SK型兩輥煉塑機的分析與改進

潘佳佳 朱壯生 舒曉春

（1.巨一科技股份有限公司，安徽 合肥 230000；2.長虹美菱股份有限公司，安徽 合肥 230000；3.宣城職業(yè)技術學院，安徽 宣城 242000）

1 兩輥煉塑機的介紹

1.1 兩輥煉塑機的發(fā)展歷史

兩輥煉塑機又叫開煉機， 全稱開放式煉膠機，是橡膠工業(yè)中的基本設備之一，也是三大煉膠設備之一，它是橡膠工業(yè)中使用最早，結構比較簡單的最基本的橡膠機械。

1.2 傳統(tǒng)兩輥煉塑機的結構和工作原理

傳統(tǒng)塑煉機是由兩個相互平行的前后輥筒組成。輥筒的傳動是由電機直接驅動減速機，經(jīng)過齒輪副傳遞所需要的速度，前后輥的速比是固定的。輥筒為中空結構，其內(nèi)可通入介質(zhì)加熱、冷卻或由電熱管加熱。通過操作調(diào)距手柄，來調(diào)整兩輥筒之間的縫隙太小和相互平行[1]。在前輥左右軸承座的前端部裝有一個墊片斷裂裝置以保安全，整個機體由地腳螺栓固定在地基上。工作時，兩根輥筒的上面是工作面，原料就是加在工作面上，但是在實際工作時兩根輥筒的相對旋轉速度不一樣，另外工作面上每個地方的溫度一不一樣，原料吸入熱量后會變軟，可能會粘在轉動的輥面上，兩輥筒之間的間隙較小，使得材料受到強烈的擠壓和剪切等作用，還有操作者的翻動，將物料得到均勻的混合，最后達到所需的狀態(tài)。

（傳統(tǒng)煉塑機如下圖所示）

具體結構闡述如下：

1.機箱，2.機架，3.傳動系統(tǒng)，4.加熱系統(tǒng)，5.緊急停車裝置，

2 SK16型兩輥煉塑機的結構特點

1）SK型兩輥煉塑機主要由加熱滾筒、驅動主電機、變速齒輪、機架、電源控制柜、調(diào)距裝置、潤滑系統(tǒng)等等組成。

2）通常SK型兩輥煉塑機的混煉容量為0.1～3kg，滾筒溫度從常溫到300℃，加熱方式有油加熱和電加熱棒兩種。

3 SK型兩輥煉塑機分析和改進

3.1 SK型兩輥煉塑機的缺點分析

SK型滾筒的加熱元件一般為電阻加熱棒加熱、蒸氣加熱、導熱油加熱。加熱棒通過空氣傳導，熱效率低、受熱不均勻，并存在卡死故障。蒸汽和導熱油加熱存在漏氣、漏油等等故障。

SK型為小型煉塑機，是一種實驗室檢測專用的機型，溫度控制通過簡單的調(diào)壓器，配合手持式表面溫度測試儀進行檢測，其精度低，易跑溫，特別是應用在塑膠著色檢測方面，較少的物料被塑化，滾筒溫度的精確性將直接影響到其顏料分散性，分散的好壞將導致著色力、色相等等發(fā)生較大變化，色差不穩(wěn)定，導致顏色檢測數(shù)據(jù)波動大，重現(xiàn)性差，使其后期配色系統(tǒng)無法正常運轉。

手動調(diào)節(jié)兩根前后滾筒的間距，調(diào)整精度低。作為顏料檢測來講，一個顏料的著色力高低，分散性的好壞，每次都要通過調(diào)整不同的輥距間隙，在不同的壓力情況下，檢驗顏料的分散程度，顏色質(zhì)量是否同標準一致?？梢娛謩诱{(diào)節(jié)輥距，人為的因素太多，出錯的概率較高。

主驅動電機采用固定轉速運轉。而在試驗檢測當中，檢測人員經(jīng)常會碰到需要通過改變工況條件，多途徑評價顏料質(zhì)量性能，所以就導致檢測設備無能為力。

3.2 針對SK型兩輥煉塑機的改進

3.2.1 改進后的結構組成

主要包括前錕筒和后錕筒；前錕筒和后錕筒連接速比齒輪組成；還包括變頻驅動主電機系統(tǒng)、前后輥高頻電磁加熱器、滾距自動調(diào)節(jié)裝置、循環(huán)油泵和混煉時間報警器組成；

3.2.2 電磁加熱的應用

將傳統(tǒng)空氣熱傳導方式改為電磁加熱。由于前后滾筒是在不停地做旋轉運動，傳統(tǒng)的加熱棒固定端始終是存在與滾筒接觸，隨著頻繁的升溫降溫，固定端最終會出現(xiàn)松動，將連帶加熱棒發(fā)生位移，發(fā)生短路故障。而電磁加熱方式就完全避免了與筒體的接觸，轉熱效率高，不需要提前6小時開機預熱，調(diào)換溫度時也方便快捷。從而改善了夏天工人的工作環(huán)境，降低了電耗，提高了工作效率。

3.2.3 電磁加熱控制器和感應線圈的設計要求

1）前后滾筒分別獨立匹配一套電磁加熱溫控系統(tǒng)，即電磁加熱控制器1和2分別連接第一溫控儀和第二溫控儀；所述電磁感應線圈1連接第一固態(tài)繼電器、第一接觸器和前紅外線溫度傳感器；所述電磁感應線圈2連接第二固態(tài)繼電器、第二接觸器和后紅外線溫度傳感器組成；所述電磁感應線圈安裝在前錕筒和后錕筒上。

2）電磁加熱器的加熱線圈的橫截面面積為4平方或者以上的耐高溫線，其纏繞在加熱滾筒的左端面外部。

3）對于加熱線圈繞法一般有圓形繞法，當圓形繞法時，滾筒左端面外部要用高溫棉包住約20mm，再用玻璃絲帶包一層，然后繞線圈，且加熱器線圈要用云母繞包玻璃纖維編織成耐高溫電纜。

4）設定開機頻率為25-35KHz，繞線圈完成后，測量線圈電感量約為130-140uH。在此電感量作為一個參數(shù)，具體使用時要進行工作電流的實測，我們通過增減線圈匝數(shù)或者長度，得到匹配功率，所以對于溫度要求高，其感量適當減小。保證工作頻率在15-30KHz范圍內(nèi)，保持加熱到所需最高溫度時頻率不低于13KHz。

5）在控制器最醒悟的地方標注“散熱器工作中帶電，請勿碰撞其它物體”。

3.2.4 SK型溫控系統(tǒng)的改進設計和要求

1）將調(diào)壓器控溫改為紅外線溫控儀監(jiān)測控制。溫度可適時的進行非接觸監(jiān)測控制，溫度精度可以達到正負一度，減少操作人員工作量，避免了滾輪接觸式熱電偶將滾筒表面劃傷。

2）由于紅外測溫儀的系列、型號很多，每種型號都有自己的參數(shù)、性能和功能要求，如測溫范圍、工作波長、響應時間和工作環(huán)境條件和信號處理輸出顯示方法等等。因此正確選擇紅外測溫儀型號對于溫控系統(tǒng)的成功改進是十分重要的。

3）選擇紅外測溫儀需要掌握“三大要素，三項原則”。

三大要素，其一為目標溫度范圍，其二為目標大小與測量距離，其三為探測目標的材料。

首先，我們的測量要求和要解決的問題如下：如測量目標尺寸、測量距離、要測量的材料、要測量的環(huán)境、響應速度要求、準確性要求。第二個原則是比較，它包括比較現(xiàn)有各種溫度計的測量要求和需要解決的問題，并選擇滿足這些要求的儀器。第三個原則是配置，即為各種模型能夠滿足一系列需求的配置選擇性能、功能和最佳價格。

3.2.4 變頻驅動主電機系統(tǒng)的設計要求

1）將傳統(tǒng)固定轉速改為變頻調(diào)速，所述變頻驅動主電機系統(tǒng)由變頻器連接主動力電機、主動力電機連接變速齒輪箱組成。

另外，電元件和儀表需要用到專用的屏蔽控制電纜來遮蔽地面。如果處理電子干擾不恰當，會導致整系統(tǒng)就啟動不了，導致控制單元的損壞或者故障。我們合理的使用變頻器可以提高控制系統(tǒng)的靈敏度，也可以用來抑制噪聲。逆變器的單層接地阻力越小效果會越好。地面的截斷面積應控制在適當范圍以內(nèi)，長度應控制在20米以內(nèi)。逆便器的使用必須與動力設備的地面分離，不得與動力設備的地面同時使用。信號輸入線的屏蔽層應連接在e(G)上，另一側不得偏移。否則，就會引起信號波動，導致系統(tǒng)發(fā)生動搖。逆變器和控制器要通電。逆變器一般有電網(wǎng)吸入，主要是為了防止雷電瞬間侵襲造成逆變器損壞。但是，在實際工作中，特別是為加工引入電力線路，僅靠吸收網(wǎng)是不能滿足要求的。這種產(chǎn)品在旋轉強的地區(qū)尤為重要。如果在旋轉供應的電源上安裝了可變頻電路專用避雷器，或者按照規(guī)定在20米遠的距離內(nèi)設置了避雷器，則換氣(換氣)必須特別占用。如果電源接上電纜，就應該做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防電擊進去造成破壞

2）防止電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導致控制單元失靈或損壞[1]。

3）變頻器的正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導線截面積應不小于2mm2，長度應控制在20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動力設備接地點分開，不能共地。信號輸入線的屏蔽層，應接至E(G)上，其另一端絕不能接于地端，否則會引起信號變化波動，使系統(tǒng)振蕩不止。變頻器與控制柜之間應電氣連通，如果實際安裝有困難，可利用銅芯導線跨接[2]。

4）在變頻器中，一般都設有雷電吸收網(wǎng)絡，主要防止瞬間的雷電侵入，造成變頻器損壞 。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網(wǎng)絡是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進線，在進線處裝設變頻專用避雷器(選件)，或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠處預埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設備[3]。

3.2.5 前后滾筒材料的篩選設計

1）傳統(tǒng)滾筒材質(zhì)都是鐵質(zhì)鍍鉻處理的，這種滾筒只是單一起到傳熱混煉的作用，而不能達到均化調(diào)節(jié)溫度的效果。

2）將前錕筒和后錕筒設計成復合金屬滾筒，由銅、鑄鐵、不銹鋼按6：3：1的比例進行組合制成 ，確保輥面溫度均勻。

3.2.6 SK型煉塑機的調(diào)速和調(diào)距系統(tǒng)的設計

1）將主電機固定轉速改為變頻調(diào)節(jié)。試驗檢測需要多少轉速就設定多少，靈活方便，擴大設備的應用范圍，同時變頻器還可以起到保護電機的作用。

2）將輥距手動調(diào)節(jié)改為液壓自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)將需要的檔距設定好，只要按動開關即可達到規(guī)定的輥距，避免工人憑經(jīng)驗，目測調(diào)整輥距。

4 結論

通過本次對SK型高溫煉塑機的分析、改進設計，達到預期的效果。當然隨著科技的發(fā)展，還可以進一步的智能化改造。