CN102442012B - 三维涡旋挤压机 - Google Patents

Abstract

一种新型、高效、强力的粉状固体颗粒连续挤压机。包括主辅机两部分组成，或单独分机。其中主机(筒体)内设置沿轴向连续旋转的多道叶片，叶片与中心主轴杆或边界筒体各组成两种三维涡旋叶道。主要特征：三维涡旋叶道具有符合流体动力学的构造，叶片半径自大而小地在径向、环向、轴向上，各皆有线性、角度、边界等条件下，形成复合、多项、连续的可控制(定性定量设计)的变化构造，其形式有三维涡旋、二维涡旋、一维螺旋，统称“三维涡旋叶片”。外力作用下，三维涡旋叶片及自重作用下，产生三维涡旋力，边界力最小，中心力最大，逐渐增加粉状固体颗粒质量密度，直到挤压成为大型新型建材。具有受力合理，构造恰当，避免不当阻力、具有高效、节能、低碳、安全、连续生产的积极效果。也适用其他领域粉状固体颗粒的挤压需求。在国内外市场中其功能、节能、性价比等在同类产品中占有领先地位，其经典机型一时难以被超越。

Description

三维涡旋挤压机

技术领域：本发明涉及一种连续挤压机。主要针对流体介质为粉状固体颗粒涡旋挤压成大型、连续、异形的新型建材的机械。

技术背景：中国早在三十多年前就提出发展新型建材，大力实行墙体改革。此后，各地涌现了许多以粉煤灰、矸石、炉渣、硅藻土、植物纤维等废料为基础的“免烧”(墙、板、瓦、砖)新型建筑材料产品，推动了墙体改革与新型建材的发展，促进节能减排和绿色环保的可持续发展。但是这些新型建材受加工设备的限制，生产工艺依然粗放、技术落后、能源消耗大、功效低、不利大型机械化施工等缺陷。目前流行的有德国、美国及我国仿制的双螺杆挤压机，由于工作机制不完全符合流体动力学原理，构造不合理，流体介质运动不畅、受力复杂、不当阻力大、功率损失大，造价昂贵，其中主机功率消耗均在120kw以上，市场价格在1000万元左右；也有诸如活塞式、螺旋式挤压机等，存在着先天性工作机制与构造缺陷，生产稳定性差。上述这些挤压设备难以全面推广，急待改革。

目前止，国内外许多企业，研究机构进行大型挤压机的开发与研制，都未能突破妥善处理流体介质，在“三维涡旋空间内多元变量元素组合”的问题。因此，大型挤压机的合理制造，既是世界性难题，也是国内外建筑领城投资热点。

发明内容：本发明利用新创建的(B-R)数学力学理论，合理解决流体介质在运动中连续复杂多元变量的有机结合问题，也称“三维涡旋”问题。针对流体介质为粉状固体颗粒(新型建筑材料的原料)为对象，提出《三维涡旋挤压机》，以适应生产连续、大型、异形墙板的机械设备。

本发展的上述技术目的主要是通过以下技术方案的：

一种三维涡旋挤压机。由主辅机两部分组成一个整机，或分机单独使用。

主机：包括有锥形长筒状壳体及主轴杆，分别与三维连续涡旋叶片，组成两种类型的多叶道三维涡旋空间。主要特征：叶片半径自大而小地，在各自的三维方向上有线性、角度(非线性)、边界等条件，形成复合、多项、连续的可控制(定性定量设计)的变量构造，其形式有：三维涡旋叶片、二维涡旋叶片、一维螺旋叶片，统称“三维涡旋叶片”。外力作用下，主轴杆或筒状壳体带动三维涡旋叶片旋转，叶片对粉状固体颗粒(新型建筑材料的原料)沿轴向推动前进，以边界力小，中心力大方式实施挤压，逐渐增加质量密度达到成形要求，至叶片末端小直径处，连接模具挤压成型。

作为优选，三维涡旋叶片特征，在于锥形长筒体内，叶片的变化，存在于“三维空间线性方向(X，Y，Z)上，加上各自的三维涡旋角(φ向，ψ向，θ周期旋转向)及边界条件(外形(a)，螺距(b)，叶片数(c)，周期数(d)等的多元变量，具有符合流体动力学的构造。也就是说：三维涡旋叶片在径向，环向，轴向上都有各自的复合、多项、连续可控制(设计)的变化量，形式有三维涡旋(xyz，θφψ)，二维涡旋(xyz，θφ)，一维涡旋(xyz，θ)(即现称螺旋叶片)，这些具连续旋转的叶片统称为“三维涡旋叶片”。

工作时，粉状固体颗粒在辅机加液混合，通过辅机活络引道竖向或水平向进入主机筒体，启动后叶片旋转产生三维涡旋挤压力，实现对建材原料挤压成型的目的。

辅机：置于主机前端，包括敞口漏斗状垂直筒体，主轴杆，十字形水平转动轴杆，水平轴杆长度超过筒体，末端悬挂着多个行走小电机，在筒体外齿轮轨道行走，带动主轴杆及叶片转动。此外主轴杆另连接着两道短轴行距的叶片，分别为上翻旋转叶片及下压旋转叶片。

作为优选，辅机构造主要特征，漏斗中心设置有垂直主轴杆，主轴杆上设有三道装置。其一、筒体上部敞口处有跨越筒体最大半径的十字形水平连杆，水平连杆末端有行走小电机，以筒体边界处最小的力，产生最大旋转力矩；其二、在筒体中部有短轴行程的上翻三维涡旋叶片；其三，在筒体下部有短轴行程的下压三维涡旋叶片。

工作时，(按生产配方)粉状固体颗粒(原料)及液体进入敞口漏斗，水平十字形连杆带动上翻涡旋叶片旋转，加上原料自重作用，上下翻转充分混合进入下部，有下压涡旋叶片旋转产生预挤压力，排出混合空气，增加质量密实度，最后由漏斗底部密封活络引道进入主机。

本发明《三维涡旋挤压机》的积极效果是：

1、三维涡旋叶片的制造，具有符合流体动力学规律，科学地处理(定性定量设计)三维涡旋叶片，在径向、环向、轴向上的复合、多项、连续的变化量及构造，具有边界阻力最小，中心轴向挤压力最大的先进工作机制，避免不当阻力，动力消耗最小，具高稳定性、功效性、高连续性及可控制(设计)性，有利安全制作及生产。

2、解决新型建材的大型化、标准化、连续化的成型挤压设备。工作可靠，价格低廉，节省能源，与同规模的双螺杆挤压机相比，仅主机动力消耗一项节省达40～70％以上。

3、适应面广阔，是建筑行业的节能减排的重点项目之一。除主要应用于新型建材外，还可按需改变机体的结构、尺寸、材料、规模，适用其他领域粉状固体颗粒为原料的挤压需求，如医药，食品加工，化肥，饲料，化工，塑料，……等的挤压加工。在国内外市场中其功能、节能、性价比等在同类产品中占有领先地位，其经典机型一时难以被超越。

附图说明

图1、辅机构造示意图

图2、主机三维涡旋叶片(有轴型)构造示意图

图3、主机三维涡旋叶片(无轴型)构造示意图

图4、三维涡旋叶片(有轴型)展示图

图5、三维涡旋叶片(有轴型)断面构造示意图

图6、三维涡旋叶片(无轴型)断面构造示意图

图7、本发明的主辅机(水平装置有轴型)装置示意图

图8、本发明的主辅机(垂直装置有轴型)装置示意图

图9、本发明的主辅机(垂直装置无轴型)装置示意图

图10、本发明的主辅机(水平装置无轴型)装置示意图

其中标号：1、敞口漏斗形的垂直筒体，2、辅机主轴杆，3、十字形水平连杆，4、行走电机，5、行走电机齿轮，6、筒体外齿轮，7、上翻涡旋叶片，8、下压涡旋叶片，9、漏斗底部密封活络引道，10、干混原料输送管道，11、钟形透明罩，12、配水管道，13、主机变频电机，14、变速箱，15、传动齿轮，16主机连接口，17、三维涡旋叶片(有轴型)，18、主机轴杆，19、叶片外沿轮廓体形状，20、叶片末端同步滚动筛筒套，21、成型模具，22、成型板材输送辊轴，23、机身支架，24、主机机身(有轴型)，25、主机电机(垂直装置有轴型)，26、主动传动齿轮，27从动传动齿轮，28水平旋转连杆，29、垂直装置有轴型筒身，30、主机排气装置，31、筒身承重的水平支架(垂直装置无轴型)，32、筒身水平转动滚动轮，33、主动及动齿轮，34、变频电机(多个)，35、筒身排气装置，36、垂直装置旋转无轴型筒身，37、三维涡旋叶片(无轴型)，38、筒身水平支撑支架(含滚动轴承)，39、叶片未端同步转动筛套筒，40、主机弯曲活络引道，41、成型模具，42筒身与水平引道连接，43、主机(水平装置无轴型)筒身弯曲活络引道，44、水平可转动的机身，45、水平筒身转动轮，46、转动轮支架，47、主动、从动齿轮，48、变频电机，49、筒身端部活络连接装置，50、叶片末端同步转动筛套筒，51成型模具，52、筒身与水平引道活络连接。

具体实施例：

下面通过实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

三维涡旋挤压机的工作机制是采用主机(挤压、成型)与辅机(混合、排气)两部分组成。主机与辅机有多种形式的安装组合。

实施例1、三维涡旋挤压机辅机的工作机制(图1所示)，所述的辅机由敞口漏斗形的垂直筒体1，中心处的辅机主轴杆2，主轴杆上部连接的十字形水平连杆3，水平连杆尾端连接行走电机4，行走电机的行走齿轮5，与行走齿轮契合的筒体外齿轮6，主轴杆中部装置有短行程上翻涡旋叶片7，主轴杆下部装置有短行程下压涡旋叶片8，漏斗底部装置密封活络引道9。此外，附有干混原料输送管道10，钟形透明罩11，配水管道12。

启动后，行走电机4通过行走齿轮5在筒体外齿轮契合行走，带动十字形水平连杆旋转3，继而带动轴机主轴杆2及上翻涡旋叶片7，下压涡旋叶片8的旋转，混合的原料经输送管道10进入漏斗形垂直筒体1，其间由配水管道口计量供水。原料在上翻叶片7带动旋转及自重下跌，进行充分混和，其中经水混和的湿原料，依靠自重下沉，进入下压涡旋叶片8组成的三维空间预挤压，自动排气，增加质量密实度，通过漏斗密封引道9进入主机。

实施例2：三维涡旋挤压机主机(水平装置有轴型)的工作机制(图7所示)。所述的主机包括有水平装置(或小于π/4倾角)半径变化的筒体机身24，装置有主机变频电机13，变速箱14，传动齿轮15，与辅机密封活络引道9连接的主机敞口16，三维涡旋叶片(有轴型)17，主机主轴杆18，叶片径向半径变化的轮廓体形状19，叶片末端设置与叶片同步滚动筛筒套20，成型模具21。

作为优选，主机(水平装置有轴型)主要特征是在有半径(大→小)变化的筒体24，叶片在轴向、径向、环向、上除直线变化外，还都各具有复合的，多项的，连续的非线性变化构造，统称为三维涡旋叶片17，有轴型主机主轴杆18，叶片与主轴杆连接形成三维涡旋叶道空间。

工作时，粉状固体颗粒由辅机引道9及主机连接口16进入主机三维涡旋叶道空间。启动后，外力作用于主杆轴上，带动主杆轴与三维涡旋叶片转动，叶片对粉状固体颗粒施以三维涡旋力，沿轴向前进方对原料挤压，其作用力的分布沿半径方向是边界力小中心力大，密度逐渐增大，达到挤压成型要求，最后通过筛筒套挤出混合的大块空气团20，最后进入成型模具21成为大型连续的异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例3：三维涡旋挤压机主机(垂直装置有轴型)的工作机制(图8所示)。所述的主机(垂直装置型)，包括有垂直筒身29，主机变频电机25，主动传动齿轮26，从动传动齿轮27，水平转动连杆28，三维涡旋叶片17，主机轴杆18，主机叶片外缘轮廓及体型19，叶片未端同步滚动筛筒套20，成型模具21，主机排气装置30，成型板材输运辊轴装置22。

作为优选，主机(垂直装置有轴型)主要特征：叶片17与主轴杆18连接，形成三维涡旋叶道(空间)，机身为垂直装置与辅机漏斗底部直接(或机轴线平行)连接。机身上部侧向安装电机25，主动传动齿轮26，从动传动齿轮27传递旋转力，带动水平连杆28，主轴杆18及三维涡旋叶片17旋转。

工作时，粉状固体颗粒在辅机湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重，进入主机端口。外力(小电机)通过主、从动传动齿轮26、27及水平连杆转动28，带动三维涡旋叶片17及主机轴杆18转动，原料承受三维涡旋叶片挤压力及自重作用，向下预挤压排气，经过筛套筒20挤出可能混入的大空气团，质量密度逐渐增大达到挤压成型的要求，进入主机弯曲密封引道29，原料由垂直状态转为水平状态，进入成型模具21，挤压成为大型的连续的异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例4：三维涡旋挤压机(垂直装置无轴型)的工作机制(图9所示)。所述的主机(垂直装置无轴型)包括垂直可转动的筒身承重支架31，筒身水平转动滚动轮32，主、从动齿轮33，变频电机(多个)34，筒身排气装置35，转动的筒身36，三维涡旋叶片(无轴)37，筒身水平支撑支架(含滚动轴承)38，叶片未端同步转动筛套筒39，主机密封弯曲引道40，成型模具41，筒身与辅机漏斗连接及排气装置42。

作为优选，主机主要特征：三维涡旋叶片37与转动筒壳36连接(无轴型)组成三维涡旋叶道空间。主机与辅机两机轴线呈平行或直接连接。

工作时，粉状固体颗粒在辅机上翻叶片7湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重进入(垂直装置无轴型)主机端口。外力(底部小电机)通过主动，从动传动齿轮33，在筒身承重的水平支架31上转动，带动(无轴型)筒身转动36，及其连接的三维涡旋叶片37(无轴型)旋转，粉状固体颗粒在三维涡旋挤压力及自重作用下，向下挤压，其质量密度逐渐增大，经过筛套筒20挤出混入的大块空气团，直至达到挤压成型的要求，最后进入主机弯曲密封活络引道40，由垂直状态转成水平状态，进入成型模具41，挤压成为大型的，连续的，异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例5：三维涡旋挤压机(水平装置无轴型)的工作机制(图10所示)。所述的主机(水平装置无轴型)包括辅机漏斗与主机(水平装置无轴型)弯曲引道连接43，水平转动的机身44，水平筒身两道转动轮45，转动轮支架46，主动、从动齿轮47，变频电机48，三维涡旋叶片(无轴型)49，叶片未端同步转动筛套筒50，成型模具51，筒身与引道活络连接43，筒身与密封引道活络连接52。

作为优选，主机主要特征：三维涡旋叶片37与转动(无轴型)筒体44连接组成三维涡旋叶道空间。辅机与主机(无轴型)两机轴线呈互为垂直活络连接，水平主机置于两道转动轮上45。

工作时，粉状固体颗粒在辅机上翻叶片7湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重由弯曲引道连接43进入主机(水平装置无轴型)44端口的筒身活络连接装置49，水平筒身底部小电机48启动时，通过主动，从动传动齿轮47，转动水平筒体机身44，及其三维涡旋叶片(无轴型)37，粉状固体颗粒在三维涡旋挤压力向叶片末端挤压，其质量密度逐渐增大，经过转动筛套筒50挤出混入的大空气团，直至达到挤压成型的要求，经过筒身与密封引道活络连接52，进入成型模具51，挤压成为大型的，连续的，异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

Claims (1)

1.一种三维涡旋挤压机，由主机、辅机两部分组成，主机包括锥形长筒状壳体、主轴杆及三维涡旋叶片；辅机置于主机前端，辅机具有敞口漏斗形的垂直筒体，垂直筒体中心处具有辅机主轴杆，辅机主轴杆上部连接十字形水平连杆，水平连杆尾端连接行走电机，行走电机连接行走齿轮，辅机还具有与行走齿轮契合的筒体外齿轮，主轴杆中部装置有短行程上翻涡旋叶片，主轴杆下部装置有短行程下压涡旋叶片，漏斗形的垂直筒体底部装置密封活络引道；启动后，行走电机通过行走齿轮在筒体外齿轮契合行走，带动十字形水平连杆旋转，继而带动辅机主轴杆及上翻涡旋叶片，下压涡旋叶片的旋转，混合的原料经输送管道进入漏斗形垂直筒体，其间由配水管道口计量供水，原料在上翻涡旋叶片带动旋转及自重下跌，进行充分混和，其中经水混和的湿原料，依靠自重下沉，进入下压涡旋叶片组成的三维空间预挤压，自动排气，增加质量密实度，经由密封活络引道进入主机。