Komponente menjalnika! Kako deluje "srce" dvovijačnega ekstruderja?

Za uporabnike je zapleteno, kako naj izberejo in ocenijo izdelke za ekstrudiranje, kakšna oprema za ekstrudiranje ima visoko stroškovno učinkovitost? Glede na namen so osnovne zahteve za opremo predvsem naslednjih 5 točk.

(1) Kakovost: kakovost je za uporabnike najpomembnejša, kakovost ekstrudiranega izdelka je zaveza do strank, predstavlja življenjsko dobo podjetja in je tesno povezana z razvojem podjetja, zato je pomemben kazalnik za oceno kakovosti ekstrudira, ali je mogoče zagotoviti dolgoročno doslednost serij izdelkov.

(2) Učinkovitost: Učinkovitost je nadaljnji kazalnik ocenjevanja. Zagotavljanje najvišjega donosa izdelka na enoto časa na podlagi kakovosti je cilj vsakega podjetja in pot do hitrega razvoja.

(3) Stroški: Izboljšanje učinkovitosti je samo po sebi eno od sredstev za zmanjšanje stroškov, saj neposredno zmanjša porabo energije, vode, elektrike in plina na enoto časa, kar pomeni nižje obratovalne stroške, najpomembnejša skrb podjetij pa je zmanjšanje stroškov delovne sile in upravljanja, zmanjša pa se tudi povpraševanje po opremi in zemljiščih.

(4) vzdržljivost: učinkovitost in življenjska doba sta obratno sorazmerni s povečanjem učinkovitosti, kar lahko privede do krajše življenjske dobe. Za zagotovitev ali podaljšanje življenjske dobe pod predpostavko visoke učinkovitosti je treba uporabiti bolj trpežne materiale. Uporabljajo se vijačni materiali z visoko odpornostjo proti obrabi in visoko trdnostjo trna.

(5) Praktično: Z vidika uporabnika je eden od kazalnikov za oceno kakovosti ekstruderja tudi to, ali je oprema enostavna za upravljanje in vzdrževanje, ali lahko oprema deluje stabilno z visoko ali nizko stopnjo napak.

Če povzamemo, sta kakovost in učinkovitost dva odločilna in pomembna kazalnika. Cilj, ki ga ekstruderji nenehno razvijajo skozi leta, je, kako »zagotoviti kakovost« in »izboljšati učinkovitost«.
Komponente menjalnika

Našdvopolžni ekstruderje razdeljen na dve ključni komponenti: »ekstruzijo« in »prenos«. »Komponenta ekstruzije« je ključna komponenta za »zagotavljanje kakovosti«, »komponenta prenosa« pa je ključna komponenta za »učinkovitost« in »zagotavljanje kakovosti«. Tehnološki napredek dvojnega vijaka zaznamuje prenova razdelilnika navora, kar kaže na njegov pomen.

Danes bomo govorili o "prenosni" komponenti ekstruderja.

Prenosna komponenta je osrednja komponentadvopolžni ekstruder, tako kot motor avtomobila, ki lahko zagotovi dovolj moči za doseganje zadostne izhodne moči, zato je potreben močan prenosni sistem, ki zagotavlja moč za izboljšanje učinkovitosti ekstrudiranja.

Pri dvovijačnih ekstruderjih se moč odraža v rotacijskem gibanju vijaka. Kinetična energija pri rotacijskem gibanju se pretvori v torzijsko silo, večji kot je navor, več materiala se transportira, tj. za doseganje visoke zmogljivosti je potreben pogonski sistem z visokim navorom.

Obstajata dve reprezentativni in tipični konfiguraciji pogonskega sistema: vzporedna tri-gredična zobniška struktura in dvostransko simetrična pogonska zobniška struktura.

(1) Vzporedna pogonska struktura s tremi gredmi

Prednosti te rešitve so preprosta konstrukcija, enostavna montaža, nizki stroški izdelave in povečan navor sistema z zmanjšanjem obremenitve zobnika; vendar bo moč te konstrukcije med vzporednim prenosom vedno izpostavljena večji obremenitvi ležajev na gredi B (kot je prikazano na sliki 3), gred B pa je med vrtenjem vedno izpostavljena sili v isti smeri, tj. kombiniranemu upogibnemu in torzijskemu delovanju (simetrična ciklična napetost), ležaji na gredi B pa so izpostavljeni sili na gredi B. Sila na gredi B se povečuje z naraščanjem izhodnega navora, tako da ležaj doseže mejo življenjske dobe gredi zobnika in ležaja po 20,000 urah obrabe zaradi sile, zato je življenjska doba menjalnika odvisna od ležaja gredi B.

Drugič, in kar je ključno, ker je gred B vedno izpostavljena večjim obremenitvam, se obraba ležajev pospeši, kar povzroči povečanje radialnega oprijema gredi B, dokler ne odpove, zaradi česar je sistem nestabilen.

Ker je vir energije nestabilen, bo to povzročilo nestabilnost ekstruzijskih delov, ki jih poganja, tj. vrtilna pot vijaka v sodu se bo spremenila tudi z naraščajočim odstopom ležaja, kar bo povzročilo neenakomerno zračnost med vijakom in sodom, kar bo povzročilo neenakomeren čas zadrževanja materiala v sodu in s tem zmanjšanje doslednosti kakovosti izdelka.

(2) Dvostranska zobniška simetrična menjalnikska struktura

Slika 4 prikazuje shematski diagram simetrične pogonske strukture z dvojnim stranskim zobnikom. Izhodna gred A te strukture ima, tako kot prejšnja struktura, zadosten dimenzijski prostor in velik varnostni faktor trdnosti in togosti; izhodna gred B je prav tako omejena z medosno razdaljo in ima problem omejitve velikosti. Rešitev te strukture je razdelitev moči v dve skupini zobnikov in simetrično pogon gredi B iz zgornje in spodnje smeri, kar ne le zmanjša obremenitev na stičišču zgornjega in spodnjega zobnika za polovico in poveča nosilnost navora, temveč tudi poveča količino dovajanega materiala. To ne le zmanjša obremenitev zgornjega in spodnjega zobnika za polovico in poveča nosilnost navora, s čimer se pomnoži polnilni volumen in učinkovito poveča produktivnost, ampak tudi povzroči, da se radialne sile na gredi B medsebojno izničijo na nič. Kot je prikazano na sliki 5, so zobniki gredi B izpostavljeni samo tangencialnim silam, kar ustvarja popoln pogon s parom sil, tj. čisto navorno izhodno gred, kar odpravlja upogibne napetosti na gredi B (ki so izpostavljene samo torzijskim silam, tj. enosmernim cikličnim napetostim).

Poleg tega je za strukturo značilno dejstvo, da je radialna obremenitev ležaja na osi B popolnoma odpravljena, tako da se ležaj osi B teoretično nikoli ne obrabi, s čimer se doseže veliko daljša življenjska doba 72,000 ur (približno 10 a) kot v strukturi 1, in s tem se spremeni zgodovina osi B, kjer se je natančnost vrtenja sčasoma slabšala.

Struktura ne dosega le visokega navora, izboljša produktivnost in podaljša življenjsko dobo, temveč, kar je še pomembneje, zagotavlja stabilnost sistema za porazdelitev navora in doslednost kakovosti izdelka. Ležaji na izhodni gredi B niso izpostavljeni radialnim silam in se ne obrabljajo, ne pride do sprememb v radialnem odstopanju in ne pride do radialnega odstopanja gredi vijaka, kar zagotavlja, da celoten sistem deluje enakomerno in neprekinjeno dlje časa, tj. vijak in cev se ne bosta neenakomerno spreminjali, čas zadrževanja materiala v cevi pa ne bo neenakomeren, kar zagotavlja stabilnost kakovosti izdelka. Eksponentno povečanje navora omogoča znatno povečanje volumna polnjenja in je zagotovilo za eksponentno večjo proizvodno učinkovitost.

Vendar pa so slabosti te strukture: relativno zapletena konstrukcija, visoka zahtevana natančnost obdelave, težavnost montaže in relativno visoki stroški izdelave.

Uporaba te pogonske strukture je zelo pomembna za napredek tehnologije ekstrudiranja, kot sledi.

1) zagotavljanje stabilne in zanesljive moči za ekstruzijski sistem, tako da ima stabilna ekstruzija zanesljivo garancijo moči.

2) Z večjim navorom je mogoče doseči večje dozirne količine, kar poveča tudi efektivno dolžino polža za bolj enakomerno porazdelitev in razpršeno mešanje.

3) Zanesljiva moč za natančno ekstruzijo in učinkovite postopke mešanja.

4) Doseči je mogoče višje izhodne hitrosti in manjše razmike vijakov.