486橡膠擠出壓片機的設(shè)計開發(fā)

韓幫闊，周仁忠，高玉茹，劉婧

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧　大連　116039）

486橡膠擠出壓片機的設(shè)計開發(fā)

韓幫闊，周仁忠，高玉茹，劉婧

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧大連116039）

詳細介紹了新開發(fā)的橡膠擠出壓片機的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)特點和優(yōu)勢。該機為國內(nèi)同類設(shè)備中的最大規(guī)格，填補了國內(nèi)空白，有利于減員增效。

擠出壓片機；輪胎；產(chǎn)量；自動化

膠料混煉是輪胎生產(chǎn)過程的第一道工序，而且是能源消耗最大的工序。混煉膠質(zhì)量好壞，對后繼工序的加工和成品輪胎質(zhì)量的影響非常大。輪胎生產(chǎn)中膠料混煉的最終目的，是使填料、各種配合劑和硫化劑在橡膠基體中均勻分散，保證生產(chǎn)的各批次膠料質(zhì)量一致，具有均勻、穩(wěn)定的工藝性能和物理性能［1］。

雖然近年來低溫一次法等新型混煉工藝得到了應(yīng)用和推廣，但總體來講，目前輪胎行業(yè)主要還是使用多段式煉膠工藝。作為密煉機下方補充混煉和壓片的輔機，開煉機被廣泛使用。開煉機煉膠的自動化程度和生產(chǎn)效率低、勞動強度大、操作安全性差，且存在炭黑等配合劑飛揚造成環(huán)境污染嚴重等缺點，尤其是會導(dǎo)致批次間膠料品質(zhì)的不穩(wěn)定（為此，華南輪胎等企業(yè)還專門做了擠出壓片機替代開煉機的改造工作，收益十分明顯）。

近年來，隨著國內(nèi)外輪胎企業(yè)的迅速發(fā)展，對生產(chǎn)效率和自動化程度高的生產(chǎn)設(shè)備提出了需求。同時，隨著近年來天然橡膠等原材料價格的大幅波動，以及人力資源成本的持續(xù)提升，也給輪胎生產(chǎn)企業(yè)的運營帶來了一定的問題［2］。作為中國橡膠機械的搖籃和龍頭企業(yè)，開發(fā)出滿足行業(yè)需求的單機產(chǎn)量和自動化程度高的生產(chǎn)設(shè)備是大連橡膠塑料機械有限公司（以下簡稱“大橡塑”）近年來關(guān)注的內(nèi)容。為此，“大橡塑”于2009年在國內(nèi)率先設(shè)計開發(fā)出了國內(nèi)最大規(guī)格的650L密煉生產(chǎn)線（一次投膠量為一臺270和一臺370密煉機之和）并生產(chǎn)出了樣機，一舉打破國外在超大型煉膠設(shè)備的壟斷。

本文就650 L密煉生產(chǎn)線中所配486超大型橡膠雙螺桿擠出壓片機的開發(fā)進行介紹。

1　主要技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)量～21.5 t/h（比重1.15）

螺桿形式雙錐單頭變距變深全收斂式

螺桿直徑Ф1093×Ф486 mm

螺桿轉(zhuǎn)速1.8～18 r/min

擠出電機額定功率355 kW

輥筒尺寸Ф610×1400 mm

輥筒轉(zhuǎn)速2.5～25 r/min

最大線速度48 m/min

壓片電機額定功率355 kW

輥筒工作調(diào)距間隙 3～10 mm （壓出膠片厚度4～12 mm）

上輥筒完全打開時最大距離300 mm

機頭擋膠板距離950 mm （壓出膠片寬度1 000 mm）

調(diào)距電機（雙速）P=4 kW

加料口尺寸1 604×1 060 mm

外形尺寸～6 985 mm×6 700 mm×3 861 mm重量（不含主電機、電控柜）～65.6 t

2　主要技術(shù)特點

2.1主機部分

本機主要由壓片裝置、擠出裝置、加料槽（過渡槽）、冷卻管路系統(tǒng)、壓片傳動裝置、擠出傳動裝置、底座及潤滑系統(tǒng)等附件組成，參見圖1。

圖1　486橡膠擠出壓片機實物外形

該機關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)特點見如下介紹。

2.1.1輥筒

根據(jù)擠出壓片機的工作原理和特點，輥筒僅為壓制膠片并快速輸出（本機的輥筒線速度設(shè)計可達48 m/min）用，膠料不包輥，所以輥筒的冷卻效果在此場合意義不是很大。因此，本機采用中空結(jié)構(gòu)的輥筒。其外形見圖2。

圖2　輥筒外形圖（中空結(jié)構(gòu)）

對比傳統(tǒng)的鉆孔冷卻輥筒，中空輥筒具有如下優(yōu)點：

中空結(jié)構(gòu)，使得過渡圓角可以特別大，大幅提高了輥筒的截面強度，而此截面也往往是鉆孔輥筒斷輥問題發(fā)生最多的地方；

制作成本低，可降低用戶的采購成本或提高制造商的盈利能力；

相比鉆孔輥筒，中空結(jié)構(gòu)對水質(zhì)要求相對較低，且不易發(fā)生堵塞等問題。

不過，由于中空結(jié)構(gòu)的冷卻能力對比鉆孔結(jié)構(gòu)還是有差距，所以，工作狀態(tài)下，中空輥筒的表面溫度（包括兩側(cè)的軸頸）會比鉆孔輥筒會高一些。熱量通過軸承傳遞給左/右下軸承座，會引起軸承座一定的熱膨脹變形。如不進行特殊設(shè)計處理，將會使得圖3中的a值（軸承座端面與支架內(nèi)檔間隙）變小甚至變?yōu)榱?，繼而導(dǎo)致壓力傳感器無法正常工作，最終影響設(shè)備的自動化運行。為此，在軸承座的設(shè)計時，要特別注意其端面與支架內(nèi)檔間隙值的選取。

圖3　壓力反饋裝置

2.1.2積膠控制裝置［3］

結(jié)構(gòu)如圖3所示。在壓片過程中，膠料對輥筒力的一部分通過輥筒作用在下軸承座上，并由傳力桿將壓力傳遞給壓力傳感器及壓頭，調(diào)整螺栓可使壓力傳感器顯示值發(fā)生變化（投入使用前應(yīng)調(diào)零以消除輥筒、軸承座自重的影響）。通過電氣設(shè)定，在壓力傳感器（本機采用更靈敏、可靠性更高的托利多品牌）檢測到的值出現(xiàn)過大情況時，可給信號以降低螺桿轉(zhuǎn)速，從而避免出現(xiàn)大的應(yīng)力以保護輥筒。在壓力傳感器檢測到的值過低時，可給信號以提高螺桿轉(zhuǎn)速，從而使得壓片的膠片致密而連續(xù)。

2.1.3輥筒安全裝置

安全裝置采用機械式安全片保護輥筒安全，其原理是擠出的膠料對輥筒施加力，這種力可以傳遞給安全片。當(dāng)應(yīng)力過大時，安全片發(fā)生破碎，使得輥縫變大，迅速釋放過大的應(yīng)力。同時，破碎的安全片會被光電開關(guān)檢測到，從而發(fā)出停機信號并提醒用戶進行下一步的操作。本機采用“大橡塑”專利技術(shù)的抽屜式安全裝置，安全片更換迅捷、方便，可大大縮短用戶的停機時間。

2.1.4輥距調(diào)節(jié)裝置

調(diào)距裝置雖不直接參與膠料的擠出、壓片工作，但對出片質(zhì)量及設(shè)備性能也有著重要的影響。本機采用單電機調(diào)距結(jié)構(gòu)，通過聯(lián)軸器將兩側(cè)的調(diào)距裝置相連，可實現(xiàn)兩側(cè)的輥縫同步調(diào)節(jié)。同時，也解決了雙電機調(diào)距容易導(dǎo)致的因兩側(cè)輥距不均引起的一側(cè)安全片頻繁破碎等問題。參見圖4。

圖4　單電機調(diào)距裝置

2.1.5螺桿驅(qū)動

和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，本機的螺桿驅(qū)動采用主動/從動速比齒輪的形式（圖5）。使得結(jié)構(gòu)更緊湊，也杜絕了傳統(tǒng)驅(qū)動方式中傳動傘齒輪易損壞的問題。

圖5　螺桿驅(qū)動示意圖

速比齒輪為中碳合金鋼材質(zhì)，通過熱處理以提高其強度和使用壽命。對于嚙合齒輪來講，良好的潤滑可以有效降低噪音和延長壽命。但是本機的工況（擠出螺桿中心線與水平面成15°夾角），使得本機不能在螺桿速比齒輪處采用傳統(tǒng)的稀油噴淋方式（如采用稀油，將會存在潤滑油因自重進入到機筒內(nèi)污染膠料的可能）。為此，本機在設(shè)計時采用了如下的對策：

（1）設(shè)備運轉(zhuǎn)前，在速比齒輪箱內(nèi)填充足夠的稀油和干油的混合物，要求沒過速比齒輪的齒面；

（2）干油潤滑點增加。沿齒長方向原為一注油點，現(xiàn)改為三潤滑點；

（3）為防止?jié)櫥瓦M入機筒內(nèi)，設(shè)計增加骨架油封。

2.1.6機頭擋膠板

對于新型三錐結(jié)構(gòu)的擠出壓片機來說，經(jīng)過錐形螺紋的壓縮輸出，到擋膠板處約束膠片的寬度后被輥筒壓出。擋膠板尤其是左/右擋膠板，直接影響著出片質(zhì)量。如果設(shè)計、制作不合理，會使壓出的膠片兩側(cè)帶膠球和飛邊，不光造成浪費，也會影響后續(xù)的浸漿槽、掛桿及風(fēng)冷裝置的正常使用。

本機的擋膠板采用三維模擬流道設(shè)計，四塊擋膠板組成過渡光滑的封閉流道，擋膠板內(nèi)表面與膠料接觸的部分均鍍硬鉻，并且左、右擋膠板內(nèi)部通水冷卻。

2.2傳動裝置

螺桿（擠出）和輥筒（壓片）的傳動裝置均為“大橡塑”自制，由減速器及其潤滑系統(tǒng)組成，參見圖6。

圖6　擠出/壓片減速器示意圖

擠出/壓片減速都是在一個封閉的箱體內(nèi)實現(xiàn)的，壓片為單輸入軸雙輸出軸結(jié)構(gòu)，擠出為單輸入軸單輸出軸（空心軸，套裝在主動螺桿上）結(jié)構(gòu)。輸入軸由電機用彈性聯(lián)軸器連接。本機所配減速機均為硬齒面減速機，齒輪材質(zhì)均為低碳合金鋼進行滲碳磨齒處理，耐磨性好，使用壽命長。

減速器的齒輪、軸承的潤滑采用油泵循環(huán)噴油和浸油潤滑，油泵裝置設(shè)在減速機外邊。減速機潤滑帶循環(huán)冷卻、過濾器并有超壓報警功能和油溫顯示裝置。

2.3料位檢測開關(guān)

為了保證本機與上游650 L密煉機的產(chǎn)能相匹配，從而實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，在加料槽（過渡槽）上設(shè)置有兩組對射的料位檢測開關(guān)（日本進口的微波料位移），將加料槽（過渡槽）中的膠料分為高料位、工作位和低料位三個位置。當(dāng)高料位開關(guān)給信號時，輥筒和螺桿同時提速以快速處理掉機筒中積存的膠料；當(dāng)?shù)土衔婚_關(guān)給信號時，輥筒和螺桿同時降低以緩慢處理掉機筒中積存的膠料，從而實現(xiàn)與密煉機的產(chǎn)能匹配和全自動化生產(chǎn)。

2.4潤滑系統(tǒng)

本機的潤滑系統(tǒng)包括稀油（如前文所述）、干油潤滑。

干油潤滑使用多出口的電動干油泵，自動潤滑螺桿/輥筒軸承及螺桿驅(qū)動速比齒輪。每個出油口的每行程出油量均可方便地進行調(diào)節(jié)（最大為0.23 ml/次），且每個出油口處均帶有壓力繼電器進行油壓監(jiān)測。油泵的啟?？捎蒔LC設(shè)定，根據(jù)需要調(diào)整實際供油量。

3　本機主要特點

對比開煉機等傳統(tǒng)的密煉機輔機，本機具有如下的特點：

（1）產(chǎn)量高，可配套650 L密煉機使用。目前，工業(yè)化應(yīng)用的最大開煉機規(guī)格為810型，其一次最大加料量為310～350 kg，僅可以配套370 L以下規(guī)格的密煉機。按照傳統(tǒng)思維邏輯，如還是使用開煉機進行密煉機配套，則其輥筒規(guī)格將會特別大，將變得無法適合人工操作，且輥筒的制作難度也會特別大。因此，目前行業(yè)都是使用擠出壓片機配套650 L密煉機使用。

（2）將密煉機的間歇式排料轉(zhuǎn)化為連續(xù)式壓片輸出，有利于生產(chǎn)的連續(xù)化和自動化控制。

（3）所有原料都經(jīng)過螺桿的作用，能獲得質(zhì)量的均勻性。

（4）整個系統(tǒng)為密閉式，粉塵較少，有利于環(huán)保工作。

（5）不需要開煉機操作，安全性好。

（6）物料在擠出機內(nèi)被壓縮，并經(jīng)壓片機的壓延，膠料內(nèi)的氣泡、水泡極少。

（7）結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝維護，操作安全簡便。

另外，雖然現(xiàn)在的密煉生產(chǎn)線都配置有上輔機系統(tǒng)，但不可避免因為人工（自動）稱量的誤差（即便是允許的精度范圍內(nèi)），導(dǎo)致批次間的膠料品質(zhì)出現(xiàn)波動。本設(shè)備組成的生產(chǎn)線，一次混煉膠料多（一車物料可對應(yīng)12條全鋼或70條半鋼胎），進而提高最終輪胎品質(zhì)的均一穩(wěn)定性。

4　結(jié)束語

XJY-SZ1093×486橡膠雙螺桿擠出壓機，為目前國內(nèi)同類設(shè)備中的最大規(guī)格，填補了國內(nèi)空白。該機結(jié)構(gòu)先進，自動化程度高，配套650 L密煉機（一次投膠量為一臺270和一臺370密煉機之和）使用，可大幅提高單條生產(chǎn)密煉線的產(chǎn)量，節(jié)省用戶的人力資源（近幾年來，在輪胎企業(yè)人均工資性支出持續(xù)提高的同時，也存在招人難的問題。很多企業(yè)為了擴產(chǎn)，只能把設(shè)備維保等常規(guī)性的工作外包，以將原自有維保人員充實到擴產(chǎn)項目中）及廠房建設(shè)、物料周轉(zhuǎn)等成本，繼而提高輪胎企業(yè)的盈利能力和市場競爭力。

設(shè)備始終是為輪胎企業(yè)的工藝等需求服務(wù)的，我們將繼續(xù)努力，開發(fā)出更多先進的橡膠機械，為輪胎企業(yè)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級做出更大的貢獻。

［1］ 單國玲，劉謙.開煉式連續(xù)自動低溫?zé)捘z工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用.輪胎工業(yè)，2011，（1）.

［2］ 韓幫闊，張津，等.250橡膠擠出壓片機的設(shè)計開發(fā).橡塑技術(shù)與裝備，2016，（5）.

［3］ 高巍，韓幫闊，等.橡膠擠出壓片機的改進與提高.輪胎工業(yè)，2013，（5）.

Design and development of 486 rubber extrusion mill

Design and development of 486 rubber extrusion mill

Han Bangkuo，Zhou Renzhong，Gao Yuru，Liu Jing
（Dalian Rubber Plastic Machinery Co.， LTD.， Dalian 116039， Liaoning， China）

This paper introduced the new development of rubber extrusion mill with technical parameters，structure composition， technical features and advantages. 650L internal mixing line is currently the largest size rubber mixing equipment for industrial application at home and abroad.

extrusion sheeting mill； tire； output； automation

TQ330.44

1009-797X（2016）17-0036-04

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.17.008

（R-01）

韓幫闊（1982-），男，高級工程師，2004年畢業(yè)于青島科技大學(xué)，現(xiàn)主要從事密煉生產(chǎn)線設(shè)備的研發(fā)設(shè)計工作，已發(fā)表論文16篇，獲批國家專利13項（2項發(fā)明專利），參與編寫了第三版《橡膠工業(yè)手冊》，曾獲大連市技術(shù)發(fā)明二等獎。

通訊郵箱：qd-dalian2004@163.com

2016-06-01