1、前言
乳化炸药自问世以来，由于其优良的性能而在我国得到越来越广泛的应用。但是目前我国乳化炸药生产线尚为手动或半自动纸筒装药，与国外先进水平相比甚为落后。由于包装对象是易燃易爆的物质，所以对包装机中的物料传输、定量、封膜、结扎都有苛刻的要求。其中如何连续控量输送乳化炸药更是制约自动化包装机难以取得进展的关键。
鉴于上述原因，为能实现自主开发乳化炸药自动包装机，我们较全面地剖析了德国Ploy－elip公司的自动灌装系统，特别对最关键的部件双螺杆，从曲面、线形、导程、螺距、头数以及制造精度、材质、受力进行详细的测绘和理论分析。
2、炸药输送双螺杆泵的概述
泵送过程是连续乳化炸药生产工艺中必不可少的重要的组成部分。然而泵送过程又是含水炸药相对比较容易发生事故的过程。
乳化炸药的泵送设备大致分三种：活塞式，单螺杆，双螺杆。
双螺杆传输因其连续稳定、可靠性好以及易实现定量控制而在国外有较广泛的应用。
双螺杆泵，其最初的目的是克服筒壁处的打滑现象。双螺杆泵一般由泵体、螺杆、控制系统、传动系统、供料装置等几部分组成，其中螺杆是此类输送泵的关键工作部件，它的几何参数和曲面形状是影响双螺杆泵系统特性直接因素。
3、螺杆设计计算
3.1主要性能
最终成品的设计参数：
（1）装药直径：(a)32mm±1mm;(b)35mm±1mm
（2）装药密度：0.9-1.30g/cm3
（3）装药精度：（a）150g±2g;(b)200g±3g
（4）生产能力：1200kg/h
（5）包装材料：复合塑料膜
3.2螺杆直径
双螺杆泵中的螺杆直径是一个基本而重要的参数。螺杆直径的大小在很大程度上反映出泵的规格大小、生产能力的大小，因为泵的输送能力与螺杆直径的平方成正比。其它参数也都与它有关，例如，当螺杆转速一定，它决定了螺杆的圆周速度进而决定了螺槽中物料的剪切速率以及螺杆外径和泵体内壁之间间隙中的剪切速率。
啮合异向旋转平行双螺杆泵和啮合同向旋转顶螺杆泵的螺杆直径主要根据对挤出量大小和用于生产的制品的截面大小要求来确定。如果有标准系列可循应选择与标准系列上规定的或相近的螺杆直径。另外，还应考虑到减速箱输出轴的中心距和螺槽深度。这是因为螺杆直径、两螺杆中心距与螺槽深度有内在联系。例如，在相同的中心距下，可以有不同的螺杆直径因而有不同的螺槽深度。
3.3中心距
双螺杆泵的两根螺杆之间的中心距是一个重要参量。这是因为设计双螺杆泵时，从制定总体方案到具体结构设计，它决定了如下几何关系，并因而决定了有关的设计参数：
1、传动系统输出轴（与螺杆相连）及有关齿轮的尺寸，决定螺杆上的有效扭矩的大小；
2、推力轴承外径尺寸的大小，决定最大的机头设计压力应取多大；
3、螺杆的外径和根径。决定两螺杆的啮合程度、螺槽深度和双螺杆泵的最大理论输送量。
对非啮合双螺杆泵（一般指相切型）中心距等于两螺杆的半径之和。对于啮合型同向双螺杆泵和啮合型异向双螺杆泵，中心矩〔A）、螺杆直径（D）、螺槽深度〔h〕之间的关系为
A=D一 h
3.4螺杆转速范围
这是一个很重要的特征参数在一定程度上反映了双螺杆泵的输送能力，不同类型双螺杆泵的螺杆转速范围不同。
双螺杆泵的螺杆转速，除了像单螺杆泵那样取决于对挤出量的要求、加工物料的特性和最终制品的质量以外，还受螺杆旋转方向的影响。
啮合异向旋转双螺杆泵工作时，在啮合区的压延间隙内有压延效应，该压延效应随螺杆转速的提高而加剧，会将螺杆压向泵体内壁，引起螺杆泵体的过度磨损，因而也不能将螺杆转速开得很高。啮合异向双螺杆泵的螺杆转速范围一般在2～60r/min。螺杆直径越大，最高转速越低。
3.5输送量（产量）
输送量是乳化炸药包装过程中的工艺要求。它与螺杆构型、螺杆转速有关。
挤出量等于单位时间内螺杆转速与一个C形小室（啮合型双螺杆挤出）体积的二倍的乖积再乘上螺纹头数，即
式中m一螺纹头数
n一螺杆转速
V一一个C形小室的体积
这里应当指出，对不同类型的双螺杆泵对应不同螺纹形式的双螺杆，C形小室的精确计算方法是不同的。
3.6螺杆曲面
螺杆泵依靠螺套与螺杆相互啮合空间的容积变化来输送物料。在输入的过程中介质很少有激烈的湍动和抗动。螺杆泵对所输送的物料保护得很好，此为我们选择螺杆泵作为乳化炸药得输送装置的理由之一。然而如何设计配合间隙均匀，阻力愈小的螺杆部分的曲面既是关键所在也是难点所在。往往是通过严格计算配合丰富的经验积累。一旦曲面设计不好势必造成两螺杆配合的面之间的间隙在旋转的过程中不均匀。更甚至发生面与面的贴合，发生干摩擦，产生大量的热量。
为此，国内还没有能生产要求如此高的螺杆的厂商。这次我们借用逆向功能的新手段直接对德国Poly-elip公司制造的炸药包装机械的螺杆进行测绘。利用三坐标测量仪对螺杆的曲面获取n个离散空间点数据，再将测绘到的数据通过UG进行曲面的拟合处理得到三维造型如图2。这样就可借用数控机床将该螺杆加工出来。
3.7螺杆的校核
3.8泵体的设计
啮合同向双螺杆泵的挤压系统采用组合式螺杆是组合的，泵体也是组合的（即其泵体也是由若干段泵体元件组合而成）。综观国内外同向双螺杆泵，虽然各厂家生产的泵体段的长度不尽相同，但大致为（3～4）D，也有为（5～7.5）D、根据泵体段的功能不同，它们有不同的结构形式。根据挤出过程和工艺的需要。将不同功能、不同结构形状的若干泵体段用不同的方法把它们组合而成一根整体泵体，与相应的组合螺杆装在一起，成为挤压系统。
为保证泵体内壁与螺杆及泵盖端与螺杆轴向顶端不发生干摩擦，必须留有一定的间隙和防止轴向窜动。泵体上开有防堵槽，防堵槽通过小孔与进料口相通。当由于某些不正常操作发生腔内乳化炸药压力过高时，则因内外压差作用内腔高压的乳化炸药会往防堵槽回流到进口端，以保证稳定可靠的工作。
4、结束语
目前国内乳化炸药的泵送设备通常采用活塞式和单螺杆泵。本次设计选用国内很少有人采用的双螺杆泵结构，其输送的连续性和稳定性较前两种优越，是一种比较理想的乳化炸药的泵送设备。
本次设计的优点是 减少了开、停车对生产线正常生产的扰动，使生产处于一个较长期的稳定状态， 能确保产品质量的稳定性和一致性。 降低工人的劳动强度, 减少了生产过程中人为因素的影响和发生事故概率, 更有利于安全生产。
2/14/2007
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