雙驅(qū)動新型兩輥開煉機的研制

石繁章，吳俊功　李國勝

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧　大連　116039）

雙驅(qū)動新型兩輥開煉機的研制

石繁章，吳俊功李國勝

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧大連116039）

Research of a new type oftwo-roll mill with double drives

為了滿足廣大用戶對開煉機的使用要求，提高膠料品質(zhì)和煉膠效率，我公司新研制開發(fā)了雙驅(qū)動兩輥開煉機，該機無論在使用性能還是外觀尺寸方面與老機型比都有較大的改進。本文對這種新機型的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點等作了簡述。

兩輥開煉機；雙驅(qū)動；分體輥筒；減速器

開煉機是輪胎等橡膠制品生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，主要用于膠料的熱煉、混煉、壓片及生膠的塑煉。隨著煉膠工藝的不斷改進，對開煉機的使用性能要求也越來越高，為了滿足廣大用戶的需求，拓寬開煉機的使用范圍，大橡塑把開發(fā)雙驅(qū)動新型兩輥開煉機定為研究新課題。通過市場調(diào)研，了解和掌握開煉機市場的需求特點和發(fā)展趨勢，我們認為目前我國開煉機的技術(shù)水平、使用性能隨著與之配套設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，仍然存在著很大的發(fā)展空間，尤其在一次法低溫?zé)捘z生產(chǎn)線中，要求開煉機群組、開煉機溫度自控裝置、自動翻膠冷卻裝置等可實現(xiàn)無人操作及智能控制，同時為了有效利用廠房的空間位置，要求設(shè)備功能強大，尺寸要小。但現(xiàn)有形式的開煉機體積都非常龐大，這一點一直是設(shè)備制造廠家需要解決的問題，輥筒與減速器間不管是采用十字軸式萬向聯(lián)軸器，還是采用棒銷聯(lián)軸器，或是采用鼓形齒聯(lián)軸器都不能從根本上解決問題。

大橡塑研發(fā)的雙驅(qū)動新型兩輥開煉機，由于取消了輥筒與減速器間的萬向聯(lián)軸器，使開煉機外形尺寸大大減小。

1　設(shè)計方案

1.1主要技術(shù)參數(shù)

輥筒工作部分直徑660 mm

輥筒工作部分長度2 130 mm

輥筒工作速度3～30 m/min

主電機功率132×2 kW

輥筒調(diào)速范圍0.5～1任意可調(diào)

輥筒調(diào)距范圍0.5～15 mm

調(diào)距電機功率3 kW

減速器傳動比1/103

1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該機主要由雙電機、雙減速器、機體、輥筒及底座等部分組成，主電機通過彈性聯(lián)軸器與錐形齒輪減速器相連，兩減速器分別對前后輥筒進行驅(qū)動。輥筒與減速器間取消萬向聯(lián)軸器，減速器輸出軸為空心軸，直接套在輥筒傳動端上，使兩輥筒均具有無極變速功能，如圖1所示。工作時兩個相向回轉(zhuǎn)的輥筒，通過摩擦力的作用，將投放在輥筒工作面上的膠料拉入到兩個輥筒之間的縫隙當中，并在這個區(qū)域內(nèi)受到強烈的擠壓和剪切.輥筒的線速度和速比在設(shè)定的范圍內(nèi)可任意調(diào)整，用以滿足不同膠料的加工工藝要求。

在整機設(shè)計方案中，充分考慮到用于不同場合的開煉機所需要電機功率也不同的特點，另配置了110 kW 和90 kW兩種規(guī)格的減速器，并進行模塊化設(shè)計。使之在同規(guī)格產(chǎn)品中可以重用和互換，對相關(guān)模塊進行排列組合就可以得到多種功率不同的開煉機，用以滿足不同場合的要求。

2　新舊機型的對比

老式開煉機分單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動兩種形式，單電機驅(qū)動，前后兩輥筒速比固定，不能隨著膠料加工工藝的改變而改變。雙電機驅(qū)動雖能改變前后輥筒速比，但占地面積較前者要大。圖2、圖3分別為單、雙電機驅(qū)動的老式660開煉機（硬齒面）外形圖。

老式開煉機無論是單電機驅(qū)動還是雙電機驅(qū)動，減速器都是通過萬向聯(lián)軸器帶動輥筒旋轉(zhuǎn)。由于受電機長度和萬向聯(lián)軸器最大偏心角限制，使得萬向聯(lián)軸器軸向尺寸較大，總長度大約在2 m左右，這樣就加大了開煉機的總體尺寸。新式開煉機取消了萬向聯(lián)軸器，減速器與輥筒的聯(lián)接采用懸掛直聯(lián)式，同是雙驅(qū)動開煉機，新式機比老式機節(jié)省占地面積約40%左右。

新舊形式開煉機主要差異見表1。

3　關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

取消了萬向聯(lián)軸器后，輥筒與減速器間如何聯(lián)接成為本機的關(guān)鍵技術(shù)。為了順利進行動力傳遞，我們重點對輥筒和減速器的結(jié)構(gòu)進行了改進。

3.1輥筒

圖1　雙驅(qū)動新型兩輥開煉機外形圖

輥筒是開煉機的核心零件，主要承受橫壓力和交變載荷的作用。為了做到既能保證輥筒強調(diào)，又可減小輥筒傳動端軸頸的尺寸，本機輥筒采用分體結(jié)構(gòu)形式。輥筒主體部分材質(zhì)由灰鐵改為球鐵，抗拉強度由180 MPa提高到400 MPa，輥筒工作面硬度為68～75 HSD，輥筒傳動軸部分采用優(yōu)質(zhì)合金鋼。對二者的連接問題，考慮到輥筒的受力、加工工藝、裝配難易度及設(shè)備維護等諸多因素，采用傳動軸套在輥筒主體部分軸端，通過平鍵和端面螺栓連接的方式。

圖2　單電機驅(qū)動老式660開煉機

圖3　雙電機驅(qū)動老式660開煉機

表1　新舊形式開煉機主要差異

雖然減速器掛在傳動端使輥筒軸端增加了彎矩，但由于輥筒主體部分材質(zhì)由老機型的灰鐵改為球鐵，同時減速器重心與輥筒軸線的偏離，削弱了輥筒工作時產(chǎn)生的“反轉(zhuǎn)扭矩”，使輥筒的使用安全系數(shù)大大提高。我們分別對老機型和新機型輥筒的強度進行校核，分析在特定工況條件下輥筒的應(yīng)力分布。利用計算機在I-DEAS V5下完成輥筒及軸的三維實體造型，輸出為parasolid格式，定義材料參數(shù)，進入ANSYS中進行求解。老式機輥筒的等效應(yīng)力如圖4所示，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在輥筒傳動端軸承邊界處，值為80.275 MPa；新式機輥筒的等效應(yīng)力如圖5所示，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在輥筒傳動端軸承邊界處，值為78.413 MPa。顯而易見，老式機輥筒的抗拉應(yīng)力是最大實際應(yīng)力的2.2倍，而新機型由于采用了新技術(shù)、新材料、新工藝使輥筒的抗拉應(yīng)力可達其最大實際應(yīng)力的5倍。

圖4　老機型輥筒的等效應(yīng)力

圖5　新機型輥筒的等效應(yīng)力

3.2減速器

本機組的創(chuàng)新點是：打破原開煉機的固有模式，取消了減速器與兩個輥筒之間的萬向聯(lián)軸器，減速器采用懸掛直聯(lián)形式。兩臺變頻電機經(jīng)過減速器減速后，分別驅(qū)動兩個輥筒轉(zhuǎn)動，使兩個輥筒線速度和速比可任意調(diào)整，大大提高了開煉機的使用性能。減速器的特點是：

（1）兩個主電機分別通過彈性聯(lián)軸器與高速錐形齒輪減速器相連，兩減速器分別對前后輥筒進行驅(qū)動。本機組執(zhí)行新的開煉機國家安全標準，高速軸聯(lián)軸器上安裝有DBHD-255F型空壓蝶式制動器，可保證主電機的緊急制動，制動時兩個輥筒的慣性轉(zhuǎn)角小于60°。減速器輸出軸為空心軸，采用懸掛直聯(lián)形式，直接套在輥筒傳動端上，使兩輥筒均具有無極變速功能。

（2）減速器由高速級錐齒輪和兩級平行軸齒輪減速，實現(xiàn)輥筒的轉(zhuǎn)速要求；本減速器的重心與減速器的安裝角度采用優(yōu)化設(shè)計，用減速器的“重心扭矩”削弱輥筒煉膠時產(chǎn)生的“反轉(zhuǎn)扭矩”，改善輥筒的受力情況，保證機組工作穩(wěn)定，降低機組的振動和噪音。另外高速級錐齒輪實現(xiàn)90°轉(zhuǎn)向的功能，使布局更加合理，緊湊。

（3）減速器有獨立的潤滑電機及泵，有過濾器，冷卻器，壓力表與溫度表等電儀原件，保證減速器的正常運行；同時減速器潤滑系統(tǒng)采用外掛式，節(jié)省空間，便于調(diào)距。

4　結(jié)束語

產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的提高與加工設(shè)備的先進性相關(guān)，通過改進后的雙驅(qū)動新型兩輥開煉機，結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，性能優(yōu)越，生產(chǎn)效率高、占地面積小、易于實現(xiàn)聯(lián)動。該機的研制開發(fā)填補了我國在該領(lǐng)域的空白，為我國的開煉機產(chǎn)品增加了新的系列，為滿足高端產(chǎn)品提供了強有力的基礎(chǔ)保障。

（XS-03）

Research of a new type oftwo-roll mill with double drives

Research of a new type oftwo-roll mill with double drives

Shi Fanzhang，Wu Jungong，Li Guosheng
(Dalian rubber&plastic machinery co., LTD., Dalian116039，Liaoning）

In order to satisfy the requirement of the user's to open mill and improve the quality of the rubber and the efficiency of rubber mixing, our company has developed new double drive two roller mill. This machine has a bigger improvement in the performance and size than old models. This paper descripted the new machine's performance parameters, and structure characteristics.

two roller mixing mill; double drive; fi ssion roller; reducer

TQ330.43

1009-797X(2015)01-0025-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.01.005

石繁章（1956-），男，高級工程師，主要從事橡膠、塑料機械的設(shè)計開發(fā)工作。

2013-09-15