F270密煉機壓料裝置的技改和成效

林仕棟，黃營芬，賀建浩，彭森明

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東　廣州　511400）

F270密煉機壓料裝置的技改和成效

林仕棟，黃營芬，賀建浩，彭森明

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東廣州511400）

對比分析液壓式和氣動式密煉機壓料裝置結構技術原理，采用液壓式技術改進替代氣動式結構，取得了降低能耗、提高生產效率和穩(wěn)定產品質量的成效。

密煉機；壓料裝置；上頂栓液壓；降耗；生產；質量

密煉機是輪胎制造過程中的關鍵設備，也是耗能最大的設備，占輪胎生產總能耗的1/3以上；輪胎企業(yè)普遍認為，輪胎質量對膠料質量的依存度達70%左右。

在密煉機中，壓料裝置的部件上頂栓位置、壓力是重要的煉膠工藝參數(shù)，上頂栓的位置升降的驅動先后有氣動式和液壓式的應用，21世紀以來制造出廠的密煉機大部分采用液壓式。

我國最早采用液壓式壓料裝置的是上海橡膠機械廠，是在20世紀70年代運用在50L密煉機上，但由于種種原因，這一技術歷經20多年并未得到推廣和發(fā)展。國外研究液壓壓料裝置的技術是在20世紀80年代中期。真正被運用在實際生產是在20世紀90年代，經過部分輪胎行業(yè)的使用，發(fā)現(xiàn)液壓壓料裝置壓力穩(wěn)定，上頂栓對膠料的單位面積壓力高，響應速度快，特別是對提高子午線膠料的混煉質量作用顯著，還可以節(jié)約能源。

當前，我國橡膠行業(yè)生產運行的密煉機中，仍有相當大部分使用氣動式上頂栓，主要是20世紀以前出廠的。隨著密煉機使用年限增加，相繼進入大修期，如果結合起來進行液壓式上頂栓的技術改造，將對煉膠生產節(jié)能和穩(wěn)定質量方面有積極的意義。

本文以我公司F 2 7 0壓料裝置技術改造為例，從分析氣動與液壓上頂栓的技術特點出發(fā)，闡述改造技術、實施方案和結果，詳見表1。

1　改造前F270壓料裝置狀況

我公司的F 2 7 0密煉機已經運行了2 0年以上，氣動壓料裝置的結構體積較大，氣缸內直徑 558.8 mm、行程1 467.5 mm，煉膠循環(huán)中壓縮空氣直接排放，噪音大，壓縮空氣消耗大，沖擊大，吸入和排風時氣壓波動的變化壓差會引起投入的粉狀料在加料口外逸，使現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣；又因為氣壓較容易波動，使煉膠周期循環(huán)的膠料壓力重復性偏差較大。高配比白炭黑膠料混煉時，為得到較好的分散均勻性，工藝要求壓料的上頂栓壓砣對膠料持續(xù)施予較高的壓力，且浮動量要較小，顯然傳統(tǒng)的氣壓上頂栓就較難滿足要求了。

2　F270壓料裝置改造技術方案

從對比分析可知液壓式具有明顯的優(yōu)越性，我們決定對F270密煉機的壓料裝置實施升級技術改造，措施內容如下：

（1）液壓式壓料裝置總成必須保證與F270投料井口的基面精配，要精細測繪核實F270的連接面尺寸。

（2）把壓料裝置的液壓部分與原有的液壓裝置整合為一站式液壓系統(tǒng)，包括驅動控制上頂栓升降、卸料門開/關、鎖緊/解鎖、投料門開/關、轉子密封壓力控制、液壓油循環(huán)冷卻控制，蓄能器等。

（3）系統(tǒng)中，上頂栓和其他部分的高低壓回路單獨控制。

（4）采用閉環(huán)式伺服閥比例控制上頂栓，實現(xiàn)壓力、速度無級可調，在主機電柜實時調整。

2.1液壓式壓料裝置的設計選型原則

實施重點和難點是液壓控制系統(tǒng)的設計。

液壓控制系統(tǒng)是液壓式壓料裝置中最重要的組成部分。密煉機工作過程要求液壓系統(tǒng)完成的主要動作是：上頂栓的升降、鎖緊油缸的鎖緊與解鎖、卸料門的開閉、進料門的開閉，以及密封環(huán)的頂緊油缸保壓等。根據(jù)煉膠工藝周期，密煉機對其液壓部分的基本要求是：

（1）為保證生產效率，上頂栓壓砣上升和下降速度要快。要進行快慢速切換，上、下運動時間在3～6 s之間，且可以根據(jù)工況任意調節(jié)速度。

（2）上頂栓壓力從0至設定壓力的變化要有偏差精度要求。壓砣對膠料的單位壓力值必須穩(wěn)定且可調整。壓砣對膠料的壓強（單位壓力）按煉膠工藝要求設定。

（3）開環(huán)控制能自動轉換為閉環(huán)控制。即從快速/慢速下降為開環(huán)控制狀態(tài)，到進入壓砣升壓為閉環(huán)控制狀態(tài)，這個轉換過程由伺服比例閥通過電控壓差控制器自動完成。

（4）適當?shù)逆i緊力和解鎖力。由于鎖緊機構和卸料門機構的機械互鎖結合面是一個具有一定角度的斜面，如果鎖緊力過大，出現(xiàn)我們通常所說的“鎖過頭”現(xiàn)象，則有可能發(fā)生解不開鎖的情況，發(fā)生膠料焦燒事故；如果鎖緊力過小，則有可能發(fā)生自動退鎖，在受到膠料向下足夠大的壓力后，造成排生膠現(xiàn)象。所以，需要能夠通過調節(jié)，得到一個適當?shù)逆i緊壓力。

表1　兩種壓料裝置的對比

（5）卸料門下頂栓的平穩(wěn)打開。根據(jù)對密煉機排料過程的分析，我們知道，在鎖緊油缸完成解鎖到位的同時，下頂栓開門電磁閥得電，這個瞬間，由于膠料在轉子的擠壓下，已經對卸料門裝置產生較大的推力，這時電磁閥得電換向會產生很大的液壓沖擊，需要有措施減輕這種有害的沖擊。

（6）密封環(huán)的頂緊油缸保壓。密封環(huán)的頂緊采用的是拔叉形式密封，其油缸彈簧、中間支點螺栓和密封環(huán)通過撥叉連接共同構成一個杠桿系統(tǒng)。油缸壓縮彈簧產生反作用力，通過中間支點，使另一端的密封環(huán)緊緊壓在轉子合金圈上，保證運動中的轉子端面不會有膠料和粉料泄漏出來。所以其密封環(huán)的頂緊油缸需要在任何情況下都保持恒定壓力。

（7）工作穩(wěn)定可靠、能夠滿足各種機構之間的準確聯(lián)動動作。

（8）抗污染能力強，維護保養(yǎng)方便。

（9）考慮與現(xiàn)有設備的備件通用性。其中主要易損件液壓泵采用美國REXROTH公司的A10VSO140型變量柱塞泵。

2.2壓料裝置的零部件技術要求

2.2.1壓投料組件

（1）上頂栓砣體與膠料接觸面堆焊無裂紋硬質合金，合金厚度＞5 mm，硬度＞45 HRC。與井道摩擦面堆焊無裂紋硬質合金，砣體與井道摩擦面為全接觸。

（2）砣體中空通冷卻水腔。

（3）上頂栓砣體與活塞桿連接采用熱裝并焊接結構，防止漏水。

（4）活塞桿中空，預留冷卻水管通道。

（5）活塞桿與投料座密封處，通干油潤滑，并入自動打油系統(tǒng)，投料座側換向加工用于固定法蘭的備用螺絲孔。

（6）上頂栓活塞桿與橫梁連接，雙油缸液壓驅動橫梁，實現(xiàn)上頂栓砣體升降功能。

（7）上頂栓升降導向桿固定底座，要有足夠的強度，避免出現(xiàn)搖晃、斷螺絲情況；導向桿與橫梁之間通干油潤滑，并入自動打油系統(tǒng)。

（8）投料門旋轉軸確保持續(xù)密封效果，通干油潤滑并入自動打油系統(tǒng)。

（9）投料門兩側密封，采用銅條，具有自動調節(jié)功能，確保不出現(xiàn)漏粉。門封銅條插入門軸內。

（10）投料門開、關采用單油缸液壓驅動。

（11）投料斗兩側壁均開窗口，窗口內側下沿倒45°坡口，并用5～8 mm鋼板封閉，螺絲固定可拆卸；并有投料門機械限位裝置，防止檢修時投料門誤動作，用于安全保護。

（12）投料斗后壁開窗口，按現(xiàn)有炭黑斜槽安裝法蘭實配，用于炭黑填充；并有上頂栓機械限位裝置，防止檢修時上頂栓誤動作，用于安全保護。

（13）上頂栓砣體與井道的配合間隙單邊1～1.2 mm，總配合間隙2～2.4 mm，升降順暢無晃動。

（14）投料斗底座與井口的連接必須實配主機，確保符合安裝尺寸，防止膠料混煉時泄漏，同時防止膠料混煉時晃動。

（15）上頂栓水腔清沙、除銹、清鐵屑等清潔處理。

（16）對F270的四塊井口板，進行磨損面修補加工，表面堆焊無裂紋硬質合金，合金層厚度＞5 mm。表面硬度＞50 HRC。

（17）兩側墻板與門板密封面修平，并達到要求的平整光潔度。

2.2.2液壓系統(tǒng)

新的液壓系統(tǒng)一臺套，主要包括上頂栓控制部分，排料門、鎖緊、投料門、轉子密封控制部分，液壓泵部分，手動泵部分，液壓油循環(huán)冷卻部分，儲能器，全部管路、接頭及管箍等。主要技術和功能結構如下：

（1）系統(tǒng)采取上頂栓和其它部分兩套液壓系統(tǒng)單獨控制，上頂栓高壓部分閥件采用進口BOSCH REXROTH品牌，其它低壓部分采取國內品牌。其中系統(tǒng)壓力為19 MPa。

（2）上頂栓控制采用閉環(huán)式比例閥，實現(xiàn)壓力、速度無級可調?？稍谥鳈C電柜處實時調整。

（3）液壓站主泵采用進口B O S C H REXROTH變量柱塞泵，型號A10VSO140DR/31RPPB12N00。

（4）泵的吸油口設置過濾器和維修用蝶閥，其出油口設置高精度過濾器，在上頂栓油缸回油口和輔助回路的回油口均有過濾器。

（5）油箱中間隔段板上加裝隔離網以消除回油中殘存氣泡。

（6）該泵站須有液位、油溫控制、系統(tǒng)過載保護功能，以及系統(tǒng)在停止工作時泄壓功能。

（7）蓄能器應設置安全閥組，其中安全閥組上的電磁閥可以自動使蓄能器泄壓，以延長蓄能器膠囊工作壽命。

（8）排料門開、關與鎖緊、解鎖動作，有聯(lián)動液壓保護功能；實現(xiàn)排料門關到位后，確保不下掉，再鎖緊動作；解鎖時，確保排料門不下掉，到位后再執(zhí)行開門動作；避免鎖緊塊和鎖緊墊磨損過快。

（9）轉子密封油缸壓力可調節(jié)，不需要電磁閥卸壓功能。

（10）液壓油冷卻采用獨立的強制循環(huán)水冷交換器冷卻，正常工作油溫 ＜55℃。

（11）以上各部分的壓力（包括系統(tǒng)壓力、下頂栓開關門、鎖緊保壓、退鎖、加料門、轉子密封）在液壓站上用抗震壓力表盤顯示出來，壓力表高壓管需整理固定，要求整齊美觀。其中，上頂栓實時油壓要換算成上頂栓對膠料的實際壓力顯示在主機觸摸屏上。

（12）液壓系統(tǒng)閥組、儀表等各部位均標識準確、清晰。

（13）所有液壓管路均有管夾固定，標識準確清晰。

（14）所有鋼管為冷撥無縫鋼管，管路的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸及維修方便。所有管道需進行酸洗，去掉管內氧化等污物，緊固件全部發(fā)藍或鍍鋅處理。

（15）系統(tǒng)提供油溫超溫、油路堵塞、超壓保護、壓力過低等保護功能。

（1 6）下頂栓提供慢開、慢關手動控制閥，方便清膠和更換熱電偶。

2.2.3電氣部分

（1）整個液壓系統(tǒng)的電氣控制部分安裝在獨立的電柜，采用三菱Q02系列PLC控制，能獨立控制所有液壓系統(tǒng)動作。電柜內提供相關動作的接口與原主機電氣點對點方式對接，如液壓泵啟停、上頂栓升降、上頂栓壓力和給定、故障報警信號等。

（2）所有電磁閥、檢測開關的接線進入接線盒，線號由電腦打印。

（3）上頂栓閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)選用三菱Q02系列PLC和一塊BOSCH REXROTH比例閥控制板組成，可以按給定壓力實時調整上頂栓壓力。在電柜用數(shù)顯表顯示實時壓力。

（4）所有低壓電氣零件選用施耐德品牌。

3　實施過程

（1）對投料斗底座與井口進行測繪安裝尺寸，確定新液壓上頂栓安裝尺寸。

（2）依照已確定的技術方案，選擇合適的專業(yè)單位合作設計和制造。

（3）對F270密煉機安排大修，拆除舊壓料裝置和液壓站，檢查井口板磨損量，進行堆焊合金和磨平表面。

（4）對混煉室內零件做檢測，修補磨損量。

（5）裝配新的壓料裝置和液壓站，重新配管連接，對管路通高壓油進行沖刷清洗后進行調試（詳見圖1）。

4　改造成果及效益

4.1能耗費用減少

圖1　新的壓料裝置形式結構圖

F270氣壓式壓料裝置的氣缸內徑558.8 mm，活塞桿直徑115 mm，一個行程1 467.5 mm，升或降頂栓平均時間6 s，工作壓力為0.7 MPa。動力工區(qū)的空壓機參數(shù)66 m3/h，功率355 kW。氣動上頂栓壓縮空氣壓力為0.8 MPa，另外過程中會產生20%的損耗。設每kW·h電費為0.65元。

根據(jù)F270三班倒工作制，平均運轉率86%，每班定額生產160份膠料，每年生產350天，每份膠料升降上頂栓4次。

每小時來回行程次數(shù)：

每小時來回行程的耗氣量：

需空壓站供氣量：

一年所需壓縮空氣量：

生產該供氣量，空壓機需工作的總時間：

所需金額：

現(xiàn)液壓式壓料裝置的液壓站電機功率55 kW，其中密煉機1 h液壓上頂栓動作時間為30 min，設每度電費為0.65元，

每年可節(jié)省電費：

4.2改善現(xiàn)場工作環(huán)境

液壓式壓料裝置的液壓油屬不可壓縮流體，工作過程壓力比氣動穩(wěn)定得多，有效減少了上頂栓升降的變化沖擊，使井口段動態(tài)氣流的吸/排引起的“噴粉”程度下降，減少了生產現(xiàn)場粉塵污染，改善了工作環(huán)境。此外，液壓上頂栓壓砣升降有閉環(huán)壓差控制，陀體撞擊井口板減少，尖峰噪音從83 dB下降為70 dB。

4.3 提高生產效率

壓砣壓力無級調整，可以連續(xù)調節(jié)，壓力穩(wěn)定在設定壓力值上，提高膠料質量和效率。在轉速、混煉混度及控制步驟相同情況下，更換成液壓上頂栓后，由于上頂栓壓力穩(wěn)定，使煉膠時間有所縮短，生產效率有所提高，從密煉機常生產的膠種對比中，生產效率提高10%左右，見圖2。

圖2　大修和改造后設備生產效率比對圖

4.4減少故障停機率

分析：平均每年可以減少停機時間約31 h，按班產定額160份核算，每份膠料220 kg，每年可增加產量132 t膠料。提高膠料均勻性（參見圖3）。

圖3　減少氣動上頂栓活塞及軸封的故障停機時間

4.5提高膠料質量

液壓式壓料裝置控制穩(wěn)定，生產工藝可控保證，能夠對上頂栓的利用達到最佳（可精確變壓），無論密煉室內膠料翻滾所產生的運動反力或大或小，或正或負，油缸和壓砣對膠料的沖壓力始終保持在設定壓力值上，所表現(xiàn)的形式是上頂栓油缸在此過程中自動上下移動尋找壓力平衡位置，有效的提高了膠料質量。

母煉膠料均勻性：選取的3個配方，其母煉膠門尼、比重偏差小，膠料混煉均勻，膠料分散較好，達到質量要求。

（1）母煉膠門尼值：門尼值偏差小，門尼值穩(wěn)定，膠料混煉均勻，滿足工藝要求，見表1。

表1　母煉膠門尼值表

（2）母煉膠比重值：比重值偏差小，比重值穩(wěn)定，膠料混煉均勻，滿足工藝要求，見表2。

表2　母煉膠比重值表

5　結論

從上面可知，密煉機的氣動壓料裝置經改造成液壓式壓料裝置后，除了具有壓力穩(wěn)定和無級可調、升/降速度快、剛性好、噪音低、環(huán)保、無污染等特點外，最重要的是比原氣動式節(jié)省能源消耗，減少動力設備空壓機系統(tǒng)的投入，并提高煉膠生產效率和膠料質量，取得了較好的經濟效益，并為我們繼續(xù)對其他密煉機的氣動式壓料裝置進行改造提供了寶貴的經驗。

［1］ 江蘇海門油威力液壓有限責任公司產品說明書.

［2］ 林炬， 等. 以新型節(jié)能無導向桿式液壓上頂栓“嫁接”改造氣動壓料密煉機. 橡塑技術與裝備， 2010，36（6）.

（XS-05）

Technical improvement and results of compressing device for F270 mixer

Technical improvement and results ofcompressing device for F270 mixer

Lin Shidong,Huang Yingfen,He Jianhao,Peng Senming
(Guangzhou south China rubber tyre co., LTD., Guangzhou, 511400,Guangdong)

This paper comparative analysis the structure technology principle ofhydraulic and pneumatic mixer. Replace pneumatic structure with hydraulic technology reduced the energy consumption, improved production effi ciency and stabled product quality.

mixer; pressing device; top ram hydraulic; reducing consumption; production; quality

TQ330.6TQ330.6

1009-797X（2015）01-0038-06

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.01.008

林仕棟（1978-），男，畢業(yè)于湖南農業(yè)大學機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)任廣州市華南橡膠輪胎有限公司生產設備部機械工程師。

2014-08-25