[发明专利]一种螺杆支撑装置及具有该装置的双螺杆挤出机

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺杆支撑装置，特别是一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，以及具有该装置的双螺杆挤出机。

背景技术

双螺杆挤出机以其积木式结构带来的多变性和适应性以及优异的混合性能，在成型、共混、改性、反应挤出等聚合物加工过程中得到了广泛应用。双螺杆挤出机主要包括传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统，其中挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分，主要包括螺杆和机筒。物料由加料系统加入机筒，机筒内螺杆的旋转对物料产生螺旋输送和混合等作用，使物料经历固体输送、熔融、排气、混合和熔体输送等挤出过程，最后由机头挤出，造成粒子或成型为制品。

螺杆是双螺杆挤出机的“心脏”，大部分螺杆为积木式结构，包括芯轴、螺杆元件和螺杆头，螺杆元件组合安装在芯轴上，通过螺杆头拧紧。螺杆元件包括输送元件、剪切元件、混合元件等功能元件，不同的螺杆元件可以组合成不同构型的螺杆。

螺杆的支撑方式通常采用悬臂式结构，支撑位置在螺杆根部，螺杆根部通过连接套与齿轮箱的输出轴相连，螺杆主体和头部都悬空在机筒内。为确保螺杆的输送能力和建压能力，螺杆的螺棱和机筒之间的间隙控制在很小的范围内（间隙一般为机筒内径的0.002倍至0.05倍）。当螺杆的长径比很大或所加工的物料粘度较低或机筒内物料不够时，机筒内的物料不足以浮起螺杆，螺杆在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形，当螺杆的挠性变形大于螺杆的螺棱与机筒内壁之间的间隙时，螺杆的螺棱与机筒内壁之间会产生较严重的磨损，使螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大。若磨损发生在熔融段，则导致熔融能力下降，并导致温度不均匀和压力波动；若磨损发生在熔体输送段，会使熔体输送能力下降；螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大，也会降低机筒和物料间的热传递效率。同时，两根螺杆所处的环境并不完全相同，两根螺杆的挠性变形也会不一致，引起两根螺杆上的螺杆元件彼此接触，从而引起磨损、切削，导致物料流不均匀。

专利US2003007709A1公开了一种螺杆挤出机，螺杆芯轴上具有特殊的内部轴承，轴承消除了单螺杆或多螺杆挤出机中悬臂螺杆的磨损。该内部轴承包括随螺杆轴转动的轴承环、静止不动的轴承壳以及轴承保持件，其中轴承保持件与轴承壳固定连接。这种结构不方便装配和拆卸，尤其是更换螺杆时极其不便。装配时，需要最后安装轴承保持件，通过轴承保持件来控制轴承环和轴承壳之间的配合间隙，很容易造成两者之间的配合间隙过松或过紧，过松则起不到支撑螺杆的作用，过紧则会对螺杆转动产生额外阻力，甚至使螺杆不能转动。拆卸时，需要先将轴承保持件拆卸，对于只需要更换螺杆的情况（如加工不同物料更改螺杆构型）过于复杂。其次，由于轴承保持件占据了一段机筒的位置，加工时不能对机筒内壁一次成型，大大增加了机筒加工和螺杆装配的难度。同时，由于轴承保持件占据了一段机筒的位置，不方便对现有机器进行加装改进。另外，由于轴承环随螺杆转动，轴承壳和轴承保持件与机筒连接，在生产过程中，螺杆会有一定程度的轴向膨胀伸缩，轴承壳和轴承保持件与相邻的螺杆元件之间会产生相应的轴向位移，因此需要设计时计算好轴承壳和轴承保持件与相邻螺杆元件之间的间隙，否则可能在生产过程中发生干涉，增加了设计难度。

专利CN201380033773.3公开了一种用于双螺杆挤出机的支撑装置，该装置在两根螺杆轴向相同位置上各设置小径部，在机筒上设置支撑部，在支撑部上设有支撑小径部的支撑表面并且具有流动路径，物料从该流动路径通过，小径部与支撑表面之间的间隙等于或小于螺杆的螺棱与机筒内表面之间的间隙，从而实现对螺杆的支撑，减少螺杆与机筒的磨损。与专利US2003007709A1相同，由于支撑结构的一部分设置在螺杆上，一部分连接在机筒上，因此具有与专利US2003007709A1相同的装配和拆卸不便、增加了机筒加工和螺杆装配的难度、不方便对现有机器进行加装改进以及增加了设计难度等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，该装置包括一对或多对螺杆支撑元件，所述螺杆支撑元件成对使用，与其它螺杆元件（如输送元件、剪切元件、混合元件等）一起安装在螺杆芯轴上，并可以自由组合，一对螺杆支撑元件在两根螺杆上的轴向位置相同，一台双螺杆挤出机的螺杆上可以安装一对或多对螺杆支撑元件，对螺杆的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损。

所述螺杆支撑元件由两部分组成：一是内圈，内圈安装在螺杆的芯轴上，随螺杆一起转动；二是外圈，与所述机筒的内壁配合。所述内圈与所述外圈之间相对转动。