La modernización de una extrusora monohusillo mostró que solo el 58 % de la potencia del motor llegaba al husillo a 11.5 rpm. La reductores de engranajes, de tamaño insuficiente para la aplicación, se convirtió en un cuello de botella en la producción. Este escenario ilustra por qué las reductoress de engranajes de las extrusoras se enfrentan a algunos de los requisitos de par más exigentes en la transmisión de potencia industrial.
Las extrusoras convierten el polímero crudo en perfiles, películas o compuestos continuos al forzar el material a través de una matriz. reductores de engranajes Se ubica entre el motor y el tornillo, desempeñando tres funciones críticas: reducir la velocidad, multiplicar el par y absorber las cargas de empuje. Una capacidad de par incorrecta limita el rendimiento y acelera el desgaste.
¿Por qué las reductoress de engranajes de las extrusoras exigen un par elevado?
La física de la extrusión explica la demanda de par. Un tornillo es esencialmente un plano inclinado enrollado alrededor de un núcleo central. Al girar dentro del cilindro, debe superar la resistencia viscosa de la película de polímero fundido entre las aletas del tornillo y la pared del cilindro.
Esta resistencia de la película fundida, y no la fricción mecánica, genera la mayor parte de la carga de par. La energía del motor genera calor por fricción a medida que el tornillo gira contra esta resistencia viscosa. Los materiales de mayor viscosidad y los compuestos de relleno aumentan considerablemente esta resistencia.
Las extrusoras modernas de doble tornillo ofrecen densidades de par de 18 Nm/cm³, un 30 % más que las generaciones anteriores. Esta mayor densidad de par permite procesar materiales que antes tenían un par limitado, como la poliamida reforzada con fibra de vidrio y el polipropileno reforzado con fibra de vidrio. Una relación Do/Di (diámetro exterior/interior del tornillo) de 1.55 proporciona el equilibrio necesario para aplicaciones de alto par.
El cálculo del par debe considerar la envolvente operativa completa. El par máximo durante el arranque con material frío suele superar el par de funcionamiento en estado estacionario en un 20-40 %. Según las normas AGMA, factor de servicio Considera estas cargas transitorias. Considerar el factor de servicio como un factor de amortiguación opcional da lugar a reductoress de engranajes de tamaño insuficiente que limitan la capacidad de producción.
Factores que determinan los requisitos de torque
Varias variables afectan la cantidad de torque que debe entregar la reductores de engranajes de un extrusor.
Diámetro del tornillo y relación L/D
La relación longitud-diámetro (L/D) influye directamente en el consumo de energía y la demanda de par. Los tornillos de extrusión estándar utilizan relaciones L/D de entre 20:1 y 30:1. Al aumentar la relación L/D, el consumo de energía del tornillo aumenta proporcionalmente.
Los tornillos más largos mejoran la plastificación y la mezcla, pero requieren mayor par. El uso de relaciones L/D más altas a velocidades de tornillo más altas multiplica aún más el par requerido. Un tornillo con una relación L/D de 30:1 que opera a 300 rpm requiere una capacidad de par de la reductores de engranajes mucho mayor que un tornillo con una relación 20:1 a 200 rpm, incluso con diámetros de tornillo idénticos.
El diámetro del tornillo establece el par de referencia necesario. Los tornillos de mayor diámetro procesan más material por revolución, pero requieren proporcionalmente más par. La relación sigue la ley del cubo: al duplicar el diámetro del tornillo, se multiplica aproximadamente por ocho el par necesario.
Configuraciones de tornillo simple o doble
Las extrusoras de uno y dos tornillos presentan diferentes perfiles de par. En una extrusora de un solo tornillo, toda la carga de par se concentra en un solo eje. La reductores de engranajes debe gestionar esta carga completa mediante un solo tren de engranajes.
Las extrusoras de doble tornillo dividen el par total entre dos ejes, pero el par total requerido suele superar al de una máquina comparable de un solo tornillo. El engrane de los tornillos corrotantes o contrarrotantes proporciona una mezcla y un transporte superiores, pero crea condiciones más exigentes para la reductores de engranajes.
Las reductoress de engranajes de doble tornillo deben mantener una sincronización angular precisa entre ambos tornillos. Cualquier error de sincronización provoca interferencias en los tornillos, dañando tanto a estos como a la reductores de engranajes. Este requisito de sincronización añade complejidad más allá de la simple transmisión de par.
Para aplicaciones de compuestos que requieren una mezcla intensiva, predominan las configuraciones de doble tornillo. Para la extrusión de perfiles, donde la eficiencia del transporte es fundamental, los diseños de un solo tornillo suelen ser suficientes. reductores de engranajes planetarios La configuración proporciona la densidad de torque que exigen las aplicaciones de doble tornillo.
Requisitos de empuje axial
La capacidad de par por sí sola no define la reductores de engranajes de una extrusora. Esta también debe absorber las considerables cargas axiales de empuje que genera el tornillo.
A medida que el material se funde y se presuriza contra la matriz, esta contrapresión empuja el tornillo hacia atrás, en dirección a la reductores de engranajes. La magnitud de la carga de empuje depende de la geometría del tornillo, la velocidad de avance y las propiedades del material. En las extrusoras de doble tornillo, las fuerzas de contrapresión oscilan entre 2.5 kN para máquinas pequeñas y 3,400 kN para unidades de producción grandes.
La capacidad de los cojinetes de empuje suele limitar la vida útil de la reductores de engranajes antes que la capacidad de par. Un cojinete de empuje de tamaño insuficiente falla por fatiga, incluso cuando el tren de engranajes gestiona el par sin problemas. La vida útil teórica de los cojinetes de empuje de la extrusora se estima en aproximadamente 12 000 horas en condiciones normales de funcionamiento.
La clase de precisión del engranaje determina la uniformidad con la que se distribuye la carga axial sobre las superficies de los rodamientos. Los grados de precisión más altos mejoran la distribución de la carga y prolongan la vida útil de los rodamientos. La especificación de tolerancias estrictas en la geometría del engranaje mejora la fiabilidad de los rodamientos axiales.
Densidad de par como métrica de selección
La densidad de par, medida en Nm/cm³, constituye la métrica de comparación más útil para las reductoress de engranajes de extrusoras. Esta cifra relaciona la capacidad de par de la reductores de engranajes con la sección transversal del tornillo que acciona.
| Fabricante | Serie modelo | Par específico (Nm/cm3) |
|---|---|---|
| Coperión | ZSK Mc18 | 18 |
| ENTEK | HT72 | 18 |
| Shibaura | Serie DS | 18.1 |
| Leistritz | ZSE MAXX | 15 |
| Coperión | ZSK Mv PLUS | 11.3 |
Las reductoress de engranajes de extrusoras de alto par suelen superar los 10 Nm/cm³. Las máquinas estándar operan en el rango de 5 a 10 Nm/cm³. La mayor densidad de par permite un aumento de hasta el 100 % en la productividad de materiales que antes operaban con par limitado.
Al evaluar las especificaciones, verifique que el par nominal sea para servicio continuo, no para picos ni para régimen intermitente. Una guía de funcionamiento fiable: operar al 80 % del par máximo y al 80 % de la velocidad máxima. Este margen proporciona margen para variaciones del proceso sin poner en riesgo la reductores de engranajes.
La pérdida de eficiencia en cada etapa de engranaje se agrava mediante reducciones multietapa. Una reductores de engranajes de tres etapas con una eficiencia del 97 % por etapa ofrece solo un 91 % de eficiencia total. El 9 % restante se convierte en calor que el sistema de lubricación debe disipar.
Puntos clave
Las reductoress de engranajes de las extrusoras exigen un par elevado porque el tornillo debe superar la resistencia de la película de fusión viscosa, no solo la fricción mecánica. Esta física fundamental explica por qué las extrusoras se encuentran entre las aplicaciones de reductoress de engranajes más exigentes.
La relación L/D y el diámetro del tornillo establecen los requisitos de par base. Las configuraciones de doble tornillo exigen mayor sincronización, además de la transmisión de par. La capacidad de empuje axial, a menudo pasada por alto, suele limitar la vida útil de la reductores de engranajes antes que la capacidad de par.
La densidad de par en Nm/cm³ proporciona una métrica de comparación significativa. Se recomiendan valores superiores a 10 Nm/cm³ para aplicaciones exigentes y mantener un margen de al menos el 20 % por debajo de la capacidad nominal para un funcionamiento fiable.
