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    橡膠齒輪泵的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

    2019-10-21 06:24:46曹施展
    關(guān)鍵詞:應(yīng)用分析設(shè)計(jì)

    曹施展

    摘 要:通過(guò)對(duì)橡膠齒輪泵結(jié)構(gòu)及作用原理的分析,得出其正位移輸送特性可有效解決橡膠過(guò)濾和擠出成型時(shí)的膠料升溫快,壓力波動(dòng),效率低,受力不良等問(wèn)題。結(jié)合工藝過(guò)程特點(diǎn),闡述了齒輪泵的整體設(shè)計(jì)方案。進(jìn)一步的,給出了齒輪泵關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)思路,重點(diǎn)保證嚙合平穩(wěn),低漏返,低殘余,潤(rùn)滑和密封等關(guān)鍵性能。

    關(guān)鍵詞:橡膠齒輪泵;濾膠;擠出成型;設(shè)計(jì);應(yīng)用分析

    0 引言

    齒輪泵是容積式泵的一種,依靠泵缸與嚙合齒輪之間形成的工作容積的變化和移動(dòng)來(lái)增壓或輸送液體,廣泛應(yīng)用于流體加壓、輸送、計(jì)量等工藝過(guò)程中,如橡膠或塑料等聚合物的過(guò)濾成型過(guò)程,液壓油和潤(rùn)滑油脂的高壓輸送,化工實(shí)驗(yàn)原料的計(jì)量配比等。應(yīng)用于橡膠行業(yè)的齒輪泵又稱(chēng)熔體齒輪泵,其工作原理為,喂料裝置將物料送入齒輪泵喂料口一側(cè),然后依靠一對(duì)嚙合的齒輪組的旋轉(zhuǎn),不斷地在喂料一側(cè)形成空隙吸入物料并旋轉(zhuǎn)送到出料口一側(cè)[1]。

    1 橡膠齒輪泵的結(jié)構(gòu)和功能簡(jiǎn)介

    橡膠齒輪泵的結(jié)構(gòu)組成主要有喂料口,出料口,熔體腔,齒輪軸,軸承座和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等,如圖1所示。

    2 橡膠齒輪泵工作特性

    橡膠在加工過(guò)程中需要過(guò)濾和擠出成型,傳統(tǒng)方式主要用螺桿擠出機(jī)提供動(dòng)力,具有諸多局限性,如高速擠出時(shí)膠料溫升快,出料效率低,壓力波動(dòng)大,螺桿受力磨損嚴(yán)重等[2]。齒輪泵的工作特點(diǎn)可有效解決上述問(wèn)題,因此得到廣泛應(yīng)用。(1)齒輪泵具有正位移輸送特征,可將膠料從喂料口有效推送到出料口,膠料的摩擦和剪切生熱大幅減少,可避免出料溫升過(guò)快[3]。(2)齒輪與熔體腔的間隙很小,齒輪嚙合也很緊密,并具有低漏膠,低回流的特點(diǎn),因此可在較小的空間內(nèi)迅速建立高壓,適用于濾膠時(shí)選擇目數(shù)高的濾網(wǎng)[3]。(3)正位移輸送特性使得齒輪泵出膠壓力波動(dòng)小,因此可保證擠出成型產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性[3]。(4)齒輪泵出膠速度與齒輪泵轉(zhuǎn)速線性度較高,有利于整線生產(chǎn)的聯(lián)動(dòng)控制[3]。

    3 橡膠齒輪泵的設(shè)計(jì)

    針對(duì)橡膠齒輪泵的工作特性和應(yīng)用要求,可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,以更好的發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢(shì),有效解決工藝過(guò)程的疑難點(diǎn)。

    3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

    考慮到齒輪泵在橡膠行業(yè)的兩個(gè)個(gè)主要應(yīng)用過(guò)程及要求,可分別從喂料方式,出料形式,聯(lián)動(dòng)或離線等方面進(jìn)行整體及配套設(shè)備設(shè)計(jì)。對(duì)于原材料濾膠工藝過(guò)程,一般要求產(chǎn)能大,效率高。因此所需的喂膠量較大,一般可配備雙螺桿擠出機(jī),出料口與齒輪泵喂料口密閉對(duì)接,入料口可直接置于密煉機(jī)卸料口下端,一次性承接密煉機(jī)的排膠,并輸送到齒輪泵喂料口處,持續(xù)喂料。入料口需為大口徑料倉(cāng)式結(jié)構(gòu),容量設(shè)計(jì)略大于密煉機(jī)排膠量的2倍,且中間需設(shè)置過(guò)渡斜通道,避免排膠對(duì)螺桿的沖擊。螺桿應(yīng)尾大頭小呈錐狀,且向下傾斜,螺距漸進(jìn)式由大變小,可在向前輸送時(shí)排空物料空隙,便于增壓和喂料。出料口一般設(shè)計(jì)為鴨嘴狀,逐漸過(guò)渡到圓筒狀,然后對(duì)接多孔板和濾網(wǎng),目的是物料出熔體腔后可均勻分散到濾網(wǎng)截面,同時(shí)避免物料在死角處殘留。通過(guò)濾網(wǎng)后的膠料可根據(jù)出料的形狀尺寸要求制作模口。對(duì)于擠出成型工序,通常選擇擠出機(jī)喂料,通過(guò)長(zhǎng)螺桿的分段剪切棱設(shè)計(jì)和分區(qū)溫度設(shè)置,對(duì)膠料進(jìn)行補(bǔ)充混煉、塑化等過(guò)程,提高膠料的流動(dòng)性和分散性,從而有利于喂膠和擠出成型質(zhì)量。由于機(jī)頭處出口壓力完全由齒輪泵來(lái)提供,擠出機(jī)的壓力顯著降低,螺桿和機(jī)筒的長(zhǎng)徑比的設(shè)計(jì)無(wú)需過(guò)多考慮剛度和后坐力。對(duì)于要求離線濾膠或擠出成型時(shí),如返回膠或外購(gòu)膠,通常要求設(shè)備簡(jiǎn)單、靈活、占地小,或在原有產(chǎn)線上改造而成,也可選擇雙輥筒喂料方式。

    3.2 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

    (1)齒輪設(shè)計(jì)。齒輪為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)和承壓部件,宜選擇具有嚙合平穩(wěn)特征的漸開(kāi)線齒形齒輪。但不同于一般的漸開(kāi)線傳動(dòng)齒輪,此處要求齒部具有更高的強(qiáng)度。因此,需要在齒輪外徑一定的情況下,盡可能的降低齒數(shù),增大模數(shù),以增加齒部的厚度。根據(jù)漸開(kāi)線齒形設(shè)計(jì)原理,當(dāng)齒數(shù)小于17時(shí),標(biāo)準(zhǔn)齒輪組會(huì)產(chǎn)生根切,需要通過(guò)齒輪正變位安裝來(lái)避免,也就是齒輪組的分度圓直徑要小于中心距。正變位齒輪組可解決根切問(wèn)題,但會(huì)帶來(lái)齒頂間隙的增大。而對(duì)于齒輪泵,恰恰要求齒頂間隙盡可能小,以確保低漏膠率和低殘余量。根據(jù)齒形計(jì)算公式,標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線傳動(dòng)齒輪的齒頂系數(shù)為1,齒底系數(shù)為1.25,頂隙系數(shù)為0.25,齒全高系數(shù)為1.25。因此,可適當(dāng)降低頂隙系數(shù)至0.1。由于模數(shù)確定時(shí),齒底系數(shù)越大,代表著齒槽越深,即齒輪吃膠量和吐出量越大,因此,齒底系數(shù)的設(shè)計(jì)還需考慮齒輪泵的吐出效率。

    (2)軸和軸承設(shè)計(jì)。由于熔體腔內(nèi)的橡膠呈高壓流動(dòng)狀態(tài),軸與軸承處既要起到支撐作用,又要考慮潤(rùn)滑和密封,可選擇滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承。對(duì)于滑動(dòng)軸承,承載力較強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可利用軸套和軸之間的微小間隙形成膠膜潤(rùn)滑。為了使膠膜均勻環(huán)繞整個(gè)軸承,又不至于漏膠量太大,需在軸承上設(shè)置導(dǎo)流槽。導(dǎo)流槽可從出料端開(kāi)設(shè),沿著軸承內(nèi)端面向齒輪嚙合處延伸,然后進(jìn)入軸承內(nèi)圈并呈螺旋狀延伸到外端部。如使用滾動(dòng)軸承,則具有磨損小,適用于大分子聚合物或有雜質(zhì)的膠料特性,但是密封結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜,需引導(dǎo)膠料返流并設(shè)置溢流孔,防止物料進(jìn)入軸承滾柱,同時(shí)需設(shè)置密封圈防止軸承潤(rùn)滑脂污染膠料。

    4 結(jié)論

    橡膠齒輪泵在膠料的過(guò)濾和精密擠出成型應(yīng)用上具有諸多優(yōu)點(diǎn),可從喂料方式、出料形式、聯(lián)動(dòng)或離線等方面進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì),以更好的發(fā)揮其效率高,壓力穩(wěn),升溫小,喂料方式多樣靈活的特點(diǎn)。進(jìn)一步的,對(duì)于關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)保證嚙合平穩(wěn),低漏返,低殘余,潤(rùn)滑和密封等,可保證其優(yōu)異性能的發(fā)揮。

    參考文獻(xiàn):

    [1]那洪東.橡膠加工用齒輪泵及配備齒輪泵的擠出機(jī)[J].世界橡膠工業(yè),2006(08):26-31.

    [2]張脈永,譚峰.德國(guó)UTH橡膠擠出過(guò)濾技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用[J].橡塑技術(shù)與裝備,2017,43(07):20-26.

    [3]畢超,莊園園,劉倩楠,李翱,江波.橡膠齒輪泵擠出系統(tǒng)的工作特性和設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析[J].橡塑技術(shù)與裝備,2013,39(11):47-50.

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