一种新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置及其操作方法

摘要

本发明公开一种新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置，其包括：挤出装置机头(1)、挤出螺杆(2)、机筒(3)、喂料部件(4)、空心直驱力矩电机(5)；空心直驱力矩电机(5)包括：电机主体(51)、电机轴(52)、挤出螺杆适配件(53)和电机驱动器。本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置，挤出螺杆(2)通过挤出螺杆适配件(53)与电机轴(52)相连，可在不对原有的机械结构和加热、冷却设备拆卸的情况下快速更换不同特性的挤出螺杆(2)，实现不同工艺参数和不同材质产品的快速切换和工艺调整。免维护螺杆后拆型直驱挤出装置可支持使用企业组建柔性化产品生产线适应绿色环保，高效节能，环境友好的市场竞争需要。

说明书

技术领域

本发明专利属于挤出装置设计领域，具体涉及一种新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置及其操作方法。

背景技术

随着使用挤出装置加工产品的市场需求的多样化，客户对使用挤出装置的生产企业提出了不断研发推出新产品的要求。传统的挤出装置生产线主要采用伺服电机、高密度紧密减速机、挤出机的连接方式，该生产线主要存在以下问题：

传统挤出装置每次转换产品线、更换挤出螺杆时，都需要将挤出装置机头部分先拆下来，然后将挤出装置机头整体向前移，预留出可以抽出螺杆的空间，再将挤出螺杆从减速箱前端整体抽出来，不仅费时费工，还对厂房空间要求较大，每次由于更换产品而更换螺杆，都像是给生产线进行一次大修一样，还产生大量的废油，废液，废气等污染环境的副产品。另外，更麻烦的是更换完之后还需要重新对生产线进行调试校准，重新调试设置生产工艺参数才能满足需求。也就是说现有的挤出装置生产线在满足单一原材料大批量需求产品生产方面有一定的优势，但是在适应靠产品创新研发抢占市场的新发展趋势下，逐渐暴露出产品线转换周期长，运营维护成本高，研发验证新产品速度慢费用高等劣势。

另外，使用现有的挤出装置生产线必须要配套使用减速机，而减速机产生的噪声非常大，对周围的环境产生不利的影响，工人长期在这样的噪声环境中工作，会产生很多职业病，减速机的能耗也相当大，以保护环境，合理利用资源能源为主体的今天来说，减速机已经不太符合时代发展，尤其是在挤出机的结构上减速机浪费资源的程度相当大。

因此迫切需要一种可省去减速机，且能支持产品线快速转换，支持产品创新研发，支持柔性化生产制造的绿色环保，高效节能的挤出装置。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置，挤出螺杆2通过挤出螺杆适配件53与电机轴52相连，可在不对原有的机械结构和加热、冷却设备拆卸的情况下快速更换不同特性的挤出螺杆2，实现不同工艺参数和不同材质产品的快速切换和工艺调整。免维护螺杆后拆型直驱挤出装置可实现全生命周期支持使用企业快速完成产品生产线的快速转换和新品创新，支持使用企业组建柔性化产品生产线适应绿色环保，高效节能，环境友好的市场竞争需要。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置，其包括：挤出装置机头1、挤出螺杆2、机筒3、喂料部件4、空心直驱力矩电机5；

所述空心直驱力矩电机5包括：

电机主体51；

电机轴52，其位于所述电机主体51内部，为中空结构，所述电机轴52和所述电机主体51之间设置有止退螺母55，可防止电机轴52轴向移动；

挤出螺杆适配件53，其位于所述电机轴52的中空结构内，所述挤出螺杆适配件53和所述电机轴52之间通过连接螺栓54连接固定；

电机驱动器，驱动所述电机轴52旋转，并控制所述电机轴52的旋转速度；电机驱动器是本领域电机的必备部件，属于标准产品，安装在电机的驱动控制柜里面。

以上各部件的连接关系为：

所述挤出螺杆2一端与电机主体51内部的挤出螺杆适配件53连接，且伸入挤出螺杆适配件53内部；

所述机筒3位于所述挤出螺杆2外侧，且所述机筒3前端与所述挤出装置机头1连接，其后端与所述喂料部件4连接，所述喂料部件4后端与所述空心直驱力矩电机5的电机主体51的前端外壳连接；

拆掉连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头1。

其中，所述具有可拆卸结构的空心直驱力矩电机的电机主体51的内部还具有电机定转子组件515，其中转子与所述电机轴52连接，与所述电机轴同时旋转运动，此设计为本领域通常的设计。

优选地，所述挤出螺杆适配件53内部还有水冷拉杆57，其与所述电机主体51外的水冷接头58连接，以向所述挤出螺杆2内部供冷却水降温；

所述水冷拉杆57和所述挤出螺杆适配件53之间通过水冷拉杆锁紧螺母59连接固定；

所述水冷拉杆57前端与挤出螺杆2通过螺纹连接；

拆卸过程中，拆下所述水冷接头58和所述水冷拉杆锁紧螺母59后，拆掉连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部的挤出螺杆2和所述水冷拉杆57一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头1。

优选地，所述电机主体51内部还具有推力轴承510和深沟球轴承511，所述设置于所述电机主体51内部前端，所述深沟球轴承511设置于所述电机主体51内部后端，两者均位于电机轴52外侧，以在径向方向上支撑托起所述电机轴52，使所述电机轴52可以旋转。

优选地，所述电机主体51后端外侧还具有传感器和信息反馈组件512，其用于接受电机轴52的位置和转速信息，并将上述信息反馈至所述电机驱动器，从而进一步根据需求通过所述电机驱动器调控所述电机轴52的位置和转速。

优选地，所述传感器和信息反馈组件512外侧具有传感器保护壳513。

优选地，所述电机主体51前段外侧还具有喂料部件适配法兰514，其与所述喂料部件4的外壳连接。

本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置操作方法，通过以下方法拆卸及装配挤出螺杆2，

拆卸方法：拆掉所述连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头；

装配方法：将挤出螺杆2从所述电机主体51的电机轴52后端伸入所述挤出螺杆适配件53内部，并与其连接，然后上紧所述连接螺栓54，使所述挤出螺杆适配件53和所述电机轴52连接固定。

优选地，当所述的新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置具有所述水冷拉杆57时，通过以下方法拆卸及装配挤出螺杆2，

拆卸方法：拆下所述水冷接头58和所述水冷拉杆锁紧螺母59后，拆掉连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部的挤出螺杆2和所述水冷拉杆57一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头1；

装配方法：将挤出螺杆2和所述水冷拉杆57通过螺纹连接，然后将两者从所述电机主体51的电机轴52后端伸入所述挤出螺杆适配件53内部，并与其连接，然后上紧所述连接螺栓54，使所述挤出螺杆适配件53和所述电机轴52连接固定，上紧所述水冷拉杆锁紧螺母59，使所述水冷拉杆57和所述挤出螺杆适配件53连接固定，再将所述水冷拉杆57连接所述水冷接头58。

以上拆卸及装配挤出螺杆2的方法是在于说明本发明挤出装置后拆快换挤出螺杆2的情况，当然根据实际厂房情况，本发明挤出装置也可以同传统的挤出装置一样，采用前拆的形成拆卸挤出螺杆2，具体的为，同传统的挤出装置一样，先拆卸挤出装置机头1，然后拆掉连接螺栓54和水冷拉杆锁紧螺母59，将挤出螺杆2从电机前端拆出。

对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置最显著的结构改变是根据传统挤出装置低转速大扭矩的运行特点将传统电机配减速机的结构替换成了自主研发的空心直驱力矩电机5。该电机使得在无需对原有的机械结构和加热、冷却设备拆卸的情况下，可以直接将所述挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2一同从所述电机主体51的电机轴52中拆出(此处所述的加热设备指的是挤出装置机头1上面的加热装置)。更关键的是，从电机轴52后端将所述挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2一同拆出，这种后拆的形式使得，在生产线加工原料或者需求改变时，需要针对替换不同螺杆，此时可以在不用拆卸挤出装置机头1的前提下，直接将挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2从空心的电机轴后端抽出，拆卸时仅需要拆掉电机轴52和挤出螺杆适配件53之间的连接螺栓54即可，或者当电机轴52内部同时具有水冷拉杆57时，仅需要拆卸水冷接头58、水冷拉杆锁紧螺母59和连接螺栓54后，将水冷拉杆57、挤出螺杆适配件53、挤出螺杆2一同从电机轴52后端拆出即可，更换螺杆的方式简单高效，省时省工。另外，使挤出螺杆直接从电机的中空电机轴52后端拆卸，不对挤出机前端的部件进行拆卸，特别是多种材料共用机头复合挤出时，可以大大提高工作效率，为改善设备安全和人身安全提供有效保障。

更主要的是替换螺杆不会移动改变挤出装置整体机械结构、不用拆卸加热、冷却设备，所以替换后也不用对挤出装置生产线进行调试校准。

总的来说，新结构将前装式螺杆结构升级成可穿过直驱力矩电机内部空心轴进行安装的后装式结构，形成了能免大拆，免二次调试，通过快速更换不同规格型号挤出螺杆，转换加工原材料的能力。在设备全生命周期内支持研发制造生

产过程中的快速维护和多品种多工艺参数的快速转换和系统改造升级。

2、本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置，省去减速机，从而避免了减速机噪声大、能耗高，对环境污染大的问题。在挤出装置全生命周期内，空心轴低速大扭矩直驱力矩电机可以做到全程保持超静低音运行，全程免大修维护，全程保持高转速精度的运行状态不变。生产制造全过程静音，无噪声污染。低速大扭矩的直驱力矩型电机具有转速低，扭矩大的特点。省掉减速机可以降低伺服电机或变频电机高速运行时的机械噪音和减速机的机械噪音。直驱电机运行在低速状态下，基本听不到什么机械噪音，真正达到静音效果。对建成环境友好型工厂具有重要的意义。

3、本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置省掉了传统结构中的高精度精密减速机，采用直驱力矩电机跟喂料段、加热装置和挤出螺杆直连的方案。不仅简化了机械结构，提高了系统的整体传动效率，而且还提升了系统的整体可靠性，消除了不必要的机械间隙，提高了挤出系统的控制精度。

4、本发明自主研发的空心直驱力矩电机5转速精度高。直驱方式较传统配高精度精密减速机的方案可实现无间隙回转挤出速度调整，避免挤出材料的厚薄不均，提升了产品品质，降低了原材料消耗量。

5、整体运行效率高，全生命周期运行成本低，效率更高用电省。新结构省掉了高精度精密减速机既减少了中间减速环节的机械损耗，提高了机电系统的传递效率。直驱型力矩电机有传统的变频调速电机和伺服电机所没有的线性输出特性，不仅好控制，而且可使其在运行区域内始终保持较高的输出效率，不会有变频电机和伺服电机那样在低速运行区域内效率变低的问题。可实现设备全生命周期内的高效率运行，达成节能的目标。

6、由于省去了减速箱，本发明挤出装置整机体积小。较传统变频调速电机、伺服电机配套方案，体积减小了1/3～1/2，节省了空间，提高了厂房利用率。

7、运行免维护，无废油废液废气等污染物产出，对环境很友好。直驱挤出机的核心部件是直驱型力矩电机，影响电机维护寿命的部件是精密电机轴承，该类轴承在普通伺服电机和变频电机的最高转速状态下的使用寿命不会低于一万小时。传统电机的检修时间最长可以到一万小时一个周期。直驱电机的最高转速比变频电机的最高转速低20～30倍左右。从轴承使用寿命的角度来算，可以达到20～30万小时。从这一点来讲，空心轴直驱力矩电机可以在挤出机的全生命周期内实现免维护。也就不会产生废油废液，不会像使用减速机的传统结构在检修过程中产生废油废液污染环境。即使设备生命周期结束，产品报废，也不会产生废油废液的污染。

8、在优选地实施方案中，本发明空心直驱力矩电机还包括传感器和信息反馈组件512，用于接受电机轴52的位置和转速信息，并将上述信息反馈至所述电机驱动器，从而进一步根据需求通过所述电机驱动器调控所述电机轴52的位置和转速，可以针对需求量精准控制电机。

9、水冷组件向挤出螺杆2内部提供冷却水，通过热交换降低电机轴52在旋转过程中产生的热量，提高电机动态性能和热负荷能力。

10、控制精度高，运行平稳，对工业电网无谐波污染和电流冲击。直驱力矩电机极对数多，电枢电阻值较同功率调速电机和伺服电机大很多倍，对启停调速过程中的电流突变抑制能力强，不会对控制器和工业电网造成电流冲击和谐波污染。具有较高的功率因数。

11、经济效益分析

直驱挤出机设备较传统的电机加减速机挤出设备在能源消耗、生产使用维护以及支持挤出产品创新开发等领域可产生显著的经济效益。

11、1直驱力矩电机直连结构较常规电机加减速机的方案，在低速运行区间内有显著的效率优势，据测算单机在典型工况下的同转速条件运行效率提升约8％～25％左右。可显著的降低生产运行期间的能源消耗。降低了8％～25％的使用成本。

11、2直驱电机中空轴快换轴套连结挤出轴结构可实现单机状态下的免调试更换挤出轴，快速实现更换挤出原材料和调整工艺运行参数。更换后无需对原有的机械结构和加热、冷却设备进行二次调试校准。对产品加工过程中的尺寸精度，原材料物理特性和挤出产品的一致性，可靠性和高精度，有重要意义。不仅节省了大量的产品生产线运营维护时间和费用支出，提升了生产效率，还有效地降低了运营管理成本。

11、3免维护挤出轴快换型直驱挤出机特别适合多工位复合型挤出产品生产线的使用。直驱挤出机较传统的挤出机有较小的体积，在同一工位可以多装1/3数量的挤出机。支持产品使用厂家开发出具有多层多功能的复合产品，不断开拓新市场，创造新的利润增长点。

11、4直驱挤出机的加热系统和挤出系统的快换设计结构，对于使用厂家的创新产品研发和组建柔性挤出产品生产线有重大的意义。多工位柔性挤出生产线主要面对多品种中小批量生产的产品。使用直驱挤出机系统可以通过快换接口实现柔性生产线的产品快速免调试转换，不需要跟以往那样通过大拆大卸以及反复调试才能实现转产。可为企业节省大把转产、小批试产等过程产生的试错费用和产品生产上市时间。能使传统企业逐步形成对市场的快速应变能力，提升挤出产品类的加工制造企业的企业竞争力。

12、社会效益分析

该结构如果能实现对直驱力矩电机的系列化设计，那么便可实现挤出机系列化的应用推广。如果能结合行业内对电机进行的功率等级的分类和现有不同材质挤出机的转速输出特性，有针对性地将直驱类电机进行行业化的改进设计，推出针对不同行业类型的专用产品，那么便能替代原有的产品，为挤出机应用类企业进行产品创新驱动的行业化的升级改造提供新的选项。

新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置的新特性，通过逐步实现市场化的应用推广，必定能提升国内挤出机应用行业的整体产业化升级改造的速度，强化行业的产品创新竞争优势，创造一个非常大的新市场。还能助推行业应用领域内的企业实现绿色环保，高效节能，环境友好的绿色企业发展理念，实现环保和生存发展双赢的可持续发展目标。

附图说明

图1为传统挤出装置结构示意图；

图2为传统挤出装置拆卸挤出螺杆2的结构示意图；

图3为本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置结构示意图；

图4为本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置拆卸挤出螺杆2的结构示意图；

图5为本发明新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置拆卸挤出螺杆2后挤出装置的局部示意图；

图6为本发明空心直驱力矩电机结构示意图；

附图标记的名称：1-挤出装置机头、2-挤出螺杆、3-机筒、4-喂料部件、5-空心直驱力矩电机、6-传动电机、7-减速箱、51-电机主体、52-电机轴、53-挤出螺杆适配件、54-连接螺栓、55-止退螺母、56-电机定转子组件、57-水冷拉杆、58-水冷接头、59-水冷拉杆锁紧螺母、510-推力轴承、511-深沟球轴承、512-传感器和信息反馈组件、513-传感器保护壳、514-喂料部件适配法兰。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

本实施例采用的新型免维护螺杆后拆型直驱挤出装置包括：挤出装置机头1、挤出螺杆2、机筒3、喂料部件4、空心直驱力矩电机5；所述空心直驱力矩电机5包括：电机主体51；电机轴52，其位于所述电机主体51内部，为中空结构，所述电机轴52和所述电机主体51之间设置有止退螺母55，可防止电机轴52轴向移动；挤出螺杆适配件53，其位于所述电机轴52的中空结构内，所述挤出螺杆适配件53和所述电机轴52之间通过连接螺栓54连接固定；电机驱动器，驱动和控制所述电机轴52的旋转速度；

以上各部件的连接关系为：

所述挤出螺杆2一端与电机主体51内部的挤出螺杆适配件53连接，且伸入挤出螺杆适配件53内部；所述机筒3位于所述挤出螺杆2外侧，且所述机筒3前端与所述挤出装置机头1连接，其后端与所述喂料部件4连接，所述喂料部件4后端与所述空心直驱力矩电机5的电机主体51的前端外壳连接；拆掉连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部连接的挤出螺杆2一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头1。

其中，所述具有可拆卸结构的空心直驱力矩电机的电机主体51的内部还具有电机定转子组件515，其中转子与所述电机轴52连接，与所述电机轴同时旋转运动，此设计为本领域通常的设计。

所述挤出螺杆适配件53内部还有水冷拉杆57，其与所述电机主体51外的水冷接头58连接，以向所述挤出螺杆2内部供冷却水降温；

所述水冷拉杆57和所述挤出螺杆适配件53之间通过水冷拉杆锁紧螺母59连接固定；

所述水冷拉杆57前端与挤出螺杆2通过螺纹连接；

拆卸过程中，拆下所述水冷接头58和所述水冷拉杆锁紧螺母59后，拆掉连接螺栓54，可以将所述挤出螺杆适配件53及其内部的挤出螺杆2和所述水冷拉杆57一同从所述电机主体51的电机轴52后端拆出，无需移动挤出装置机头1。

所述电机主体51内部还具有推力轴承510和深沟球轴承511，所述设置于所述电机主体51内部前端，所述深沟球轴承511设置于所述电机主体51内部后端，两者均位于电机轴52外侧，以在径向方向上支撑托起所述电机轴52，使所述电机轴52可以旋转。

所述电机主体51后端外侧还具有传感器和信息反馈组件512，其用于接受电机轴52的位置和转速信息，并将上述信息反馈至所述电机驱动器，从而进一步根据需求通过所述电机驱动器调控所述电机轴52的位置和转速。

所述传感器和信息反馈组件512外侧具有传感器保护壳513。

所述电机主体51前段外侧还具有喂料部件适配法兰514，其与所述喂料部件4的外壳连接。