专利名称：一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种挤出机的螺杆结构，特别涉及一种具有独立分段控温的双混合区 的挤出机螺杆结构。
背景技术：
随着对食品的营养的要求的日益增加，各种复合营养素的谷物产品及其生产方法 也迅速地发展着，从早期的酸预蒸法工艺、直接浸吸法和涂膜法等工艺，发展到如今比较完 备的从谷物粉碎一预处理一与营养素混合一挤压一切割成型一干燥一筛选一按比例配 米，最后得到营养素强化复合谷物的工艺流程。而其中的挤压-切割成型的步骤是生产过程中的重要环节，一般采取的单螺杆或 者双螺杆挤压机，将谷物粉末的水合物挤压后通过一定的形状模具，经切割而得到所需要 的形状、尺寸的谷物类食品，并在相应的传送带上进行输送，直至检验和包装步骤。同时，由于挤压成型过程的技术流程，能够将谷物加工成具有一定膨化度和松软 度的产品，适用于各种食品、营养添加剂、动物饲料等产品。参见附图1，国际公开文本W001/72151公开了一种一体化的复合谷物混合、挤压、 成型设备。包括原料混合装置，双螺杆挤压机，挤出装置，切割成型设备。其中的原料混合 装置与双螺杆挤压机，通过连通的垂直输送管道相连，并且在管道中设有控制阀，以调整预 混原料进入挤压机的速度以及产品效率。双螺杆挤压机中平行布置有两个螺纹相互咬合的 螺杆，相向转动，使由上而下输送的物料能够进行充分地压实和输送。在挤压机的末端具有 挤出盘，挤出盘上开设有多个挤出孔，紧贴挤出孔处设置有切割装置，能够将挤压出的条状 物料切割成所需要的长条状、粒状或片状产品，以符合各种谷物复合产品的需要。参见附图2，美国专利US5350585公开一种挤压机的双螺杆结构。所述的双螺杆结 构分为多段，其螺纹密度均不一致，以配合挤压过程中的各个阶段的需要。同时，螺杆中也 开设有空洞，以便于物料在螺杆挤压机中充分混合。然而，传统的螺杆挤压切割成型机仍有一些不足1、传统的挤压切割设备得到的产品直接进行加热烘干步骤，然而却往往会在烘干 步骤中，由于含有水分的产品骤然失水导致产品表面破裂或粉碎，致使成品率降低。2、传统的挤压成型设备的产量和产率难以得到较大的提高。3、传统的螺杆挤压机的螺杆直接放置于椭圆形或圆形截面的腔体中，再挤压和输 送过程中，物料易于在某些部位产生堆积，从而使挤压效果降低。4、于螺杆腔体内经常有堆积现象，而长期未能得到充分挤压的这些堆积物，经过 一段时间后会凝结成块，从而影响整体产品产出效率以及产品的均勻程度，需要经常清理。 然而传统的双螺杆挤压机的螺杆更换过程困难，且在停机之后，螺杆因相互咬合的结构，依 然会产生机械转动，容易造成事故。5、在制备复原米的过程中，水和米粉混合的物料在加热条件下会发生胶凝化，现 有的传统挤压机不仅无法产生合适的胶凝化程度也无法解决胶凝化所带来的物料粘度增大的问题。6、在传统的复原米的制备过程中，一旦添加了对热敏感的营养素，如果在低温条 件下混合挤出，虽然能保证营养素不失活，但无法实现足够的胶凝化，制备出的颗粒质量 较差，如果在高温条件下混合挤出，虽然胶凝化程度较好，然而营养素流失以及失活比率过 高，无法实现增加营养的目的。鉴于上述不足之处，本发明公开了一种一种具有独立分段控温的双混合区的挤出 机螺杆结构，其具有如下文所述之技术特征，以解决现有技术问题。
发明内容
本发明公开了一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构，包含第一螺 杆组和第二螺杆组，二者分别位于第一内腔壳和第二内腔壳所围成的第一混合腔和第二混 合腔中。所述第一螺杆组和第二螺杆组都包含一个主螺杆和一个副螺杆，所述主螺杆和副 螺杆相互啮合。所述第一螺杆组的第一主螺杆和第二螺杆组的第二主螺杆的结构相同。所述第一 螺杆组的第一副螺杆和第二螺杆组的第二副螺杆的结构相同。所述第一螺杆组的第一副螺杆的末端逐渐变细，并终止在第一螺杆组的第一主螺 杆上。所述第二螺杆组的第二副螺杆的末端逐渐变细，并终止在第二螺杆组的第二主螺杆 上。所述第一螺杆组的、未与第一副螺杆啮合的第一主螺杆的末端与第二螺杆组的、 未与第二副螺杆啮合的第二主螺杆的末端相互啮合，该啮合段位于由末端内腔壳所围成的 末端混合腔中。所述第一主螺杆和第二主螺杆末端相切，并且相互啮合对转。所述第一主螺杆和 第一副螺杆相互啮合对转。所述第二主螺杆和第二副螺杆相互啮合对转。所述第一主螺杆和第二主螺杆结构相同，都包含以下结构至少2个连接段、至少 2个绝热隔离段、至少1个预混合段、至少1个加热混合段、1个传料段和1个出料段。所述第一副螺杆和第二副螺杆结构相同，都包含以下结构至少2个连接段、至少 2个绝热隔离段、至少1个预混合段、至少1个加热混合段和1个输料段。所述第一主螺杆和第一副螺杆的各相应连接段、各相应绝热隔离段、各相应预混 合段、各相应加热混合段相互啮合。所述第二主螺杆和第二副螺杆的各相应连接段、各相应绝热隔离段、各相应预混 合段、各相应加热混合段相互啮合。所述第一主螺杆的传料段与第一副螺杆的输料段相互啮合。所述第二主螺杆的传 料段与第二副螺杆的输料段相互啮合。所述第一主螺杆的出料段和第二主螺杆的出料段相 互啮合。所述的连接段51进一步包含第一齿轮511和第二齿轮512。所述第一齿轮511和 第二齿轮512具有6 16个齿，且相互交错11.25° 30°所述第一主螺杆和第一副螺杆的各相应第一齿轮相互啮合且各相应第二齿轮相 互啮合。所述第二主螺杆和第二副螺杆的各相应第一齿轮相互啮合且各相应第二齿轮相互 啮合。
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由于第一齿轮和第二齿轮相互交错一定角度，这就导致第一主螺杆的第一齿轮只 能和第一副螺杆的第一齿轮相互啮合，而无法与第一副螺杆的第二齿轮相互啮合，所以这 就保证了第一螺杆和第二螺杆的第一齿轮相互啮合、第二齿轮相互啮合，从而将第一主螺 杆和第一副螺杆进行锁合以固定其相对位置，避免第一主螺杆和第一副螺杆在对转的过程 中发生错位和位移，从而保证第一主螺杆和第一副螺杆之间啮合完好。同理，所述第二主螺 杆和第二副螺杆的各相应第一齿轮相互啮合且各相应第二齿轮的相互啮合，也避免第二主 螺杆和第二副螺杆在对转的过程中发生错位和位移，从而保证第二主螺杆和第二副螺杆之 间啮合完好。所述绝热隔离段是由绝热材料制成的螺纹结构，所述预混合段、加热混合段、输料 段、传料段和出料段是由导热材料制成的螺纹结构。所述输料段位于副螺杆的末端并与1个连接段相连，且所述输料段从与连接段相 连的位置向末端逐渐变细。所述传料段位于主螺杆的末端并与1个连接段相连，且所述传料段从与连接段相 连的位置向末端逐渐变粗。所述输料段的直径逐渐缩小的圆台形结构而传料段的直径逐渐增大的圆台形结 构，从而使得二者形体适配的相互啮合。所述出料段是纺垂形结构，位于主螺杆的末端并与所述传料段相连，且所述出料 段从与传料段相连的位置向末端，直径逐渐增大，从而使得第一主螺杆的出料段和第二主 螺杆的出料段相互啮合并保持该直径，随后直径逐渐减小。所述主螺杆的连接段、绝热隔离段、预混合段、加热混合段、传料段和出料段同轴， 并且所述连接段、绝热隔离段、预混合段、加热混合段直径相等。所述副螺杆的连接段、绝热隔离段、预混合段、加热混合段和输料段同轴，并且所 述连接段、绝热隔离段、预混合段、加热混合段直径相等。所述各连接段、绝热隔离段、预混合段、加热混合段、输料段、传料段和出料段为中 空结构，其内部分别具有相互连通且同轴的轴腔。所述连接段和绝热隔离段的轴腔的直径相等。所述预混合段、加热混合段的轴腔 的直径相等。所述连接段和绝热隔离段的轴腔的直径小于混合段、加热混合段的轴腔的直 径。所述输料段、传料段和出料段的轴腔的直径随输料段、传料段和出料段直径的变化而变 化，增大和/或减小。所述各轴腔内部设有加热系统。所述加热系统包含位于各轴腔轴心并依次穿过各 轴腔的通路，所述通路是由绝热绝缘材料制成的中空结构，其内部设置有与外界相连的多 组加热电路，用于向位于通路外侧并与其相互连接的各加热电阻供电。所述加热电阻包括分别位于预混合段、加热混合段、输料段、传料段和出料段内部 的加热电阻。所述各加热电阻在与外界相连的多组加热电路的控制下，分别相对独立地对 预混合段、加热混合段、输料段、传料段和出料段进行加热。所述预混合段、加热混合段、输料段、传料段和出料段的温度关系为预混合段温度小于加热混合段温度；
加热混合段温度大于传料段温度；
传料段温度大于出料段温度；
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输料段温度和传料段温度相等。所述输料段和传料段都为圆台形结构，二者圆台结构的母线与轴线的夹角β 1相 等，且为5° 25°。所述出料段为纺垂形结构，其与传料段相邻的一端的母线与轴线的夹角β2为 10° 35，其与传料段相反的一端的母线与轴线的夹角β3为15° 30°。所述加热混合段的长度大于预混合段的长度。所述加热混合段的螺纹密度小于预 混合段的螺纹密度。所述预混合段的螺纹密度小于输料段、传料段和出料段的螺纹密度。所 述输料段、传料段和出料段的螺纹密度相等。所述第一主螺杆、第二主螺杆、第一副螺杆和第二副螺杆进一步包括2个长度和 螺纹密度相同、但温度不同的第一加热混合段和第二加热混合段。所述各加热混合段的温 度沿物料流向依次增加。沿物料流向，所述第一主螺杆、第二主螺杆分别依次具有相互连接的预混合段、绝 热隔离段、连接段、第一加热混合段、绝热隔离段、连接段、第二加热混合段、绝热隔离段、连 接段、传料段和出料段。沿物料流向，所述第一副螺杆和第二副螺杆分别依次具有相互连接的预混合段、 绝热隔离段、连接段、加热混合段、绝热隔离段、连接段、加热混合段、绝热隔离段、连接段和 输料段。所述第一主螺杆、第二主螺杆对转，并且第一主螺杆沿逆时针转动、第二主螺杆沿 顺时针转动。所述第一主螺杆和第一副螺杆对转，第二主螺杆和第二副螺杆对转，故第一副 螺杆沿顺时针转动、第二副螺杆沿逆时针转动。所述第一主螺杆、第二主螺杆、第一副螺杆和第二副螺杆的直径为40mm 300mm、 螺杆有效长径比12 92、螺杆中心距40mm 300mm、轴腔直径IOmm 160mm、螺纹啮合深 度 IOmm 50mm、螺距 5mm 400mm。以下，将通过具体的实施例做进一步的说明，然而实施例仅是本发明可选实施方 式的举例，其所公开的特征仅用于说明及阐述本发明的技术方案，并不用于限定本发明的 保护范围。
图1是具有本发明的螺杆结构的挤出机的整体结构示意图。图2是图1挤出机螺杆结构的俯视图。图3a是沿图1A-A’方向的纵截面示意图。图3b是沿图1B-B’方向的纵截面示意图。图4a是沿图1A-A’方向的纵截面处的物料流向示意图。图4b是沿图1B-B’方向的纵截面处的物料流向示意图。图5是本发明的螺杆结构的螺杆啮合关系示意图。图6a是本发明的螺杆结构的主螺杆沿轴向的纵截面剖视图。图6b是本发明的螺杆结构的副螺杆沿轴向的纵截面剖视图。
具体实施例方式根据本发明的权利要求和说明书所公开的内容，本发明的技术方案具体如下所述实施例一如图2、图3a和3b所示，一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构，包 含第一螺杆组和第二螺杆组，二者分别位于第一内腔壳22a和第二内腔壳22b所围成的第 一混合腔23a和第二混合腔23b中。所述第一螺杆组和第二螺杆组都包含一个主螺杆和一 个副螺杆，所述主螺杆和副螺杆相互啮合。所述第一螺杆组的第一主螺杆41a和第二螺杆组的第二主螺杆41b的结构相同。 所述第一螺杆组的第一副螺杆42a和第二螺杆组的第二副螺杆42b的结构相同。所述第一螺杆组的第一副螺杆42a的末端逐渐变细，并终止在第一螺杆组的第一 主螺杆41a上。所述第二螺杆组的第二副螺杆42b的末端逐渐变细，并终止在第二螺杆组 的第二主螺杆41b上。所述第一螺杆组的、未与第一副螺杆42a啮合的第一主螺杆41a的末端与第二螺 杆组的、未与第二副螺杆42b啮合的第二主螺杆41b的末端相互啮合，该啮合段位于由末端 内腔壳22’所围成的末端混合腔23’中。所述第一主螺杆41a和第二主螺杆41b末端相切，并且相互啮合对转。所述第一 主螺杆41a和第一副螺杆42a相互啮合对转。所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b相互 啮合对转。如图2、图5、图6a和6b所示，所述第一主螺杆41a和第二主螺杆41b结构相同， 都包含以下结构至少2个连接段51、至少2个绝热隔离段52、至少1个预混合段53、至少 1个加热混合段54、1个传料段56和1个出料段57。所述第一副螺杆42a和第二副螺杆42b结构相同，都包含以下结构至少2个连接 段51、至少2个绝热隔离段52、至少1个预混合段53、至少1个加热混合段54和1个输料 段55。根据实际需要，所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺杆42a和第二副螺 杆42b可以进一步包括2个长度和螺纹密度相同、但温度不同的第一加热混合段54a和第 二加热混合段54b。所述各加热混合段54的温度沿物料流向依次增加。沿物料流向，所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b分别依次具有相互连接的预混 合段53、绝热隔离段52、连接段51、第一加热混合段54a、绝热隔离段52、连接段51、第二加 热混合段54b、绝热隔离段52、连接段51、传料段56和出料段57。所述主螺杆的连接段51、 绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54、传料段56和出料段57同轴，并且所述连接段
51、绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54直径相等。沿物料流向，所述第一副螺杆42a和第二副螺杆42b分别依次具有相互连接的预 混合段53、绝热隔离段52、连接段51、第一加热混合段54a、绝热隔离段52、连接段51、第二 加热混合段54b、绝热隔离段52、连接段51和输料段55。所述副螺杆的连接段51、绝热隔离 段52、预混合段53、加热混合段54和输料段55同轴，并且所述连接段51、绝热隔离段52、 预混合段53、加热混合段54直径相等。所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的各相应连接段51、各相应绝热隔离段
52、各相应预混合段53、各相应第一加热混合段54a、各相应第二加热混合段54b之间相互啮合。所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应连接段51、各相应绝热隔离段52、 各相应预混合段53、各相应第一加热混合段54、各相应第二加热混合段54b之间相互啮合。所述第一主螺杆41a的传料段56与第一副螺杆42a的输料段55相互啮合。所述 第二主螺杆41b的传料段56与第二副螺杆42b的输料段55相互啮合。所述第一主螺杆 41a的出料段57和第二主螺杆41b的出料段57相互啮合。所述的连接段51进一步包含第一齿轮511和第二齿轮512。所述第一齿轮511和 第二齿轮512具有6 16个齿，且相互交错11.25° 30°所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的各相应第一齿轮511相互啮合且各相应 第二齿轮522相互啮合。所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应第一齿轮511相 互啮合且各相应第二齿轮522相互啮合。由于第一齿轮511和第二齿轮512相互交错一定角度，这就导致第一主螺杆41a 的第一齿轮511只能和第一副螺杆42a的第一齿轮511相互啮合，而无法与第一副螺杆42a 的第二齿轮512相互啮合，所以这就保证了第一螺杆41和第二螺杆42的第一齿轮511相 互啮合、第二齿轮512相互啮合，从而将第一主螺杆41a和第一副螺杆42a进行锁合以固定 其相对位置，避免第一主螺杆41a和第一副螺杆42a在对转的过程中发生错位和位移，从而 保证第一主螺杆41a和第一副螺杆42a之间啮合完好。同理，所述第二主螺杆41b和第二 副螺杆42b的各相应第一齿轮511相互啮合且各相应第二齿轮522的相互啮合，也避免第 二主螺杆41b和第二副螺杆42b在对转的过程中发生错位和位移，从而保证第二主螺杆41b 和第二副螺杆42b之间啮合完好。所述绝热隔离段52是由绝热材料制成的螺纹结构，并且第一主螺杆41a和第一副 螺杆42a、第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应绝热隔离段52相互啮合。所述绝热 隔离段的左右两侧分别与具有一定温度的混合段相连，该绝热隔离段起到隔热作用，保证 其左右两侧的混合段的温度不同，形成温度分区，避免各区的温度混淆。所述预混合段53、第一加热混合段54a、第二加热混合段54b、输料段55、传料段56 和出料段57是由导热材料制成的螺纹结构，并且第一主螺杆41a和第一副螺杆42a、第二主 螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应预混合段53相互啮合、各相应第一加热混合段54a相 互啮合、各相应第二加热混合段54b相互啮合。所述输料段55位于副螺杆的末端并与1个连接段51相连，且所述输料段55从与 连接段51相连的位置向末端逐渐变细。所述传料段56位于主螺杆的末端并与1个连接段51相连，且所述传料段56从与 连接段51相连的位置向末端逐渐变粗。所述输料段55的直径逐渐缩小的圆台形结构而传料段56的直径逐渐增大的圆台 形结构，从而使得二者形体适配的相互啮合。所述输料段55和传料段56的圆台结构的母 线与轴线的夹角β 1相等，且为5° 25°。所述出料段57是纺垂形结构，位于主螺杆的末端并与所述传料段56相连，且所述 出料段57从与传料段56相连的位置向末端，直径逐渐增大，从而使得第一主螺杆41a的出 料段57和第二主螺杆41b的出料段57相互啮合并保持该直径，随后直径逐渐减小。所述 出料段57与传料段56相邻的一端的母线与轴线的夹角β2为10° 35，其与传料段56相反的一端的母线与轴线的夹角β3为15° 30°。所述加热混合段54的长度大于预混合段53的长度。所述加热混合段54的螺纹 密度小于预混合段53的螺纹密度。所述预混合段53的螺纹密度小于输料段55、传料段56 和出料段57的螺纹密度。所述输料段55、传料段56和出料段57的螺纹密度相等。如图5、图6a和6b所示，所述各连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、第一加热 混合段54a、第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57为中空结构，其内部分 别具有相互连通且同轴的轴腔61、轴腔62、轴腔63、轴腔64a、轴腔64b、轴腔65、轴腔66和 轴腔67。所述连接段51和绝热隔离段52的轴腔61和62的直径相等。所述预混合段53、 第一加热混合段54a和第二加热混合段54b的轴腔63、64a和64b的直径相等。所述轴腔 61、62的直径小于轴腔63、64a和64b的直径。所述输料段55、传料段56和出料段57的轴 腔65、轴腔66和轴腔67的直径随输料段55、传料段56和出料段57直径的变化而变化，增 大和/或减小。从而使得输料段55、传料段56和出料段57的外表面与轴腔之间的厚度各 处相等。所述各轴腔内部设有加热系统7。所述加热系统7包含位于各轴腔轴心并依次穿 过各轴腔的通路70，所述通路70是由绝热绝缘材料制成的中空结构，其内部设置有与外界 相连的多组加热电路，用于向位于通路70外侧并与其相互连接的各加热电阻供电。所述加热电阻包括分别位于预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段 54b、输料段55、传料段56和出料段57内部的加热电阻73、74a、74b、75、76和77。所述各 加热电阻73、74a、74b、75、76和77在与外界相连的多组加热电路的控制下，分别相对独立 地对预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料 段57进行加热。所述预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b、输料段55、传料段 56和出料段57的温度关系为预混合段53温度小于第一加热混合段54a温度；第一加热混合段54a温度小于第二加热混合段54b温度；第二加热混合段54b温度大于传料段56温度；传料段56温度大于出料段57温度；输料段55温度和传料段56温度相等。所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b对转，并且第一主螺杆41a沿逆时针转动、 第二主螺杆41b沿顺时针转动。所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a对转，第二主螺杆 41b和第二副螺杆42b对转，故第一副螺杆42a沿顺时针转动、第二副螺杆42b沿逆时针转动。所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺杆42a和第二副螺杆42b的直径 为40mm 300mm、螺杆有效长径比12 92、螺杆中心距40mm 300mm、轴腔直径IOmm 160mm、螺纹啮合深度IOmm 50mm、螺距5mm 400mm。通过上述各混合段的温度、螺纹密度和长度的设定，沿着物料流向，物料在第一主 螺杆41a和第一副螺杆42a、第二主螺杆41b和第二副螺杆42b中间被不同螺纹密度的混合 段进行不同程度的挤压混合，并被加热至不同的温度，从而所述物料分别在第一混合腔23a
12和第二混合腔23b内达到充分混合并被分别加热到适合的温度。最后，第一混合腔23a和 第二混合腔23b在末端混合区23内部混合，随后被挤出。以下进一步阐述，物料在具有所述螺杆结构的挤出机中，进行挤压混合的过程。图1所示的是一种制备复原米中常见的挤压机，包含进料系统1、挤压腔体2和出 料系统3。其中进料系统1进一步包括存料器11和进料口 12。存料器11和进料口 12进 一步包括用于进第一组物料的存料器1 Ia和进料口 12a、用于进第二组物料的存料器1 Ib和 进料口 12b。所述挤压腔体2进一步包括外腔壳21、第一内腔壳22a、第二内腔壳22b、末端 内腔壳22’以及上述各内腔壳所分别围成的第一混合腔23a、第二混合腔23b和末端混合腔 23’。出料系统3进一步包括出料口 31、切割刀32和模具33。如图2、图3a和3b所示，在所述第一混合腔23a内，设有第一螺杆组，即第一主螺 杆41a和第一副螺杆42a，在所述第二混合腔23b内，设有第二螺杆组，即第二主螺杆41b和 第二副螺杆42b。如图3a和4a所示，第一组物料91a从存料器Ila处下落，通过进料口 12a进入第 一混合腔23a内，随后进入第一主螺杆41a和第一副螺杆42a之间的孔隙中。第一主螺杆 41a沿方向81a逆时针转动和第一副螺杆42a沿方向82a顺指针转动，二者的啮合转动，使 得第一组物料91a被第一主螺杆41a和第一副螺杆42a挤压混合，并随后在第一主螺杆41a 和第一副螺杆42a的转动带动下，形成2个物料流92a和93a流动。如图3a和4a所示，第二组物料91b从存料器lib处下落，通过进料口 12b进入第 二混合腔23b内，随后进入第二主螺杆41b和第二副螺杆42b之间的孔隙中。第二主螺杆 41b沿方向81b顺指针转动和第二副螺杆42b沿方向82b逆时针转动，二者的啮合转动，使 得第二组物料91b被第二主螺杆41b和第二副螺杆42b挤压混合，并随后在第二主螺杆41b 和第二副螺杆42b的转动带动下，形成2个物料流92b和93b流动。物料流92a和93a分别在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的转动下被带动向上 回到第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的上部，并与后加入的第一组物料91a混合，被第一 主螺杆41a和第一副螺杆42a再次进行循环混合挤压。物料流92b和93b分别在第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的转动下被带动向上 回到第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的上部，并与后加入的第二组物料91b混合，被第二 主螺杆41b和第二副螺杆42b再次进行循环混合挤压。在上述过程中，如图5、图6a和6b所示，接通外界电路，对加热系统7通电，通过位 于通路70内部的各个电线及电路，分别对位于第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺 杆42a和第二副螺杆42b的各个预混合段53、第一加热混合段54a、第二加热混合段54b、输 料段55和传料段56内部的加热电阻73、74a、74b、75和76通电加热，并对各相对应的混合 段加热升温。所述物料经过如下的加热混合过程1、预混合第一组物料91a从第一进料口 12a进入与其相邻的第一混合腔23a中的预混合 段53，并在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的相互啮合的预混合段53的对转下，被挤压 混合。为了使得进入的物料可以被快速充分的混合，将预混合段53设计具有较大的螺纹密 度，以增强剪切力，同时为了避免物料在加热条件下被胶凝化过度，此时仅对物料进行初步加热，故设计预混合段53的温度较低。第二组物料91b从第二进料口 12b进入与其相邻的第二混合腔23b中的预混合 段53，并在第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的相互啮合的预混合段53的对转下，被挤压 混合。为了使得进入的物料可以被快速充分的混合，将预混合段53设计具有较大的螺纹密 度，以增强剪切力，同时为了避免物料在加热条件下被胶凝化过度，此时仅对物料进行初步 加热，故设计预混合段53的温度较低。2、加热混合随后第一组物料91a进入第一混合腔23a中的第一加热混合段54a区域，在温度 较高、螺纹密度较小、长度较长的第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的相互啮合的2个第一 加热混合段54a和第二加热混合段54b处挤压混合，这一过程中，物料可以在较长的螺杆上 进行充分的换热，被螺杆加热并进一步挤压混合，此时由于加热过程中会带来物料的胶凝 化，故设计密度较低的第一加热混合段54a和第二加热混合段54b以使得物料内部的气体 以及水蒸气等可以扩散出去，进行换气，从而避免物料内部具有较多气体，在出口处气体扩 散过快，带来制成颗粒的破裂以及裂纹。随后第二组物料91b进入第二混合腔23b中的第二加热混合段54b区域，在温度 较高、螺纹密度较小、长度较长的第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的相互啮合的2个第一 加热混合段54a和第二加热混合段54b处挤压混合，这一过程中，物料可以在较长的螺杆上 进行充分的换热，被螺杆加热并进一步挤压混合，此时由于加热过程中会带来物料的胶凝 化，故设计密度较低的第一加热混合段54a和第二加热混合段54b以使得物料内部的气体 以及水蒸气等可以扩散出去，进行换气，从而避免物料内部具有较多气体，在出口处气体扩 散过快，带来制成颗粒的破裂以及裂纹。为了使得各组物料可以被逐渐升温，避免温差过大，所以可以根据需要设计有若 干的加热混合段并不局限于2个并且沿物料流向，各加热混合段温度逐渐上升，在本实施 例中，第二加热混合段54b的温度高于第一加热混合段54a。3、传输第一组物料91a通过螺纹密度较高的绝热隔离段51被快速剪切混合好，并被向后 传送至第一主螺杆41a的传料段56和第一副螺杆42a的输料段55处，在二者的相对转动 啮合下，第一组物料91a被直径逐渐缩小的输料段55和图2所示的此处变窄的内腔壳的共 同作用下，逐渐传输至直径逐渐增大的传料段56上，输料段55带走的物料不断减少，传料 段56带走的物料不断增多，从而使得第一组物料91a被完全带到第一主螺杆41a上，并被 进一步送入末端混合腔23，中的第一主螺杆41a的出料段57处。第二组物料91b通过螺纹密度较高的绝热隔离段51被快速剪切混合好，并被向后 传送至第二主螺杆41b的传料段56和第二副螺杆42b的输料段55处，在二者的相对转动 啮合下，第二组物料91a被直径逐渐缩小的输料段55和图2所示的此处变窄的内腔壳的共 同作用下，逐渐传输至直径逐渐增大的传料段56上，输料段55带走的物料不断减少，传料 段56带走的物料不断增多，从而使得第一组物料91b被完全带到第二主螺杆41a上，并被 进一步送入末端混合腔23，中的第二主螺杆41b的出料段57处。在上述过程中，为了使得物料被快速剪切传送，故相应设计输料段55和传料段56 的螺纹密度较大。同时对输料段55和传料段56进行加热，以进一步对物料进行加热混合，
14然而此时物料即将被送出挤压腔，故设计输料段55和传料段56的温度低于第二加热混合 段54b，以使得物料逐渐降温，避免迅速降温带来颗粒表面龟裂或颗粒破碎等情况。
如图3b和4b所示，在上述过程中，被送入末端混合腔23，中的第一主螺杆41a的 出料段57处的第一组物料91a的物料流94a和被送入末端混合腔23’中的第二主螺杆41b 的出料段57处的第二组物料91b的物料流94b分别在第一主螺杆41a和第二主螺杆41b 对转啮合的2各出料段57之间被混合挤压，形成物料流95a和95b，所述物料流95a和95b 分别在第一主螺杆41a和第二主螺杆41b的转动下，被带回二者下部，并再次被二者挤压， 进行循环混合挤压。 在上述过程中，如图5、图6a和6b所示，接通外界电路，对加热系统7通电，通过位 于通路70内部的各个电线及电路，分别对位于第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、的出料段 57内部的加热电阻75通电加热，并对各相对应的出料段57加热升温。所述第一组物料91a和第二组物料92a在第一主螺杆41a、第二主螺杆41b的出料 段57处被加热混合，随后被送出挤压腔。上述过程中被挤压的物料，在螺杆的挤压作用下，以螺旋线的方式，沿着图1和图 2所示的物料流向运动，第一组物料91a从第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的前端向末 端运动并被反复挤压混合，第二组物料91b从第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的前端向 末端运动并被反复挤压混合，随后第一组物料91a和第二组物料91b被送入出料段56，稍 加挤压后被传送至出料口 31。物料从出料口 31被挤压至出口处的模具33处，从该模具33 的挤压孔处挤压处，并被切割刀32迅速切割，形成颗粒。这样，可以在第一混合腔23a内进行一组物料的混合，并根据该物料特性选择适 宜温度，在第二混合腔23b内进行另一组物料的混合，并根据该物料特性选择适宜温度，从 而避免了有些物料需要高温，有些物料不能高温这种情况所带来的不便混合和混合导致的 物料失活、混合不佳等情况。最后两组物料在出料端处被迅速剪切混合，也是为了避免高温 物料对另一组物料的影响，故迅速出料，切割制粒，然后冷却，可以有效避免上述问题，所以 此处设计出料段只有一段，并且具有非常大的螺纹密度，以带来足够的剪切力和推送力。通过上述螺杆结构和挤压过程，物料被充分挤压混合，并根据需要被加热至所需 的胶凝化程度。各混合段的加热温度独立可控，可以根据实际需要加以调整。上述过程中的技术参数如下
实施例二
采用以下技术参数改进实施例-
实施例三 实施例四 采用以下技术参数改进实施例一
「1411 实施例五 采用以下技术参数改进实施例一
实施例六
采用以下技术参数改进实施例一
实施例七
采用以下技术参数改进实施例一
实施例八
采用以下技术参数改进实施例一
实施例九
采用以下技术参数改进实施例一 实施例十
采用以下技术参数改进实施例一
上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
权利要求
一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构，其特征在于，包含第一螺杆组和第二螺杆组，二者分别位于第一内腔壳(22a)和第二内腔壳(22b)所围成的第一混合腔(23a)和第二混合腔(23b)中；所述第一螺杆组和第二螺杆组都包含一个主螺杆和一个副螺杆，所述主螺杆和副螺杆相互啮合；所述第一螺杆组的第一主螺杆(41a)和第二螺杆组的第二主螺杆(41b)的结构相同；所述第一螺杆组的第一副螺杆(42a)和第二螺杆组的第二副螺杆(42b)的结构相同；所述第一螺杆组的第一副螺杆(42a)的末端逐渐变细，并终止在第一螺杆组的第一主螺杆(41a)上；所述第二螺杆组的第二副螺杆(42b)的末端逐渐变细，并终止在第二螺杆组的第二主螺杆(41b)上；所述第一螺杆组的、未与第一副螺杆(42a)啮合的第一主螺杆(41a)的末端与第二螺杆组的、未与第二副螺杆(42b)啮合的第二主螺杆(41b)的末端相互啮合，该啮合段位于由末端内腔壳(22’)所围成的末端混合腔(23’)中；所述第一主螺杆(41a)和第二主螺杆(41b)末端相切，并且相互啮合对转；所述第一主螺杆(41a)和第一副螺杆(42a)相互啮合对转；所述第二主螺杆(41b)和第二副螺杆(42b)相互啮合对转。
2.如权利要求1所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述第一主螺杆(41a)和第二主 螺杆(41b)结构相同，都包含以下结构至少2个连接段(51)； 至少2个绝热隔离段(52)； 至少1个预混合段(53)； 至少1个加热混合段(54)； 1个传料段(56)； 1个出料段(57)；所述第一副螺杆(42a)和第二副螺杆(42b)结构相同，都包含以下结构至少2个连接 段(51)；至少2个绝热隔离段(52)； 至少1个预混合段(53)； 至少1个加热混合段(54)； 1个输料段(55)；所述第一主螺杆(41a)和第一副螺杆(42a)的各相应连接段(51)、各相应绝热隔离段 (52)、各相应预混合段(53)、各相应加热混合段(54)相互啮合；所述第二主螺杆(41b)和第二副螺杆(42b)的各相应连接段(51)、各相应绝热隔离段 (52)、各相应预混合段(53)、各相应加热混合段(54)相互啮合；所述第一主螺杆(41a)的传料段(56)与第一副螺杆(42a)的输料段(55)相互啮合； 所述第二主螺杆(41b)的传料段(56)与第二副螺杆(42b)的输料段(55)相互啮合； 所述第一主螺杆(41a)的出料段(57)和第二主螺杆(41b)的出料段(57)相互啮合。
3.如权利要求2所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述绝热隔离段(52)是由绝热2材料制成的螺纹结构，所述预混合段(53)、加热混合段(54)、输料段(55)、传料段(56)和出 料段(57)是由导热材料制成的螺纹结构；所述输料段(55)位于副螺杆的末端并与1个连接段(51)相连，且所述输料段(55)从 与连接段(51)相连的位置向末端逐渐变细；所述传料段(56)位于主螺杆的末端并与1个连接段(51)相连，且所述传料段(56)从 与连接段(51)相连的位置向末端逐渐变粗；所述输料段(55)的直径逐渐缩小的圆台形结构而传料段(56)的直径逐渐增大的圆台 形结构，从而使得二者形体适配的相互啮合；所述出料段(57)是纺垂形结构，位于主螺杆的末端并与所述传料段(56)相连，且所 述出料段(57)从与传料段(56)相连的位置向末端，直径逐渐增大，从而使得第一主螺杆 (41a)的出料段(57)和第二主螺杆(41b)的出料段(57)相互啮合并保持该直径，随后直径 逐渐减小；所述主螺杆的连接段(51)、绝热隔离段(52)、预混合段(53)、加热混合段(54)、传料段 (56)和出料段(57)同轴，并且所述连接段(51)、绝热隔离段(52)、预混合段(53)、加热混 合段(54)直径相等；所述副螺杆的连接段(51)、绝热隔离段(52)、预混合段(53)、加热混合段(54)和输料 段(55)同轴，并且所述连接段(51)、绝热隔离段(52)、预混合段(53)、加热混合段(54)直径相等。
4.如权利要求3所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述各连接段(51)、绝热隔离 段(52)、预混合段(53)、加热混合段(54)、输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)为中空 结构，其内部分别具有相互连通且同轴的轴腔(61)、轴腔(62)、轴腔(63)、轴腔(64)、轴腔 (65)、轴腔(66)和轴腔(67)；所述连接段(51)和绝热隔离段(52)的轴腔(61)和(62)的直径相等； 所述预混合段(53)、加热混合段(54)的轴腔(63)、(64)的直径相等； 所述轴腔(61)、(62)的直径小于轴腔(63)、(64)的直径。所述输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)的轴腔(65)、轴腔(66)和轴腔(67)的 直径随输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)直径的变化而变化，增大和/或减小。
5.如权利要求4所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述各轴腔内部设有加热系统(7)；所述加热系统(7)包含位于各轴腔轴心并依次穿过各轴腔的通路(70)，所述通路(70) 是由绝热绝缘材料制成的中空结构，其内部设置有与外界相连的多组加热电路，用于向位 于通路(70)外侧并与其相互连接的各加热电阻供电；所述加热电阻包括分别位于预混合段(53)、加热混合段(54)、输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)内部的加热电阻(73)、(74)、(75)、(76)和(77)；所述各加热电阻(73)、(74)、(75)、(76)和(77)在与外界相连的多组加热电路的控制 下，分别相对独立地对预混合段(53)、加热混合段(54)、输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)进行加热；所述预混合段(53)、加热混合段(54)、输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)的温度 关系为预混合段(53)温度小于加热混合段(54)温度； 加热混合段(54)温度大于传料段(56)温度； 传料段(56)温度大于出料段(57)温度； 输料段(55)温度和传料段(56)温度相等。
6.如权利要求5所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述加热混合段(54)的长度大 于预混合段(53)的长度；所述输料段(55)和传料段(56)都为圆台形结构，二者圆台结构的母线与轴线的夹角 β 1相等，且为5° 25° ；所述出料段(57)为纺垂形结构，其与传料段(56)相邻的一端的母线与轴线的夹角β 2 为10° 35，其与传料段(56)相反的一端的母线与轴线的夹角β3为15° 30° ；所述 加热混合段(54)的螺纹密度小于预混合段(53)的螺纹密度；所述预混合段(53)的螺纹密度小于输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)的螺纹密度；所述输料段(55)、传料段(56)和出料段(57)的螺纹密度相等。
7.如权利要求1所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述的连接段(51)进一步包含 第一齿轮(511)和第二齿轮(512)；所述第一齿轮(511)和第二齿轮(512)具有6 16个齿； 所述第一齿轮(511)和第二齿轮(512)相互交错11. 25° 30° ； 所述第一主螺杆(41a)和第一副螺杆(42a)的各相应第一齿轮(511)相互啮合且各相 应第二齿轮(522)相互啮合；所述第二主螺杆(41b)和第二副螺杆(42b)的各相应第一齿轮(511)相互啮合且各相 应第二齿轮(522)相互啮合。
8.如权利要求7所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述第一主螺杆(41a)、第二主 螺杆(41b)、第一副螺杆(42a)和第二副螺杆(42b)进一步包括2个长度和螺纹密度相同、 但温度不同的第一加热混合段(54a)和第二加热混合段(54b)；所述各加热混合段(54)的温度沿物料流向依次增加；沿物料流向，所述第一主螺杆(41a)、第二主螺杆(41b)分别依次具有相互连接的预混 合段(53)、绝热隔离段(52)、连接段(51)、第一加热混合段(54a)、绝热隔离段(52)、连接段 (51)、第二加热混合段(54b)、绝热隔离段(52)、连接段(51)、传料段(56)和出料段(57)； 沿物料流向，所述第一副螺杆(42a)和第二副螺杆(42b)分别依次具有相互连接的预 混合段(53)、绝热隔离段(52)、连接段(51)、加热混合段(54a)、绝热隔离段(52)、连接段 (51)、加热混合段(54b)、绝热隔离段(52)、连接段(51)和输料段(55)。
9.如权利要求8所述的挤出机螺杆结构，其特征在于，所述第一主螺杆(41a)、第二主 螺杆(41b)对转，并且第一主螺杆(41a)沿逆时针转动、第二主螺杆(41b)沿顺时针转动；所述第一主螺杆(41a)和第一副螺杆(42a)对转，第二主螺杆(41b)和第二副螺杆 (42b)对转，故第一副螺杆(42a)沿顺时针转动、第二副螺杆(42b)沿逆时针转动。
10.如权利要求9所述的挤出机螺杆结构，其特征在于所述第一主螺杆(41a)、第二主 螺杆(41b)、第一副螺杆(42a)和第二副螺杆(42b)的直径为40mm 300mm、螺杆有效长 径比12 92、螺杆中心距40mm 300mm、轴腔直径IOmm 160mm、螺纹啮合深度IOmm 50mm、螺距 5mm 400mm。
全文摘要
本发明公开了一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构，包含第一螺杆组和第二螺杆组，二者分别位于第一内腔壳和第二内腔壳围成的第一混合腔和第二混合腔中，都包含相互啮合的一个主螺杆和一个副螺杆。所述未与第一副螺杆啮合的第一主螺杆末端与未与第二副螺杆啮合的第二主螺杆末端相互啮合，并位于末端混合腔中。所述挤出机螺杆结构可以对每一混合区的物料分别独立进行混合，最后再将两个混合区的物料混合，从而将需要高温加热和需要低温加热的多种物料进行更好的混合。
文档编号A23L1/30GK101889719SQ200910051468
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者刘 英 申请人:上海亦晨信息科技发展有限公司