塑料擠出生產(chǎn)線中冷卻水槽的設(shè)計與改進(jìn)

1、.塑料擠出生產(chǎn)線中冷卻水槽的設(shè)計與改進(jìn)摘要: 分析了冷卻水槽在塑料擠出生產(chǎn)中存在的問題，提出了其設(shè)計的基本原則; 通過對冷卻效率的計算分析，指出設(shè)計時必須考慮的因素和相應(yīng)的解決方法，給出了針對水槽現(xiàn)有問題的改進(jìn)思路和方法。作為改性塑料生產(chǎn)線中不可缺少的裝置，冷卻水槽對塑料料條冷卻時間和溫度的控制尤為重要1 2。根據(jù)擠出生產(chǎn)線的產(chǎn)能，冷卻水槽一般將長度控制在4 6 m 左右，擠出的料條進(jìn)入靠近機(jī)頭一端的水槽開始冷卻，料條出水后在余下水槽上方沿著尼龍材質(zhì)的導(dǎo)輪牽引，先后經(jīng)過除水機(jī)和切粒機(jī)生產(chǎn)出塑料粒子。粒子常見的缺陷與水槽冷卻效果有著密切的關(guān)系，如粒子長條，粉末超標(biāo)和粒子水分超標(biāo)，由于過水時間長，

2、粒條冷卻時間長，導(dǎo)致料條脆性和含水量增加，這類情況時就需要通過減少過水量來控制，此外切粒機(jī)切料黏粒、連粒則是由于粒子韌性大，不宜切斷，需要加長過水使料條充分冷卻3 5。因而，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量而言，需要在實際生產(chǎn)中準(zhǔn)確控制冷卻時間和溫度，其前提就是要用合適的水槽設(shè)備進(jìn)行定量的分析，得出統(tǒng)計規(guī)律和經(jīng)驗結(jié)論，從而服務(wù)實際生產(chǎn)。1 冷卻水槽的設(shè)計1. 1 設(shè)計原則盡可能使料條冷卻均勻，便于后續(xù)切粒工序的進(jìn)行; 車間設(shè)備維修調(diào)整時，水槽移動和水平度水槽底部污垢的定期清洗; 考慮水槽的使用成本和安裝檢修。調(diào)節(jié)需要簡單省力; 考慮水槽使用中水面出現(xiàn)泡沫的清理和水槽底部污垢的定期清洗; 考慮水槽的使用成本和安

3、裝檢修。1. 2 冷卻效率的計算對冷卻水槽進(jìn)行設(shè)計，必須先對其使用環(huán)境進(jìn)行了解，明確設(shè)計的目標(biāo)。對水槽換熱效率進(jìn)行計算時，提出如下基本假設(shè)6: 初始狀態(tài)下，水槽裝滿常溫的水; 水槽水溫保持恒溫狀態(tài)，即冷卻過程中，料條降溫釋放的熱量等于出水管所排水吸收的總熱量; 計算過程中料條處于動態(tài)平衡狀態(tài)，位于水槽中的料條長度始終不變; 不考慮外界空氣與水和料條之間的對流換熱情況。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的使用情況進(jìn)行分析，需要測量以下的基本數(shù)據(jù): 塑料料條浸入水中時的溫度為T料條1，離開水面時的溫度為T料條2，料條的比熱容c料條，料條浸入水中的長度為L，料條浸入水中的質(zhì)量為M料條，切粒機(jī)的牽引速度為V，生產(chǎn)產(chǎn)量為S，

4、進(jìn)水管中水溫為T進(jìn)水，進(jìn)水流量為V進(jìn)水，出水管中水溫為T出水，出水量為V出水，水的密度為。水槽冷卻過程中，總的熱量保持平衡，即料條降溫釋放的熱量Q料條等于出水管所排水吸收的總熱量Q出水，列出熱平衡方程如下:Q料條= Q出水( 1)即c料條M料條( T料條1 T料條2) = c水V出水( T出水 T進(jìn)水)( 2)其中，M料條= LS /V ( 3)從式( 1) 、( 2) 、( 3) 中可以看出，料條浸入水中冷卻效果與出水管、出水量密切相關(guān)，在水槽設(shè)計的參數(shù)計算中，要充分考慮生產(chǎn)的產(chǎn)能，切粒機(jī)的相應(yīng)參數(shù)和水槽擺放的總長度。通常為達(dá)到理想的冷卻效果，理論上需要將進(jìn)水量和出水量開到最大，同時料條的過

5、水距離盡可能增加。實際上，為了控制切粒的效果和減小粉末，需要對過水時間和距離進(jìn)行必要的調(diào)整來實現(xiàn)。1. 3 設(shè)計方法首先，根據(jù)廠房的布置情況和水槽的擺放位置，初步確定水槽的長度、寬度和高度; 其次進(jìn)行進(jìn)出水管道相關(guān)技術(shù)參數(shù)的選取和計算，根據(jù)擠出機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量的最大值S ( 單位是kg /h) ，切粒機(jī)的最大牽引速度V ( 單位是m/s) ，料條浸入水中的最短長度L( 單位是m) ，運(yùn)用上述公式( 2) 和( 3) 計算出水量的最大值V出水( 單位是m3 /h) 。然后根據(jù)冷卻循環(huán)系統(tǒng)中水的流速( 單位是m/s) ，從而可以計算出出水管的最大管徑，進(jìn)水管管徑的大小與出水管相等。需要注意的是，為了提升

6、冷卻效果和方便后續(xù)設(shè)備升級，需要在水槽設(shè)計過程中將計算值取大一些。其次，料條過水和脫水的過程中，需要料條支架輔助，其位置和數(shù)量往往取決于冷卻效果，通常視其過水長度而定，若過水距離長，則需要在水中走S 形曲線，保證料條充分冷卻。料條支架分為固定支架和可移動支架，固定支架由于拆卸安裝困難，需要保證足夠長的壽命，其支架上的滾輪為金屬材質(zhì)且在料條的作用下可以繞軸自由轉(zhuǎn)動。最后，為方便料條入水，入水一端的水槽設(shè)計為傾斜45料條經(jīng)過支架進(jìn)入脫水器時，料條擺動抖落下的水經(jīng)常會灑落在水槽外面，設(shè)計時需要增加支架和水槽末端的距離。2 冷卻水槽的改進(jìn)2. 1 原有冷卻水槽裝置存在的問題老舊生產(chǎn)線在冷卻水槽的設(shè)計和

7、安裝過程中，沒有過多地考慮實際生產(chǎn)可能會出現(xiàn)的一些問題，因而在使用過程中往往費時費力，具體表現(xiàn)在以下幾個方面:( 1) 水槽整體移動困難，水平度不高。水槽底座支撐部分為兩根焊接結(jié)構(gòu)的矩形鋼管，水槽中裝滿水時移動很費力，此外，裝拆卸螺桿時挪動水槽困難，也給工人增加了勞動力，不利于實際生產(chǎn)高效操作，并且由于廠房地面不平整等原因，導(dǎo)致水槽部分傾斜，可能會出現(xiàn)溢水的現(xiàn)象。( 2) 水槽進(jìn)出水設(shè)計不合理。由于水槽只設(shè)計了一個進(jìn)水管和一個出水管，注水時先關(guān)閉出水管，同時打開進(jìn)水管，當(dāng)水位到達(dá)一定程度時再打開出水管放水，從而使水槽中的水位保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。實際上，由于出水管打開的時間無法精確控制，可能導(dǎo)

8、致進(jìn)水速度始終大于出水速度，最終水槽中的水會溢出。此外，由于料條出水后在水槽上方的膠輥導(dǎo)輪上牽引運(yùn)動，料條沾水滴落入水槽中會產(chǎn)生白色泡沫，不符合生產(chǎn)過程中的6S 標(biāo)準(zhǔn)，同時清污不方便。( 3) 水槽靠近擠出機(jī)機(jī)頭部分的溫度不可控。靠近機(jī)頭部分的水槽溫度過高或過低，都會產(chǎn)生大量不合格品。擠出機(jī)剛開機(jī)時由于工藝參數(shù)不穩(wěn)定，會產(chǎn)生一定的隔離料，其中水槽初始溫度過低也是一個重要原因。生產(chǎn)過程中由于出水速度慢等原因造成水槽溫度過高，影響冷卻效果，同樣會造成次品。2. 2 冷卻水槽裝置的改進(jìn)針對老舊水槽中存在的問題和不足之處，對其提出了一些改進(jìn)想法和設(shè)計，具體包括以下幾個方面:( 1) 水槽移動分為兩個部

9、分，一是水槽整體位置保持不變，槽體移動，移動方式可以是在槽體與底部支架之間安裝滾輪，或者是齒輪齒條裝置，外加一個搖柄把手輔助，如圖1 所示; 二是水槽整體可以移動，可以通過在底部支撐架下方安裝四個小輪子實現(xiàn)，由一對萬向小輪和一對同向小輪組成。對于水槽水平度，一方面可以設(shè)法提高地面平整度，另一方面在支撐架中部裝上梯形螺紋升降桿件，起到輔助支撐和調(diào)節(jié)水平的作用，如圖2 所示。( 2) 水槽進(jìn)出水設(shè)計分為進(jìn)水設(shè)計和出水設(shè)計，進(jìn)水口可以安裝在遠(yuǎn)離擠出機(jī)機(jī)頭一端的槽體上部，為避免大口徑流入水量過大，造成水滴濺落，可以將大口徑進(jìn)水口換成一排小口徑進(jìn)水口，使進(jìn)水量平穩(wěn)。同時進(jìn)水口位于槽體上部，可以有效地與水

10、槽中的水進(jìn)行對流換熱，將水面上的泡沫沖走進(jìn)入槽體兩側(cè)的溢水口，減小泡沫現(xiàn)象。出水口安裝在擠出機(jī)機(jī)頭一端的槽體底部，輔助過濾網(wǎng)過濾，為了保證水槽中水位平穩(wěn)和泡沫量少，需要使進(jìn)水量大于出水量，同時在槽體兩側(cè)安裝溢水裝置，使多余的水連同泡沫一起被帶走，達(dá)到清潔的作用，如圖3 所示。( 3) 水槽冷卻溫度和時間可控，在進(jìn)出水口兩端各安裝一個溫度計，可以通過實時觀測其溫度來調(diào)節(jié)料條的冷卻溫度。冷卻時間即過水量，傳統(tǒng)的膠輥支架焊接固定在槽體上無法自由移動，過水距離一定，無法調(diào)節(jié)其冷卻時間，現(xiàn)在改用可滑動式卡扣膠輥支架，既可以使膠輥放置在水槽上方，也可以將其倒置放在水槽中，膠輥隨著料條的牽引繞中心軸轉(zhuǎn)動，較小自身的磨損，如圖4 所示，便于過水時間的調(diào)節(jié)操作，提高工藝相符率。對水槽溫度變化與料條切粒的容易程度以及成品粉末現(xiàn)象之間的規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計總結(jié)，可以針對料條過水時間的長短和水槽溫度的