挤出机及其双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件

技术领域

本发明涉及挤出机技术领域，更具体地说，涉及一种双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，此外，还涉及一种包括上述双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的挤出机。

背景技术

相关技术中，在传统橡胶加工领域，平行异向双螺杆挤出机大多采用螺棱对称分布的双头螺杆元件或啮合块元件，以分别对物料起到输送及剪切作用，在单一结构中实现相对明确的功能，同时，采用对称分布的双头螺杆元件便于更换配件，实现结构标准化。但由于单一结构的功能单一，当存在复杂物料混合需求时，需要通过将多个螺杆元件串接组合，以实现复杂的功能，这样导致装置整体结构冗余，且随着螺杆元件的数量增加，导致整根螺杆的长度不断增加，曲挠变形导致的螺杆磨损也会愈发明显。

综上所述，如何改善平行异向双螺杆挤出机的物料混合效果、并精简螺杆结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，可有效改善平行异向双螺杆挤出机的物料混合效果、并精简螺杆结构。

本发明的另一目的是提供一种包括上述双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的挤出机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，包括：

右侧转子元件，其包括三条沿所述右侧转子元件中端的外周部均布的右旋长棱、三条沿所述右侧转子元件前端的外周部均布的前左旋短棱以及三条沿所述右侧转子元件后端的外周部均布的后左旋短棱，各所述右旋长棱均相对所述右侧转子元件的中心轴右旋第一角度，各所述前左旋短棱均相对所述右侧转子元件的中心轴左旋第二角度，各所述后左旋短棱均相对所述右侧转子元件的中心轴左旋所述第二角度，所述右旋长棱、所述前左旋短棱以及所述后左旋短棱均设有导流槽；

左侧转子元件，其与所述右侧转子元件呈镜像分布；

芯轴，所述右侧转子元件和所述左侧转子元件的中心轴孔内均设有所述芯轴，以驱动所述右侧转子元件和所述左侧转子元件相向啮合转动。

优选的，所述前左旋短棱和所述后左旋短棱的长度相同、且设有相同个数的所述导流槽；

所述右旋长棱和所述前左旋短棱的长度比为n，所述右旋长棱上的所述导流槽个数和所述前左旋短棱上的所述导流槽个数之比为n。

优选的，所述右旋长棱、所述前左旋短棱以及所述后左旋短棱的棱底部宽度均小于或等于所述右侧转子元件棱底圆的周长的1/12；

所述右旋长棱、所述前左旋短棱以及所述后左旋短棱的棱顶部宽度均小于或等于所述右侧转子元件棱顶圆的周长的1/30。

优选的，所述右旋长棱、所述前左旋短棱以及所述后左旋短棱上的所述导流槽横截面均为等腰梯形，所述导流槽的槽深为对应棱的棱高度的1/3至1/2。

优选的，所述右旋长棱上等间距设有多个第一右侧导流槽，相邻两个所述第一右侧导流槽的间距大于或等于所述第一右侧导流槽的横截面最宽间距；

所述第一右侧导流槽两端到所述右旋长棱两端面的距离大于或等于所述第一右侧导流槽的横截面最宽间距。

优选的，所述后左旋短棱的中部设有一个第二右侧导流槽，所述第二右侧导流槽的开口长度为所述第一右侧导流槽的开口长度的两倍，所述第二右侧导流槽的两端到所述后左旋短棱的两端的距离相等；

所述前左旋短棱的中部设有一个第三右侧导流槽，所述第三右侧导流槽的开口长度为所述第一右侧导流槽的开口长度的两倍，所述第三右侧导流槽的两端到所述前左旋短棱的两端的距离相等。

优选的，所述第一右侧导流槽、所述第二右侧导流槽以及所述第三右侧导流槽的底部均设有倒圆角。

优选的，所述右侧转子元件和所述芯轴、所述左侧转子元件和所述芯轴均通过渐开线花键连接。

优选的，所述第一角度为60°，所述第二角度为36°。

一种挤出机，包括上述任一项所述的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件。

在使用本发明所提供的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件时，由于左侧转子元件与右侧转子元件呈镜像分布，也即是指左侧转子元件包括三条沿左侧转子元件中端的外周部均布的左旋长棱、三条沿左侧转子元件前端的外周部均布的前右旋短棱以及三条沿左侧螺杆后端的外周部均布的后右旋短棱，各左旋长棱均相对左侧转子元件的中心轴左旋第一角度，各前右旋短棱均相对左侧转子元件的中心轴右旋第二角度，各后右旋短棱均相对左侧转子元件的中心轴右旋第二角度，左旋长棱、前右旋短棱以及后右旋短棱均设有导流槽。

当物料进入双螺杆挤出机后，可通过其它的输送螺纹元件移动至本装置的九棱啮合转子元件处，左右两侧物料分别最先接触到后左旋短棱及后右旋短棱，由于右侧转子元件和左侧转子元件为异向啮合传动，也即右侧转子元件逆时针旋转时，左侧转子元件顺时针旋转，后左旋短棱及后右旋短棱均为反向螺旋结构(也即棱的旋转方向与芯轴转动反向相反)，因此，左右两侧物料与后左旋短棱及后右旋短棱直接接触后，均可在反向螺旋作用下被向后推；

而因爬杆效应和后续加入的物料推动下物料产生持续向前运动的趋势，在此处产生物料前后交互流动，未与后左旋短棱及后右旋短棱直接接触的物料会在后续物料推动下通过螺槽(各棱之间形成的槽位)逐渐向前运动，两侧被动向前流动的物料分别在经过后左旋短棱及后右旋短棱上的导流槽时发生分流，少量物料通过后左旋短棱及后右旋短棱上的导流槽到达后左旋短棱及后右旋短棱的背面，分别到达右旋长棱及左旋长棱；

同时，未通过后左旋短棱及后右旋短棱上的导流槽的物料在后续加入的物料推动下也会逐渐向前运动，直至到达右旋长棱及左旋长棱处。由于右旋长棱及左旋长棱均为正向螺旋，其可对接触的物料产生沿棱螺旋线方向前进的推力，物料向前运动过程中会有少量物料通过右旋长棱及左旋长棱上的导流槽分流，部分物料向后流动，部分物料通过螺槽，到达另一条右旋长棱及左旋长棱与其它物料混合；

未通过右旋长棱及左旋长棱上的导流槽的物料继续向前运动，在到达前左旋短棱及前右旋短棱后，物料在受到前左旋短棱及前右旋短棱的反向螺旋回推作用下，在此处发生前后交互流动，不断重新混合；

由于后续加入的物料不断增多，被前左旋短棱及前右旋短棱回推的物料被迫向前运动，在经过前左旋短棱及前右旋短棱的导流槽时发生分流，也即通过前左旋短棱及前右旋短棱的导流槽的物料部分向后流动至右旋长棱及左旋长棱处，与其它物料混合，并且，物料可在右旋长棱及左旋长棱向前推动下继续向前运动，直至后续物料将螺槽填满，前方物料被推至下一段九棱啮合转子元件；

由于左侧转子元件与右侧转子元件相互啮合旋转，二者啮合区域的物料会在多条棱的交互作用下不断被挤压，且由于啮合空间不断变化，物料受到的力的大小也不断变化，在啮合区域的物料流速也会因受力变化而产生突变，这些速度突变会强化不同物料的分散情况，使物料分布更为均匀，同时，物料速度突变产生的剪切能够打破物料团聚，使最终产出的成品中的粉料更为细腻。另外，由于本装置可实现输送及剪切物料的作用，无需串接多个功能单一的螺杆元件，使得结构更为简单。

综上所述，本发明所提供的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，可有效改善平行异向双螺杆挤出机的物料混合效果、并精简螺杆结构。

此外，本发明还提供了一种包括上述双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的挤出机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的等轴测图；

图2为双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的截面示意图；

图3为双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的轴向结构图；

图4为右侧转子元件的平面展开图；

图5为左侧转子元件的平面展开图。

图1-图5中：

1为右侧转子元件、101为右旋长棱、102为第一右侧导流槽、103为前左旋短棱、104为第三右侧导流槽、105为后左旋短棱、106为第二右侧导流槽、2为左侧转子元件、201为左旋长棱、202为第一左侧导流槽、203为前右旋短棱、204为第三左侧导流槽、205为后右旋短棱、206为第二左侧导流槽、3为渐开线内花键通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，可有效改善平行异向双螺杆挤出机的物料混合效果、并精简螺杆结构。

本发明的另一核心是提供一种包括上述双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的挤出机。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的等轴测图；图2为双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的截面示意图；图3为双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的轴向结构图；图4为右侧转子元件的平面展开图；图5为左侧转子元件的平面展开图。

本具体实施例提供了一种双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，包括：

右侧转子元件1，其包括三条沿右侧转子元件1中端的外周部均布的右旋长棱101、三条沿右侧转子元件1前端的外周部均布的前左旋短棱103以及三条沿右侧转子元件1后端的外周部均布的后左旋短棱105，各右旋长棱101均相对右侧转子元件1的中心轴右旋第一角度，各前左旋短棱103均相对右侧转子元件1的中心轴左旋第二角度，各后左旋短棱105均相对右侧转子元件1的中心轴左旋第二角度，右旋长棱101、前左旋短棱103以及后左旋短棱105均设有导流槽；

左侧转子元件2，其与右侧转子元件1呈镜像分布；

芯轴，右侧转子元件1和左侧转子元件2的中心轴孔内均设有芯轴，以驱动右侧转子元件1和左侧转子元件2相向啮合转动。

需要说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，也即左侧转子元件2包括三条沿左侧转子元件2中端的外周部均布的左旋长棱201、三条沿左侧转子元件2前端的外周部均布的前右旋短棱203以及三条沿左侧转子元件2后端的外周部均布的后右旋短棱205，各左旋长棱201均相对左侧转子元件2的中心轴左旋第一角度，各前右旋短棱203均相对左侧转子元件2的中心轴右旋第二角度，各后右旋短棱205均相对左侧转子元件2的中心轴右旋第二角度，左旋长棱201、前右旋短棱203以及后右旋短棱205均设有导流槽。并且，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1完全对称，互为镜像，工作时，左侧转子元件2与右侧转子元件1相互啮合相向转动。

还需要说明的是，左侧转子元件2与右侧转子元件1均包括有交错布置的正向螺旋棱和反向螺旋棱，能够增加对物料的剪切效果，使不同物料分散的更为均匀。并且，本装置的正反向螺旋棱交错布置，并非分段布置、由多个功能单一的结构串接而成，使得结构更加紧凑，减少冗余。

另外，需要说明的是，右侧转子元件1和左侧转子元件2均使用直径为棱顶圆直径的圆管作为原材料，并通过切除工艺加工制得所需结构。可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对右侧转子元件1、左侧转子元件2以及芯轴的形状、结构、尺寸等进行确定。

在上述实施例的基础上，优选的，前左旋短棱103和后左旋短棱105的长度相同、且设有相同个数的导流槽；右旋长棱101和前左旋短棱103的长度比为n，右旋长棱101上的导流槽个数和前左旋短棱103上的导流槽个数之比为n。

需要补充说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，前右旋短棱203和后右旋短棱205的长度相同、且设有相同个数的导流槽；左旋长棱201和前右旋短棱203的长度比为n，左旋长棱201上的导流槽个数和前右旋短棱203上的导流槽个数之比为n。

另外，需要说明的是，正向螺旋(右旋长棱101及左旋长棱201)可有效实现物料输送，反向螺旋(前左旋短棱103、后左旋短棱105、前右旋短棱203以及后右旋短棱205)能够有效增加物料停留时间，并且，反向螺旋的棱长较短，可避免因物料无法向前流动而造成的局部压力过大。另外，在正向螺旋和反向螺旋上设置的导流槽，可为物料的流动提供较多分支，使混合更加均匀，导流槽的具体设置情况与对应棱的长度相关，有助于提高各棱的分流混料效果。

优选的，右旋长棱101、前左旋短棱103以及后左旋短棱105的棱底部宽度均小于或等于右侧转子元件1棱底圆的周长的1/12；右旋长棱101、前左旋短棱103以及后左旋短棱105的棱顶部宽度均小于或等于右侧转子元件1棱顶圆的周长的1/30。

需要说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，左旋长棱201、前右旋短棱203以及后右旋短棱205的棱底部宽度均小于或等于左侧转子元件2棱底圆的周长的1/12；左旋长棱201、前右旋短棱203以及后右旋短棱205的棱顶部宽度均小于或等于左侧转子元件2棱顶圆的周长的1/30。这样设置左侧转子元件2与右侧转子元件1，是为了使得左侧转子元件2与右侧转子元件1相向转动时相互啮合、且互不干涉。

另外，需要说明的是，棱底圆是指各个棱底部连接构成的圆形，棱顶圆是指各个棱顶部连接构成的圆形。假定棱底部宽度等于右侧转子元件1棱底圆的周长的1/12，可以是指棱底部沿右侧转子元件1棱底圆的外周部设置，且棱底部的弧长与右侧转子元件1棱底圆的弧长之比为1∶12，棱底部宽30°。棱顶部宽度等于右侧转子元件1棱顶圆的周长的1/30，可以是指棱顶部沿右侧转子元件1棱顶圆的外周部设置，且棱顶部的弧长与右侧转子元件1棱顶圆弧长之比为1∶30，棱顶部宽12°。并且，第一角度为60°，第二角度为36°，此情况下右侧转子元件1的平面展开图如图4所示，左侧转子元件2的平面展开图如图5所示。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对各个棱的形状、尺寸、结构、位置等进行确定。

优选的，右旋长棱101、前左旋短棱103以及后左旋短棱105上的导流槽横截面均为等腰梯形，导流槽的槽深为对应棱的棱高度的1/3至1/2。

需要说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，左旋长棱201、前右旋短棱203以及后右旋短棱205的导流槽横截面均为等腰梯形，导流槽的槽深为对应棱的棱高度的1/3至1/2。这样设置导流槽是为了提高导流槽的物料分流效果。当然，也可以将导流槽横截面设置为矩形或圆形等。

在上述实施例的基础上，优选的，右旋长棱101上等间距设有多个第一右侧导流槽102，相邻两个第一右侧导流槽102的间距大于或等于第一右侧导流槽102的横截面最宽间距；第一右侧导流槽102两端到右旋长棱101两端面的距离大于或等于第一右侧导流槽102的横截面最宽间距。

需要说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，左旋长棱201上等间距设有多个第一左侧导流槽202，相邻两个第一左侧导流槽202的间距大于或等于第一左侧导流槽202的横截面最宽间距；第一左侧导流槽202两端到左旋长棱201两端面的距离大于或等于第一左侧导流槽202的横截面最宽间距。

优选的，后左旋短棱105的中部设有一个第二右侧导流槽106，第二右侧导流槽106的开口长度为第一右侧导流槽102的开口长度的两倍，第二右侧导流槽106的两端到后左旋短棱105的两端的距离相等；前左旋短棱103的中部设有一个第三右侧导流槽104，第三右侧导流槽104的开口长度为第一右侧导流槽102的开口长度的两倍，第三右侧导流槽104的两端到前左旋短棱103的两端的距离相等。

需要说明的是，由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，后右旋短棱205的中部设有一个第二左侧导流槽206，第二左侧导流槽206的开口长度为第一左侧导流槽202的开口长度的两倍，第二左侧导流槽206的两端到后右旋短棱205的两端的距离相等；前右旋短棱203的中部设有一个第三左侧导流槽204，第三左侧导流槽204的开口长度为第一左侧导流槽202的开口长度的两倍，第三左侧导流槽204的两端到前右旋短棱203的两端的距离相等。

优选的，第一右侧导流槽102、第二右侧导流槽106以及第三右侧导流槽104的底部均设有倒圆角。由于左侧转子元件2与右侧转子元件1呈镜像分布，因此，第一左侧导流槽202、第二左侧导流槽206以及第三左侧导流槽204的底部均设有倒圆角。其中，各个导流槽底部设有倒圆角，是为了防止出现积料现象。

优选的，右侧转子元件1和芯轴、左侧转子元件2和芯轴均通过渐开线花键连接。也即可以在右侧转子元件1和左侧转子元件2的中心轴向加工出渐开线内花键通孔3，再将其与双螺杆挤出机的芯轴的渐开线外花键配合安装。

优选的，第一角度为60°，第二角度为36°。接下来，以此为例对本装置的使用过程进行说明。其中，本申请的“前”是指出料侧，“后”是指进料侧。

物料进入双螺杆挤出机后，通过其它输送螺纹元件到本九棱啮合转子元件处，左右两侧物料分别最先接触到后左旋短棱105及后右旋短棱205，由于右侧转子元件1和左侧转子元件2为异向啮合传动，右侧转子元件1逆时针旋转时，左侧转子元件2顺时针旋转，后左旋短棱105及后右旋短棱205均为反向螺旋结构，因此，左右两侧物料与后左旋短棱105及后右旋短棱205直接接触后，均可在反向螺旋作用下被向后推；

而因爬杆效应和后续加入的物料推动下物料产生持续向前运动的趋势，在此处产生物料前后交互流动，未与后左旋短棱105及后右旋短棱205直接接触的物料在后续物料推动下从螺槽中间逐渐向前运动，两侧被动向前流动的物料分别在经过第二右侧导流槽106及第二左侧导流槽206时发生分流，少量物料通过第二右侧导流槽106及第二左侧导流槽206到达后左旋短棱105及后右旋短棱205的背面，分别到达右旋长棱101及左旋长棱201；

同时，未通过第二右侧导流槽106及第二左侧导流槽206的物料在后续加入的物料推动下也会逐渐向前运动，直至到达右旋长棱101及左旋长棱201处；右旋长棱101及左旋长棱201为正向螺旋，可对接触物料产生沿棱螺旋线方向的前进推力，物料向前运动过程中会有少量物料通过第一右侧导流槽102及第一左侧导流槽202分流，部分物料向后流动，部分物料通过螺槽，到达另一条右旋长棱101及左旋长棱201与其它物料混合；

未通过第一右侧导流槽102及第一左侧导流槽202的物料继续向前运动，在到达前左旋短棱103及前右旋短棱203后，物料在受到前左旋短棱103及前右旋短棱203的反向螺旋回推作用下，在此处发生前后交互流动，不断重新混合；

由于后续加入的物料不断增多，被前左旋短棱103及前右旋短棱203回推的物料被迫向前运动，在经过第三右侧导流槽104及第三左侧导流槽204时发生分流，通过第三右侧导流槽104及第三左侧导流槽204的物料部分向后流动至右旋长棱101及左旋长棱201处，与其它物料混合，并且，物料在右旋长棱101及左旋长棱201向前推动下继续向前运动，直至后续物料将螺槽填满，前方物料被推至下一段九棱啮合转子元件；

由于左侧转子元件2与右侧转子元件1相互啮合旋转，二者啮合区域的物料会在多条棱的交互作用下不断被挤压，且由于啮合空间不断变化，物料受到的力的大小也不断变化，在啮合区域的物料流速也会因受力变化而产生突变，这些速度突变会强化不同物料的分散情况，使物料分布更为均匀，同时，物料速度突变产生的剪切能够打破物料团聚，使最终产出的成品中的粉料更为细腻。

本装置设置的反向螺旋能够有效增加物料停留时间，且反向螺旋棱长较短避免了因物料无法向前流动造成的局部压力过大；并且，本装置的正反向螺旋棱交错布置能够增加对物料的剪切，使不同物料分散更均匀，而且，正反向螺旋棱交错布置，而非分段布置使得结构更加紧凑，减少冗余；另外，正反向螺旋棱上开设有导流槽，是为物料的流动提供较多分支，使物料混合更加均匀。通过使用本装置，可达到物料停留时间长、物料剪切次数多、物料分散效果好以及减少冗余结构等目的。

除了上述的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件，本发明还提供一种包括上述实施例公开的双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件的挤出机，该挤出机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一右侧导流槽102和第二右侧导流槽106以及第三右侧导流槽104、第一左侧导流槽202、第二左侧导流槽206以及第三左侧导流槽204、第一拍摄孔111和第二拍摄孔131、第一角度和第二角度，其中，第一和第二以及第三只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。

另外，还需要说明的是，本申请的“左右”、“前后”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，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。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的挤出机及其双螺杆挤出机的九棱啮合转子元件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。