正确的机筒支架对于挤出机的运行至关重要

作者:本刊编译自Plastics Technology(作者Jim Frankland) 发布时间:2022-04-20
便于挤出机的机筒发生膨胀和收缩的支架可以避免校准问题,因此要定期对它进行检查,尤其是在磨损严重时。只有这样,才能确保挤出机运行正常。

温度的升高会引起几乎所有的材料发生热膨胀,热膨胀是因为材料分子的动能增加从而引发分子间距的扩大而导致的,膨胀的程度被称为热膨胀系数。在膨胀过程中,固体材料通常会保持其形状的精确性而只发生尺寸的简单变化。没有什么能阻止热膨胀的发生,因为它发生在分子水平上,试图抑制它通常是徒劳的。因此,在挤出机尤其是大型挤出机中,这可能是一个大问题。

虽然挤出机中的每一个部件都会随着温度的升高而发生尺寸的变化,但螺杆和机筒却是最关键的部件,因为它们受热而发生尺寸变化的程度通常是最高的。由于螺杆和机筒的材质基本相同,所以它们的膨胀是紧密匹配的,不会造成任何问题。但是,在设计和使用挤出机时,必须考虑到它们的膨胀问题。

由于分子结构的变化,钢的热膨胀系数是0.00000611~0.00000694in.(1in.=2.54cm),而碳素钢通常是0.00000645in.(1in.=2.54cm),这似乎并不很大——温度每变化一度,只有645万分之一英寸的膨胀。

但是,如果一个直径8in.(20.32cm)、长240in.(609.6cm)的螺杆在平均温度升高400℉(约204.4℃)后,其长度就会增加0.619in.(约1.57cm,即240×400 × 0.00000645)。为了适应这一膨胀,会引发大约5/8in.(约1.58cm) 的移动而没有什么可以阻止它:这可能是下游设备向前移动,也可能是挤出机向后移动,或者更加糟糕的是,如果一切都是固定好的,螺杆会发生弯曲以适应长度的变化。

如果机筒不能直线膨胀,它就会弯曲,这是由许多严重的磨损问题导致的。当机筒弯曲时,螺杆会在每次旋转时随着机筒筒体的弯曲而弯曲,这会给运行带来极大的压力,导致螺杆和机筒材料磨损,而且磨损迅速。即使是非常大的螺杆,最终也会因反复的反向弯曲而断裂。

因此首先要考虑的是,是否能允许挤出机向后移动来适应热膨胀,或者配置可以自由向前移动的下游设备。如果这样做了但仍然遇到热膨胀问题,很可能是因为机筒支架不允许机筒随着它的加热和冷却而自由地向前和向后滑动。当机筒不能自由滑动时,膨胀力会非常强大,以至于将支架推倒。取决于机筒长度、运行温度以及支架的设计,这会导致不同程度的偏差。

机筒支架只是一个支撑机筒重量的基座,用于消除自然下垂并纠正任何轻微的侧向偏差。虽然它不是一个能让机筒保持平直的装置,但机筒必须从一开始就保持平直,这样才能确保螺杆运行正常。

最坏的情况是,将机筒牢牢地夹紧在一个环状或圈状的套管里,然后用螺栓固定到支架上,这种装置可能会阻止任何移动,即使环与机筒之间最初可能存在间隙,但因腐蚀而增加的摩擦力再结合机筒的重量,通常会阻止滑动。图1所示的支架处于正常状态,它使机筒保持平直;图2所示的支架阻止了机筒的滑动,导致支架被推倒,机筒弯曲。

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图1 支架处于正常状态,机筒保持平直


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图2 该支架总是阻止机筒的滑动,支架的倾斜会导致机筒弯曲

挤出机冷却时,可以通过在支架上放一个水平仪来检查支架是否处于正常状态,然后在完全加热后再检查一遍,看看它是否倾斜。也可以检查每个支撑点处机筒上的滑痕,看看在此支撑点处的支架上的移动是否与计算出的膨胀量成正比,如图3所示。

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图3 通过检查每个支撑点处机筒上的滑痕,可以检测出在此支撑点处的支架上的移动是否与计算出的膨胀量成正比

当有不止一个支架时,问题可能会更加严重。如果每个支架都允许机筒有不同程度的滑动,会使机筒扭曲成复杂的曲度,这比逐渐变弯更糟糕,如图4所示。

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图4 如果有不止一个支架且每个支架都允许机筒有不同程度的滑动,将引起机筒扭曲成复杂的曲度,这比逐渐变弯更糟糕

在计算由机筒不平直引起螺杆和机筒磨损而产生的总成本时,因更换部件、停机和生产效率的降低而带来的损失会比诸如丧失驱动或减速器这样的灾难性损失更大。因此,在挤出机的整体维护保养中,对支架的维护保养是重要的一个方面,但即使是最有经验的操作人员,也难以做到在纠正成本低的时候想到这一点。

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