脫水?dāng)D壓機(jī)切刀模板的缺陷分析與改進(jìn)

葛柯柯，李 軍

（新疆天利石化控股集團(tuán)有限公司，新疆克拉瑪依 833699）

0 引言

脫水?dāng)D壓機(jī)用于橡膠生產(chǎn)裝置后處理工序，來自振動脫水篩含水40%60%的橡膠顆粒被螺旋套推入機(jī)體，在不等距螺套的擠壓下膠料壓力逐漸增加，水從籠條間隙中擠出，膠料經(jīng)機(jī)頭調(diào)壓椎體擠出后水含量降低至8%12%，脫水后的膠粒進(jìn)入膨脹干燥機(jī)進(jìn)一步閃蒸脫除水分及其他揮發(fā)物，最終將揮發(fā)份降低至0.6%以下送至稱重、壓塊和包裝工序[1]。

FRENCH OIL 是美國專業(yè)合成橡膠生產(chǎn)設(shè)備制造廠家，其擠壓機(jī)和干燥機(jī)在同類BR 和SBS 生產(chǎn)裝置中有著非常成熟的運(yùn)用，某公司異戊橡膠裝置于2014 年引進(jìn)了兩套FRENCH 干燥生產(chǎn)線設(shè)備。由于異戊橡膠（IR）門尼高達(dá)70～90，有著更高的彈性、強(qiáng)度和韌性，其脫水?dāng)D壓機(jī)Cone 錐形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)無模板、切刀間隙大的設(shè)計缺陷凸顯，導(dǎo)致擠壓機(jī)運(yùn)行中出膠尺寸大干燥機(jī)進(jìn)料不均，切刀結(jié)構(gòu)不合理而出現(xiàn)切刀裂紋、切刀安裝螺栓斷裂、刀翅斷裂等問題，進(jìn)而導(dǎo)致下游干燥機(jī)螺套磨損嚴(yán)重、筒體和螺桿擺動甚至斷軸，設(shè)備無法連續(xù)運(yùn)行，裝置被迫停工。針對存在的問題，經(jīng)過與原廠家、國內(nèi)專業(yè)橡塑設(shè)備生產(chǎn)廠家，同類橡膠生產(chǎn)裝置技術(shù)人員多次分析和討論，制定優(yōu)化方案，組織攻關(guān)改造，改進(jìn)后的脫水?dāng)D壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，保證了擠壓機(jī)及下游膨脹干燥機(jī)的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

FRENCH 脫水?dāng)D壓機(jī)出料端采用Cone 錐形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在電動執(zhí)行器Limitorque 的驅(qū)動下，錐形調(diào)節(jié)套沿著筒體軸向移動，通過調(diào)節(jié)錐形調(diào)節(jié)套和螺桿出料錐形套之間的間隙調(diào)整出料面積，從而調(diào)整膠料所受到的擠壓力而調(diào)整擠壓機(jī)出口膠含水量。在錐形調(diào)節(jié)套和出料錐形套上分別設(shè)有剪切板，目的是對出料產(chǎn)生剪切而呈條狀、借助切刀的作用使得出膠呈粒狀。擠壓機(jī)出料結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 設(shè)備運(yùn)行情況及缺陷分析

設(shè)備投用使用近50 天后，擠壓機(jī)開始出現(xiàn)了切刀松動脫落、切刀裂紋、切刀螺栓脫落導(dǎo)致干燥機(jī)螺套損壞等問題；另外由于擠壓機(jī)的出膠尺寸大且不均勻（一般為長150300 mm、寬50200 mm、厚2080 mm 不等），導(dǎo)致進(jìn)入干燥機(jī)的物料不連續(xù)，干燥機(jī)螺桿出現(xiàn)空膛干磨、大膠塊對螺桿的巨大徑向推力和軸向沖擊力導(dǎo)致螺桿磨損加劇，筒體和螺桿擺動、進(jìn)料斗裂紋甚至頻繁斷軸。

圖1 擠壓機(jī)出料錐形結(jié)構(gòu)及切刀

經(jīng)分析，導(dǎo)致以上問題的原因?yàn)椋哄F形調(diào)節(jié)套的可調(diào)節(jié)行程為38 mm，當(dāng)錐形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度關(guān)小時，切刀距離錐形調(diào)節(jié)套剪切板距離相應(yīng)變大（最大可達(dá)50 mm），因異戊橡膠高彈性、高強(qiáng)度的特性，切刀過大的切割距離無法將膠條切斷，而是被撕、搓、拽成團(tuán)，不均勻地掉入干燥機(jī)。同時切刀（刀翅厚35 mm、寬17 mm、刀盤直徑小鍵槽處應(yīng)力集中）設(shè)計強(qiáng)度不足，且（僅靠鍵上螺栓軸向定位）固定方式不合理，切刀在膠團(tuán)的擠壓、拉拽作用下刀盤鍵槽處出現(xiàn)裂紋、刀翅斷裂、螺栓脫落現(xiàn)象。

3 改進(jìn)方案及分析

3.1 第1 次改進(jìn)

結(jié)合國內(nèi)橡膠生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，原設(shè)備廠家提出在Cone 錐形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外增加模板，模板上開有環(huán)形出膠槽，將切刀和模板間隙固定在3 mm 左右，膠從出膠槽出來后迅速被切成片狀[2]。第1 次改造后的切刀和模板結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

增加模板后擠壓機(jī)出膠有了明顯改善，膠呈厚5～10 mm，長50～80 mm 片狀，均勻進(jìn)入干燥機(jī)，大大改善了干燥機(jī)的吃料和螺桿受力情況。

但是，改造后的模板為兩半對接式，在使用中兩半模板對接處阻力大而變形，對對接螺栓造成剪切力，導(dǎo)致模板螺栓斷裂、模板裂紋、模板變形鼓出與切刀磨損等問題；改造后的切刀安裝方式復(fù)雜，依靠兩半環(huán)、軸套及14 個螺栓連接，使用過程中出現(xiàn)了螺栓脫落現(xiàn)象；改造后的切刀還存在刀盤及刀翅厚度薄、刀翅過長、刀翅寬度不足、兩半切刀結(jié)合處為刀翅而應(yīng)力集中強(qiáng)度不足等問題，從而導(dǎo)致了切刀裂紋或斷刃的現(xiàn)象。第1 次改造后的切刀、模板如圖3 所示。

圖2 第1 次改造后的切刀和模板方案

3.2 第2 次改進(jìn)

針對第1 次改造后使用中出現(xiàn)的問題，由國內(nèi)橡塑設(shè)備專業(yè)廠家大連天晟進(jìn)行了二次改造：將兩半模板改造為整體式，增加了模板強(qiáng)度，取消了模板之間的4 個對接螺栓，降低了螺栓脫落風(fēng)險；將模板開孔面積由65 000 mm2增加至73 000 mm2，取消原軸套結(jié)構(gòu)，在模板中心位置增加導(dǎo)流槽，使出膠更順暢，減小出膠阻力；重新設(shè)計切刀，增加刀盤環(huán)厚至47 mm，刀轂長度由35 mm 增加至140 mm，刀翅厚度由35 mm 增加至50 mm，刀翅長度由145 mm 減小至138 mm，刀翅寬度由40 mm 增加至52 mm，將兩半切刀結(jié)合處由刀翅改至刀盤，增加切刀整體強(qiáng)度，改善受力分布、消除集中應(yīng)力；在切刀內(nèi)孔上設(shè)置定位環(huán)用于軸向定位取消兩半定位環(huán)的結(jié)構(gòu)，將切刀安裝螺栓由14 個減少至4個，使得安裝更可靠，有效降低了螺栓脫落風(fēng)險。第2 次改造后切刀、模板結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

3.3 效果驗(yàn)證

2017 年3 月完成對擠壓機(jī)切刀模板二次改造、安裝調(diào)試至今，擠壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)過模板裂紋、螺栓脫落、切刀裂紋和斷裂的問題，原壽命僅2 個月的擠壓機(jī)切刀已使用2 年完好無損；干燥機(jī)進(jìn)料均勻、電流波動由原來60～80 A降低至10～30 A，未再出現(xiàn)過斷軸現(xiàn)象，徹底解決了擠壓機(jī)運(yùn)行的瓶頸問題，為橡膠裝置的整體連續(xù)運(yùn)行提供了保障。

4 結(jié)語

經(jīng)過切刀模板改造后的Cone錐形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)擠壓機(jī)已能長時間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，未再出現(xiàn)因切刀模板問題導(dǎo)致后處理停車的現(xiàn)象。實(shí)踐證明：異戊橡膠生產(chǎn)中對擠壓機(jī)切刀模板的運(yùn)用是很有必要的，對FRENCH 擠壓機(jī)的切刀模板改造是成功有效的，保證了干燥機(jī)乃至整個異戊橡膠裝置的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

圖3 第1 次改造后的切刀和模板

圖4 第2 次改造后的切刀和模板