有足夠的強度和剛度。箱體上設有三個寬敞的視孔，可以隨時從不同角度觀察齒輪的運轉情況和潤滑情況。1.1.2 機身後段機身用鑄鋼製成.有冷卻水內腔及前後兩段襯套。襯套材料經氮化處理，具有足夠的耐磨性。加料口設在此段機身上方，加料口上方安置進料鬥。前段機身用無縫鋼管制成，通過法蘭與後段機身聯接，有較好的加熱和冷卻效果。內套材料與前段機身襯套材料相同。兩端的密封結構裝卸簡易，密封性能較好。1.1.3 機頭機頭外殼與機身用長鉗狀接，聯接處帶有密封圈，班後停機或更換規格品種時可迅速將反扣式卡鉗打開，使機頭和機身分離，便於清理機頭和機身內餘膠。機頭殼體與機頭芯體採用錐體式配合，停機後可用專用工具將機頭芯體取出，使機頭內不留殘餘膠。機頭外殼有空腔供加熱冷卻之用。機頭下部有支架和供移動的腳輪。由於機頭段比其它機身段熱容量大，所以在溫控設計中加大了機頭加熱功之，使機頭和機身其它各段在準備工作前的升溫過程基本趨於一致。機頭和機身內膠料壓力大小和壓力穩定性是製品是否均勻的關鍵因素之一。機頭人端裝有高溫熔體壓力傳感器.以測量機頭內壓強，該壓強在總控制臺上有數字顯示。總控制線路上設有安全壓強報警線路，機頭內膠料壓強一亙超過設定壓力值，整機就停止工作，以保護機頭和機身。機頭帶有抽真空裝置，鋼絲纏繞膠管包外膠時，真空泵啟動，使機頭擠出的包覆膠與鋼絲層形成真空狀態，達到緊密貼合，這樣硫化後的膠管無氣泡和脫層現象。打開長鉗後，移動機頭小車，可輕便地使機頭和機身作較大距離的分離。機頭和機身的加熱管路上採用耐熱橡膠鋼絲編織膠管並配以快速接頭，快速接頭兩端有不鏽鋼材料製成的止回閥，使機頭在下常工作壓力下，快速打開機頭切斷管路，實現了機頭與機身的快速分離，熱水管路的快速分離，機頭內膠料的快速清膠。機頭提供一種新的直角機頭擠出系統，其直角機頭擠出機的機殼有能夠安裝一固定中、心或者非可調口型的組合件，在從啟動到全速運行的整個過程中，能夠平衡流動膠料向口型的流動。以前的口型組合件的缺點是需要不斷調節口型才能使膠管具有合格的剖面尺寸和均勻的壁厚同心度。預設剖面尺寸和均勻壁厚同心度的管狀部件採用該口型組合件(即魚雷形分流梭)的擠出系統，尤其是直角機頭擠出系統進行擠出。此口型組合件有一個固定的中心，不需要機械調節就能使膠料在從啟動到全速運行的整個過程中均勻地流動到口型。這種新的直角機頭擠出系統的一個關鍵特點是在擠出機機殼裡有一個固定中心口型組件結構。這種魚雷形分流梭口型組合件將來自擠出機螺杆的膠料分離成四個基本上相等的部分，即可控流量，這樣口型就有均勻的體積流量。這種直角機頭擠出系統的另一個特點是，直角機頭擠出機的外部機體採用了一種能夠配置「不可調」 口型的設計。此外，這種擠出機在直角機頭機體的前面有兩個可控溫度區段，以控制通過擠出機機體流動的膠料溫度。在圖3所示的擠出系統剖面圖中，擠出系統(10)的機殼(12)有一錐形內壁表面 (14),其在機殼如端的內徑小於在機殼後端的內徑。機殼(12)在其如端有螺紋表面(28),以便將口型頭(未示出)擰到機殼(12)上。擠出組合件(18)位於機殼(12)裡，組合件
(18)的截頭錐體外表面(22)與機殼(12)的錐形內壁表面(14)相哨合。擠出組合件(18)有一管狀內膛(32)。管狀內膛(32)內徑一致，貫穿整個組合件(18)，用以輸送電線、芯型或管件(未示出)。組合件(18)用一螺母(未示出)固定在機殼(12)中，該螺母是使用螺紋(26)擰到機殼上的。膠料(如未硫化的膠料)在高壓和高溫下，通過管道(40)輸送到機殼(12)的內部。所用的壓力和溫度為膠料通過擠出系統所用的壓力和溫度。膠料由固定中心口型組合件中的分流器(38)通過隆起表面(24)之間的導槽(42)進行分布，均勻地將膠料分離成兩個基本上相等的部分，即相等的流量。膠料繼續通過導槽(44)向前分布，這兩個相等部分即流量的膠料最終均勻地分離成四個相等部分的膠料。最後，膠料被導向管狀內膛(32)。在這裡，膠料或者被均勻地分布和塗覆到一圓柱形物體(如膠管、電線或芯型)上，以提供一具有指定的剖面尺寸和均勻的壁厚同心度的膠料管狀結構；或者用於提供一無支撐的軟管。在機殼(12)中，最好使用一個或多個溫度控制區段(20)，以協助控制擠出物的壁厚同心度。而機殼(12)尤以帶有兩個溫度控制區段為最好，並且對溫控介質的溫度要加以監控，以保證溫度恰當。1.1.4餵料及其控制系統餵料輥裝在後段機身加料口側面，輥面與螺杆相對迴轉，強制咬片餵入機筒內。該裝置梁用鉸鏈門式安裝，清膠時，可以打開餵料輥支架，使之旋轉約100°，便於清膠。餵料輥下側裝有可調整的刮膠板，其刃部與輥面的間隙可根據不同膠料進行調整，其輥面兩側有返膠環，隨時將膠屑排出。餵料系統示意圖如圖4所示,原理圖如圖5、6所示。在正常工作時,將膠條放在餵料運輸帶始端，將手動、自動餵料選擇開關S3扳到手動位置，K9不吸合，K5未得電，旋轉速度給定電位器R1，K5的4、5腳相連，K2未得電，由K2的10腳給E300115-1Q控制器輸入給定信號，運輸帶主電機Ml帶動膠條運行，待膠條已被送到機筒內可以被螺杆旋入的位置，將給定電位器回零，停止運送，S 3扳到自動位置。當主螺杆旋轉後，即可自動餵料。若遇特殊情況，須運輸帶反轉時，按運輸帶正反轉點動按鈕S4,反轉接觸器K4接通，改變電機勵磁方向，實現反轉。同時K2接通，使K2的10腳與K2內部可調電阻(通常情況下是不調的)相連，使電機按內部固有給定速度旋轉(實際轉速較低)，也就是說在反轉時，速度不可調，這是根據工藝條件確定的。
正轉時自動餵料的實現如圖6中所示B2為兩個發電機，安裝在餵料帶的終端，當主螺杆開始旋轉時，將膠條捲入機筒內，膠條帶動運輸帶低速運行，同時運輸帶通過機械結構帶動這兩個發電機旋轉，發電機發出電壓。當將S3扳到自動位置時，K5得電，使原來靠Rl電阻給定速度的迴路改為由發電機B2經K5的15、16腳到A元件，通過A元件內的電阻抽頭10輸送至控制器中，作為主電機M I的給定信號，由於B2發出的電壓與主螺杆的轉速成正比，因此其送至控制器的給定信號與主螺杆的轉速也成正比，這就保證了餵料與螺杆轉速的同步。1.1.5 螺杆螺杆材料也與前段機身襯套材料相同。耐磨性好，硬度高；螺杆結構為主副螺紋結構，導程大。主、副螺位交接處採用餵慢過渡，使製品塑化均勺，生產能力高，螺杆自潔性好。(I)、排氣式冷餵料擠出機螺杆橫稜的改進螺杆是擠出機最重要的工作部件，有「擠出機心臟」之稱。螺杆的結構和參數選擇是否合理，將直接影響擠出機的工作性能。螺杆設計的基本要求是能經濟地進行高產優質的擠出，對於壓形擠出機的螺杆，除了要求能穩定均勻的擠出外，還要能產生較高的壓力，以保證所擠出半成品的緻密性和幾何尺寸的準確。排氣式冷餵料擠出機的工作機理及其螺杆的組成結構在擠出過程中，膠料的物性是有一定變化的，這種變化在冷餵料擠出機上尤為明顯。通常加入擠出機的膠料呈高彈態，隨著擠出過程的進行，膠料在螺杆的強烈剪切、壓縮作用下溫度與壓力逐漸升高，而呈現粘流態。根據膠料在擠出過程中物性的變化情況，螺杆的工作部分大體可分為餵料段、塑化段和擠出段(又稱計量段)。擠出機的生產能力很大程度上取決於餵料段的進料能力和擠出段的擠出能力。而膠料的混煉和塑化質量則直接與塑化段的塑化能力有關。對於排氣式冷餵料擠出機，其螺杆通常則由四段組成，即餵料段、第一計量段、排氣段和第二計量段。實際上就是在塑化段和擠出段之間增加了一段所謂「排氣段」。其排氣效果的好壞將決定膠料內部是否含有氣泡，從而影響到產品的緻密性和外觀質量。(2)、排氣式冷餵料擠出機的工作原理自餵料口進入擠出機的膠料，往往夾帶有少量氣體，在旋轉螺杆的作用下，餵料段膠料只有部分充滿螺槽，進入第一計量段時，由於這段的螺槽較淺，膠料受到強烈的剪切和壓縮從而得到較好的塑化和混煉，溫度和壓力也逐漸升高，膠料完全充滿螺槽，並開始呈現出粘流態的物性。排氣段的螺槽較深且導程也比第一計量段大，故其螺槽容積顯著增大，膠料進入該段後，由於內部含有氣體(包括水份及易揮發物的氣化產物)而產生氣泡，在螺稜的切割下氣泡破碎，氣體從排氣口用真空泵抽出，抽出的氣體經冷凝器冷凝、過濾，以除去有害物質。除氣後的膠料繼續輸往第二計量段作進一步的塑化和混合，在螺杆的擠壓作用下，膠料以一定的壓力和溫度自機頭擠出。排氣式冷餵料擠出機的螺杆結構及工作壓力變化曲線示意見圖7。(3)、影響排氣效率的主要因素I)排氣段的流量。流量大則排氣效率低。2)進料度。進料度指排氣段螺紋溝槽內有料部分斷面與螺紋溝槽斷面積之比。進料度高則排氣效率低。3)停留時間。膠料在排氣段的停留時間越長，排氣效率越高。4)剪切強度。剪切強度越大，則排氣效率越高。 本發明的橡膠排氣式冷餵料擠出機的螺杆，其塑化段採用了主副螺紋型螺杆，它由兩條導程不等的主副螺紋組成，副螺紋的高度略低於主螺紋，塑化好呈現出粘性流動的膠料可以越過副螺紋螺稜進入副螺紋背側螺槽，未塑化好的膠料則繼續留在副螺紋正側螺槽進一步塑化。主副螺紋型螺杆具有強烈的剪切和塑化能力，故可在高轉速下實現優質擠出，且對加工的膠料適應性強，並具有較好的自潔、排氣、耐掃膛性能。該螺杆在排氣段排氣孔之前設有獨特的橫稜結構，詳見圖8。膠料在螺槽中流動，由於受到橫稜的作用而產生強烈的剪切和混合，因此能得到較好的塑化和混煉。由圖I可以看出膠料在橫稜前時工作壓力將達到第一計量段的峰值，經過橫稜後由於螺槽容積的突然增大，導致壓力顯著下降，使膠料中所含的氣體、水份及揮發物氣化，鼓出氣泡，在排氣螺稜的切割作用下氣泡被破碎，並通過排氣口的抽真空管路將這些氣體排除。所以，使用了這種結構螺杆的擠出機所生產的產品，無論是緻密性還是外觀質量上均能滿足用戶的使用要求，多年來深受用戶青睞。但是，不少用戶所使用的膠料是不盡相同的，特別是冷餵料擠出機，所加入膠料的硬度及其粘度也有很大的不同。他們根據其所生產產品的不同性能要求，在同一臺擠出機上會經常變換使用物性差異較大的膠料。因此在實際擠出過程中，就會出現以下情況(I)當使用硬度較低的膠料時，通過塑化段的塑化混煉後，已經呈現粘流態的膠料粘度也較小，其流動能力較好，容易通過排氣段橫稜。此時的橫稜與螺槽頂部的間隙δ值就應設計小些，以限制膠料的流動速度，這樣既可以限制流量又可以延長膠料在排氣段的停留時間，有利於提高排氣效率。否則的話，將出現排氣孔因該部位集膠過多導致「冒膠」的現象，從而堵塞排氣孔，使排氣孔無法正常工作，增加清理排氣孔的頻率。(2)當使用硬度較高的膠料時，橫稜與螺槽頂部的間隙δ值則必須設計大些，以適應那些流動性較差的高粘度膠料的通過，使膠料排氣後能儘快填充至第二計量段螺槽，保證擠出的連續均勻和產量的穩定。由於原德國Berstoff公司技術生產的螺杆，其橫稜與螺杆設計成一整體結構，故一經加工完成，其橫稜高度是不可改變的。以往用戶在訂貨時，須提供所用膠料的硬度範圍以供設計製造參考。若膠料硬度變化較大時，需配備兩條甚至更多的螺杆。因螺杆材料優先選用38CrMoAlA鋼，價格昂貴，且加工工藝複雜，其表面還需進行離子氮化處理，故造價不菲，壹條Φ 75X16擠出機螺杆售價就要一萬多元，而Φ200擠出機螺杆售價更高達十萬元，這將大大提高用戶的設備投入成本。本發明提出了兩種改進的螺杆橫稜方案，採用分體式結構較好地解決了因膠料硬度變化而帶來的以上問題。改進方案一活動橫稜結構對於小規格擠出機而言，其螺稜較窄，受到安裝空間的限制，而且螺杆所受的扭矩相對較小。為此，我們採用將原橫稜部位直接改成可拆卸的活動橫稜結構，見圖9。其具體做法在原來的橫稜部位預先銑出安裝平臺，並加工好鍵槽及安裝螺孔，為了保證螺杆主體與活動橫稜均有足夠的強度和抗剪切能力，截面厚度略有增加，活動橫稜下部加工出與鍵槽配合的鍵，並用內六角螺釘安裝在螺杆主體預先銑出的安裝平臺上。該結構採用鍵槽聯接方式保證活動橫稜能承受膠料塑化和混煉所傳遞來的扭矩和剪切力。活動橫稜的加工也比較方便，一般來說一條螺杆配備三種高度規格的活動橫稜就基本可滿足絕大多數膠料的使用要求。該結構簡便易行，對於不同硬度的膠料，通過更換活動橫稜的高度規格，即可改變橫稜與螺槽頂部的間隙δ值，使問題得到較好地解決。、改進方案二 兩半擋環結構。對於較大規格的擠出機，螺杆所承受的扭矩明顯增加，須採用抗剪切能力更強的結構，兩半擋環結構就是根據這一要求提出的，見圖10。這種結構主要由兩個帶有鍵槽和安裝螺孔的兩半環、承受扭矩的定位平鍵及安裝螺釘組成。加工步驟如下(I)螺杆的橫稜部位車出環狀溝槽，並加工好鍵槽及安裝螺孔。(2)按與環狀溝槽相匹配的尺寸加工幾件帶有鍵槽和安裝螺孔的整圓固定環，然後用線切割從中間將之分開成兩個半環(半成品)並配對使用。(3)將一組兩半環(半成品)用內六角螺釘安裝在螺杆主體的環狀溝槽上，按螺杆的螺槽曲面加工出符合某種膠料硬度範圍的橫稜。(4)更換另一對兩半環(半成品)安裝就位，以同樣方法加工出符合另一種膠料硬度範圍的橫稜。如此可加工出多組不同高度規格橫稜的兩半擋環。(5)兩半擋環的材料與螺杆一致，加工後同爐進行表面離子氮化處理。該結構較為複雜，加工過程也頗繁瑣。但由於採用了環狀溝槽來承受膠料塑化和混煉時產生的軸向壓力，靠鍵槽承受螺杆旋轉產生的扭矩，因此尤其適合Φ150以上大規格排氣式冷餵料擠出機的使用要求。對於不同硬度的膠料，通過更換不同高度規格的兩半擋環，即可改變橫稜與螺槽頂部的間隙δ值，使問題得到解決。熔融段是普通單螺杆擠出機中重要的功能段之一。聚合物物料在通過該段時，受到機筒和螺杆強烈的剪切和擠壓，完成物料混合和塑化過程。由於物料發生從固態(固體床)到液態(熔池)的相變，因此需消耗大量的熱能和機械能，尤其是粘彈性較高的無定形聚合物。通常，熔融段螺杆長度佔螺杆總長度的50% 60%。由此可見，該段幾何結構設計合理與否，直接關係到製品的質量和生產成本應用計算機技術對熔融段螺杆主要的幾何結構參數進行優化設計。普通擠出機螺杆的結構示意如圖11所示。從圖11可以看出，熔融段的螺槽深度逐漸變淺，這主要是為了強化剪切塑化的功能。由於機筒與螺杆之間的相對運動，聚合物物料在機筒內受到強烈的擠壓和剪切運動，由固體床的柱塞運動逐漸形成熔料的剪切流動。機筒相對螺杆的速度Vb可由下式確定
π/)κ ωFb=(I)
則機筒壁面處的剪切速率Yb可由下式表示
TlDu ωYb = mbH(2)
式中Db-機筒內徑；ω—機筒相對於螺杆的角速度；H——熔融段螺槽的平均深度。H的計算公式為H = (Hl+H3)/2式中，Hl和Η3分別為加料段螺槽深度和計量段螺槽深度。熔融理論主要是基於熱力學和流變學而建立的。聚合物擠出過程中典型的熔融模型如圖12所示。首先，與熱機筒接觸的固體床表面逐漸形成一層薄的熔膜。當熔膜厚度超過螺杆與機筒間隙S時，螺稜把熔膜從機筒內壁徑向地刮下，並匯聚於螺紋推進面而形成環流區(熔池)。隨著螺槽逐漸變淺以及螺槽與機筒間的剪切作用，熔池逐漸擴大，而固體床則相應地縮小直至消失，熔料進入螺杆的計量段。在一般的擠出過程中，聚合物熔體的剪切流動大致上服從冪律，其於機筒壁面處的剪切粘度Hb與剪切速度和溫度的關係可以表述為
_] a- α( f2) lexp[- ξ(Τ- T1)] (3)
5 r式中L——聚合物的參考粘度；y r——參考剪切速率；ξ——冪常數；η 聚合物流動行為指數；T——操作絕對溫度；Tr——參考絕對溫度。傳統的擠出機螺杆，其螺紋升角Θ大多取17. 66°。前文[7]中對熔融過程進行了理論分析，建議Θ的最佳取值範圍為17.66 34°。本發明中，Θ*取22°，位於最佳取值範圍內。有人曾研究過槽深對固體輸送率的影響，發現最佳槽深隨著螺杆直徑的增大而增大。例如，螺杆直徑為30mm時，H* I/Db = O. 15 ;而當螺杆直徑為65mm時，H* I/Db =O. 185。本發明中，螺杆直徑為70mm，取H*1 = 14mm,即H*l/Db = O. 20，符合最佳槽深隨著螺杆直徑而增大的變化趨勢。螺杆螺紋頂寬度的增大可增強對物料的剪切作用，有利於物料熔融塑化，但同時又增大功率消耗。由前述的設計參數的取值範圍知e= (O. 08 O. 12)Ds,本發明中，Ds = 60_。這樣，e = 4. 8 7. 2mm,即e*值接近上限值。螺槽深度、螺稜頂寬度和螺紋升角直接關係到擠出機的生產能力、塑化質量和能耗。因此，取這些幾何參數為設計變量，以單位產量能耗最小為優化目標，建立了簡化的擠出機熔融段螺杆優化設計的數學模型。應用約束複合形法求解。結果表明，螺杆熔融段起、末端的螺槽深度、螺稜頂寬度和螺紋升角的最佳值分別為15mm, 4mm, 7mm和22° ,均位於或接近文獻中所建議的最佳取值範圍。1.1.6溫水循環系溫水情環系統分如下五個區段機頭、機身輸出段、機身塑化段、機身餵料段、螺杆。每段溫度均可單獨控制，由五路獨立迴路組成，維修方便，可靠性高。該系統採用先進的控制儀喪，設計溫度的穩定度為士 l°c (實際工作測量溫度可達±0.2°C)，系統中設計了低壓保護和加熱保護,使系統工作安全可靠。該系統由主迴路和冷卻迴路組成。主迴路由冷卻罐、加熱罐、泵、工作區和注水管組成閉環迴路；冷卻迴路由電磁閥和冷卻管組成。A點為加熱棒制點，B點為冷卻控制點，均採用時間比例PID控制。工作區溫度偏低時，加熱棒開始加熱，加熱量由PID算法給出；工作區溫度偏高時，電磁閥打開，冷卻迴路開始工作，將主迴路中多餘的熱量帶走，從而使溫度恆定在設定值土。該系統設置了低壓保護，當迴路中無水或水壓過低時，循環泵與加熱器無法工作，可防止加熱器在無水狀態下加熱損壞及因低壓水主迴路水汽化而損壞循環泵。系統還設置了加熱保護，即當泵不運轉時也不能加熱，防止死水加熱。溫控儀表可顯示設定溫度、實際溫度及溫控工作狀態，使操作者一目了然。 I. I. 7潤滑系統:減速器齒輪及軸承用50#機油或11#飽和汽缸油潤滑。通過外接油箱的油泵機組將潤滑油愉送到各軸承及齒輪副，對減速器各部分施行強制潤滑和冷卻，然後返回油箱，其中高速齒輪刻妥用飛濺潤滑。通過減速等頂端的透明罩上蓋和側面三個視窗及箱體法蘭下部的透明軟膠管，可隨時監視各部位的潤滑情況。I. I. 8 輔機:輔機與主機中心線成90。角垂直排列，由以下幾部分組成(I)、後牽引裝置該裝置用交流電機配以變頻調速裝置進行驅動，主要用於膠芯或鋼絲加強膠管輸入擠出機機頭尾部前的整理和輸送，由兩條橡膠帶夾持膠芯或鋼絲加強膠管向機頭後部輸入。該裝置為工作高變可通過機械傳動裝置進行調節。(2)雷射測徑裝置該裝置位於機頭出膠口，當包完膠的鋼絲加強膠管通過雷射測徑處時，操作臺上即有數字顯示。測徑儀及控制系統該生產線採用測徑儀在線測量擠出膠管外直徑。測徑儀被置於擠出機機頭附近，可以儘快地獲得測量信息，測量結果經過內部專用計算機處理後輸出控制信號給前後牽引機，對它們進行同步控制，以校正膠管在擠出過程中產生的偏差。該控制系統能相當有效地消除任何長期的變化。測徑儀的技術參數如下測量範圍0. I BOmm解析度0.01mm精確度< 0.02mm掃描頻率200次 s-1控制方式PID輸出信號0 10DCV(3)冷卻槽該槽由不鏽鋼製成，膠管通過該槽時，在膠管上方形成一條噴淋冷卻線和空氣冷卻鳳幕。噴淋後的水流到冷卻槽下部的貯水槽中，再由水泵通過噴淋等對膠管強制冷卻，然後由壓縮空氣將膠管上的水珠吹乾。
(4)前牽引裝置該裝置和後牽引裝置結構基本相同，由交流電機配變頻調速袋置進行驅動，由兩條橡膠帶夾持已經印完商標的鋼絲加強膠管向卷取裝置輸送。前牽引裝置的線速度直接影響鋼絲加強膠管的包膠厚度。在螺杆轉速恆定的條件下，牽引速度加快，則橡膠層壁厚變薄.鋼絲纏繞膠管外徑變小；牽引速度減慢，則橡膠壁厚增大，鋼絲加強膠管外徑變大。反之，當牽引速度恆定時，螺杆轉速的變化也會直接影響纏繞橡膠包覆層的厚度。因此，在雷射測逕自動反饋系統中，螺杆轉速與前牽引機的線速度是主要的兩個變量。牽引機提供使軟芯和膠管連續運行的動力，它的運行情況直接影響著產品的質量。在該生產線中，共使用了前後兩臺牽引機，它們在測徑儀的控制下同步運行，其主要技術參數如下帶寬95_ 牽引夾持長度600mm工作速度0 35m min_l速度穩定性< 10-3電機功率2. 2kW夾持皮帶間隙0 200mm可調為了保證軟芯順利導出以及擠出後膠管順利收卷而防止膠管拉伸或堆積，在生產線中專門設計了恆張力裝置，保證了膠管在生產線中運行狀態的穩定。在擠出機擠出膠量以及膠管在生產線中運行狀態穩定的前提下，由測徑儀與擠出機前後兩臺牽引機構成的閉環控制系統將對膠管的外直徑進行有效地控制，控制精度達到±0. 1mm。值得注意的是，前後兩臺牽引機的速度不是同步的，而是具有一定的速度差，這有效地克服了由於兩臺牽引機不同步以及由於牽引速度的抖動而帶來的誤差，大大提高了生產線的擠出精度。為了使膠管在硫化過程中不互相粘連，在捲曲之前，必須在管壁上塗上一層隔離齊U。本裝置採用噴淋方式，並裝有壓縮空氣吹乾裝置，通過調整壓縮空氣的風量來調整塗在膠管上的隔離層厚度。(5)導開及卷取裝置導開裝置的作用是將軟芯或內膠從轉鼓上導出，而卷取裝置的作用則是將擠出的膠管整齊地纏繞在轉鼓上。這兩個裝置都具有動力。為了保證這兩套裝置能與整條生產線同步運行，設計了張力控制裝置，並與導開及卷取裝置構成閉環系統，使膠管在生產過程中保持恆張力，確保了生產過程的穩定。I. 2擠出機控制系統影響擠出機擠出膠量的主要因素為螺杆轉速，擠出機餵料段、塑煉段、擠出段、螺杆、機頭以及口型的溫度，擠出機餵料速度等。擠出機擠出膠量的穩定性通常體現在機頭壓力上。為此，專門設計了高精度溫度控制系統，使擠出機各段溫度的控制精度達到± 1°C，同時利用一個高溫熔體壓力變送器、PID單迴路調節器以及變頻調速裝置構成的閉環控制系統，精確控制螺杆轉速以保證擠出機機頭壓力穩定，控制精度為±0. IMPa。通過上述兩個措施，可以在通常餵料條件下使擠出機擠出膠量和擠出速度都非常穩定。擠出機控制系統如圖13所示，主要由變頻器、PLC,5個筒身加熱器、6個溫度檢測器組成，它主要完成如下功能①下料量加特殊供量裝置可調節、計量、顯示。②螺杆內冷卻水電動調節閥ZAZP或小口徑電動球閥。③主機轉速、電流、手動、自動調節、報警、輸出停止時提供給牽引機信號。
④料筒溫度信號輸入主控電腦。⑤齒輪箱油壓監控。⑥其他(內冷卻水管結垢、原料過熱、過冷、結塊等)。當發生大的問題時，如輸送量大幅度增加或下降、主機料塞、主電機停機等，擠出機控制系統能反映並迅速調整牽引機。I. 3擠出機牽引機控制系統牽引機為拉伸提供動力，直接影響和決定膠管的厚度，也對直徑有影響。牽引機控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成，如圖14所示，它主要完成如下功能①開機時有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值。②根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度。③顯示、設定管壁厚度。④顯示牽引機的電流、轉速。⑤具有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷功倉泛。⑥與擠出機有速度同步、聯鎖控制功能，當擠出機料塞或空轉或因故停機，牽引機自動停止工作。在隨後的膠管冷凍環節，包括冷凍溫度的檢測與控制；膠管冷凍程度，即膠管硬度的檢測與控制。以及膠管牽引速度與前期牽引速度的協調控制。在膠管纏繞環節，重點實現膠管控制器的自動化調整，以及牽引機構的自動控制。採用纏繞和牽引分別獨立的電機傳動系統，由先進的控制系統控制兩臺電機的轉數，通過調整控制系統來完成纏繞轉數和牽引速度的匹配，滿足膠管纏繞工藝的需要。並設有自動斷線、完線停車裝置。I. 4主控制臺主控臺是整條生產線的核心，可以對所有的設備進行操作和控制，並顯示生產線的各種工作參數。記錄儀可以自動記錄生產過程中擠出機機頭壓力以及膠管外直徑的變化情況。中央處理器對各系統的工作情況進行實時監控，保證整條生產線協調運行。1.4. I電氣系統:採用的驅勁電機為直流電動機，電控系統由可控矽整流傳動櫃及電氣操作合組戌。操作臺上有主機啟動、停止和主電機通電、電流、電壓等顯示信號和顯示儀表共兩套。操作臺上還設有油泵啟動及停止按鈕，油泵啟動與主機啟動聯鎖，以保證在油泵工作狀態下啟動I. 4. 2主機的控制螺杆轉速為可控矽整流控制，可在5. 5-55r/min無級調速。控制線路設有主電機過載保護。操作盤上還配有操縱輔機的開關及顯示儀表，有前、後牽引機線速度調節鈕及線速度數字顯示，機頭內膠料壓強數字顯示，由雷射測徑反饋而顯示出半成品外徑的數碼器和記錄儀。顯示精度為0.01mm。通過對生產過程中前、後牽引機的線速度、雷射測徑及相關數據的計算整理，給出數學模型。在給定膠管外徑後，通過雷射測徑顯示並反饋給前、後牽引電機，可達到自動調節的目的，從而達到設計給定的膠管直徑。


圖I是膠管冷餵料自動擠出生產線示意圖；圖2是擠出生產部分工藝流程圖；圖3是直角機頭擠出系統剖面圖；圖4是餵料系統示意圖
圖5是餵料段部分控制迴路6是餵料段控制系統主迴路原理圖，其中，Ml-餵料運輸帶主電機；B1_餵料運輸帶主電機測速發電機；B2-發電機；R1_手動給定電位器圖7是螺杆結構及工作壓力變化曲線示意8是橫稜結構剖視圖9是活動橫稜結構圖10是兩半檔環結構圖11是擠出機螺杆結構示意12是熔融模型圖13是擠出機工作過程與控制框圖；圖14是牽引機工作過程與控制框具體實施例方式下面結合具體實施例說明本發明，但並不局限於所列實施例的技術方案。設計了一種自動化膠管擠出聯動生產線，如圖I所示，包括1、軟芯導出裝置；2、前牽引機；3、冷餵料擠出機；4、動力櫃；5、溫度控制系統；6、測徑儀；7、印字機；8、冷卻水裝直；9、後牽引機；10、塗隔尚劑機；11、雙軸收卷機；12、王控制臺；13、張力裝直。其生產工藝流程如圖2所示包括了內膠擠出的張力控制，機頭內壓力與溫度控制、內外膠層擠出的外徑檢測、冷卻水溫度控制、前後牽引機的同步協調控制與成型後張力控制與收卷裝置等。膠管擠出機設有若干組筒身加熱器、溫度檢測器、機頭壓力傳感器，其控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成；設置有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值；根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度；顯示、設定管壁厚度；顯示牽引機的電流、轉速；設置有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷等機電部件。在擠出環節，其擠出機主要由傳動裝置、機身、機頭、餵料輥、溫水循環系統、潤滑系統和電氣控制系統等組成。設置有擠出機機頭的空氣壓力、機頭溫度，以及螺杆轉速檢測與控制裝置，保證機頭壓力穩定；冷餵料的膠料均勻性、緻密性與細化程度，以及膠料中異物檢測；加熱部件溫度與電流的檢測與控制；牽引裝置與擠出機頭擠出速度的協同控制，以及管胚尺寸的檢測與牽引速度的協同控制等。維持擠出量穩定是擠出機控制系統的主要任務，為了使擠出機的擠出量穩定，抑制各種幹擾，擠出機電動機轉速控制系統採用了轉速閉環控制。擠出機的傳動環節，其主電機通過三角皮帶減速，再通過聯軸器與減速器輸人軸，經齒輪減速帶動輸出軸。輸出軸為空心結構.內孔是對螺杆進行加熱冷卻的管道，並從減速器尾部引出。減速器箱體為鑄鋼件，具有足夠的強度和剛度。箱體上設有三個寬敞的視孔，可以隨時從不同角度觀察齒輪的運轉情況和潤滑情況。擠出機機身，其後段採用鑄鋼製成.有冷卻水內腔及前後兩段襯套。襯套材料經氮化處理，具有足夠的耐磨性。加料口設在此段機身上方，加料口上方安置進料鬥。前段機身用無縫鋼管制成，通過法蘭與後段機身聯接，有較好的加熱和冷卻效果。內套材料與前段機身襯套材料相同。兩端的密封結構裝卸簡易，密封性能較好。擠出機機頭外殼與機身用長鉗狀接，聯接處帶有密封圈，班後停機或更換規格品種時可迅速將反扣式卡鉗打開，使機頭和機身分離，便於清理機頭和機身內餘膠。機頭殼體與機頭芯體採用錐體式配合，停機後可用專用工具將機頭芯體取出，使機頭內不留殘餘膠。機頭外殼有空腔供加熱冷卻之用。機頭下部有支架和供移動的腳輪。由於機頭段比其它機身段熱容量大，所以在溫控設計中加大了機頭加熱功之，使機頭和機身其它各段在準備工作前的升溫過程基本趨於一致。機頭和機身內膠料壓力大小和壓力穩定性是製品是否均勻的關鍵因素之一。機頭人端裝有高溫熔體壓力傳感器.以測量機頭內壓強，該壓強在總控制臺上有數字顯示。總控制線路上設有安全壓強報警線路，機頭內膠料壓強一亙超過設定壓力值，整機就停止工作，以保護機頭和機身。機頭帶有抽真空裝置，鋼絲纏繞膠管包外膠時，真空泵啟動，使機頭擠出的包覆膠與鋼絲層形成真空狀態，達到緊密貼合，硫化後的膠管無氣泡和脫層現象。擠出機機頭採用一種新的直角機頭擠出系統，其直角機頭擠出機的機殼有能夠安裝一固定中心或者非可調口型的組合件，在從啟動到全速運行的整個過程中，能夠平衡流動膠料向口型的流動。預設剖面尺寸和均勻壁厚同心度的管狀部件可以採用具有所述口型組合件(即魚雷形分流梭)的擠出系統，尤其是直角機頭擠出系統進行擠出。此口型組合件有一個固定的中心，不需要機械調節就能使膠料在從啟動到全速運行的整個過程中均勻地流動到口型。這種新的直角機頭擠出系統的一個關鍵特點是在擠出機機殼裡有一個固定中心口型組件結構。這種魚雷形分流梭口型組合件將來自擠出機螺杆的膠料分離成四個基本上相等的部分，即可控流量，這樣口型就有均勻的體積流量。這種直角機頭擠出系統的外部機體採用了一種能夠配置「不可調」口型的設計，並且在直角機頭機體的前面有兩個可控溫度區段，以控制通過擠出機機體流動的膠料溫度。在圖3所示的擠出系統剖面圖中，擠出系統(10)的機殼(12)有一錐形內壁表面
(14),其在機殼如端的內徑小於在機殼後端的內徑。機殼(12)在其如端有螺紋表面(28),以便將口型頭(未示出)擰到機殼(12)上。擠出組合件(18)位於機殼(12)裡，組合件
(18)的截頭錐體外表面(22)與機殼(12)的錐形內壁表面(14)相哨合。擠出組合件(18)有一管狀內膛(32)。管狀內膛(32)內徑一致，貫穿整個組合件(18)，用以輸送電線、芯型或管件(未示、出)。組合件(18)用一螺母(未示出)固定在機殼(12)中，該螺母是使用螺紋(26)擰到機殼上的。膠料(如未硫化的膠料)在高壓和高溫下，通過管道(40)輸送到機殼(12)的內部。所用的壓力和溫度為膠料通過擠出系統所用的壓力和溫度。膠料由固定中心口型組合件中的分流器(38)通過隆起表面(24)之間的導槽(42)進行分布，均勻地將膠料分離成兩個基本上相等的部分，即相等的流量。膠料繼續通過導槽(44)向前分布，這兩個相等部分即流量的膠料最終均勻地分離成四個相等部分的膠料。最後，膠料被導向管狀內膛(32)。在這裡，膠料或者被均勻地分布和塗覆到一圓柱形物體(如膠管、電線或芯型)上，以提供一具有指定的剖面尺寸和均勻的壁厚同心度的膠料管狀結構；或者用於提供一無支撐的軟管。在機殼(12)中，最好使用一個或多個溫度控制區段(20)，以協助控制擠出物的壁厚同心度。而機殼(12)尤以帶有兩個溫度控制區段為最好，並且對溫控介質的溫度要加以監控，以保證溫度恰當。 擠出機餵料及其控制系統餵料輥裝在後段機身加料口側面，輥面與螺杆相對迴轉，強制咬片餵入機筒內。該裝置梁用鉸鏈門式安裝，清膠時，可以打開餵料輥支架，使之旋轉約100°，便於清膠。餵料輥下側裝有可調整的刮膠板，其刃部與輥面的間隙可根據不同膠料進行調整，其輥面兩側有返膠環，隨時將膠屑排出。餵料系統示意圖如圖4所示，原理圖如圖5、6所示。在正常工作時，將膠條放在餵料運輸帶始端，將手動、自動餵料選擇開關S3扳到手動位置，K9不吸合，K5未得電，旋轉速度給定電位器R1，K5的4、5腳相連，K2未得電，由K2的10腳給E300115-1Q控制器輸入給定信號，運輸帶主電機Ml帶動膠條運行，待膠條已被送到機筒內可以被螺杆旋入的位置，將給定電位器回零，停止運送，S3扳到自動位置。當主螺杆旋轉後，即可自動餵料。若遇特殊情況，須運輸帶反轉時，按運輸帶正反轉點動按鈕S4,反轉接觸器K4接通，改變電機勵磁方向，實現反轉。同時K2接通，使K2的10腳與K2內部可調電阻(通常情況下是不調的)相連，使電機按內部固有給定速度旋轉(實際轉速較低)，也就是說在反轉時，速度不可調，這是根據工藝條件確定的。正轉時自動餵料的實現如圖6中所示B2為兩個發電機，安裝在餵料帶的終端，當主螺杆開始旋轉時，將膠條捲入機筒內，膠條帶動運輸帶低速運行，同時運輸帶通過機械結構帶動這兩個發電機旋轉，發電機發出電壓。當將S3扳到自動位置時，K5得電，使原來靠Rl電阻給定速度的迴路改為由發電機B2經K5的15、16腳到A元件，通過A元件內的電阻抽頭10輸送至控制器中，作為主電機Ml的給定信號，由於B2發出的電壓與主螺杆的轉速成正比，因此其送至控制器的給定信號與主螺杆的轉速也成正比，保證了餵料與螺杆轉速的同步。擠出機螺杆材料也與前段機身襯套材料相同。耐磨性好，硬度高；螺杆結構為主副螺紋結構，導程大。主、副螺位交接處採用餵慢過渡，使製品塑化均勺，生產能力高，螺杆自潔性好。本發明的橡膠排氣式冷餵料擠出機的螺杆，其塑化段採用了主副螺紋型螺杆，它由兩條導程不等的主副螺紋組成，副螺紋的高度略低於主螺紋，塑化好呈現出粘性流動的膠料可以越過副螺紋螺稜進入副螺紋背側螺槽，未塑化好的膠料則繼續留在副螺紋正側螺槽進一步塑化。主副螺紋型螺杆具有強烈的剪切和塑化能力，故可在高轉速下實現優質擠出，且對加工的膠料適應性強，並具有較好的自潔、排氣、耐掃膛性能。該螺杆在排氣段排氣孔之前設有獨特的橫稜結構，詳見圖8。本發明提出了兩種改進的螺杆橫稜方案，採用分體式結構較好地解決了因膠料硬度變化而帶來的以上問題。改進方案一 活動橫稜結構對於小規格擠出機而言，其螺稜較窄，受到安裝空間的限制，而且螺杆所受的扭矩相對較小。為此，我們採用將原橫稜部位直接改成可拆卸的活動橫稜結構，見圖9。其具體做法在原來的橫稜部位預先銑出安裝平臺，並加工好鍵槽及安裝螺孔，為了保證螺杆主體與活動橫稜均有足夠的強度和抗剪切能力，截面厚度略有增加，活動橫稜下部加工出與鍵槽配合的鍵，並用內六角螺釘安裝在螺杆主體預先銑出的安裝平臺上。該結構採用鍵槽聯接方式保證活動橫稜能承受膠料塑化和混煉所傳遞來的扭矩和剪切力。活動橫稜的加工也比較方便，一般來說一條螺杆配備三種高度規格的活動橫稜就基本可滿足絕大多數膠料的使用要求。該結構簡便易行，對於不同硬度的膠料，通過更換活動橫稜的高度規格，即可改變橫稜與螺槽頂部的間隙S值，使問題得到較好地解決。改進方案二採用兩半擋環結構。對於較大規格的擠出機，螺杆所承受的扭矩明顯增加，須採用抗剪切能力更強的結構，兩半擋環結構就是根據這一要求提出的，見圖10。這種結構主要由兩個帶有鍵槽和安裝螺孔的兩半環、承受扭矩的定位平鍵及安裝螺釘組成。加工步驟如下(I)螺杆的橫稜部位車出環狀溝槽，並加工好鍵槽及安裝螺孔。(2)按與環狀溝槽相匹配的尺寸加工幾件帶有鍵槽和安裝螺孔的整圓固定環，然後用線切割從中間將之分開成兩個半環(半成品)並配對使用。(3)將一組兩半環(半成品)用內六角螺釘安裝在螺杆主體的環狀溝槽上，按螺杆的螺槽曲面加工出符合某種膠料硬度範圍的橫稜。(4)更換另一對兩半環(半成品)安裝就位，以同樣方法加工出符合另一種膠料硬度範圍的橫稜。如此可加工出多組不同高度規格橫稜的兩半擋環。(5)兩半擋環的材料與螺杆一致，加工後同爐進行表面離子氮化處理。該結構較為複雜，加工過程也頗繁瑣。但由於採用了環狀溝槽來承受膠料塑化和混煉時產生的軸向壓力，靠鍵槽承受螺杆旋轉產生的扭矩，因此尤其適合￠150以上大規格排氣式冷餵料擠出機的使用要求。對於不同硬度的膠料，通過更換不同高度規格的兩半擋環，即可改變橫稜與螺槽頂部的間隙S值，使問題得到解決。應用計算機技術對熔融段螺杆主要的幾何結構參數進行優化設計。普通擠出機螺杆的結構示意如圖11所示。熔融段的螺槽深度逐漸變淺，這主要是為了強化剪切塑化的功倉泛。傳統的擠出機螺杆，其螺紋升角0大多取17. 66°，本發明中，0*取22°，位於最佳取值範圍內。研究表明槽深對固體輸送率的影響，其最佳槽深隨著螺杆直徑的增大而增大。例如，螺杆直徑為30mm時，H*l/Db = 0. 15 ;而當螺杆直徑為65mm時，H*l/Db = 0. 185。本發明中，螺杆直徑為70mm，取H*1 = 14mm,即H*l/Db = 0. 20，符合最佳槽深隨著螺杆直徑而增大的變化趨勢。螺杆螺紋頂寬度的增大可增強對物料的剪切作用，有利於物料熔融塑化，但同時又增大功率消耗。由前述的設計參數的取值範圍知e = (0. 08 0. 12)Ds，本發明中，Ds = 60mm。這樣，e = 4. 8 7. 2mm,即e*值接近上限值。螺杆熔融段起、末端的螺槽深度、螺稜頂寬度和螺紋升角的最佳值分別為15mm, 4mm, 7mm和22°。溫水情環系統分如下五個區段機頭、機身輸出段、機身塑化段、機身餵料段、螺杆。每段溫度均可單獨控制，由五路獨立迴路組成，維修方便，可靠性高。該系統採用先進的控制儀喪，設計溫度的穩定度為士 l°c (實際工作測量溫度可達±0. 2V )，系統中設計了低壓保護和加熱保護,使系統工作安全可靠。、該系統由主迴路和冷卻迴路組成。主迴路由冷卻罐、加熱罐、泵、工作區和注水管組成閉環迴路；冷卻迴路由電磁閥和冷卻管組成。A點為加熱棒制點，B點為冷卻控制點，均採用時間比例PID控制。工作區溫度偏低時，加熱棒開始加熱，加熱量由PID算法給出；工作區溫度偏高時，電磁閥打開，冷卻迴路開始工作，將主迴路中多餘的熱量帶走，從而使溫度恆定在設定值土。該系統設置了低壓保護，當迴路中無水或水壓過低時，循環泵與加熱器無法工作，可防止加熱器在無水狀態下加熱損壞及因低壓水主迴路水汽化而損壞循環泵。系統還設置了加熱保護，即當泵不運轉時也不能加熱，防止死水加熱。溫控儀表可顯示設定溫度、實際溫度及溫控工作狀態。雷射測徑裝置位於機頭出膠口，當包完膠的鋼絲加強膠管通過雷射測徑處時，操作臺上即有數字顯示。測徑儀及控制系統該生產線採用測徑儀在線測量擠出膠管外直徑。測徑儀被置於擠出機機頭附近，可以儘快地獲得測量信息，測量結果經過內部專用計算機處理後輸出控制信號給前後牽引機，對它們進行同步控制，以校正膠管在擠出過程中產生的偏差。該控制系統能相當有效地消除任何長期的變化。測徑儀的技術參數如下測量範圍0. I 60_解析度0.01mm精確度< 0.02mm掃描頻率200次 s-1控制方式PID輸出信號0 10DCV牽引裝置包括前牽引裝置和後牽引裝置，二者結構基本相同。前牽引裝置由交流電機配變頻調速袋置進行驅動，由兩條橡膠帶夾持已經印完商標的鋼絲加強膠管向卷取裝置輸送。前牽引裝置的線速度直接影響鋼絲加強膠管的包膠厚度。在螺杆轉速恆定的條件下，牽引速度加快，則橡膠層壁厚變薄.鋼絲纏繞膠管外徑變小；牽引速度減慢，則橡膠壁厚增大，鋼絲加強膠管外徑變大。反之，當牽引速度恆定時，螺杆轉速的變化也會直接影響纏繞橡膠包覆層的厚度。因此，在雷射測逕自動反饋系統中，螺杆轉速與前牽引機的線速度是主要的兩個變量。後牽引裝置用交流電機配以變頻調速裝置進行驅動，主要用於膠芯或鋼絲加強膠管輸入擠出機機頭尾部前的整理和輸送，由兩條橡膠帶夾持膠芯或鋼絲加強膠管向機頭後部輸入。該裝置為工作高變可通過機械傳動裝置進行調節。
牽引機提供使軟芯和膠管連續運行的動力，它的運行情況直接影響著產品的質量。在該生產線中，共使用了前後兩臺牽引機，它們在測徑儀的控制下同步運行，其主要技術參數如下帶寬95_牽引夾持長度600mm工作速度0 35m min_l速度穩定性< 10-3 電機功率2. 2kff夾持皮帶間隙0 200mm可調為了保證軟芯順利導出以及擠出後膠管順利收卷而防止膠管拉伸或堆積，在生產線中專門設計了恆張力裝置，保證了膠管在生產線中運行狀態的穩定。在擠出機擠出膠量以及膠管在生產線中運行狀態穩定的前提下，由測徑儀與擠出機前後兩臺牽引機構成的閉環控制系統將對膠管的外直徑進行有效地控制，控制精度達到±0. 1mm。前後兩臺牽引機的速度不是同步的，而是具有一定的速度差，這有效地克服了由於兩臺牽引機不同步以及由於牽引速度的抖動而帶來的誤差，大大提高了生產線的擠出精度。為了使膠管在硫化過程中不互相粘連，在捲曲之前，必須在管壁上塗上一層隔離齊IJ。本裝置採用噴淋方式，並裝有壓縮空氣吹乾裝置，通過調整壓縮空氣的風量來調整塗在膠管上的隔離層厚度。導開及卷取裝置，導開裝置的作用是將軟芯或內膠從轉鼓上導出，而卷取裝置的作用則是將擠出的膠管整齊地纏繞在轉鼓上。這兩個裝置都具有動力。為了保證這兩套裝置能與整條生產線同步運行，設計了張力控制裝置，並與導開及卷取裝置構成閉環系統，使膠管在生產過程中保持恆張力，確保了生產過程的穩定。本發明設計了高精度溫度控制系統，使擠出機各段溫度的控制精度達到±1°C，同時利用一個高溫熔體壓力變送器、PID單迴路調節器以及變頻調速裝置構成的閉環控制系統，精確控制螺杆轉速以保證擠出機機頭壓力穩定，控制精度為±0. IMPa0擠出機控制系統如圖13所示，主要由變頻器、PLC,5個筒身加熱器、6個溫度檢測器組成，它主要完成如下功能 ①下料量加特殊供量裝置可調節、計量、顯示。②螺杆內冷卻水電動調節閥ZAZP或小口徑電動球閥。③主機轉速、電流、手動、自動調節、報警、輸出停止時提供給牽引機信號。④料筒溫度信號輸入主控電腦。⑤齒輪箱油壓監控。⑥其他(內冷卻水管結垢、原料過熱、過冷、結塊等)。當發生大的問題時，如輸送量大幅度增加或下降、主機料塞、主電機停機等，擠出機控制系統能反映並迅速調整牽引機。擠出機牽引機控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成，如圖14所示，它主要完成如下功能①開機時有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值。
②根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度。③顯示、設定管壁厚度。④顯示牽引機的電流、轉速。⑤具有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷功倉泛。⑥與擠出機有速度同步、聯鎖控制功能，當擠出機料塞或空轉或因故停機，牽引機自動停止工作。在隨後的膠管冷凍環節，包括冷凍溫度的檢測與控制；膠管冷凍程度，即膠管硬度的檢測與控制。以及膠管牽引速度與前期牽引速度的協調控制。在膠管纏繞環節，重點實現膠管控制器的自動化調整，以及牽引機構的自動控制。 採用纏繞和牽引分別獨立的電機傳動系統，由先進的控制系統控制兩臺電機的轉數，通過調整控制系統來完成纏繞轉數和牽引速度的匹配，滿足膠管纏繞工藝的需要。並設有自動斷線、完線停車裝置。主控臺是整條生產線的核心，可以對所有的設備進行操作和控制，並顯示生產線的各種工作參數。記錄儀可以自動記錄生產過程中擠出機機頭壓力以及膠管外直徑的變化情況。中央處理器對各系統的工作情況進行實時監控，保證整條生產線協調運行。採用的驅勁電機為直流電動機，電控系統由可控矽整流傳動櫃及電氣操作合組戌。操作臺上有主機啟動、停止和主電機通電、電流、電壓等顯示信號和顯示儀表共兩套。操作臺上還設有油泵啟動及停止按鈕，油泵啟動與主機啟動聯鎖，以保證在油泵工作狀態下啟動主機的控制，螺杆轉速為可控矽整流控制，可在5. 5-55r/min無級調速。控制線路設有主電機過載保護。操作盤上還配有操縱輔機的開關及顯示儀表，有前、後牽引機線速度調節鈕及線速度數字顯示，機頭內膠料壓強數字顯示，由雷射測徑反饋而顯示出半成品外徑的數碼器和記錄儀。顯示精度為0.01mm。通過對生產過程中前、後牽引機的線速度、雷射測徑及相關數據的計算整理，給出數學模型。在給定膠管外徑後，通過雷射測徑顯示並反饋給前、後牽引電機，可達到自動調節的目的，從而達到設計給定的膠管直徑。
權利要求
1.一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置包括軟芯導出裝置、前牽引機、冷餵料擠出機、動力櫃、溫度控制系統、測徑儀、冷卻水裝置、後牽引機、塗隔離劑機、雙軸收卷機、主控制臺、張力裝置。
2.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於採用橡膠管胎擠出及其自動控制技術，塑料冷定形和橡膠管胎冷定形及其卷繞和測控技術，研製膠管管胎擠出及同步聯動控制和檢測生產流水線。
3.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於所述的膠管擠出牽引機，設有若干組筒身加熱器、溫度檢測器、機頭壓力傳感器，與變頻器、PLC組成擠出控制系統。其控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成設置有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值；根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度；顯示、設定管壁厚度；顯示牽引機的電流、轉速；設置有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷等機電部件。
4.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於該自動化膠管擠出聯動生產線設有整體智能監控系統，採用溫度、壓力、紅外線或者超聲波等傳感器，基於單片機或PLC的主控單元，採用現場總線技術，設置上位工控機，設計可以實現各種工藝參數檢測與整定以及屏幕顯示功能，以及各路傳感器信號的信息融合與智能決策判斷系統，方便操作人員隨生產工藝要求的改變而隨時調整生產聯動線的參數，並可以實現對各種故障智能報警與基於專家資料庫的故障排除快速指南。
5.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於擠出機機頭附近設置有在線測量擠出膠管外直徑的測徑儀，測量結果經過內部專用計算機處理後輸出控制信號給前後牽引機，對它們進行同步控制，以校正膠管在擠出過程中產生的偏差。
6.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於設置有一種直角機頭擠出系統，其直角機頭擠出機的機殼安裝一固定中心的組合件，直角機頭機體的前面有兩個可控溫度區段。
7.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於所述的螺杆，其塑化段採用了主副螺紋型螺杆，由兩條導程不等的主副螺紋組成，副螺紋的高度略低於主螺紋，塑化好呈現出粘性流動的膠料可以越過副螺紋螺稜進入副螺紋背側螺槽，該螺杆在排氣段排氣孔之前設有獨特的橫稜結構。
8.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於所述的溫水情環系統分如下五個區段機頭、機身輸出段、機身塑化段、機身餵料段、螺杆；每段溫度均可單獨控制，該系統設置有循環泵水低壓保護裝置與死水加熱保護裝置。
9.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於所述的擠出機機頭出膠口處設置有雷射測徑與數字顯示裝置。
10.根據權利要求I所述的一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，其特徵在於所述的擠出機牽引與捲曲系統設置有恆張力裝置，由測徑儀與擠出機前後兩臺牽引機構成閉環控制系統。
全文摘要
本發明涉及一種膠管擠出聯動生產方法及其裝置，包括軟芯導出裝置、前牽引機、冷餵料擠出機、動力櫃、溫度控制系統、測徑儀、印字機、冷卻水裝置、後牽引機、塗隔離劑機、雙軸收卷機、主控制臺與張力調節裝置。擠出機設有若干組筒身加熱器、溫度檢測器、機頭壓力傳感器，其控制系統由變頻器、PLC、管長檢測旋轉編碼器、管壁厚度檢測儀組成；設置有手動和自動轉換，選擇、確定和輸入設定基準數值；根據管壁厚度偏差自動跟蹤、調整牽引速度；顯示、設定管壁厚度；顯示牽引機的電流、轉速；設置有過流、過壓、牽引爪打滑、牽引斷鏈、牽引斷軸等保護、報警和故障自診斷等機電部件。本發明公開的技術方案具有自動化程度高，操作使用方便的特點。
文檔編號B29C47/28GK102729446SQ201110092698
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者王東奎 申請人:王東奎