挤砖机绞刀(主)轴的受力分析

　　挤砖机绞刀主轴的受力分析1挤出压力挤出压力是挤砖机产量、挤出压力。功率云者关系中的个极为重要的技术参数。挤出压力表示了挤砖机的工作能力和对原料及制品适应范围，在挤砖机国家标准中被作为项主要技术参数列入其中。

　　1.1垣体的形成泥料在双线绞刀的推力作用下，经机头进入机口通道时若机口装有不同孔型断面的芯具时，即呈现出该孔型断面芯具通道形状，实必砖无芯具，其被挤出的远体断面符合机口芯具终断面的形状，即我们预先所设计要求的孔型断面的巧体形状。完成了成型过程。

　　1.2挤出压力的形成在泥料脱离双线绞刀进入机头，经机口直至被挤出预先设计好的孔形断面的述条，其整个过程可视为是种纯压力驱动泥顶泥的移动。这驱动原理就如水龙头开启后出现的水流，这种流动由于上流压力高于水龙头压力而产生。而泥料经机口被挤成巧体也是由于机头入口压力大于机口出口压力而产生。由于泥料进入机头后受到压缩因而产生与机头。机口内壁的摩擦力，泥料颗粒间内聚集的摩擦力抖及芯具通道产生的摩擦阻力等等。为克服达些阻力，需要有定的压力迫使泥料从芯具机通道挤出。这个压力就是通常所说的挤出压丸也称为成型压丸挤出压力由于上述原因所产生而并不是挤砖机自身而产生的。

　　挤砖机只要能产生并承受由大挤出压力阻力所造成的负荷而不被破坏即可满足要求。

　　1.3压力的传递在压力驱动泥料向机方向挤出的同姑压力也向反方向传递作用力与反作用力，经封闭段绞刀、泥缸传至暖料段绞刀化由于受料段绞刀篦在受料箱化为敞开状态，并与大气沟通因而压力传到此处得到释放压力为零从而也就产生返泥现象。

　　1.4化力曲线的分布由于受料段绞刀设置在受料箱内，为敞开状态，因而其压力为零在真空状态下压力为负值见图1；从封闲段绞刀开始向挤出方向压力逐渐提高，到泥料脱离双线绞刀进入机头入变为纯足力驱动时，此处的压力高；从机头入至机出口压力逐渐降反在出机口之前还保持定的压力，出机日后瞬间释放为零压。

　　压力曲线表示的是绞刀在推进泥料挤出过程中，绞刀组即主轴的受力状态，及泥料在泥缸、机头、机口的压力分布。分析其绞刀组的受力，不仅可准确的对轴、轴承等其它零件的强度及寿命校核，而且可设计出更合理、更经济的结构。分析泥料在泥缸、机头、机口的压力分布，可更好地解决挤出成型时出现的些问题。

　　1.4产生挤出阻力的因素a原料的性质。颗粒级配粗的原料占比例多，阻力大，反么则小即塑性指数高相对阻力小，塑性指数低相对阻力大。

　　心含水率的影响。原料含水率低阻为大，反之贝1]小即硬塑成型阻力大，软塑成型阻力小。

　　压缩比。压缩比大阻力大，反之则小。所谓压缩比是指绞刀直径与被挤出巧体实际断面空屯、砖去掉空洞部分之比。如大直径挤砖机挤单条，压缩比值应小于7，大于7时应考虑挤双条或多条。

　　1结构设计。机头内壁过渡曲线形状顺畅，机口的角度合理阻为小，反之则大；机头、机口长阻力大，反之则小；绞刀组自身压缩比大，封闭段绞刀圈数多阻力大反之则小化绞刀组自身压缩比大及封闭段绞刀圈数多造成的阻力为输送阻力。

　　6.润滑。机头。机口及苍具有润滑时阻力小，反之则大。

　　￡芯具通道的疏密。孔数少、孔洞率高、芯具通道疏时则阻力小如孔洞率43尺寸240XX240的大S孔空如砖。孔洞数多。孔洞率高。芯具通道密时阻力大如36个矩形孔，孔洞率客。对不同制品及质量的要求。生产高质量、商标号砖阻力大，反之则小。

　　细致分析产生阻力大小的每个因素，针对不同的原料、制品、烧成王艺，科学合理的选择数据及结构配置对挤砖机设计、销售抖及实际生产，有着很重要的实际意义。也就是说，种配置定型的挤砖机要适应成百上千个砖厂是不可能的，必须针对该砖厂实际情况进行某些适当的修改调整才能真正做到节能、经济。

　　1.6压力的测定1.6.1压力表测定压力表测定成型压力是挤砖机常用的种测量方法，见图2.其原理是将带传感器的压力表，安装在设置距机头入口10，1，处的表座上。泥料挤出时靠其侧压力顶向与传感器相连接的橡胶触头，经传感器推动指针转动，指针所指表盘位置的刻度值即是挤出压力值。压力表测定挤出压力虽然很简单，但在实际生产中挤砖机很少装有压力表，这主要与压力表的寿命有关。连接橡胶触头及表针的传感介质是油，虽然油的压缩量很小万分之五，可视为刚化但橡胶触头的材质不过关，弹性差，几次挤压后就不能恢复原位，使得密闭管路中油腔容积发生变化，出现表针不能恢复零位或损坏，失去作用。因而带传感器的压力表还须在设计及制造质量上下工夫。从引进的挤砖机设备看，国外的压力表质量要好于国产晚其寿命般年上或更长。

　　目前砖厂生产中挤出压力的掌握主要是凭经验。用手感。眼观的方法，估计原料干湿程度适当加水，后根据挤出湿泣的质量进行加水调整。

　　高压润滑系统工作原理见图3，如图所示电动机11带动油粟10，二位二通电，8为常开状态，此时高压搁滑系统处于低压卸荷状态。当二位二通电磁阀8带电为巧合状态时，油经单向阀5进入配油板4经节流1、2、3、4、5.6.7，8进入机入。电接点压力表1压力衷；2―机头7为润滑系统调定压力压力的调定是靠溢流阀来实现的。若挤出压力超过或低于调定，丸则电接点巧力表发出讯号，提示操作者注：关闭5、6、7、8节流口扁篼压润滑系统中的系统压力即是此时的挤出压化开启5、6、7、8节流则是机压力。高压润滑系统适合硬塑成型。

　　1机头；2机口；3截止节流阀；4配油板；5单向阀；6―截止阀；7―电接点压力私8―二位二通电端阀；9溢流阀；10~油冢；11电动机成型压力显示及报警系统：当原料确定，绞刀压缩比。泥缸。机头。机、芯具等技术参数成定值时，生产中挤出压力的高低主要取决于原料的含水率。原料含水率低，则挤出压力高；原料含水率高，则挤出压力小。由于泥料在挤出时产生的挤，力直接与机头、机口处压力油相互作用，润滑系统压力的高低取决于挤出压丸挤出压力赢油受到压缩贝惊统压力该反之则相反。因此，润滑系统压为表的读数，即是此时挤砖机的挤出压力。

　　1.6.2贯入仪测压贯入仪是用于砖厂生产者现场检测远体的成型压力从而了解成型水分，达到保证泣体质量的种简易、快速的测量方硷贯入仪的结构及原理见图4.该仪器由壳体。弹，、活塞、指示环等酵成。活塞探头端面受载，通过活传至弹孺弹，受压带动壳体推动指示环沿活塞向受力相反方向移动，在活塞刻度上留下个读数，该读数与活塞所受压强有着直接相关关系。用于还体测试时，活塞读数即贯入强度表示了巧体成型压力。该贯入强度随还体含水率变化而变化远体含水率低述体祗测得读数大，即挤出压力高，反之则相反因化通过实验的方法，建立贯入强度与巧体含水率的相关曲线，即贯入度曲线见图5.在实际生产过程中，依靠贯入仪及贯入曲绝就能够随时测得巧体的含水率。

　　1探头；2―刻巧；3―活塞；4_刻度，5_指示环；6_弹著；7_壳体贯入仪使用方法：在砖生产现场，取远体至二±央在拓体大面垂直于挤出方向的面均匀取云到四个测点将贯入仪垂直缓慢顶入表面至活塞探头刻线化轻轻拔化测取读撒取平均值即为泣体的挤出压力。再根据贯入度曲线，找出相对应读数的含水量，即是远体的含水率。

　　2绞刀主轴的受力分析根据压力曲线分布作出相应的主轴受力分析见图6.从主轴受力图中可抖看出，主轴受着下几个力：，绞刀轴在封闭段承受着泥料的压力即径向力口。，轴向力化推动泥料向前移动所需要的扭矩[，；绞刀和轴自重所产生的重力四种不同的力使主轴受到压、扭。弯兰种力的联合作用。

　　2.1对四种受力的认识分析2.1.1对径向力的认识和分析从主轴受力分析图6中可W看出，径向为Pn是绞刀在工作中产生的。当绞刀和泥缸充满泥料时，绞刀轴即主轴圆周方向受到大小相等方向相反的径向力，根据作用力与反作用力原理，其力相互抵消。在对轴及轴承进行校核时径向力可忽略不计。

　　a由不同轴度误差引起的附加径向力。制造和安装产生的泥缸与主轴同轴度的误差即减速机或起支点作用的轴承座与受料箱中必的误差会引起主轴旋转时产生划圈现象。所谓划圈。现象如图7所示。图73为同轴度误差为零时的理想状态，绞刀轴旋转时其回转直径与泥缸衬套圆周间隙相等，其侧压力即径向力大小相等，方向相反，作用力相互抵消。图化所示，当绞刀轴旋转时产生。划圈划圈的轨迹是个圆，大直径是在双线绞刀处时，出现绞刀轴回转直径与泥缸衬套不同轴度，当绞刀逐渐转到距泥缸内壁小位置即偏屯、大化泥料瞬间受到压缩，压力，大此时其相对应的另面间隙加，压力瞬间降民产生压力差，该压力差即是附加径向力。由于主轴在泥缸内弹性变形和调必量很小，为使侧压力径向压力保持平衡，只能从薄弱的地方通过摆动泥缸来调整间隙，实现径向力的平衡。反之，当绞刀转到另对应位置时，同样产生上述现象。无数次的重复上述过程，便产生泥缸摆动即摇头。

　　由副叶小于18，°引起的附加径向力。图83中副叶大于或等于1撕°。大于或等于1撕°的副叶绞刀与主绞刀螺旋组成的双线绞刀形成合力，能够平稳致的将泥料挤出机口。若为减少阻力将双线绞刀副叶做成小于化0°结构如图8b虽然实际使用中能提高定质量其实是种误区，则双线绞刀端面合力失去平衡，出现偏差和力矩，产生径向位移，形成附加径向力。原理同由不同轴度误差引起的附加径向力样，江同轴度误差为零时的理想扶态b同轴度误差较大化产尘划圈终导致泥缸摆动即摇头现象产生。有关副叶角度参3―副叶大于或等于化0°；1―副叶小于1撕°依据主轴所受径向力的分析和认识，目前挤砖机主轴的结构设计有2种，种是刚性结构，另种是浮动结构。前者主轴为根通轴如图9，后者则是主轴分为两截，截固定，截浮动如图1化不管是那种结构都可抖视为是端固定的悬臂梁。现对2种结构的优劣进行比较。

　　主轴刚性结构如图9所示，该结构主轴是根长轴，绞刀内孔套的轴上，传递扭矩的连接为切向键或是平键，也有将轴和绞刀内孔加工成六方形或8方形等结构。

　　附加径向力对主轴刚性结构的影响：附加径向力严重时，不仅造成泥缸的摆动，影响挤出时巧体成型的稳定性及制品质量，而且超过轴的弹性变形和轴承姐的微调量时即3字头轴承与9字头轴组合，会在安装3字头轴承的轴肩处出现交变载荷，长期交变载荷作用会使轴肩局部产生疲劳，终导致主轴断裂。

　　主轴刚性结构的不足：刚性结构主轴般较长，长度约在3，1抖上，轴上设计有键槽、轴台等，因而，加工工序多要求精度高。成本高，特别是较长轴的调质处理，许多砖机械审_造厂由于无相应的热处理设备，很难按，纸技术要求进行调质处理，因而，失去调质处理工麻导致主轴综合机械性能降低，影响了产品质量。

　　再加上同轴度误差及附加径向力形成的交变载荷，使主轴的寿命下降。

　　浮动式主轴结构如图1，所示。浮动式结构与刚性结构的主要区别在于主轴被分断为两截第截成为传动轴主轴，经联轴器与减速机输出轴连接，伸在受料箱内，长度为1.21.5个直径；第二截为浮动轴。两根轴由六方形内孔的受料绞刀的教套连接，负责扭矩的传递，其余排列好的多节绞刀安装在浮动轴上。

　　附加径向力与浮动轴结构：由于绞刀内孔与轴的配合为间隙配合，其间隙按比例到双线绞刀处得到放大，即浮动量。在主轴受到附加径向力产生不平衡时，在转动的同时会做径向位移自动浮动调节原理见同轴度误差段落，使绞刀轴的附加径向力趋于零，消除了泥缸摆动，解决了挤出时摇头现象。有些砖机械制造厂采用浮动轴结构，其原理就在于此。

　　浮动轴结构优点；不仅主轴的受力状态好，消除了附加径向力对主轴的影响；而且结构合理，解决了刚性主轴的不足，克服了因长轴调质和必须有加长车床设备的困难；降低加工费用及轴料价格，消除了挤出时不稳定因素，提高了巧体质量。但要注意浮动轴在运转刖应待受料箱内充满定量的泥，起到浮动支承后方可开机，否则，易出现机械事故。

　　浮动轴的延伸：浮动轴的延伸结构有两种，种是浮动轴次延伸；另种是浮动轴二次延伸。次延伸结构减少了零部件的加王量，降低成本二次延伸结构不仅保留次延伸结构特点，而且使整机更加紧凑、合理成本大大降低。由于篇幅所限本文不能作详细介绍。

　　2.2对重力的认识和分析重力是由绞刀和轴自重产生的。在挤砖机未工作麻我们可清楚的看到处于悬臂状态的绞刀轴由于自重的原锾自然下垂大约13这变形是属于正常的弹性变形范围。虽然重力使主轴产生弯曲应丸但绞刀轴在挤出过程中，四周受到压力相同、方向相反的径向丸力化绞刀与泥缸间隙中泥料形成的浮动支承，使绞刀轴自动处于对中状态。主轴所受重力影响的弯曲应力也随之自然抵消，重力使主轴产生弯曲应力可忽略不计。

　　3对轴向力的认识和分析挤出压力表示了挤砖机的工作能力和适应范围。

　　挤出压力实际上就是绞刀轴所受的轴向力，轴向力是挤砖机所受力中为重要的个力。现阶段它更应该引起人们设计者和用户的高度重视。

　　轴向力是由两部分组成。是由挤出压力形成的轴向力；二是由动载荷产生的附加轴向分量压力。

　　挤出压力形成的轴向力：从受力分析图中可看出，挤出压力户/作用在整个双线绞刀的端面止其大小与机头长短、足缩比大小、原料的物理性能。含水率高低等有直接关系。

　　动载荷产生的附加轴向力压力户2有：泥料向前移动时，泥缸衬为防止泥料的旋转产生的剪切阻力；特别是断续型绞刀组处的泥料阻力；阻泥棒处的阻力；生产时由于原料的物理性能和含水率的变化而瞬间提高挤出压力等。

　　总轴向力户=户。/户2，即挤出压力加附加轴向压丸其中挤出压力是主要的。

　　多年来，我国制砖行业主要是抖软塑成型为主，硬塑成型很少。且软塑成型的挤出压力也是在低线附近35心8￡/12.为配合国家墙改革新工作，适应各种原料制砖及制品种类许多砖机械制造厂都提高了挤砖机的挤出压力。挤砖机的工作能力实际上就是挤出压力的提高和相关技术的配套。挤出压力提高到12221§￡/2即软塑成型的上线；硬塑成型的下线基本可抖满足生产多孔砖、空屯、砖的要求。

　　挤出压力的提高意味着轴向力的，大，因而对推力轴承的承载能力有较高要求。作用在推力轴承上总、的轴向推力=户2，即户=机头压力吟挤出压力乘绞刀横断面积2求得。

　　=户1十户2=式中户总轴向推丸1皆/，12；户挤出压力乘抖绞刀横断面积；凸_绞刀直径11；户/―挤出压力，心爸￡/，；户2附加轴向力；附加轴向力户2的确定：挤出时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量，根据经验，压缩型绞刀巧高压力成型时，2取大值，低压力成型户2取小值或忽略不计。

　　泥料在脱离双线绞刀进入机头变为纯压力驱动化驱动压力在将泥料挤出机口的同化由于作用力等于反作用力，这种压力也作用于双线绞刀整个端面上，再加上附加轴向压力，推力轴承承受着很大的轴向力。

　　所推力轴承的正确设计和尺寸选唐对挤砖机无故障操作至关重要。

　　推力轴承的寿命般采取下列公式计算：式中L额定寿命106r；额定动负荷，N；户当量动负疏N；￡寿命指数对球轴承￡=3；对滚子轴承5=姐目前，主轴设计结构有两种形式：种主轴承受轴向力；种主轴不承受轴向力。下对两种不同结构进行分析、比较。

　　主轴承受轴向力结构。该结构轴承组3字头双列向也、滚子轴承与9字头推力滚子轴承的组合安装在主轴上，两轴承间装有由两半环组成的卡套。力的传递是，当挤出压力反作用于双线绞刀端面，绞刀轴受到轴向力的作用后，带动卡套传递到推力滚子轴承，经轴承套。受料箱终传到地脚。轴向力是经过主轴带动卡套传递到推力滚子轴承的，因而主轴受到轴向力。

　　由于篇幅所限本文不能作详细介绍。

　　主轴不承受轴向力结构略对于主轴承受轴向力的主轴，由于轴向力的方向永远是向后的，因而，对于使用夹壳联轴器结构的主轴与减速机输出轴采用夹壳联轴器连接传递扭矩，长期工作会使减速机输出轴在轴向力的作用下，后轴承受力加大，寿命降低。

　　主轴不受轴向力结构可抖适应各种形式的联轴器连接，传递扭矩，均不会对减速机造成影响。

　　4对扭转巧的认识和分析在前面压力形成中讲到，为克服挤出时产生的阻丸需要有定的压力迫使泥料从芯具通道中挤出，远个迫使泥料挤出的压力转换到挤砖机中实际上是种扭转矩。从受力分析图图6中可抖看出主轴受到4个力，又寸径向力、重力的认识和分析得出结论，其力相互抵消，可忽略不计。轴向力的重要性已讲过，那么，主轴所承受的另个力就是扭转矩，即在定轴向力的作用下所承受的扭转矩不受轴向力的主轴承受的是纯扭矩。

　　扭矩是根据功率计算出来的。功率是根据产量、挤出还力、功率兰者关系的公式计算出来的。当功率确定之后，就可按材料的强度理论计算轴直径和校核。

　　轴受扭转时的强度计算：当轴受转矩7时见图。，扭转剪应力在横剖面上的分布是其大剪应丸产生在轴的表面上其强度条件为式中，―传递轴的转矩N.；Wp抗扭剖面系数，对于实屯、轴，WpA0.2d3；[勺许用扭转剪应力；主轴扭转时的刚度条件：经过强度校核确定出主轴直径，也就是说轴直径满足了强度条件，但也不能完全能保证正常工作。因为，轴在受扭矩时若产生过大变，会影响机器的运转精度，特别是在重载启动时挤砖机经常出现重载停车超载启动会产生扭转振动。所抖，对主轴除了要求具有足够的强度外，还应有足够的刚度，主轴扭转刚度条件为。urL式中《1扭转角般传动轴为化51°；r―扭矩；1―轴长度；6剪切弹性模量常数；/圆轴截面的极贯矩常数。

　　当轴受扭转必了时见图11，在横剖面上其大扭转剪应力1，产生在轴的表面上。经过扭转刚度条件的分析，可抖得出下述结论：同样条件短轴刚度好，短轴结构要好于长轴结构。

　　从对轴进行强度校核后所选的轴直径来看，我们与国外有定差距，这种差距是计算差异还是热处理手段落后，或是经验不足还说不太清楚。下面进行组数据对比：如美国某型号砖机，其绞刀直径500/主轴大直径是170材料为1040钢，相当于我国40囔大挤出压力401姑/2，转速％1/ kW.按我们的强度校核公式，计算出的轴直径170，1根本通不过，而引进的砖机主轴就是这么大的直径，使用至今也无事。而我国设计的胚150/4520型制砖化其绞刀直径是500八50，主轴大直径是185，1，采用45钢，大挤出压力据说明我们在某些领域还落后，仍须努力提高。

　　众所周知，/化7这个比值表示的是绞刀轴前后轴承之间距离レ与前轴承悬臂长度Ll之比如图12所示。该比值是设计挤砖机主轴长度的个基本参数，多年来延续至今。为保证绞刀轴工作的平稳性，两轴承支点距离，自然是越长越好，但距离太长，意味着主轴长度加长，使挤砖机外形尺寸和重量增加，很不经济。若两轴承支点距离过短，则悬臂段长，烧度大，会使绞刀运转不平稳，严重时会产生泥缸摇头现象。

　　冈雌结构。浮动轴结构与L2/Ll化7的关系对于由根长轴构成的刚性结构来讲，L2/レ0.7必须如此否则，主轴工作时由不同轴度误差和副叶小于1撕°引起的附加径向力会增加主轴的不稳定，这是由于刚性结构主轴是根长轴，无调整环节，当附加径向力产生时，靠的是的长度和调屯、轴承的调也、量来调整附加径向力引起的偏移。当附加径向力引起的偏移量超过上述两环节的调整量时，则会增加主轴不稳定。

　　从实际情况看诸多挤砖机中即使/化7，也很难保证泥缸不摇头。

　　对于浮动轴结构来讲2/.0.7的比值可抖缩小。而对浮动轴结构来说，由于主轴是断开的加了调整环节，送个调整环节就是绞刀内孔与轴之间的间隙在整个山悬臂长度上得到放大即浮动量，这就消解了附加径向力引起的径向偏移，送种解消与L2/Ll 7无关。近些年来的实践证规采用浮动轴结构的挤砖机消除了泥缸的摇头现象。

　　总之，正确分析主轴的受力，可设计出更好。更合理的结构，不仅提高抗砖机的技术性能，而且降低成